第4章光同步数字传输网要点
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第4章 光传送网技术
第 四 章 光传送网技术
OTN (Optical Transport Network)
• 光传送网(OTN)是继PDH、SDH之后的新一代数 字光传送技术体制，它能解决传统WDM网络无波 长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力 弱等问题。OTN以多波长传送、大颗粒调度为基 础，综合了SDH的优点及WDM的优点，可在光层 及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实 现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/ 恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务 传送为特征的大容量传送网络。 • 本章将介绍光传送网的特点与分层结构，重点讲 述光传送网的核心技术G.709标准中的数字包封 技术。
4.3 G.709标准中的数字包封技术
为在光层上提供快速的保护和恢复功能，并能实现 光路上的交换，针对光传送网的发展趋势， ITU-T推出了 一系列标准，其中以2001年2月推出G．709建议具有重 大意义，它指出了光联网的技术基础。G．709建议的核 心内容就是数字包封技术（DigitalWrapper），它定义 了一种特殊的帧格式，将客户信号封装入帧的载荷单元， 在头部提供用于运营、管理、监测和保护的开销字节， 并在帧尾提供了前向纠错（FEC）字节。在光传送网中， 光传输段层、光复用段层的开销信息和光通道层的非随 路的开销信息可以用光监控信道（OSC)来传送。
客户层
OPUk ODUk OH
OH OPUk净荷
OPUk
ODUk
ODUkTCL1TCMOH
ODUk ODUk连接监视 TCMOH
OTUk[V]段 OH
1–6层 的ODUk 连接监视
ODUk
• OTS层应具备的功能：
• 1) 接收OMS层的适配信息，加入OTS路径终端开销，产生光监控信道，并 把光监控信号与主信号复用在一起。路径终端功能以物理媒质上传输的信 息为依据，保证光信号符合物理接口要求。 • 2）接收传输段层网络信息，重新调节信息以补偿在物理媒质传输过程中 产生的信号劣化，从主光信号中抽取光监控信道，处理光监控信道中包含 的OTS路径终端开销，并把适配信息输出。 • 3) 实现对光放大器或中继器的检测和控制。 • 4) 传输缺陷的检测和指示。 • 5）传输质量的评估。
OTN (Optical Transport Network)
• 光传送网(OTN)是继PDH、SDH之后的新一代数 字光传送技术体制，它能解决传统WDM网络无波 长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力 弱等问题。OTN以多波长传送、大颗粒调度为基 础，综合了SDH的优点及WDM的优点，可在光层 及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实 现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/ 恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务 传送为特征的大容量传送网络。 • 本章将介绍光传送网的特点与分层结构，重点讲 述光传送网的核心技术G.709标准中的数字包封 技术。
4.3 G.709标准中的数字包封技术
为在光层上提供快速的保护和恢复功能，并能实现 光路上的交换，针对光传送网的发展趋势， ITU-T推出了 一系列标准，其中以2001年2月推出G．709建议具有重 大意义，它指出了光联网的技术基础。G．709建议的核 心内容就是数字包封技术（DigitalWrapper），它定义 了一种特殊的帧格式，将客户信号封装入帧的载荷单元， 在头部提供用于运营、管理、监测和保护的开销字节， 并在帧尾提供了前向纠错（FEC）字节。在光传送网中， 光传输段层、光复用段层的开销信息和光通道层的非随 路的开销信息可以用光监控信道（OSC)来传送。
客户层
OPUk ODUk OH
OH OPUk净荷
OPUk
ODUk
ODUkTCL1TCMOH
ODUk ODUk连接监视 TCMOH
OTUk[V]段 OH
1–6层 的ODUk 连接监视
ODUk
• OTS层应具备的功能：
• 1) 接收OMS层的适配信息，加入OTS路径终端开销，产生光监控信道，并 把光监控信号与主信号复用在一起。路径终端功能以物理媒质上传输的信 息为依据，保证光信号符合物理接口要求。 • 2）接收传输段层网络信息，重新调节信息以补偿在物理媒质传输过程中 产生的信号劣化，从主光信号中抽取光监控信道，处理光监控信道中包含 的OTS路径终端开销，并把适配信息输出。 • 3) 实现对光放大器或中继器的检测和控制。 • 4) 传输缺陷的检测和指示。 • 5）传输质量的评估。
SDH光同步数字传输网络
SDH网节点与节点之间具有世界统一的NNI， 如图5-1所示。
图5-1 NNI的位置示意图
SDH网节点统一就意味着有一套标准 化的信息结构速率等级，称为“同步传输 模块”（STM-N，N为1, 4, 16, 64, …）。 如果SDH信号是STM-1，其网络节点接口 的 速 率 为 155.520 Mbit/s ， 更 高 等 级 的 STM-N速率是155.520 Mbit/s的N倍。目前 SDH能支持的等级N为1, 4, 16和64。
5.1 SDH传输体制的基本概念
5.1.1 基本概念与帧结构
数字传输体制有两种，即PDH和SDH。PDH早在 1976年实现了标准化，在1990年以前，光纤通信一 直沿用准同步数字体系（PDH）。随着电信发展和 用户需求不断提高，PDH系统在运用中暴露出一些 明显的弱点，SDH解决了PDH存在的问题。SDH数 字传输体系是1988年由ITU-T参照SONET（同步光 纤网）概念提出的规范建议，并批准了一系列SDH 的有关标准，ITU-T已通过15个建议，使之成为不仅 适用于光纤传输，而且也适用于微波和卫星传输的 全世界统一的技术体制，形成了一套高度标准化的 技术规范。
如果考虑到今后要支持诸如付费电视、可视电 话、数字图像（DVD）、高清晰度电视（HDTV） 等更宽带宽的业务以及按指数规律逐年增长的 Internet业务，网络宽带化将是人们不可避免的迫切 需求。由于光纤通信技术的成熟，特别是密集波分 复用（DWDM）技术的发展，使得网络的传输带 宽大大增加。如果双绞铜线的传输带宽按2 Mbit/s 估计，一根光纤采用DWDM技术，传输容量可达 到20~200 Gbit/s，也就是说，光纤的传输容量是铜 线的一万至十万倍，因此宽带化意味着光纤将成为 主要的传输媒质。
光传输网络基本知识
SDH的优势
2021/2/4
16
SDH的劣势
频带利用率不如PDH系统
指针调整机理复杂，并且产生指针调整抖动 软件的大量应用，使系统易受病毒或误操作的危害
2021/2/4
17
帧结构和复用步骤
内容：
STM-N的帧结构和帧各部分的作用 PDH复用进STM-N帧的方式 140M复用进STM-N帧 34M复用进STM-N帧 2M复用进STM-N帧
2021/2/4
36
终端复用器—TM
终端复用器——TM 双端口器件，用于端点站。群路端口默认为w 交叉复用功能 作用TU——LU
W
TM
STM-N
140Mb/s 2Mb/s 34Mb/s
注M＜N
STM-M
从高速信号插/分低速信号要一级一级进行 复用/解复用增加了信号的损伤，不利于大容量传输
140Mb/s 解
复 34Mb/s 解
用
复 8Mb/s 用
解 复
用
复 8Mb/s 用
复 34Mb/s 用
140Mb/s 复 用
2021/2/4
2Mb/s
10
PDH的固有缺陷
运行维护功能(OAM)——决定设备维护成本 与信号帧中开销(冗余)字节的数量有关 PCM30/32仅TS0、TS16用于OAM开销，OAM功能弱 线路编码时要加nB冗余码进行性能监控
5
移动网传输系统图
DDF
2Mb/s 2Mb/s
BTS
传输设备
基站
DDF 2Mb/s
MSC
2Mb/s
2Mb/s
传输机房
DDF
2Mb/s 传输设备
DDF
2Mb/s
传输设备
光同步数字传输
光同步数字传输网中的基本复用、映射结构将传输网络的某些共有特性提取出来形成备、用于传输信息交换的数字交叉设备以及这些设备之间的接口。
对模型的下列几个方面做了规定：两个网络节点之间的接口，也可以看成位于两个网络节点的传输设备之间的接口。
光缆传输系统设备，此种方式最常用；微波传输系统设备，比如速率的统一、规范。
这个规范就是同-N，155.520Mbit/s 155Mb/s应该能将支路低速率或者高速率的进行同步数字复用、数字交叉连接和解复用这几个基本功能。
帧结构必须具有下列功能：支路信号在帧内的分布应该是均匀、有规律，便于接入、取出，而不是像难以取出任意支路的信号。
在SDH列，以字节为单位。
×2708=19440b155.520Mb/s的区别：监管范围不同。
例：若光纤RSOH则是监控）：供再生段维护管理（如：帧定位、差错检验、公务电话、网络管理、专用维护等）使用的附加字节。
再生段开销是在比特）为复用段远端缺陷指示（节，用来向复用段发送端回传接收端已检测到告警指示信：复用段数据通信通管理网的传送PAYLOAD中信息的起始字节位置，这样接收端可以容易从正确的位置分波、卫星等传输系统上进行同步信息传输、N。
的复用包括两种情况：信号复用成高阶）低速支路信号（例如×STM帧长：在复用过程中保持帧长N信号速率是低一级的由于体制上的根本差别，如何将Virtual ContainerTributary UnitTributary Unit GroupVC和相应的支路单元指针Tributary Unit PointerTU信号适配进容器C-2、E41这个过程就是信号打包。
帧中占用固定位置的管理单元组。
信号。
3步的VC网络基本网络单元应该具备的基本功能：复用到下给本地用户，然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。
用于网络的转接站点处，是SDH路信号交叉连接到输出的n条出。
其核心就是交叉类似程控交换中的交叉矩阵。
SDH光同步数字传输.
SDH光同步数字传输设备与工程应用一、SDH基本知识-P3-P41、PDH体制存在哪些缺陷：接口不规范，国际互联困难；异步复用方式，复用结构缺乏灵活性；OAM弱，运行维护管理功能弱；没有统一的网管接口；没有世界性的统一标准。
二、SDH帧结构由哪几部分组成？SDH由哪些显著特点？P4-P5SDH帧结构组成：指针、信息净负荷、段开销SDH显著特点：灵活的分插功能；强大的网管功能；强大的自愈功能；标准的光接口规范；具有后向兼容性和前向兼容性。
三、SDH基本传送模块是什么？其速率是多少？基本传送模块是STM-1，速率为155.520Mbit/s （P6）四、STM-N帧长、帧频、周期各为多少？帧每个字节提供的通道速率是多少？STM—N帧长N×9×270帧频8000帧/秒帧周期为125μs 帧中每个字节提供64Kbit/s速率五、段开销分几个部，每部分在帧中的位置如何？作用是什么？ P6-P7段开销分：RSOH再生段开销 MSOH复用段开销再生段开销在帧中：1-3行1-9╳N列，用于帧定位，再生段的监控和维护管理。
复用段开销在帧中：5-9行1-9╳N列，用于复用段的监控、维护和管理。
六、管理单元指针位于帧中什么位置？作用是什么？ P7第四行的1-9×N列用来指示信息净负荷的首字节在STM-N帧内的准确位置，以便正确分出所需信息。
七、 E1、E2字节均可用来传送公务信息，但有什么区别？ P10E1在中继器上也可以接入或分出；E2只能在含有复用段终端功能块的设备上接入或分出。
八、 M1字节的作用是什么？ P11M1用于将复用段接收端检测到的差错数回传给发送端。
九、 B2字节的作用是什么？ P10用于复用的误码在线监测。
十、在STM—16中M1字节位于哪列？ P7-P8第四行，第81列M1字节复用只保留一个，M1前有5列，STM-16复用后共5×16=80列，故M1在第81列。
《光传输网络与技术》电子教案 第 4 章 PTN 技术
动运营商的业务转型和网络的转型，传统的同步数字体系/多业务传 送平台（SDH/MSTP）和密集型光波复用（WDM）技术存在局限性， 传送网需要向分组化方向发展，要求传送网具有灵活、高效和低成本 的分组传送能力。 • ② 满足全业务运营的需求。2008 年，我国电信运营商重组和 3G 牌 照的发放，使 2009年成为中国电信业全业务运营的元年，三大运营 商都在积极尝试。全业务运营要求运营商逐步完成业务融合、网络融 合和终端融合，其中网络融合要求实现多业务统一承载。
传送网络架构和具体技术：在 IP 业务和底层光传输媒质之间设置了 一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设 计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本 （TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高 效的带宽管理机制和流量工程、便捷的 OAM 和网管、可扩展、较高 的安全性等。
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4.1 PTN 技术概述
• 2. PTN 技术的特点与形态 • 基于分组的交换核心是 PTN 技术最本质的特点。PTN 适合多业务的
承载和交换，满足灵活的组网调度和多业务传送。可以提供网络保护 倒换功能，并且可对不同优先级业务设置不同的保护方式。现在分组 传送网技术有两种产品值得关注，分别是 PBT 与 T-MPLS（传送 MPLS）。PBT 是从二层交换机演化过来的，目前的问题是只支持点 到点连接。T-MPLS 目前面临的问题更复杂，特别是标准化方面，国 际电信联盟（ITU）主导的 T-MPLS 与现在互联网工程任务组（IETF） 主导的 MPLS-TP 出现了一些差异。
该技术缺少处理基于 TDM 技术的传统语音信息以外的其他信息所需 的功能，不适合传送 TDM 以外的 ATM 和以太网业务。
传送网络架构和具体技术：在 IP 业务和底层光传输媒质之间设置了 一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设 计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本 （TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高 效的带宽管理机制和流量工程、便捷的 OAM 和网管、可扩展、较高 的安全性等。
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4.1 PTN 技术概述
• 2. PTN 技术的特点与形态 • 基于分组的交换核心是 PTN 技术最本质的特点。PTN 适合多业务的
承载和交换，满足灵活的组网调度和多业务传送。可以提供网络保护 倒换功能，并且可对不同优先级业务设置不同的保护方式。现在分组 传送网技术有两种产品值得关注，分别是 PBT 与 T-MPLS（传送 MPLS）。PBT 是从二层交换机演化过来的，目前的问题是只支持点 到点连接。T-MPLS 目前面临的问题更复杂，特别是标准化方面，国 际电信联盟（ITU）主导的 T-MPLS 与现在互联网工程任务组（IETF） 主导的 MPLS-TP 出现了一些差异。
该技术缺少处理基于 TDM 技术的传统语音信息以外的其他信息所需 的功能，不适合传送 TDM 以外的 ATM 和以太网业务。
同步数字传输网
满足新一代传输网发展的要求；
复用结构基于点-点传输，缺乏网络考虑，无法提供 最佳路由选择。
同步数字体系
随着光纤通信技术和大规模集成电路的高速发 展，1986年美国贝尔通信实验室提出了一种以光纤 通信为基础的同步光纤网（SONET）概念，作为现代 化通信网的基本结构。1988年ITU-T对SONET概念进 行了修改，重新命名为同步数字序列，简称SDH，使 之成为不仅适用于光纤通信，也适合于微波和卫星 传输的体制。现在SDH已经成为国际上公认的新一代 的理想传输网体制。
STM-1
STM-4
155.52
466.56 622.08
150.336
451.008 601.344
STS-18/OC-18
STS-24/OC-24 STS-36/OC-36
933.12
1244.16 1866.24
902.016
1202.688 1804.032
STS-48/OC-48
STS-96/OC-96 STS-192/OC-192
fl ^
恢复
PDH（准同步数字体系）的不足
缺乏统一的世界性标准，三个地区标准不兼容； 没有世界性的标准光接口规范； PDH系统采用准同步复接方式，很难从高次群中识 别和提取低次群信号，结构复杂且不灵活； 用于网络操作、管理和维护（OAM：Operations Administration, Maintenance)的额外比特太少，无法
STM-16
STM-64
2488.32
4876.64 9953.28
2405.376
4810.752 9621.504
SDH网络
TM 中继器
ADM或SDXC
中继器
SDH光同步数字传送网
SDH采用同步复用技术 ，使得低速信号能够整 序复用成高速信号，便 于多路低速信号的复用 和调度。
SDH具有标准化的接口 和帧结构，使得不同厂 商的设备能够实现互通 ，降低了网络建设的成 本和维护难度。
SDH具有强大的保护和 恢复机制，能够快速恢 复传输故障，保证信号 传输的可靠性和稳定性 。
SDH支持多种速率和多 种类型的信号传输，能 够灵活地满足各种业务 需求。
随着物联网和云计算的快速发展，SDH可 以应用于数据中心之间的高速互联和大规 模数据传输。
02 SDH的体系结构与设备
SDH网络拓扑结构
环形拓扑
SDH网络最常见的拓扑结构，具有自愈功能，能 够自动切换故障链路，保证通信的可靠性。
星形拓扑
以单个节点为中心，其他节点与其直接相连，便 于管理和维护。
网状拓扑
挑战
集成应用需要解决不同系统间的兼容性和互操作性，以及网络安全和隐私保护等问题；同时，随着技术的不断演 进和发展，需要持续优化和改进集成方案以满足不断变化的市场需求。
06 SDH的未来发展与演进
超高速传输技术
1 2 3
100Gbps技术
随着光纤通信技术的发展，100Gbps的超高速传 输已成为SDH的未来趋势，能够满足日益增长的 数据传输需求。
03 SDH的帧结构与复用方式
SDH的帧结构
01
02
03
04
帧周期
SDH的帧周期为125微秒，即 每秒传输8000帧。
段开销
帧结构中包含段开销，用于传 输维护和管理信息。
管理单元指针
管理单元指针用于指示管理单 元的起始位置。
净荷单元
净荷单元包含传送的数据信息 。
复用方式与映射过程
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是一种矩形块状STMN帧结构
帧组成：
1 SOH
270×n列和9行字节
帧时长：
4 AU PTR 5
125us，8000帧/s
SOH
STM-1一帧位数： 9
270×1×9×8=19440
9*N
STM-1的速率：
9×270×8×8000 ＝155.52（Mbps）
9*270*N字节
STM-N净负荷 （含SOH）
难以支持新一代网络
点对点通信，不灵活
使数字通道设备利用率低 无法提供最佳路由选择
2020/9/27
6
SDH的基本概念
SDH是一套可以进行同步信息传输、复用分插 和交叉连接的标准化数字信号的结构等级体系
SDH网由复用器、数字交叉连接设备等组成。
SDH主要功能是对PDH信号（2Mbps， 34Mbps，140Mbps）进行同步数字传输、复 用、交叉连接和交换
包括各支路信息及少量通道监视、管理等信息
管理单元指针（AU PTR－Administration Unit Pointer）区域
指示符，表示净负荷的第一字节在STM-N帧中的位置 完成复用同步和帧定位功能，便于提取各支路信息 对STM-1来说有9个字节
2020/9/27
13
SDH基本复用原理－基本概念
2020/9/27
7
SDH的信息结构等级与速率
信息结构等级也称之为同步传送模块STM-N (N＝1，4，16，64……）
不同的结构等级对应不同的速率
STM-1：155.520Mbit/s STM- 4：622.080Mbit/s STM-16：2488.320Mbit/s（2.5Gbit/s） STM-64：9953Mbit/s（10Gbit/s）
261*N 270*N
2020/9/27
传输方向 12
SDH帧格式
段开销（SOH－Section OverHead）
属附加字节，起维护和管理作用 主要有误码监视、 帧定位、数据通信、公务通信和自动保
护倒换字节等功能
开销为8×9=72字节=576bit。 信息净负荷（Payload）区域
用于电信业务的部分。共261×9=2349字节
传输节点设备，包括:
配线架 电分插复用器（ADM)、电交叉连接设备(DXC) 光分插复用器（OADM)、光交叉连接设备(OXC)
2020/9/27
3
4.2 同步数字传送网技术SDH
SDH：Synchronous Digital Hierarchy 一种当今世界电信网普遍采用的传送网技术 由于PDH的缺陷，促使了SDH的产生与发展
复 用
电 /光 光信
号
2020/9/27
2 Mbit/s
10
SDH与PDH信号分、插比较
SDH信号的分插（软件实现）
分、插一步完成
155Mbit/s SDH分插复用器 155Mbit/s （ADM）
2Mbit/s
2020/9/27
11
SDH帧格式
SDH的帧格式
由ITU-T建议G.709规定
E1 2.048T2 6.312Fra bibliotekE3E4
34.368 139.264
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14
SDH基本复用原理－基本概念
虚容器VC
支持通道层连接的一种信息结构 由C+POH(通道开销)组成 VC在SDH传送中保持完整不变（独立的信息单元） VC可以在通道的任何一点取（分）或插入，以便同步复用、
业务质量
帧结构中有丰富的OAM（占5%），网管功能强大
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SDH与PDH信号分、插比较
PDH信号的分插（硬件实现）
分离：逐级解复用
插入：逐级复用
140/34Mbit/s
34/140Mbit/s
光 光/ 信电 号
解 复
34/8
用
解 复 8/2
用解
复
用
8/34 复 用
2/8 复 用
第四章 光同步数字传输网
4.1 传送网技术基础 4.2 同步数字传送网技术SDH
PDH的缺陷 SDH的基本概念与特征 SDH的速率 SDH帧结构 SDH的复用原理 SDH的传输设备 SDH的拓扑结构
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1
通信网概述
通信网的基本组成
终端设备：电话机、数据终端 交换设备：程控交换机 传输设备：PCM高次群、SDH等设备
通信网的基本功能
对终端的业务进行交换、传输 实现终端与终端之间的通信
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2
4.1 传送网技术基础
传送网包括：传输媒体、传输系统和传输节点设备 传输媒体
提供传递信号的通道，包括：
• 有线：电缆、光纤 • 无线：微波、通信卫星
传输系统
传输系统主要包括发送、接收设备 实现将基带信号转换成线路码，信号的复用/分解 常用的复用有：FDM、TDM和CDM
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PDH的缺陷
标准不统一，彼此互不兼容，不能互通
北美标准：
1.5Mbit/s~6.3Mbit/s~45Mbit/s~N*45Mbit/s
日本标准：
1.5Mbit/s~6.3Mbit/s~32Mbit/s~100Mbit/s~400Mbit/s
欧洲标准：
2Mbit/s~8Mbit/s~34Mbit/s~140Mbit/s
标准容器C
用于传递同步信号的一种信息结构 主要完成速率调整等适配功能
• 需要传送的电路层信号在容器中经过码速调整后变换为 同步信号
• 经过容器后信号的速率将会变化 • G.707建议中规定了5种标准容器
标准容器C C-11 C-12 C-2 C-3
C-4
对应PDH类型 T1
对应速率 （Mbps）
1.554
2020/9/27
8
SDH的特点与优势
标准统一
提供全球统一的信息等级体系STM-N 与PDH兼容（不同等级的PDH可接入SDH)
统一的光接口，能在光路上实现互通 一步复用功能（不同PDH等级可直接一次复用） 支持组网，灵活 SDH具有定时透明性
相同业务提供者（网元）是同步的 不同业务提供者之间是伪同步 采用指针调整技术使得净负荷在不同业务之间传送不影响
没有世界性的标准光接口规范
互通必须转换成标准G.703接口，无法在光路上 直接通信
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PDH的缺陷
同步复杂，上下电路困难
低速信号(一次群)采用同步复用，高速信号（高次 群）采用异步复用（插入比特）
此方式造成上下电路必须一步一步复用或解复用， 硬件设备多，费用高
OAM (Operation Administration Maintenance )比特缺乏，主要依靠人工完成