SDH 技术原理,应用及环路保护

2 SDH 的概念和特点
SDH 是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信 息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步 光网络（SONET）。国际电话电报 咨询委员会（CCITT）（现 ITU-T）于 1988 年接受了 SONET 概念并重新命名为 SDH，使其 成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。 它可实现网络有效管理、 实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利
作为基于 SDH 的协议，链路容量调整方案(LCAS)也是通过定义 SDH 帧结 构中的空闲开销字节来实现的。对于高阶 VC 和低阶 VC[6]，LCAS 分别利用 VC4 通道开销的 H4 字节和 VCl2 通道开销的 K4 字节。
LCAS 技术是建立在 VC 基础上的，与 VC 相同的是，它们的信息都定义在 同样的开销字节中；与 VC 不同的是，LCAS 是一个双向握手协议。在传送净荷 前，发送端和接收端通过交换控制信息，保持双方动作一致。显然，LCAS 需要 定义更多开销来完成其较复杂的控制[7]。
2001 年 11 月，ITU-TG.7042 通过了 VC 和 LCAS，它们都是下一代 SDH 中的关键技术，尤其是支持 GFP 时[4]。在传送网中，VC 和 LCAS 提供一种更 灵活的通道容量组织方式，以更好地满足数据业务的传输特点，把任意带宽的以 太网数据流映射到任意数量的 VCl2 或 VC3 通道中，最大程度地减少带宽浪费。 VC 和 LCAS 一起创造可微调的 SDH 容量，以适应数据业务的 QoS 和服务等级 协议(SLA)需求。VC 还允许新的更有效的共享保护机制，把流量分成不同部分， 然后通过不同路径发送。在网络正常工作情况下，不需要配置额外的保护通道， 例如当其中一条路由出现故障时，LCAS 可以把出现故障的 VC4 通道从虚级联 组(VCG)中自动删除，此时 VCG 的带宽会减少，但可确保链路故障时业务不中 断。LCAS 技术的复杂性在于，VC 把不同的 VC/同步传输模块(STM)连接起来运 送载荷，而在 VCG 中，不同的 VC/STM 将走不同路径，在接收端会产生不同时 延，因此必须具备能纠正这种偏差的功能。另外，LCAS 为双向信令协议，能保 证网管系统中改变通道带宽的命令不影响用户流量。 3.2 虚级联(VC)技术
d)GID：是一个伪随机数，同一组中的所有成员都拥有相同的 GID，这样就 可标识来自同一发送端的成员。
e)CRC：对整个控制包进行校验。 f)MST：标识组中每个成员的状态。OK=O，FAIL=1。 g)重排序确认位(RS-Ack)：容量调整后，接收端通过把 RS-Ack 取反来表示 调整过程结束。 3.4 链路容量调整过程 LCAS 的最大优点是具有动态调整链路容量的功能[8]。作为一个双向握手协 议，当某一端向对端传输数据时若增加或删除成员，对端也要在反方向重复这些 动作，发给源端，其中对端的相应动作不必与源端同步。调整分为增加或减少成 员，需要调整 VCG 中成员的序列号，其中控制域 EOS 是指 VCG 序列号的最后 一个。下面介绍不同情况下的调整方法： a)带宽减少，暂时删除成员。当 VC 成员失效时，VCG 链路的末端节点首先 检测出故障，并向首端节点发送成员失效的消息，指出失效成员；首端节点把该 成员的控制字段设置为“不可用(DNU)”，发往末端节点；末端节点把仍能正常传 送的 VC 重组 VCG(即把失效的 VC 从 VCG 中暂时删除)，此时首端节点也把失 效的 VC 从 VCG 中暂时删除，仅采用正常的 VC 发送数据；然后，首端节点把 动作信息上报给网管系统。 b)业务量增大，新加入成员。当 VC 成员恢复时，VCG 链路的末端节点首先 检测出失效 VC 已恢复，向首端节点发送成员恢复消息；首端节点把该成员的控 制字段设置为“正常(NORM)”，并发往末端节点；首端节点把恢复正常的 VC 重 新纳入 VCG，末端节点也把恢复正常的 VC 纳入 VCG；最后，首端节点把动作 信息上报给网管系统。 如前所述，LCAS 是对 VC 技术的有效补充，可根据业务流量模式提供动态 灵活的带宽分配和保护机制。按需带宽分配(BOD)业务是未来智能光网络的杀手 级应用，LCAS 实现 VC 带宽动态调整，为实现端到端的带宽智能化分配提供了 有效的手段。在突发性数据业务增多的应用环境下，VC 和 LCAS 是衡量带宽是 否有效利用的重要指标。 3.5 LCAS 技术的实现
SDH 技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音， 还有文字、数据、图像 和视频等。加之数字通信和计算机技术的发展，在 70 至 80 年代，陆续出现了 T1(DS1)/E1 载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25 帧中继、 ISDN(综合业务数字网) 和 FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信 息社会的到来，人们希望现代信息传 输 网 络能快速、经济、有效地提供各种电 路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性， 仅在原有框架内修改或完善已无济于事。SDH 就是在这种背景下发展起来的。 在各种宽带光纤接入网技术中，采用了 SDH 技术的接入网系统是应用最普遍的。 SDH 的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的 发展,而产生了用户与核心网之间的接入"瓶颈"的问题，同时提高了传输网上大量 带宽的利用率。SDH 技术自从 90 年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的 技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将 SDH 技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用 SDH 同 步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来 好处，在接入网的建设发展中长期受益。
即可，因此易于实现[5]。 利用 VC 技术可把一个完整的用户带宽分割开，映射到多个独立的 VC-n
中传输，然后由目的终端把这些 VC-n 重新组合成完整的用户带宽。这样做对网 络影响小，能合理地分配各种业务带宽，提高网络带宽利用率。例如，用户要传 输 1Gbit/s 的以太网数据，由于传统 SDH 的速率等级固定，所以要用 16 个 VC4 即一个 2.5Gbit/s(16×150Mbit/s=2.4Gbit/s)的信道来传输 1Gbit/s 数据，带宽利用率 仅为 42%；若使用 VC 技术，则可把 7 个 VC4 级联起来(共 1.05Gbit/s)传输 1Gbit/s 数据，带宽利用率高达 95%。 3.3 链路容量调整方案(LCAS)帧结构
LCAS 除了定义 MFI 和 SQ 之外，还定义了 CTRL、GID、CRC、MST 和 RS-Ack 等 5 个上一帧的值加 1。对于像 SDH 这样的同步系统，每帧所占的时隙都相同。MFI 标识了帧序列的先后顺序，即标 识了时间的先后顺序。接收端通过 MFI 之间值的差别，判断从不同路径传来的 帧之间时延差多少，计算出时延后，就可把不同时延的帧再次同步。高阶 VC 和 低阶 VC 可容忍的最大时延差均为±256ms。
b)SQ：与 VC 定义相同。 c)CTRL：主要有两个作用，一是表示当前成员的状态，例如，最后一个成员 的 控 制 字 段 为 EOS(0011) ， 空 闲 的 成 员 控 制 字 段 为 IDLE(0101) ； 二 是 通 过 ADD(0001)和 DNU(1111)表明当前成员需加入或移出 VCG，用 FIXED(0000)和 NORM(0010)表示不支持 LCAS 和正常传送状态。
高层的路由器等设备来实现流量工程和业务生成功能。因此，在 SDH 上采用新 的封装格式 GFP 传送数据包，是下一代 SDH 的发展重点。
ITU-T 把 GFP 定义为 G.7041，GFP 具有数据头纠错和把通道标识符用 于端口复用(把多个物理端口复用成一个网络通道)的功能[3]。最重要的一点是 GFP 可支持成帧映射(frame-mapped)和透明传送(transparent-mapped)两种工作方 式，这样便可支持更多应用。成帧映射方式是把已成帧用户端数据信号的帧封装 进 GFP 帧中，以子速率级别支持速率调整和复用。透明传送方式则完全不同， 它接收原数字信号，只在 SDH 的帧内用低开销和低时延数字封装的方式来实现。 从原理上讲，GFP 可封装任何协议数据，保证简单的协议在光层上融合，并保证 灵活性和更细的带宽颗粒。
SDH
1 SDH 的技术背景
传统的由 PDH 传输体制组建的传输网，由于其复用的方式很明显的不 能满足信号大容量传输的要求，另外 PDH 体制的地区性规范也使网络互连 增加了难度，因此在通信网向大容最、标准化发展的今天，PDH 的传输体 制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈 ，制约了传输网向更高的速率发展。
用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息 领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。
SDH 技术与 PDH 技术相比，有如下明显优点：1、统一的比特率，统一的 接口标准，为不同厂家设备间的互联提供了可能。附图是 SDH 和 PDH 在复用等 级及标准上的比较。使 1.5Mb/s 和 2Mb/s 两大数字体系在 STM-1 上得到统一。 2、网络管理能力大大加强。、3、提出了自愈网的新概念。用 SDH 设备组成的带 有自愈保护能力的环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，自动通过自愈网 恢复正常通信。4、采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。 5.灵活的复用映射结构，使各种业务灵活上下。6、SDH 设备牟容纳各种新的业 务信号，如宽带 ISDN/FDDI（光纤分布式数据接口）/ATM 等。7、SDH 帧结构 中安排了丰富的开销比例,因而使网络的操作维护管理功能大大加强,便于集中统 一管理,大大节约了维护费用的开支，由于 SDH 具有上述显著优点，它将成为实 现信息高速公路的基础技术之一。但是在与信息高速公路相连接的支路和叉路 上，PDH 设备仍将有用武之地。
LCAS 是对 SDH 能力的一项重要改进，它能让 SDH 网络更加健壮灵活。 LCAS 是建立在 VC 基础上、连续运行在两端点节点之间的信令协议，运营商可 动态调整通道容量，当 VCG 中部分成员失效时，它剔除这些成员，保证正常成 员继续顺利传输。当失效的成员被修复时，它能自动恢复 VCG 的带宽，这一过 程远快于手动配置，从而加强对业务的保护能力。另外，实际使用中，某些企业 对网络带宽的需求因时段不同而有差异，例如上班时仅需 1Ombit/s 带宽就足以 完成日常工作，但在下班之前半小时，则需 100Mbit/s 带宽才能完成当天数据的 备份。以往，这些企业为了保证数据备份顺利进行，不得不租用 100Mbit/s 带宽， 造成巨大浪费。这一普遍现象使光网络智能化和自动化的需求日趋紧迫，但是以 自动交换光网络(ASON)技术为核心的下一代智能光网络技术尚需一段时间才能 成熟，作为 ASON 自动调整带宽的基础协议之一，LCAS 技术能在一定程度上满 足上述需求。