SDH技术的演进与发展.doc

SDH技术的演进与开展毛 谦 武汉邮电研究院总工程师一、概述在全球的通信网络中，光纤通信网是传输的主体网络，而其中主要是基于SDH/SONET技术的自20世纪80年代中期，Bellcore就提出了同步光网络〔SONET〕的概念，1987年SONET成为北美的标准ITU(原CCITT)在SONET的根底上，经过各国通信专家的共同努力，于1988年提出了第一套同步数字体系〔SDH〕的标准由于SDH／SONET的一系列优点，使其从90年代初“问世〞以来，就得到飞快的开展随着社会经济的开展，对信息的需求，特别是对宽带信息的需求不断增长，于是传送网迅速扩张，建设规模空前这时的主角依然是SDH／SONET后来由于EDFA的成熟应用和适宜于波分复用的各种有源、无源器件技术的快速进步，DWDM系统迅速成长，特别是在核心网得到普遍应用这时，通道设备主要仍然是基于SDH／SONET的，因此在提高传送网容量的进程中， SDH／SONET大显身手在十多年的应用历程中，随着相关技术的不断成熟、传送业务不断拓展的需要以及与其他技术的融合，SDH技术一直在向前演进和开展，功能和性能不断完善和提高下面从SDH技术本身的不断完善、在波分复用技术〔包括在光传送网〕中的角色、对传送数据业务的适应性、基于SDH的多业务传送平台以及与IP技术的融合等儿个方面归纳出SDH技术演进和开展的情况。

二、SDH技术本身的不断完善〔一〕网络节点接口速率等级的不断提高和补充1988年发布的第一套SDH标准中，仅有2个速率等级，即 STM-1(155 020kbit/s)和STM-4(622 080kbit/s)1991年修改的标准中加进了STM—16(2 448 320kbit/s)由于对传输容量的需求不断提高，同时微电子和光电子技术的进步为高速率电、光信号的处理打下了根底，于是更高等级的速率接口也应时而出1996年增加了STM-64(9 953 280kbit/s)的标准，直至2000年的第5版标准中，才增加了STM-256(39 813 120kbit/s)这一目前最高的SDH标准接口速率最近在日本召开的光通信研讨会上提出，是否需要考虑进一步增加有关STM—1024(159 252 480kbit/s)的标准为了便于在无线通信和接入网中应用SDH技术，在2000年还增加了STM-0(51 840kbit/s)的速率接口(原来的51 840kbit/s速率一直被使用，但从未正式标准为STM-O)至此，形成了SDH比拟完整的网络节点接口速率体系，如表1所示表1 SDH 体系比特率同步数字体系等级体系比特率(kbit／s)051 8401155 5204622 080162 488 320649 953 28025639 813 120注：高于256等级的标准要求特研究 考虑到对有些无线传输系统，如中、小容量微波传输系统和卫星传输系统，51 840kbit/s这一速率还显得太高。

在许多实际应用的场合，需要采用比51 840kbit/s低得多的速率于是在1999年推出了新的网络节点接口标准 ，标准了STM-0的子速率sSTM-0接口它包括sSTM-1k和sSTM-2n两个系列的9种速率接口，如表2所示表2 SOHsSTM-0接口的速率〔二〕复用结构的改良 在实际应用中，针对客户信号类型的特点和变化，SDH的复用结构和复用路径也在不断优化例如，1991年简化了复用结构，删除了复用路径的选择、AU-31分支和TU-3s对TUG—1s的承载，用VC-3代替了VC-31，删除了TUG-22、TU-22、VC-22和C-221993年标准了简化的SDH帧结构1996年引入了VC-3／4中支路的K、L、M编号方法及STM—N中VC-3／4的线性编号，删去了固定的TU模式，在将TUG-2s复用进TUG-3时去掉了NPI2000年对复用结构进行了较大的修改〔2〕、〔3〕等最后形成的复用结构如图1所示现行的SDH复用结构和路径既考虑了和原来使用的低阶SDH设备的兼容，又考虑到高速率复用的可实现性和易实现性，特别对容量大于E4的客户信号的映射与复用，提供了可行的方案当然也对形成低速率〔STM-0〕接口信号的复用路径给出了相应的标准。

〔三〕设备类型的简化在最初的SDH标准中，规定了4类共7种设备但在实际应用中，主要使用终端复用设备 (TM)、中继设备(REG)、分插复用设备(ADM)和数字交叉连接设备(DXC)，但由于DXC 使用量有限，TM和REG都可以通过对ADM重新配置来实现，所以实际在网上大量使用的主要是ADM设备随着设备集成度的提高，现在的ADM设备的交叉容量已远远大于原来的DXC的交叉容量为了适应复杂网络结构组网的需要，在ADM设备中也增加了多方向的各种速率的光接口；同时为了增强其恢复和保护功能，对于带多环情况下的保护和在网状网结构中虚拟环的保护都能支持；通过设备本身的背板连接，实现双环互通大大简化了网络结构；在这种多功能的ADM中，再参加网络恢复算法，使得ADM与原来的DXC相比毫不逊色因此实用中，SDH设备类型简化得只剩ADM一种，无非对应于不同应用场合的配置不同而已 对于设备的描述方法也有很大的改良原来对SDH设备的描述是采用传统的功能块(即方框图)的描述方法，和网络的分层描述方法不一致，难以产生有机的联系和理解后来改用原子结构的描述方法，与网络的描述方法一致，不仅便于理解，而且便于ASIC的设计，缩短了新一代设备的开发周期，对SDH技术的开展是一种推动。

〔四〕SDH光接口应用代码的不断丰富 最初的SDH设备只有6类12种光接口应用代码，随着接口速率的提高，类别虽然没有增加，代码的品种自然增加了一些但在网络建设中，经常遇到一些特殊情况，用原有的应用代码很难到达理想的效果于是，在我国制定国内的通信行业标准时，就增加了一些增强型接口的代码，解决了一局部实际应用的问题后来，由于接口速率不断向上下端扩展，又得益于光放大器的实用化，使得进一步增加光接口的应用代码成为可能 现在SDH设备可以提供的光接口应用代码，已增加到包括VSR、I、S、l、V、U等的31类63种，再加上DWDM目前的4类12～20种代码(CWDM的应用代码还正在标准之中)，足以满足各种结构、各种功能、任何复杂应用环境的组网需求了〔五〕保护与恢复功能的不断增强 起初的SDH系统，只考虑了线形保护功能，这只能满足链路型网络结构进行保护的需要实际上，这说明SDH还停留在点对点的简单形态的系统阶段，还没有形成整个统一网络的能力随着技术的开展，又根据SDH本身的特点，提出了SDH环形保护的概念，同时实现了保护环之间的互通这样，为中等规模网络的组网创造了条件，特别对提高网络的生存性和灵活性非常有利。

在枢纽节点，利用越来越成熟的SDXC设备，将聚集到该节点的链路和环网连接起来，在多个枢纽节点之间，就可以实现复杂结构的网络依靠DXC设备的功能全面的恢复算法，为整个网络的可靠性、平安性方面，提供了保障 前面已经提到，目前已经广泛应用的，功能强大的SDHADM设备，也可局部地起到DXC的作用有些ADM设备的交叉容量目前可以做到480Gb／s(相当于3072个STM—1)，最终可以实现2.8Tb／s的交叉能力(相当于69120个STM-1)可以提供8-256个不同速率的光接口，支持4～128个保护环路不仅可以实现如图2所示的网状网中的不同路径的虚拟保护环，也可以共享光纤资源，实现不同速率保护环的设备共享和光纤共享，如图3所示〔六〕不断完善的设备、系统和网络的同步功能 初期的SDH设备，在STM-N的帧结构中安排了复用段开销SI字节作为SDH网元的同步字节，SI字节的编码由SDH从钟的标准来确定但是，只有网元的同步字节是远远不够的，它无法解决系统和网络整个的同步问题于是，后来又进一步标准了对网同步层、同步分配层和同步传送层的要求，以及在SDH同步网中应采用的时钟系列，和对每种时钟的性能要求。

〔七〕前向纠错技术的采用 在初期的SDH设备中，所采用的线路编码只是NRZ加上7级扰码随着传送速率的不断提高，光接收机的灵敏度急剧下降，使得再生跨距大大减小即使在有光放大器的情况下，在同样的光信噪比条件下，高速系统的光接收机灵敏度也低得多．于是在最近的SDH设备中，广泛采用了前向纠错编码〔FEC〕前向纠错技术是在数字通信的初期采用的一种编解码技术，后来在采用了光通信作为数字通信的传输手段〔即光纤数字通信〕后，由于一直以来传送的速率都比拟低(例如2.5Gbit/s及其以下速率)，光接收机的灵敏度还足够高，加之受当时ASIC和软件技术水平的限制，所以在陆上系统没有采用FEC，只是在海光缆系统中应用现在，在高速传送需要和技术水平提高的根底上，FEC又被提出来在陆上系统中采用FEC有很多种类，一般在SDH设备中采用的是带内编码的BCH3码即利用段开销中未被占用的字节来传送FEC纠错所需的信息 在OTN中，利用数字包封技术，还可以再加上带外的FEC，目前标准的是R-S码但国内电信行业标准还鼓励在此根底上，再采用纠错能力更强的增强型前向纠错编码〔EFEC〕，或超级前向纠错编码〔SFEC〕等 三、基于SDH的波分复用在SDH的传送速率到达2.5Gbit/s之后，如何进一步提高传送容量，在技术路线上发生了分歧和争论。

有的主张仍然采用传统的TDM方式，将4个2.5Gbit/s复用成10Gbit/s，可使传送容量扩大4倍但有人主张采用WDM的方法，将4个2.5Gbit/s复用成10Gbit/s，同样可使传送容量扩大4倍两种方法孰优孰劣，一时难分上下后来由于用于WDM的MU-DEMUX器件、特定波长DFB-LD，特别是EDFA的成热和实用化，使WDM技术得到推广，被广泛应用另一方面，随着材料、ASIC、光电子等技术的进步，使单波导STM-64也逐步成熟，被广泛应用于核心网甚至城域网事实证明，两种技术路线之间并没有矛盾，而是相辅相成的单波道速率的提高和波分复用波道数的增加，对提高总的传送容量都是有利的所以，目前在运营网络中的大容量DWDM系统多采用NXSTM-64，例如32xSTM-64 在OTN的保护标准没有正式确定之前，由于DWDM系统中的客户信号大多是SDH信号，所以可以采用SDH的保护方式其中，最普遍应用的是将某一DWDM系统中相关的SDH波道，与其他DWDM系统中相应的SDH波道或者同速率的单波道SDH系统连成环形，利用SDH环网保护的方案进行保护 当前，正在进行研究的OTN保护标准中的主要保护机理，仍然是和SDH的线形保护和环形保护相似的机理。

有些商用DWDM系统已开始使用相应的保护方式 为适应城域网〔MAN〕和接入网〔AN〕中光传输的特殊要求，一般不将核心网中的DWDM系统直接照搬到MAN和AN中，而是进行适应性改造更好的方法是在城域网中采用粗波分复用〔CWDM〕，在AN中采用宽波分复用〔WWDM〕在这些系统中，目前主要的客户信号多为SDH 四、SDH对传送数据业务的适应性SDH系统起初主要是为承载基于电路交换的TDM信号的，对分组信号开始只考虑了ATM后来，随着因特网的开展，通过SDH网络承载，IP信号的需求越来越迫切，于是，人们提出了许多将IP信号映射进SDH虚容器〔VC〕的方法，起初是先将IP或Ethernet装进ATM，然后再映射进SDH传输，即IP／Ethernet over ATM，再over SDH后来，又把中间过程省去，直接将IP或Ethernet映射进SDH，如PPP、LAPS、SDL、。