SDH/SONET原理

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SDH/SONET原理及XX公司CPOS模塊應用介紹

一、 背景
隨著信息及通信技術的發展,過去使用的DDN線路由于其最大帶寬的限制(最大2M bits/s)已越來越不能適應用戶對高帶寬廣域網的需求。另一方面在匯聚中心大量2M E1線路的接入勢必增加路由器插槽和模塊數量,從而增加了故障點和日常維護工作的難度。為此在匯聚中心迫切需要一種高帶寬、少接入點的線路接入方式來替代大量E1在中心機房匯聚。本文就目前我國運行商提供的SDH/CPOS接入方式和上海XX數據通信有限公司的解決方案作一簡要介紹。

二、 SDH/SONET原理簡介
1、速率標準
SONET和SDH是為了互連來自不同供應商的光學傳輸設備而開發的標準。在SONET 標準中,基礎信號稱為同步傳輸信號一級(STS-1),其速率為51.84 Mb/s。更高級信號則是STS-1信號速率的整數倍,從而構成STS-N信號,其中N=1,3,12,48,192和768。一個STS-N信號是由N個字節交織的STS-1信號組成的。相應于STS-N信號的光學信號稱為OC-N(N級光學載波)。SDH體系的幀和信號稱為N級同步傳輸模塊(STM-N),其中N=1,4,16,64和256。STS-N與STM-N的速率對應關系如下表所示。
我國采用的是CCITT接納了SONET概念的SDH標準。兩種標準間的差別見下表:

 

2、字節間插復用
SONET/SDH 是基于時分多路復用(TDM)的一種技術。具體講SDH體制有一套標準的速率等級,基本的信號傳輸等級是STM-1,高等級的信號系列STM-4、STM-16等,都是將低速率的STM-1通過字節間插同步復用而成,復用的個數是4的倍數。所謂字節間插復用,可以下面的例子來說明。
有三個信號,幀結構各為每幀3個字節,即A幀:A1A2A3,B幀:B1B2B3,C幀:C1C2C3。若將這三個信號通過字節間插復用方式復用成信號D,那D就應該是一個9字節的幀,結構為:A1B1C1A2B2C2A3B3C3。
SDH的這種同步復用方式的優勢還體現在確保PDH網向SDH網的順利過渡。現在的PDH體制中,只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信號是同步的,其它速率的信號都是異步的。因此也可將PDH低速支路信號(例如2Mbit/s)通過字節間插同步復用進SDH信號的幀中去(STM-N)。這樣就使得低速支路信號在STM-N中的位置也是固定、有規律,即可預見,于是通過在SDH的主干道(光纖上)傳輸后,接收端就可以從STM-N信號中直接拆分出低速支路信號。
3、SDH幀結構
ITU-T規定了STM-N的幀是以字節為單位的矩形塊狀幀結構,如圖一所示。從圖中看出STM-N的信號是9行×270×N列的幀結構。此處的N與STM-N的N相一致。表示此信號由N個STM-1信號通過字節間插復用而成。由此可知,STM-1信號的幀結構是9行×270列的塊狀幀。需要說明的是,上面將信號的幀結構等效為塊狀,僅僅是為了分析的方便,STM-N信號在線路上傳輸時也遵循按比特的傳輸方式,即:幀結構中的字節從左到右,從上到下一個字節一個字節的傳輸,傳完一行再傳下一行,傳完一幀再傳下一幀。

 

圖1 SDH幀結構圖

從圖中看出,STM-N的幀結構由3部分組成:段開銷(SOH),包括再生段開銷(RSOH) 和復用段開銷(MSOH);管理單元指針(AU-PTR);信息凈負荷(payload)。
信息凈負荷(payload)是在STM-N幀結構中存放將由STM-N傳送的各種信息碼塊的地方。信息凈負荷區相當于STM-N這輛運貨車的車箱,車箱內裝載的貨物就是經過打包的低速信號。需要特別說明的是,為了實時監測貨物在傳輸過程中是否有損壞,在將低速信號打包的過程中加入了監控開銷字節–通道開銷(POH) 字節。POH作為凈負荷的一部分與信息碼塊一起裝載在STM-N這輛貨車上在SDH網中傳送,它負責對打包的貨物(低速信號)進行通道性能監視管理和控制。
段開銷(SOH)是為了保證信息凈負荷正常靈活傳送所必須附加的供網絡運行管理和維護使用的字節。例如段開銷可進行對STM-N這輛運貨車中的所有貨物在運輸中是否有損壞進行監控,而POH的作用是當車上有貨物損壞時通過它來判定具體是哪一件貨物出現損壞。段開銷又分為再生段開銷(RSOH)和復用段開銷(MSOH),分別對相應的段層進行監控。簡單的講二者的區別在于監管的范圍不同。舉個簡單的例子,若光纖上傳輸的是2.5G信號,那么RSOH監控的是STM-16整體的傳輸性能,而MSOH則是監控STM-16信號中每一個STM-1的性能情況。
SDH能夠從高速信號中直接分/插出低速支路信號(例如2Mbit/s),這是因為低速支路信號在高速SDH信號幀中的位置有預見性,而預見性的實現就在于SDH幀結構中存在著管理單元指針(AU-PTR)。AU-PTR是用來指示信息凈負荷的第一個字節在STM-N幀內的準確位置的指示符,以便收端能根據這個位置指示符的值(指針值)正確分離信息凈負荷。指針有高、低階之分,高階指針是AU-PTR,低階指針是TU-PTR,支路單元指針(TU-PTR)的作用類似于AU-PTR 只不過所指示的信息更加具體。
4、復用方式
SDH的復用包括兩種情況:一種是低階的SDH信號復用成高階SDH信號;另一種是低速支路信號(例如2Mbit/s)復用成SDH信號STM-N。限于篇幅,只講述第二種情況。圖二是ITU-T規定的復用路線(ITU-T G.709標準)的子集,可以看到圖中從一個有效負荷到STM-N的復用路線不是唯一的,有多條路線,例如:2Mbit/s的信號有兩條復用路線,也就是說可用兩種方法復用成STM-N信號。我國的光同步傳輸網技術體制選用AU-4的復用路線。

 

圖2 STM-1復用體系

在最低級別上,PDH的E1信號被映射進容器(C),然后加上填充位的C被映射進虛容器(VC),創建一個具有公共速率的VC負載,從而成為同步多路復用。接著VC在支路單元(TU)里通過指針進行排列,這樣TU就可以被同步復用進支路單元組(TUG)。3個TU-12可以被復用進一個TUG-2。TUG接著復用進更高一級的VC,該VC叫做高階VC,它有自己的獨立報頭,TUG作為它的負載。7個TUG-2復用進一個TUG-3;3個TUG-3復用進一個AU-4。然后每個VC依次進入管理單元(AU),AU通過加上一個AU指針被復用進一個AUG(AU group),來自AUG的最終負載在加上一個包含復用段開銷(MSOH)和再生段開銷(RSOH)的報頭后組成了最終的STM-N幀。從而形成3-7-3的復用結構,每個STM-1幀可個復用進3×7×3=63個E1信道。
3-7-3的復用結構如下表所示:
5、在電信傳輸機房連接方式
SDH線路在電信運營商機房中與DDN線路連接方式不同,SDH歸傳輸部門維護,而DDN歸數據部門維護,因此線路的連接與DDN線路完全不同。
SDH的最低接入速率是155M bits/s(STM-1),STM-1線路(即我們的CPOS)從用戶匯聚中心通過電信接入網到達電信傳輸機房,通過ODF(Optical Fiber Distribution Frame , 光纖配線架)接入到ADM(Add and Drop Multiplexer , 分插復用器)設備,在ADM設備上拆分成2M E1的 PDH線路,再通過DDF(Digital Distribution Frame,數字配線架)和電信接入網到達用戶網點現場。

三、 XX公司CPOS模塊介紹
XX公司的EM-1CPOS-OC3/STM-1-SFP支持SDH標準的CPOS,可提供63路unframed E1匯聚在一條155M光纖上,為大量E1線路在網絡中心匯聚提供了一種高可靠、大容量接入方式。
EM-1CPOS-OC3/STM-1-SFP模塊支持STM-1內部時鐘和線路時鐘跟蹤,同時支持每個E1信道的內部時鐘和線路時鐘跟蹤。建議采用STM-1線路時鐘跟蹤。
配置方法:
controller CPOS 1/0
clock external
au-4 1 tug-3 1???????????????? 對應E1時隙????????? 對應Serial 1/0子接口
tug-2 1 e1 1 unframed????????????? 1?????????????????????? 0
tug-2 1 e1 2 unframed???????????? 22?????????????????????? 7
tug-2 1 e1 3 unframed???????????? 43????????????????????? 14
tug-2 2 e1 1 unframed????????????? 4?????????????????????? 1
tug-2 2 e1 2 unframed???????????? 25?????????????????????? 8
tug-2 2 e1 3 unframed???????????? 44????????????????????? 15
tug-2 3 e1 1 unframed????????????? 5?????????????????????? 2
tug-2 3 e1 2 unframed???????????? 26?????????????????????? 9
tug-2 3 e1 3 unframed
tug-2 4 e1 1 unframed
tug-2 4 e1 2 unframed
tug-2 4 e1 3 unframed
tug-2 5 e1 1 unframed
tug-2 5 e1 2 unframed
tug-2 5 e1 3 unframed
tug-2 6 e1 1 unframed
tug-2 6 e1 2 unframed
tug-2 6 e1 3 unframed
tug-2 7 e1 1 unframed
tug-2 7 e1 2 unframed
tug-2 7 e1 3 unframed
exit
au-4 1 tug-3 2
tug-2 1 e1 1 unframed
tug-2 1 e1 2 unframed
tug-2 1 e1 3 unframed
tug-2 2 e1 1 unframed
tug-2 2 e1 2 unframed
tug-2 2 e1 3 unframed
tug-2 3 e1 1 unframed
tug-2 3 e1 2 unframed
tug-2 3 e1 3 unframed
tug-2 4 e1 1 unframed
tug-2 4 e1 2 unframed
tug-2 4 e1 3 unframed
tug-2 5 e1 1 unframed
tug-2 5 e1 2 unframed
tug-2 5 e1 3 unframed
tug-2 6 e1 1 unframed
tug-2 6 e1 2 unframed
tug-2 6 e1 3 unframed
tug-2 7 e1 1 unframed
tug-2 7 e1 2 unframed
tug-2 7 e1 3 unframed
exit
au-4 1 tug-3 3
tug-2 1 e1 1 unframed
tug-2 1 e1 2 unframed
tug-2 1 e1 3 unframed
tug-2 2 e1 1 unframed
tug-2 2 e1 2 unframed
tug-2 2 e1 3 unframed
tug-2 3 e1 1 unframed
tug-2 3 e1 2 unframed
tug-2 3 e1 3 unframed
tug-2 4 e1 1 unframed
tug-2 4 e1 2 unframed
tug-2 4 e1 3 unframed
tug-2 5 e1 1 unframed
tug-2 5 e1 2 unframed
tug-2 5 e1 3 unframed
tug-2 6 e1 1 unframed
tug-2 6 e1 2 unframed
tug-2 6 e1 3 unframed
tug-2 7 e1 1 unframed
tug-2 7 e1 2 unframed
tug-2 7 e1 3 unframed
exit
!
SDH支路-拆分后的E1時隙-子接口對應關系見上表。

Cpos口的具體配置。

1、Cpos口的映射是作為E3還是E1使用(這時公共配置,要用cpos板卡,首先就得有的配置):

router(config)#controller sonet 2/0???????????? (2/0為對應板卡所在槽位)

router(config-ctrl-sonet-2/0)#clock source line (使用線路的時鐘方式,有line 和internal兩種)

router(config-ctrl-sonet-2/0)#mode c-12    (關鍵語句: E1即映射成C-12, E3映射成C-3使用)

2、進入TUG3接口:

router(config-ctrl-sonet-2/0)#au-4 1 tug-3 1

(進入cpos端口的第1個管理單元的第1個支路單元組進行設置,管理單元只有一個,即au-4后面始終為1,一個au4又映射成3個tug3,所以tug-3后面值為1,2,3)

如我們要對第34時隙進行配置,通過后面那張表,我們可以看到此E1線路的位置應該是au4-1\tug3-1\tug2-5\E1-2.

router(config-ctrl-sonet-2/0)#au-4 1 tug-3 1??? (這里tug-3為1,因為34時隙在tug3-1中.)

3、對E1物理線路進行設置:

router(config-ctrl-sonet-2/0-au4-1-tug3-1)#tug-2 1 e1 1 framing crc

(一個tug3映射成7個tug2,故tug-2后面為1-7,每個tug2又映射成3個E1,故E1后面值 1-3)

E1線路的配置不多講,照手冊來吧,只要兩端配置一致就行。這里建議不要用crc檢驗,由于板卡的一些缺陷,會出現一些時隙協商不起來,有時還會出現時隙的時好時壞的現象。

仍然以34時隙為例:(au4-1\tug3-1\tug2-5\E1-2.)

router(config-ctrl-sonet-2/0-au4-1-tug3-1)#tug-2 5 e1 2 framing crc

4、對Cpos口生成的serial 口進行配置:

其實這一步就沒有什么可講了,和普通串口一模一樣,進行了第一步配置后,系統自動生成63個E1串口或3條E1的串口。只是需要分清楚我們上面的幾個配置與串口的對應關系。如上面的34時隙對應的串口則為:

router(config) interface serial 2/0.1/1/5/2:0

這就是一條普通的串口。

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