SDH/SONET原理

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SDH/SONET原理及XX公司CPOS模块应用介绍

一、 背景
随着信息及通信技术的发展,过去使用的DDN线路由于其最大带宽的限制(最大2M bits/s)已越来越不能适应用户对高带宽广域网的需求。另一方面在汇聚中心大量2M E1线路的接入势必增加路由器插槽和模块数量,从而增加了故障点和日常维护工作的难度。为此在汇聚中心迫切需要一种高带宽、少接入点的线路接入方式来替代大量E1在中心机房汇聚。本文就目前我国运行商提供的SDH/CPOS接入方式和上海XX数据通信有限公司的解决方案作一简要介绍。

二、 SDH/SONET原理简介
1、速率标准
SONET和SDH是为了互连来自不同供应商的光学传输设备而开发的标准。在SONET 标准中,基础信号称为同步传输信号一级(STS-1),其速率为51.84 Mb/s。更高级信号则是STS-1信号速率的整数倍,从而构成STS-N信号,其中N=1,3,12,48,192和768。一个STS-N信号是由N个字节交织的STS-1信号组成的。相应于STS-N信号的光学信号称为OC-N(N级光学载波)。SDH体系的帧和信号称为N级同步传输模块(STM-N),其中N=1,4,16,64和256。STS-N与STM-N的速率对应关系如下表所示。
我国采用的是CCITT接纳了SONET概念的SDH标准。两种标准间的差别见下表:

 

2、字节间插复用
SONET/SDH 是基于时分多路复用(TDM)的一种技术。具体讲SDH体制有一套标准的速率等级,基本的信号传输等级是STM-1,高等级的信号系列STM-4、STM-16等,都是将低速率的STM-1通过字节间插同步复用而成,复用的个数是4的倍数。所谓字节间插复用,可以下面的例子来说明。
有三个信号,帧结构各为每帧3个字节,即A帧:A1A2A3,B帧:B1B2B3,C帧:C1C2C3。若将这三个信号通过字节间插复用方式复用成信号D,那D就应该是一个9字节的帧,结构为:A1B1C1A2B2C2A3B3C3。
SDH的这种同步复用方式的优势还体现在确保PDH网向SDH网的顺利过渡。现在的PDH体制中,只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号是同步的,其它速率的信号都是异步的。因此也可将PDH低速支路信号(例如2Mbit/s)通过字节间插同步复用进SDH信号的帧中去(STM-N)。这样就使得低速支路信号在STM-N中的位置也是固定、有规律,即可预见,于是通过在SDH的主干道(光纤上)传输后,接收端就可以从STM-N信号中直接拆分出低速支路信号。
3、SDH帧结构
ITU-T规定了STM-N的帧是以字节为单位的矩形块状帧结构,如图一所示。从图中看出STM-N的信号是9行×270×N列的帧结构。此处的N与STM-N的N相一致。表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。由此可知,STM-1信号的帧结构是9行×270列的块状帧。需要说明的是,上面将信号的帧结构等效为块状,仅仅是为了分析的方便,STM-N信号在线路上传输时也遵循按比特的传输方式,即:帧结构中的字节从左到右,从上到下一个字节一个字节的传输,传完一行再传下一行,传完一帧再传下一帧。

 

图1 SDH帧结构图

从图中看出,STM-N的帧结构由3部分组成:段开销(SOH),包括再生段开销(RSOH) 和复用段开销(MSOH);管理单元指针(AU-PTR);信息净负荷(payload)。
信息净负荷(payload)是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱,车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号。需要特别说明的是,为了实时监测货物在传输过程中是否有损坏,在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节–通道开销(POH) 字节。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送,它负责对打包的货物(低速信号)进行通道性能监视管理和控制。
段开销(SOH)是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行管理和维护使用的字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控,而POH的作用是当车上有货物损坏时通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。段开销又分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH),分别对相应的段层进行监控。简单的讲二者的区别在于监管的范围不同。举个简单的例子,若光纤上传输的是2.5G信号,那么RSOH监控的是STM-16整体的传输性能,而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。
SDH能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号(例如2Mbit/s),这是因为低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置有预见性,而预见性的实现就在于SDH帧结构中存在着管理单元指针(AU-PTR)。AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符,以便收端能根据这个位置指示符的值(指针值)正确分离信息净负荷。指针有高、低阶之分,高阶指针是AU-PTR,低阶指针是TU-PTR,支路单元指针(TU-PTR)的作用类似于AU-PTR 只不过所指示的信息更加具体。
4、复用方式
SDH的复用包括两种情况:一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号;另一种是低速支路信号(例如2Mbit/s)复用成SDH信号STM-N。限于篇幅,只讲述第二种情况。图二是ITU-T规定的复用路线(ITU-T G.709标准)的子集,可以看到图中从一个有效负荷到STM-N的复用路线不是唯一的,有多条路线,例如:2Mbit/s的信号有两条复用路线,也就是说可用两种方法复用成STM-N信号。我国的光同步传输网技术体制选用AU-4的复用路线。

 

图2 STM-1复用体系

在最低级别上,PDH的E1信号被映射进容器(C),然后加上填充位的C被映射进虚容器(VC),创建一个具有公共速率的VC负载,从而成为同步多路复用。接着VC在支路单元(TU)里通过指针进行排列,这样TU就可以被同步复用进支路单元组(TUG)。3个TU-12可以被复用进一个TUG-2。TUG接着复用进更高一级的VC,该VC叫做高阶VC,它有自己的独立报头,TUG作为它的负载。7个TUG-2复用进一个TUG-3;3个TUG-3复用进一个AU-4。然后每个VC依次进入管理单元(AU),AU通过加上一个AU指针被复用进一个AUG(AU group),来自AUG的最终负载在加上一个包含复用段开销(MSOH)和再生段开销(RSOH)的报头后组成了最终的STM-N帧。从而形成3-7-3的复用结构,每个STM-1帧可个复用进3×7×3=63个E1信道。
3-7-3的复用结构如下表所示:
5、在电信传输机房连接方式
SDH线路在电信运营商机房中与DDN线路连接方式不同,SDH归传输部门维护,而DDN归数据部门维护,因此线路的连接与DDN线路完全不同。
SDH的最低接入速率是155M bits/s(STM-1),STM-1线路(即我们的CPOS)从用户汇聚中心通过电信接入网到达电信传输机房,通过ODF(Optical Fiber Distribution Frame , 光纤配线架)接入到ADM(Add and Drop Multiplexer , 分插复用器)设备,在ADM设备上拆分成2M E1的 PDH线路,再通过DDF(Digital Distribution Frame,数字配线架)和电信接入网到达用户网点现场。

三、 XX公司CPOS模块介绍
XX公司的EM-1CPOS-OC3/STM-1-SFP支持SDH标准的CPOS,可提供63路unframed E1汇聚在一条155M光纤上,为大量E1线路在网络中心汇聚提供了一种高可靠、大容量接入方式。
EM-1CPOS-OC3/STM-1-SFP模块支持STM-1内部时钟和线路时钟跟踪,同时支持每个E1信道的内部时钟和线路时钟跟踪。建议采用STM-1线路时钟跟踪。
配置方法:
controller CPOS 1/0
clock external
au-4 1 tug-3 1                 对应E1时隙          对应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时隙-子接口对应关系见上表。

Cpos口的具体配置。

1、Cpos口的映射是作为E3还是E1使用(这时公共配置,要用cpos板卡,首先就得有的配置):

router(config)#controller sonet 2/0             (2/0为对应板卡所在槽位)

router(config-ctrl-sonet-2/0)#clock source line (使用线路的时钟方式,有line 和internal两种)

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

2、进入TUG3接口:

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

(进入cpos端口的第1个管理单元的第1个支路单元组进行设置,管理单元只有一个,即au-4后面始终为1,一个au4又映射成3个tug3,所以tug-3后面值为1,2,3)

如我们要对第34时隙进行配置,通过后面那张表,我们可以看到此E1线路的位置应该是au4-1\tug3-1\tug2-5\E1-2.

router(config-ctrl-sonet-2/0)#au-4 1 tug-3 1    (这里tug-3为1,因为34时隙在tug3-1中.)

3、对E1物理线路进行设置:

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

(一个tug3映射成7个tug2,故tug-2后面为1-7,每个tug2又映射成3个E1,故E1后面值 1-3)

E1线路的配置不多讲,照手册来吧,只要两端配置一致就行。这里建议不要用crc检验,由于板卡的一些缺陷,会出现一些时隙协商不起来,有时还会出现时隙的时好时坏的现象。

仍然以34时隙为例:(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、对Cpos口生成的serial 口进行配置:

其实这一步就没有什么可讲了,和普通串口一模一样,进行了第一步配置后,系统自动生成63个E1串口或3条E1的串口。只是需要分清楚我们上面的几个配置与串口的对应关系。如上面的34时隙对应的串口则为:

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

这就是一条普通的串口。

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