在传输网中，目前采用的是同步数字体系（SDH）。ITU—T从1988年起推出了一系列有关SDH的标准，对SDH的比特率、复帧结构、复用设备、线路系统、光接口、网络管理和信息模型等进行了定义，从而确立了SDH这一传输体系。

（一）SDH的提出

随着电信网的发展和对联网灵活性要求的日益提高，传统的PDH（准同步数字体系）已暴露出一些固有的弱点。

1.标准不统一

PDH传输体系在世界上有3种标准：北美、日本、欧洲。表9-2给出了这3种体制在不同复用层次的传输速率。PDH只有统一的电接口标准，没有世界性的标准光接口规范，造成各个厂家的产品无法互通，要想实现互通必须通过光/电转换，转换成标准电接口后再进行连接。这限制了联网的灵活性，也增加了网络的复杂性和运营成本。

表9-2　PDH的不同体制在不同复用等级的传输速率　单位：kbit/s

注 越洋一栏指的是连接不同体制时所用的速率，中国采用的是欧洲体制。

2.复用结构复杂

在PDH中，各等级（也称为1次群、2次群等）信号独立定时，除了低速等级（1次群）的信号采用同步复用以外，其他高等级的信号采用异步复用，即靠补充一些额外比特使各支路信号的速率一致，再同步复用成高速信号（这就是称为准同步的原因，即各支路信号只具有相同的标称时钟频率，没有全网的统一时钟）。这种方式很难从高速信号中直接提取更低等级的低速支路信号，只能采用逐级复用的方式，复用结构不仅复杂，硬件数量大，也缺乏灵活性。

3.网络管理能力差

PDH的网络运行、管理和维护（OAM）主要靠人工进行数字信号交叉连接，测试时须停业，因此，复用信号的帧结构中不需要安排很多OAM比特，而现在这种管理和维护比特的缺乏已成为进一步改进网络OAM能力的主要障碍，使网络无法适应不断演变的电信业务的要求，更难以支持新一代的网络。

4.网络拓扑的灵活性差

现存的PDH网是在原有的模拟电话网上引入数字传输技术而发展起来的，它的基础是点对点的连接，数字通道设备的利用率很低。大部分非直达路由的业务流量是点到点直接传输的，例如，北美大约有77%的45Mbit/s信号是点对点直接传输的。可见，这种建立在点到点传输基础上的技术体制是无法提供最佳路由选择的。

随着用户和网络要求的不断变化，现代网络必须能够迅速、经济地为用户提供电信业务。要解决这个问题不能依靠原有的技术体制，只有从技术体制上进行根本改革，才能满足日益发展的网络要求。以微处理机支持的智能网络单元的出现有力地支持了这种改革，美国贝尔通信研究所提出的同步光纤网络（Synchronous Optical Network，简称SOnet）把高速大容量光纤传输技术和智能网络技术有机地结合起来。

SOnet的目的是要在光路上实现标准化，以便使不同的厂家的产品能在光路上互通，从而增加网络的灵活性。1988年ITU—T接受了SOnet的概念，并重新命名为同步数字体系（SDH），使之不仅仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的通用性技术体制，而且SDH在网络管理功能方面大大增强了。所以，SDH和SOnet基本上是一回事，只是在细节规定上有微小差异。ITU—T从1988～1992年短短的4年中就通过了13个有关SDH的建议，至2000年，已通过了40多个建议。这种工作速度是ITU—T历史上罕见的，它集中反映了各国对开发SDH网的巨大热情。目前，世界各国都在建设SDH网，并且也已公认SDH网为新一代传输体系。

（二）SDH的特点

SDH是为克服PDH的缺点而产生的，它是先有目标再定标准，然后研制设备，这个过程与PDH的正好相反，这就可能最大限度地以最理想的方式定义SDH网络要求的系统和设备。简单来说，SDH主要有同步复用、标准的网络接口和强大的网络管理功能等特点。

1.同步复用

SDH网采用同步复用方式，全网共用一个时钟系统。它有一套特殊的复用结构，定义了不同等级的信号模块。SDH的复用结构使得各种不同等级的数据流在SDH帧结构内的排列具有一定规律，而净负荷是与网络同步的，因而利用软件可以从高速信号中一次分插出低速支路信号，避免了对全部高速信号进行逐步解复用的做法，从而省略了全套背靠背的复用设备。这不仅使上、下路业务十分方便，而且使交叉连接设备的实现也大大简化了。

2.标准的网络接口

SDH使北美、日本、欧洲3个地区性数字传输体系在STM—1等级以上获得了统一。SDH具有全世界统一的网络节点接口（NN1）。所有的网络单元（同步光缆线路系统、终端复用器、分插复用器和数字交叉连接设备等）都有标准的光接口，因此可以在光路上实现互通，提高了不同厂商之间设备的兼营性，增加了组网的灵活性，降低了网络成本。

SDH网不仅完全兼容PDH网，同时还能容纳其他业务信号，例如局域网中的光纤颁布式数据接口FDDI信号、城域网中的DQDB信号，B—ISDN中的ATM信元等。

3.强大的网络管理功能

SDH在帧结构中安排了丰富的维护管理比特（约占5%），使网络的维护管理能力大大加强，如故障检测、区段定位、端到端性能监视和单端维护能力等都可以实现。SDH大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便，适用将来的发展。

（三）SDH的速率与帧结构

SDH定义了一套标准化的信息结构等级，这些信息结构叫做同步传输模块（Synchronous Transport Module，简称STM）。SDH信号最基本也是最重要的模块信号是STM—1，其速率为155.520Mbit/s（常说成155Mbit/s）。更高等级的STM—N是将STM—1同步复用而成。4个STM—1构成STM—4（622.080Mbit/s），16个STM—1构成STM—16（2448.320Mbit/s，常说成2.5Gbit/s），64个STM—1构成STM—64（9953.28Mbit/s，约10Gbit/s，不考虑开销等因素，这个速率足以容纳15万条话路）。

可以看出，SDH各等级信号的速率存在着严格的倍数关系，而PDH就不是这样。例如，PDH北美体制的3次群速率是44.736Mbit/s，它是由7个2次群信号（速率为6.312Mbit/s）复用而成的，然而6.312×7=44.184Mbit/s，要小于44.736Mbit/s。

SDH的帧结构与PDH的帧结构不同，SDH是块状帧，如图9-5所示。

图9-5　SDH的帧结构

从图9-5中可见，SDH的帧结构由9行270×N列组成。例如，STM—1帧由9行270列组成，共9×270=2430字节。STM—16帧由9行270×16=4320列组成，共9×4320=38880字节。帧的传输顺序就像人们平常读书的顺序一样，首先传送左上角第一个字节，从左到右、从上到下按顺序发送。每秒钟传送8000帧，即每125μs传送一帧。换言之，不管STM—N中的N为多少，各种STM—N的帧长度用时间表示都是固定的125μs。一个STM—1帧的长度是9×270=2430字节，即2430×8=19440bit/s，因此，STM—1的传送速率为9×270×8×8000=155.52Mbit/s。

整个帧可分为3个主要区域：

（1）段开销（SOH）区域。这是在传输STM帧时为保证信息正常灵活传送所必需的附加字节，主要是维护管理字节，例如误码监视、帧定位、数据通信、公务通信和自动保护倒换字节等，共有9×8=72字节，即576bit/s作为段开销之用。

（2）管理单元指针（AUPTR）区域。这是一个指示符，用来指示用户信息的第一个字节在STM—N帧内的准确位置，通过该指针调整用户信息在帧内的起始位置，可以保证复用时各支路信号的同步。

（3）净负荷（Payload）区域。净负荷区域就是存放各种电信业务信息的地方。例如，ATM信元、FDDI、DQDB或某种PDH信号都可以装入到净负荷区域。STM—1的净负荷区共有261×9行，即2349字节。

（四）SDH的组网形式(www.daowen.com)

SDH网是由各种网络单元组成的。SDH的网络单元有终端复用器，分插复用器ADM、数字交叉连接设备DXC等，用以实现同步数字传输、复用和交叉连接等功能。SDH的传输媒介可以是光纤、微波、卫星等。

终端复用器的主要任务是把同步复用和数字交叉连接功能统一起来，分插任意信号，即把低速的支路信号直接从高速信号流中一次分出，或把低速信号直接插入到高速信号流中。下面举例说明SDH分插复用器的功能。

如果要从140Mbit/s的集合信号中提取2Mbit/s的支路信号。采用PDH时，需要经过140/34Mbit/s、34/8Mbit/s和8/2Mbit/s的3次解复过程。而采用SDH的分插复用方法，则可以利用软件一步提取2Mbit/s的支路信号，十分简单，如图9-6所示。从图9-6中可以看出，对于155Mbit/s的STM—1信号，利用分插复用器可以直接实现2Mbit/s的PDH信号的复接和分接，上、下路的实现特别简单。

图9-6　SDH的复用方式

图9-7是利用分插复用器构成的环形网，图9-7中的每个分插复用器都可以分插低速支路信号。图9-7中的STM—1分插复用器可以是任意的STM—N分插复用器，支路信号可以是各种PDH信号或低速的STM信号。

图9-7　利用分插复用器构成的环形网

数字交叉连接设备（DXC）是SDH网的重要网络单元。随着网络越来越复杂，按照传统的方法，利用人工数字配线架把不同种类和容量的传输系统互联起来，不仅效率低、可靠性差，而且也无法配置和管理动态变化的传输网络。因而出现了相当于“自动数字配线架”的数字交叉连接（DXC）。DXC是一种兼有复用、自动配线、保护/恢复、监控和网络管理的多功能传输设备，它在传输网中的基本用途是进行自动化管理。DXC的核心是一个交叉连接矩阵，缩写DXC中的“X”就有取其形意“交叉”的含义。DXC的简化结构如图9-8所示。

DXC的输入和输出端口与传输系统相连，每个输入信号被解复用为m个低速的信号，内部的交叉连接矩阵按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些交叉连接通道进行重新安排，然后再将低速信号复用成高速信号输出。整个交叉连接过程由本地操作系统和连至电信管理网（TMN）的支持设备进行控制和维护。根据端口速率的不同，DXC可以有不同的配置形式。通常用DXCx/y表示DXC的配置类型。其中：x代表接入端口数据流的最高速率等级；y代表参与交叉连接的最低级别。

图9-8　DXC的简化结构

它们的不同数字所代表的意义如下：

（1）数字0～4分别表示PDH中的0～4次群速率，各次群的速率参见表9-2。

（2）数字4～7分别代表SDH中的STM—1、STM—4、STM—16、STM—64的速率。

例如：

DXC1/10代表接入端口的最高速率为1次群信号速率，交叉连接最低速率为64kbit/s。

DXC4/1代表接入端口的最高速率为140Mbit/s或155Mbit/s，交叉连接最低速率为1次群信号，即允许所有1、2、3、4次群信号和STM—1信号接入和进行交叉连接。

DXC的主要功能是交叉连接电路，目前采用的还是电子的方法。纯光DXC是唯一能与高速光纤传输速率相匹配的交叉连接技术。随着纯光DXC的应用，整个网络的传输、交换和控制都将在光领域中进行，成为真正的全光网络。

（五）SDH的自愈环

随着光纤传输容量的不断增加，网络的可靠性越来越重要，特别是当光缆切断时往往会导致同一缆芯内的光纤系统全部中断，影响极大。靠常规的系统备用方式已经不能满足网络的可靠性要求。近些年来，产生了一种叫做“自愈网”（Self-healing Network）的概念。

所谓自愈网就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所承载的业务，使用户不会感到网络已经出了故障。其基本原理就是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力。

环型网是一类重要的自愈网，又称自愈环。它由一串首尾相连的数字连接设备或分插复用器设备组成。这种结构的特点是简单，可以灵活地安排业务，恢复业务时间短。

自愈环的恢复过程如图9-9所示。图中的自愈环由分插复用器构成，它有两个方向相反的环，每个环使用一条光纤。正常时，信息同时沿着两个方向传送，节点对两个方向收到信号均有效，只需选一个为主用，另一个为备用。假设光缆如图9-9所示被切断，这时环型网就成了一个变形的环型网，两个方面都改成了主信号，通信仍能维持。

（六）SDH的发展

由SDH代替PDH是不可逆转的，但SDH与PDH相比也存在不足之处，将来也会被新的传输技术所取代。

图9-9　SDH的自愈环恢复过程

SDH频带利用率不如PDH高。例如：139.264Mbit/s的PDH可收容64个2.048Mbit/s系统或4个34.368Mbit/s系统，其频带利用率分别为94%和99%。与此同时，155.520Mbit/s的SDH可收容63个2.048Mbit/s系统或3个34.368Mbit/s系统，其频带利用率分别是83%和66%。

SDH大规模地采用软件控制，并将业务量集中在少数几个高速链路和交叉连接点上，使得软件几乎可以控制网络中所有的设备，这就使系统较为脆弱。因此，它对软件的测试和可靠的网络拓扑要求很高。

与全光通信的波分复用光传送网相比，SDH的网络节点是以电信号处理信息的速度进行分插复用和交叉连接，传输速率受到“电子瓶颈”的限制。随着网络带宽的提高，网络节点越来越庞大和复杂，带宽提高带来的经济性将被昂贵的光—电和电—光转换费用所抵消。光纤放大器（EDFA）在波分复用传输系统中的应用，使大容量长距离全光传输成为可能。波分复用光传送网可能会在未来以全光网络的形式提供一个经济的、大容量的、高可靠性和灵活性的传输基础设施。

SDH的帧长度固定为125μs，不适合许多新的业务。波分复用光传送网的传输波长与协议和速率无关，保证了波分复用光传送网可在光信道上以任何协议传输，如Ethernet、ATM、SDH、FDDI、视频等，也可传输各种比特率的信号，如155Mbit/s、622Mbit/s、1.25Mbit/s、2.5Gbit/s或10Gbit/s。