宽带传输与交换（高等学校电子信息类专业系列教材） 9787302496090
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作者胡明
出版社清华大学出版社
ISBN9787302496090
出版时间2018-02
装帧其他
开本16开
定价59元
货号9787302496090-59
上书时间2024-06-13
商品详情
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目录
第1章 绪论
1.1 数据通信网的组成及特点
1.2 网络传输技术
1.3 网络交换技术
1.4 差错控制技术
1.5 网络体系结构
本章小结
思考题
第2章 PDH、SDH概述
2.1 PDH概述
2.2 PDH过渡到SDH
本章小结
思考题
第3章 SDH帧结构以及复用映射结构
3.1 SDH信号的帧结构
3.2 开销
3.3 基本复用映射结构
3.4 映射、定位和复用
3.5 PDH信号适配到SDH信号流
本章小结
思考题
第4章 SDH中的指针
4.1 指针的作用
4.2 指针调整
本章小结
思考题
第5章 SDH网络的主要设备
5.1 SDH网络的常见网元
5.2 SDH设备的逻辑功能模块
5.3 几种常见网元的逻辑构成
本章小结
思考题
第6章 SDH网络拓扑
6.1 基本的网络拓扑结构
6.2 复杂网络的拓扑结构及特点
6.3 SDH网络的整体层次结构
本章小结
思考题
第7章 SDH网络的保护与恢复
7.1 SDH网络保护
7.2 SDH网络恢复
本章小结
思考题
第8章 密集波分复用网
8.1 密集波分复用系统框架
8.2 DWDM系统关键部件
本章小结
思考题
第9章 分组交换基本原理
9.1 基本概念
内容摘要
《宽带传输与交换》主要介绍宽带传输及分组交换技术，这两方面技术为我国信息高速公路的建设提供了强大的支撑作用。全书共有13章，第1章为绪论。第2~8章介绍传输技术，从我国早期采用的PDH技术到后来的SDH技术，再到目前广泛采用的DWDM技术，包括信号的处理过程、关键技术、主要设备、网络的拓扑结构及其保护等方面内容。第9~13章介绍分组交换技术，内容主要包括分组交换的基本原理、缓存策略、多级交换结构、队列调度算法，以及多协议标记交换技术。本书依据技术的发展过程，按照由浅入深、迭代改进的方式进行分析介绍，便于读者了解和掌握各项关键技术的发展脉络，既可作为通信专业教材，也可供相关领域的工程技术人员参考。
精彩内容
第3章SDH帧结构以及复用映射结构第2章说明了为什么要从PDH过渡到SDH，从本章开始，将分别介绍SDH的各个关键部分，包括帧结构、复用映射结构、指针、网元设备、拓扑结构、网络保护及恢复等。本章将介绍SDH的帧结构以及复用映射结构，详细说明其帧格式、关键字节作用以及帧结构的形成过程等内容。
3.1SDH信号的帧结构图31STM1帧结构SDH采用块状帧结构，以字节为单位。STM1的帧结构如图31所示，由270列、9行8比特字节构成，帧长度为270×9=2430个字节，相当于270×9×8=19440比特，帧周期为125μs，其比特速率为19440/125=155.52Mb/s。帧结构中字节的传送是从左至右按行一个比特一个比特地传送，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。STM1帧结构分为段开销(SOH)、管理单元指针(AUPTR)和信息净负荷区三大部分。
除速率为155.52Mb/s的STM1以外，还有STM4、STM16、STM64等，其速率分别是STM1的4倍、16倍和64倍。帧周期统一为125μs(PDH不同等级信号的帧周期不恒定)，这表明相邻等级SDH信号每帧所容纳的字节数是4倍关系。SDH信号的这种规律性使得从高速SDH信号中直接插分出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量传输情况。反观PDH信号，不仅各等级PDH信号的帧周期不恒定，而且相邻等级PDH信号每帧所容纳的信息量也不是严格的4倍关系。
从图31中看出，STM1的帧结构由3部分组成：段开销(SectionOverhead，SOH)包括再生段开销(RegeneratorSectionOverhead，RSOH)和复用段开销(MultiplexerSectionOverhead，MSOH)，管理单元指针(AdministrationUnitPointer，AUPTR)，信息净负荷(Payload)。下面以STM1信号为例来分别说明这三部分的功能。
1.信息净负荷(Payload)信息净负荷区是SDH帧结构中存放用户信息的地方。在STM1帧结构中，信息净负荷区由9行261列(10~270列)共9×261=2349个字节组成，为了实时监测低速信号在传输过程中是否有损坏，在装载低速信号的过程中，还加入了监控开销字节——通道开销(PathOverhead，POH)字节。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在净负荷区，它负责对低速信号进行通道性能监视、管理和控制。
如何理解通道的概念？由于STM1信号可复用进63个2Mb/s的E1信号，那么可以将STM1信号看成一条宽阔的传输大道，而这条宽阔的大道又分成了63条并行小道，每条小道上信息的传输速率为2Mb/s。这样，每一条小道就相当于一个低速信号通道，通道开销的作用就是监控各个小道上的传送状况。因此，所谓通道就是指相应的低速支路信号，POH的功能就是监控这些低速支路信号在SDH网上的传输。
2.段开销(SOH)段开销(SOH)是为了保证信息净负荷正常传送所必须附加的、实现网络OAM功能的字节。SOH负责整个STM1信号的运行维护，而POH负责更小粒度支路信号的传输监控。SOH又分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH)，RSOH主要完成SDH帧结构的恢复、差错控制等，MSOH主要提供网管通道、保护倒换、复用段差错控制等功能。这里说的“段”相当于一条大的传输管道，是多个“通道”的集合，RSOH和MSOH的作用就是保证这条大传输通道的各项功能正常。
那么RSOH和MSOH的区别是什么呢？二者的区别在于监管范围不同。例如，若光纤上传输的是2.5Gb/s信号，那么RSOH负责的是16个STM1信号的整体传输性能，而MSOH则是监控其中每一个STM1的性能情况。STM1帧结构段开销字节的安排如图32所示。其中，数据通信通道(D1~D12)作为控制通路的物理层，在网元之间传输OAM信息，构成SDH网络管理信息的传送通路。
图32STM1帧结构段开销
3.管理单元指针(AUPTR)管理单元指针是一种指示符，用来指示信息净负荷的第一个字节在STM1帧内的位置，即相对于起始点的偏移量。指针处理是SDH所采用的信息位置调整方式，在帧结构中通过指针值的变化来进行字节放置位置的调整，以适应接入信码流的速率和相位变化。
管理单元指针位于STM1帧中第4行的前9个字节，指针所指示的起始位置就是STM1帧结构中第4行的第10个字节。SDH之所以能够从高速信号流中直接插分出低速支路信号，就是因为指针的作用，使低速支路信号在高速SDH帧结构中的位置有预见性、规律性，让接收端按照指针值正确分离信息净负荷。
另外，指针有高阶、低阶之分，高阶指针是AUPTR，低阶指针是支路单元指针(TributaryUnitPointer，TUPTR)，TUPTR的作用类似于AUPTR，只不过它位于净负荷区，指示更小信息流的起始位置，详细内容在后面作进一步介绍。
3.2开销
如3.1节所述，开销完成对SDH信号提供层层细化的监控功能，监控的分类可分为段层监控、通道层监控。段层监控又分为再生段层和复用段层监控，通道层监控又分为高阶通道层监控和低阶通道层监控，由此实现了对SDH信号层层细化的监控。例如，对2.5Gb/s系统的监控，再生段开销负责对整个STM16信号进行监控，复用段开销对其中16个STM1的任一个进行监控，高阶通道开销再对每个STM1中的VC4进行监控，低阶通道开销进一步细化到对VC4中的每个VC12进行监控，由此实现了从2.5Gb/s级别到2Mb/s级别的多级监控手段。这些层层细化的监控功能都是通过开销字节实现。下面以STM1信号为例，分别介绍段开销、通道开销各字节的作用。
3.2.1段开销
STM1帧的段开销包括位于帧中的(1~3)行×(1~9)列的RSOH和位于(5~9)行×(1~9)列的MSOH，如图32所示，下面对各字节进行详细说明。
1.帧定位字节：A1、A2A1、A2字节起帧定位作用，表示一帧的开始。如前所述，SDH可从高速信号流中直接插分出低速支路信号，原因就是接收端能通过指针(AUPTR、TUPTR)确定低速信号在高速信号中的位置。但这个过程的前提是：接收端在收到的信号流中能正确地分离出各个STM1帧结构，就是要先确定每个STM1帧的起始位置，然后再在各帧中定位相应的低速信号。就像在长长的阅兵队列中定位一个人时，要先定位到某一个方队，然后在该方队中再通过这个人所处行列数确定他的位置。A1、A2字节就是起到定位一个方队的作用，接收端通过它可以确定每个STM1帧的开始位置，再结合指针去定位帧结构中传输的每一路低速信号。
接收端是如何通过A1、A2字节定位帧开始的呢？A1、A2有固定的值，就是有固定的比特图案，A1：11110110(f6H)，A2：00101000(28H)。接收端检测信号流中的各个字节，当发现连续出现3个f6H，又紧跟着出现3个28H字节时(在STM1帧中A1和A2字节各有3个)，就判定现在开始收到一个STM1帧，接收端通过定位每个STM1帧的起点，来区分不同的STM1帧，以达到分离不同帧的目的。
当连续5帧以上(625μs)收不到正确的A1、A2字节，即连续5帧以上无法判别帧头，那么接收端进入帧失步状态，产生帧失步告警——OOF。若OOF持续了3ms则进入帧丢失状态，设备产生帧丢失告警LOF，下插AIS信号，整个业务中断。另一方面，在LOF状态下，若接收端连续1ms以上又处于定帧状态，那么设备回到正常状态。
为了便于接收端能提取线路定时信号，STM1信号在线路上传输以前要经过扰码。但为了接收端能正确定位帧头，又不能将A1、A2字节进行扰码。为兼顾这两种需求，于是规定STM1帧结构第一行的前9个字节(不仅包括A1、A2字节)不进行扰码，直接透明传输，STM1帧结构中的其余字节进行扰码后再上线路传输。这样既便于提取STM1信号的时钟信号，又便于接收端确定STM1帧结构的开始位置。
2.再生段踪迹字节：J0该字节被用来重复地发送段接入点标识符，以便使接收端能据此确认与指定的发送端处于连接状态。在同一个运营者的网络内，该字节可为任意字符，而在不同两个运营者的网络边界处，要使设备收、发两端的J0字节相同。通过J0字节可使运营者提前发现和解决故障，缩短网络恢复时间。
3.数据通信通路(DCC)字节：D1~D12SDH的一大特点就是OAM功能的自动化程度很高，可通过网管终端对网元进行命令下发、数据查询，完成PDH系统所无法完成的业务实时调配、告警故障定位、性能在线测试等功能。这些用于OAM的数据均通过STM1帧中的D1~D12字节传送。这样，D1~D12字节就提供了所有SDH网元都可接入的通用数据通信通路，作为嵌入式控制通路(ECC)的物理层，在网元之间传输操作、管理、维护(OAM)信息，构成SDH管理网(SMN)的传送通路。
在D1~D12中，D1~D3是再生段数据通路字节(DCCR)，速率为3×64kb/s=192kb/s，用于再生段终端间传送OAM信息；D4~D12是复用段数据通路字节(DCCM)，共9×64kb/s=576kb/s，用于在复用段终端间传送OAM信息。DCC通道总速率是768kb/s，它为SDH网络管理提供了强大的通信基础。
4.公务联络字节：E1、E2分别提供一个64kb/s的公务联络语音通道，语音信息通过这两个字节进行传输。E1属于RSOH，用于再生段的公务联络，E2属于MSOH，用于复用段终端间直达公务联络。对于图33所示网络，若仅使用E1字节作为公务联络字节，A、B、C、D四网元均可互通公务电话。这是因为，对于终端复用器，其作用是将低速支路信号插分到SDH信号中，所以它要处理RSOH和MSOH，因此用E1、E2字节均可通公务电话；而对于再生器，其作用是信号的再生，只需处理RSOH，所以用E1字节也可通公务电话。而如果仅使用E2字节作为公务联络字节，那么就仅有A、D间可以通公务电话，因为B、C网元不处理MSOH，也就不会处理E2字节。
图33网络示意图5.使用者通路字节：F1提供速率为64kb/s的数据/语音通路，保留给使用者(通常指网络提供者)，用于临时公务联络。
6.比特间插奇偶校验8位码(BIP8)：B1这个字节用于再生段误码监测(B1位于再生段开销中)。为了理解监测方法，下面先介绍BIP8奇偶校验原理。
假设一个信号帧有4个字节：x1=10110001、x2=01011100、x3=10101010、x4=00001101，那么将这个帧进行BIP8奇偶校验的方法，就是以8比特为一个校验单位，将此帧分成4块(每字节为一块，因1个字节为8比特正好是一个校验单元)，按图34的方式摆放整齐。依次计算每一列中1的个数，若为奇数，则在得数(B)的相应位填1，否则填0。也就是加上结果B后，使每一列中1的总数为偶数。这种校验方法就是BIP8奇偶校验，实际上是偶校验，因为保证的是1的个数为偶。B的值就是将x1x2x3x4这4个字节帧进行BIP8校验所得的结果。
图34BIP8奇偶校验示意图B1字节的工作机理是：发送端对当前帧(第N帧)加扰后的所有字节进行BIP8偶校验，将结果放在下一个待扰码帧(第N+1帧)的B1字节中；接收端将当前待解扰帧(第N帧)的所有比特进行BIP8校验，所得结果与下一帧(第N+1帧)解扰后的B1字节相异或，如果异或结果中有1出现，就可以依据出现多少个1，判断第N帧在传输中出现了多少个误码块。
由此可以看出，高速信号的误码性能用误码块来反映，STM1信号的误码情况实际上是误码块的情况。从BIP8校验方式可以看出，校验结果的每一位都对应一个比特块(即一列比特)，所以B1字节最多可从一个STM1帧中检测出8个误码块。
7.比特间插奇偶校验24位码(BIP24)：B2B2的工作机理与B1类似，B1字节是对整个STM1帧信号进行传输误码检测，而B2检测的是复用段层的误码情况，STM1帧中有3个B2字节。检测机理是：发送端对前一个待扰的STM1帧中除了RSOH(RSOH包括在B1对整个STM1帧的校验中)外的全部比特进行BIP24计算，结果放于当前待扰STM1帧的B2字节位置；接收端对当前解扰后的STM1帧，除去RSOH后的全部比特进行BIP24校验，其结果与下一STM1帧解扰后的B2字节相异或，根据异或后出现1的个数，判断在传输过程中出现了多少误码块。这种方式可检测出的最大误码块个数是24。
另外，对于STMN信号，在发送端写完B2字节后，相应的N个STM1帧按字节间插复用成STMN信号，其中共有3N个B2字节。在接收端先将STMN信号分成N×STM1信号，再分别校验这N组B2字节。由此看出，B2字节是在检测每一路STM1信号。
8.自动保护倒换(APS)通路字节：K1、K2(b1~b5)这两个字节用于传送自动保护倒换(APS)信令，使设备能在故障时自动切换，让网络业务得以恢复(或称为“自愈”)。复用段的保护倒换由这两个字节控制。
9.复用段远端失效指示(MSRDI)字节：K2(b6~b8)这是一个对告信息，由接收端(信宿)反馈给发送端(信源)，表示收信端检测到接收故障或收到复用段告警指示信号。也就是当接收端收到的信号质量较差时，接收端回送给发送端的MSRDI告警信号，让发送端知道接收端的状态。若收到K2字节的b6~b8为110码，则此信号为对端对告的MSRDI告警信号；若收到K2字节的b6~b8为111，则此信号为本端收到MSAIS信号，此时要向对端发MSRDI信号，即在发往对端信号帧的K2字节中，将b6~b8设置为110。另外，如果B2检测的误码块数超越门限，也会将b6~b8设置为110。
10.同步状态字节：S1(b5~b8)不同比特图案表示ITUT的不同时钟质量级别，使设备能据此判定接收时钟信号的质量，以此决定是否切换时钟源，即是否切换到较高质量的时钟源。S1(b5~b8)的值越小，表示相应的时钟质量级别越高。
11.复用段远端误码块指示(MSREI)字节：M1这是一个对告信息，由接收端回送给发送端。M1字节用来传送接收端由B2字节所检测出的误块数，以便发送端据此了解接收端的收信误码情况。
12.与传输媒质有关的字节：ΔΔ字节专用于具体传输媒质的特殊功能，例如用单根光纤作双向传输时，可用此字节来实现辨明信号方向的功能。
13.国内保留使用字节：X所有未做标记的字节，其用途由将来的国际标准确定。
上面讲述了STM1帧中段开销(RSOH、MSOH)各字节的使用方法，通过这些字节，实现了STM1信号的段层OAM功能。另外，对于未做明确规定的字节，各SDH生产厂家往往会用来实现一些自己设备的专用功能。
3.2.2通道开销
段开销负责“大颗粒”信息的监控，那么更小颗粒的信息如何监控呢？这一任务由通道开销完成，通道开销位于净负荷区。根据监测通道速率的高低，通道开销又分为高阶通道开销和低阶通道开销。本书中，高阶通道开销指对VC4级别的通道进行监测，可对139Mb/s在STM1帧中的传输情况进行监测；低阶通道开销是完成VC12通道级别的OAM功能，就是监测2Mb/s在STM1帧中的传输性能。
段开销负责段层的OAM功能，而通道开销负责通道层的OAM功能。就类似于在将货物装到集装箱运输的过程中，不仅要监测集装箱货物的整体损坏情况(SOH)，还要知道集装箱中某一件货物的损坏情况(POH)。另外，VC3中的POH依据34Mb/s复用路线选取的不同，可划在高阶或低阶通道开销范畴，其字节结构和作用与VC4的通道开销相同，所以下面主要介绍VC4、VC12的通道开销。
3.2.2.1高阶通道开销：HPPOH高阶通道开销的位置在VC4帧中的第一列，共9个字节，如图35所示，下面对各字节的功能做进一步说明。
图35高阶通道开销的位置及作用1.通道踪迹字节：J1管理单元指针(AUPTR)指的是VC4起点在AU4中的位置，即VC4第一个字节的具体位置，以使收信端能依据AUPTR的值，在AU4中正确地分离出VC4。从图35可以看出，J1字节是VC4的起点，AUPTR所指向的正是J1字节的位置。
该字节的作用与J0字节类似，被用来重复发送高阶通道接入点标识符，使该通道接收端能据此确认与指定的发送端处于持续连接状态。要求也是收发两端J1字节相匹配即可。
2.通道误码检测字节：B3B3字节负责监测VC4在传输过程中的误码性能，也就是监测139Mb/s信号在传输过程中的误码性能。监测机理与B1、B2相类似，只不过B3是对VC4帧进行BIP8校验。
若在接收端监测出误码块，那么设备本端的性能监测事件——HPBBE(高阶通道背景误码块)显示相应的误块数，同时在发送端相应VC4通道的性能监测事件——HPREI(高阶通道远端误块指示)显示出接收端收到的误块数，相关信息由G1字节回传给发送端。B1、B2字节也与此类似，通过这种方式可实时监测信号传输的误码性能。
相应地，接收端通过B1字节检测出误码块，就在本端的性能事件RSBBE(再生段背景误码块)中显示检测出的误块数。接收端通过B2字节检测出误码块，就在本端的性能事件MSBBE(复用段背景误码块)中显示检测出的误块数，同时在发送端的性能事件MSREI(复用段远端误块指示)中显示相应的误块数，MSREI由M1字节传送。当接收端的误码超过一定限度，设备会上报一个误码越限的告警信号。
3.信号标记字节：C2C2用于指示VC帧的复接结构和净负荷性质，包括通道是否已装载、所载业务种类和它们的映射方式等。例如，当C2=00H时，表示该VC4通道未装载信号，这时要向该VC4通道的净负荷TUG3中插入全“1”码——TUAIS，设备出现高阶通道未装载告警(HPUNEQ)；当C2=02H时，表示VC4所装载净负荷是按照TUG结构复用而来，中国的2Mb/s复用进VC4所采用的就是TUG结构；当C2=15H时，表示VC4的负荷是FDDI(光纤分布式数据接口)格式信号。
与J1字节一样，C2字节的设置也要使收/发两端相一致，做到收发匹配，否则在接收端会分别出现HPTIM(高阶通道踪迹字节失配)、HPSLM(高阶通道信号标记字节失配)，这两种告警都会使设备向该VC4的下级结构TUG3插入全“1”码——支路单元告警指示信号(TUAIS)。
4.通道状态字节：G1通道状态字节(G1)用来将通道终端状态和性能情况回送给VC4通道源设备，从而允许在通道的任一端或通道中任一点对整个双向通道的状态和性能进行监视。这表明，G1字节传送的是对告信息，即由接收端送往发送端的信息，使发送端能据此了解接收端接收相应VC4通道信号的情况。
在G1字节中，b1~b4回传给发送端，由B3(BIP8)检测出的VC4通道的误块数，就是HPREI。当接收端收到高阶通道未装载、误码超限、J1失配、C2失配等消息时，由G1字节的第5比特回送发送端一个HPRDI(高阶通道远端劣化指示)，使发送端了解接收端接收相应VC4的状态，以便及时发现、定位故障。G1字节的b6~b8暂时未使用。
5.使用者通路字节：F2、F3这两个字节提供通道单元间的公务通信。
6.TU位置指示字节：H4该字节为净负荷提供位置指示，例如，当净负荷是ATM信元时，它指示ATM净负荷进入一个VC4时的信元边界；当净负荷是TU12复帧时，它指示复帧的编号。由于2Mb/s信号装进C12时采用的是复帧形式(由4个基帧组成一个复帧)，那么在接收端为了正确分离出E1信号，就需要知道当前的基帧是复帧中的第几个基帧。H4字节就是指示当前的TU12(VC12或C12)是当前复帧的第几个基帧，起着位置指示的作用。H4字节的范围是01H~04H，若在接收端收到的H4不在此范围内，则接收端会产生一个TULOM(支路单元复帧丢失告警)信号。
7.通道自动保护倒换字节：K3该字节共8个比特，其中b1~b4用于传输高阶通道自动保护倒换协议(APS)的指令，b5~b8留作将来使用。
8.网络运营者字节：N1用于特定的管理目的。
3.2.2.2低阶通道开销：LPPOH低阶通道开销指VC12中的通道开销，它监控VC12通道的传输性能，就是监控2Mb/s的PDH信号在STM1帧中的传输情况。图36显示了一个VC12复帧结构，由4个VC12基帧组成，低阶POH就位于每个VC12基帧的第一个字节，一组低阶通道开销共有4个字节：V5、J2、N2、K4。
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