SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是一种同步数字传输体制，为不同速率的数字信号提供了相应等级的信息结构、复用方法、映射方法和同步方法。
SDH技术将传输、交换和管理功能融为一体，形成了一个由统一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH的核心特点是其全球统一的网络节点接口和标准化的光接口，这使得SDH网络具有良好的横向兼容性和高度的可靠性。
SDH技术的发展历程可追溯至20世纪80年代末至90年代初，当时为解决传统准同步数字体系（PDH）在光纤通信中的局限性，ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）制定了G.707、G.708和G.709等一系列SDH标准。这些标准确立了SDH的基本框架和技术规范，为其后续的广泛应用奠定了基础。 
随着SDH技术的不断完善和推广，其在全球范围内得到了广泛应用，成为现代通信网络的核心技术之一。SDH的发展历程体现了通信技术从模拟向数字、从低速率向高速率的演进趋势，为现代通信网络的建设和发展提供了重要支撑。
SDH网络架构由 终端复用器(TM) 、 分插复用器(ADM) 、 再生中继器(REG) 和 同步数字交叉连接设备(SDXC) 等基本网元组成。这些网元通过光纤线路或微波设备连接，形成一个能够进行同步信息接收/传送、复用、分插和交叉连接的网络。
SDH网络采用 环形拓扑结构 ，具有良好的自愈能力，能够在发生故障时迅速恢复通信。这种架构设计不仅提高了网络的可靠性，还为不同速率的数字信号提供了标准化的传输和管理方式。
1. SDH帧结构
STM-N帧格式
在SDH技术中，STM-N帧格式是其核心组成部分，为不同速率的数字信号提供了标准化的传输结构。STM-N帧采用 9行×270×N列 的块状帧结构，其中N表示STM-N的等级，取值范围为1、4、16、64等。这种结构设计使得STM-N帧能够灵活适应不同速率的传输需求，从最低的STM-1（155.52Mbps）到最高的STM-64（9.95328Gbps）。
以STM-1为例，其帧长为 2430字节 ，对应19440比特，每帧传输时间为125微秒，速率为155.52Mbps。STM-4的速率为622.08Mbps，而STM-16的速率则高达2.488Gbps。
STM-N帧结构由三个主要部分组成：
- 段开销（SOH） ：用于网络的运行、管理、维护及指配，保证信息的正常灵活传送。
- 管理单元指针（AU PTR） ：指示净负荷区内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，便于接收时正确分离净负荷。
- 信息净负荷区 ：存放真正用于信息业务的比特和少量用于通道维护管理的通道开销（POH）字节。
段开销又分为 再生段开销（RSOH） 和 复用段开销（MSOH） 两部分。RSOH包含再生段所需的信息，如STM-1帧定位检测、段运行监视和故障隔离等功能。MSOH则包含线路终端所需的信息，如线路性能监视和信号性能检测等功能。
管理单元指针（AU PTR）是STM-N帧结构的一个重要创新。它通过一个 10字节 的指针来指示信息净负荷区的起始位置，使得在STM-N帧中可以灵活定位和提取不同速率的支路信号，实现了SDH的高效复用和灵活映射特性。
通过这种分层结构和指针机制，STM-N帧格式不仅实现了不同速率信号的高效复用和灵活映射，还为SDH网络提供了强大的运行管理和维护功能。这种设计使得SDH技术能够适应各种复杂的网络环境和业务需求，成为现代通信网络的核心技术之一。
帧头结构
SDH帧头结构是SDH帧的重要组成部分，它包含了多个关键信息字段，这些字段在保障数据高效传输中发挥着至关重要的作用。帧头结构主要由 帧定位字节 和 段开销（SOH） 组成，其中SOH又进一步分为 再生段开销（RSOH） 和 复用段开销（MSOH） 。
帧定位字节是SDH帧的起始标识，用于同步接收端设备的数据处理流程。在STM-1帧中，帧定位字节位于帧的最前端，由A1和A2字节组成。A1字节的值固定为11110110，A2字节的值固定为00101000。这种固定的字节模式使得接收端设备能够快速识别帧的起始位置，从而实现帧同步。
段开销（SOH）位于帧头的后续部分，主要用于网络的运行、管理、维护及指配。RSOH和MSOH在功能上有所区别，共同构成了SDH网络的管理和控制体系。
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开销类型 |
位置 |
功能 |
|---|---|---|
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再生段开销（RSOH） |
帧头的前9列 |
包含STM-1帧定位检测、段运行监视和故障隔离等功能 |
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复用段开销（MSOH） |
帧头的第10-270列 |
包含线路性能监视和信号性能检测等功能 |
RSOH中的B1字节是一个重要的错误检测和纠正机制。B1字节采用 BIP-8（比特间插奇偶校验8位） 算法，对前一帧中所有字节的第1位进行奇偶校验。接收端通过比较B1字节的计算结果与实际接收到的值，可以检测到传输过程中是否发生了错误。这种机制不仅能够检测到单个比特错误，还能够纠正某些类型的错误，大大提高了SDH网络的可靠性。
除了B1字节，RSOH还包含其他重要的管理和控制信息，如：
- J0字节 ：用于识别STM-N帧的起始位置，保证帧同步。
- D1-D3字节 ：用于传输再生段的管理信息，如性能监视和故障隔离。
MSOH中的B2字节同样采用BIP-8算法，但它是对前一帧中所有字节的第2位进行奇偶校验。这种双层的错误检测机制进一步提高了SDH网络的可靠性。
通过这些精心设计的帧头结构，SDH网络能够实现高效、可靠的数据传输。帧头中的各种管理和控制信息不仅保证了数据的正确传输，还为网络的运行、维护和管理提供了强大的支持。这种高度智能化的帧结构设计是SDH技术在现代通信网络中广泛应用的重要基础。
2. 有效载荷区
在SDH帧结构中，有效载荷区是承载实际业务数据的核心区域，其设计巧妙地结合了灵活性和高效性，为不同类型的业务提供了标准化的传输平台。有效载荷区主要由 虚容器（VC） 组成，这些VC是SDH网络中传输数据的基本单元。
VC的结构设计是SDH技术的一大创新。它通过在 容器（C） 的基础上添加相应的 路径开销（POH） ，形成了一个虚拟的容器，用于在网络中进行传输。这种设计使得SDH能够灵活适应不同速率的数据流，实现不同网络间的兼容性。
VC的类型和层次结构反映了SDH网络的复用能力：
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VC类型 |
速率 |
应用场景 |
|---|---|---|
|
VC-12 |
2.048Mbps |
用于E1信号 |
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VC-3 |
34.368Mbps或44.736Mbps |
用于E3或T3信号 |
|
VC-4 |
139.264Mbps或155.520Mbps |
用于STM-1信号 |
这种分层结构允许SDH网络通过逐级复用的方式，将低速率信号提升到高速率的STM-N帧中。例如，一个VC-12可以被复用进VC-3，然后再被复用进VC-4，最终形成STM-1帧。
VC结构的另一个重要组成部分是 路径开销（POH） 。POH包含了维护容器内数据同步性和完整性的关键信息，如：
- 帧定界 ：标识VC的起始和结束位置。
- 通道追踪 ：用于在网络中追踪特定的VC。
- 性能监控 ：监测VC的传输质量。
这些信息对于保障数据的高效传输至关重要。通过在VC中加入POH，SDH网络能够在传输过程中实时监测和管理每个VC的状态，及时发现并纠正可能出现的错误，从而确保数据的完整性和准确性。
SDH网络通过 同步复用 技术将多个VC复用到STM-N帧中。这种复用方式不仅提高了网络的传输效率，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
通过这种高度灵活和智能化的有效载荷区设计，SDH技术能够在保障数据高效传输的同时，为各种类型的业务提供标准化的传输平台，满足了现代通信网络对可靠性、灵活性和可扩展性的要求。
复用结构
SDH复用结构是SDH技术的核心组成部分，它通过巧妙的设计实现了不同速率信号的高效复用和灵活映射。这种结构不仅提高了网络的传输效率，还为SDH网络的可扩展性和适应性提供了强有力的支持。
SDH复用结构的核心是 虚容器（VC） 。VC是SDH网络中传输数据的基本单元，它通过在 容器（C） 的基础上添加相应的 路径开销（POH） ，形成了一个虚拟的容器。这种设计使得SDH能够灵活适应不同速率的数据流，实现不同网络间的兼容性。
VC的类型和层次结构反映了SDH网络的复用能力：
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VC类型 |
速率 |
应用场景 |
|---|---|---|
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VC-12 |
2.048Mbps |
用于E1信号 |
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VC-3 |
34.368Mbps或44.736Mbps |
用于E3或T3信号 |
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VC-4 |
139.264Mbps或155.520Mbps |
用于STM-1信号 |
SDH网络通过 同步复用 技术将多个VC复用到STM-N帧中。这种复用方式不仅提高了网络的传输效率，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
SDH复用结构的另一个重要特点是 指针调整 机制。在VC复用到STM-N帧的过程中，可能会出现VC的起始位置与STM-N帧的起始位置不完全对齐的情况。为了解决这个问题，SDH在VC前附加了一个 管理单元指针（AU-PTR） 。AU-PTR指示了VC在STM-N帧中的准确位置，使得接收端能够正确分离和处理VC。
这种指针调整机制不仅提高了SDH网络的灵活性，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
通过这种高度灵活和智能化的复用结构，SDH技术能够在保障数据高效传输的同时，为各种类型的业务提供标准化的传输平台，满足了现代通信网络对可靠性、灵活性和可扩展性的要求。
3. 帧结构对高效传输的保障
同步传输机制
SDH帧结构中的同步传输机制是保障数据高效传输的关键因素之一。这一机制主要通过 指针调整 和 帧定位 技术来实现，确保了不同速率信号在SDH网络中的精确同步。
指针调整机制是SDH同步传输的核心。在SDH帧结构中，每个虚容器（VC）前都附加了一个 管理单元指针（AU-PTR） 。AU-PTR指示了VC在STM-N帧中的准确位置，使得接收端能够正确分离和处理VC。这种设计允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。
例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
指针调整的具体实现过程如下：
- 发送端设备根据输入信号的速率和相位，动态调整AU-PTR的值。
- 接收端设备通过解析AU-PTR，确定VC的起始位置，从而实现同步解复用。
这种自适应的指针调整机制有效解决了不同速率信号在复用和解复用过程中的同步问题，确保了数据的高效传输。
帧定位技术是SDH同步传输的另一个重要组成部分。SDH帧采用了独特的 帧定位字节 来实现帧同步。在STM-1帧中，帧定位字节位于帧的最前端，由A1和A2字节组成。A1字节的值固定为11110110，A2字节的值固定为00101000。这种固定的字节模式使得接收端设备能够快速识别帧的起始位置，从而实现帧同步。
通过指针调整和帧定位技术的结合，SDH帧结构实现了高精度的同步传输。这种同步机制不仅提高了数据传输的效率，还为SDH网络的可扩展性和适应性提供了强有力的支持。例如，在电力系统中，基于SDH E1信道的时间同步传输精度可以达到微秒级，满足了电力系统对时间同步的严格要求。
复用灵活性
SDH帧结构中的复用灵活性是其保障数据高效传输的核心特性之一。这种灵活性主要体现在 同步复用 技术的应用上，通过巧妙的设计实现了不同速率信号的高效复用和灵活映射。
SDH复用结构的核心是 虚容器（VC） 。VC是SDH网络中传输数据的基本单元，它通过在 容器（C） 的基础上添加相应的 路径开销（POH） ，形成了一个虚拟的容器。这种设计使得SDH能够灵活适应不同速率的数据流，实现不同网络间的兼容性。
VC的类型和层次结构反映了SDH网络的复用能力：
| VC类型 |
速率 |
应用场景 |
|---|---|---|
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VC-12 |
2.048Mbps |
用于E1信号 |
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VC-3 |
34.368Mbps或44.736Mbps |
用于E3或T3信号 |
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VC-4 |
139.264Mbps或155.520Mbps |
用于STM-1信号 |
SDH网络通过 同步复用 技术将多个VC复用到STM-N帧中。这种复用方式不仅提高了网络的传输效率，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
SDH复用结构的另一个重要特点是 指针调整 机制。在VC复用到STM-N帧的过程中，可能会出现VC的起始位置与STM-N帧的起始位置不完全对齐的情况。为了解决这个问题，SDH在VC前附加了一个 管理单元指针（AU-PTR） 。AU-PTR指示了VC在STM-N帧中的准确位置，使得接收端能够正确分离和处理VC。
这种指针调整机制不仅提高了SDH网络的灵活性，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
通过这种高度灵活和智能化的复用结构，SDH技术能够在保障数据高效传输的同时，为各种类型的业务提供标准化的传输平台，满足了现代通信网络对可靠性、灵活性和可扩展性的要求。
业务映射能力
SDH帧结构的业务映射能力是其保障数据高效传输的核心特性之一。这种能力主要体现在 同步复用 和 灵活映射 两个方面，通过巧妙的设计实现了不同速率信号的高效复用和灵活映射。
SDH网络通过 同步复用 技术将多个虚容器（VC）复用到STM-N帧中。这种复用方式不仅提高了网络的传输效率，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
SDH的业务映射能力还体现在其 灵活映射 机制上。SDH支持多种映射方式，以适应不同类型的业务需求：
- 同步映射 ：用于映射同步信号，如E1/T1。
- 异步映射 ：用于映射异步信号，如ATM信元。
- 浮动VC模式 ：用于处理速率不匹配的信号。
这种灵活的映射机制使得SDH能够高效处理各种类型的业务，包括语音、数据和视频等。
SDH的业务映射能力还体现在其 指针调整 机制上。在VC复用到STM-N帧的过程中，可能会出现VC的起始位置与STM-N帧的起始位置不完全对齐的情况。为了解决这个问题，SDH在VC前附加了一个 管理单元指针（AU-PTR） 。AU-PTR指示了VC在STM-N帧中的准确位置，使得接收端能够正确分离和处理VC。
这种指针调整机制不仅提高了SDH网络的灵活性，还允许在STM-N帧中灵活插入或提取不同类型的VC，实现了 动态带宽分配 。例如，一个STM-1帧可以同时承载多个VC-12、VC-3和VC-4，根据实际业务需求灵活分配带宽。
通过这种高度灵活和智能化的业务映射能力，SDH技术能够在保障数据高效传输的同时，为各种类型的业务提供标准化的传输平台，满足了现代通信网络对可靠性、灵活性和可扩展性的要求。
开销信息支持
SDH帧结构中的开销信息是保障数据高效传输的关键组成部分。这些开销信息主要包括 段开销（SOH） 和 通道开销（POH） ，它们分别在不同层次上提供了网络管理和维护功能。
段开销（SOH）
段开销分为 再生段开销（RSOH） 和 复用段开销（MSOH） ，在STM-N帧中的位置和功能如下：
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开销类型 |
位置 |
功能 |
|---|---|---|
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再生段开销（RSOH） |
第一到第三行的第一到第9×N列 |
对STM-N整体传输性能进行监控 |
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复用段开销（MSOH） |
第5到第9行的第一到第9×N列 |
对STM-N信号中每个STM-1的性能进行监控 |
RSOH和MSOH的功能互补，共同构成了SDH网络的管理和控制体系。其中，RSOH主要负责STM-N帧的定位和传输性能监控，而MSOH则侧重于对复用段内各STM-1信号的性能监控。
RSOH中的 B1字节 采用 BIP-8（比特间插奇偶校验8位） 算法，对前一帧中所有字节的第1位进行奇偶校验。这种机制不仅能够检测到单个比特错误，还能够纠正某些类型的错误，大大提高了SDH网络的可靠性。
通道开销（POH）
通道开销（POH）是另一个重要的开销信息。POH位于SDH帧的信息净负荷区内，负责对特定的VC进行通道性能监视、管理和控制。POH的主要功能包括：
- 帧定界 ：标识VC的起始和结束位置。
- 通道追踪 ：用于在网络中追踪特定的VC。
- 性能监控 ：监测VC的传输质量。
这些功能确保了数据在SDH网络中的高效传输。例如，通过通道追踪功能，网络管理员可以在复杂的SDH网络中准确识别和定位特定的VC，便于进行故障排查和维护。
通过这种分层的开销信息设计，SDH帧结构实现了对不同层次数据传输的精细化管理和控制。这种设计不仅提高了SDH网络的可靠性和可维护性，还为网络的高效运行提供了强有力的支持。
4. SDH传输网性能优化
自愈保护机制
SDH传输网的自愈保护机制是保障网络可靠性的关键技术。常见的保护方式包括：
- 线性复用段保护倒换 ：1+1方式（两个并行复用段，一个主用一个备用）和1:N方式（N个工作复用段共用一个保护复用段）。
- 复用段共用保护环 ：二纤环和四纤环，将净负荷容量平分给工作和保护容量，通过相反方向的环传输。
- 复用段专用保护环 ：二纤环，专门用于保护特定复用段。
- 线性VC路径保护 ：针对虚容器（VC）级别的保护。
这些机制能在短时间内（通常小于50ms）实现故障切换，有效提高网络的生存能力和可靠性。
网络管理功能
SDH传输网的网络管理功能是保障网络高效运行的关键。其主要功能模块包括：
- 故障管理 ：实时监测网络设备状态，快速定位并解决问题。
- 性能管理 ：持续评估网络性能，优化资源分配。
- 配置管理 ：灵活配置网络设备，适应业务需求。
- 安全管理 ：严格控制用户访问权限，保护网络安全。
这些功能共同作用，确保SDH传输网的可靠性、高效性和安全性，为各类业务提供稳定的传输平台。
带宽利用率提升
在SDH传输网性能优化中，提升带宽利用率是一个关键目标。SDH网络通过 混合数据传输技术 来提高光纤容量的有效利用。这种方法允许IP、ATM、TDM和原始数据流等多种协议在同一平台上高效传输，克服了传统SDH网络在处理数据包时效率低下的问题。
具体而言，SDH网络采用 统计复用 技术，通过 动态带宽分配 机制实现不同类型数据的灵活传输，从而显著提升了网络的整体带宽利用率。这种方法不仅提高了网络的传输效率，还为多业务光传输平台的构建提供了技术支持，满足了现代通信网络对灵活性和可扩展性的要求。
