专注SIP通讯产品与方案

数字体系

最早的数字体系
        在过去一些时间,一整套时分复用(TDM)数字体系都是为T-1和E1系统开发的。日本在使用基本T-1结构的同时,也有他自己的一套东西,叫做J-1系统。新的数字方法和旧的模拟方法之间的主要区别并不在于它们承载的是数字话路还是模拟话路,而在于数字体系使用时分复用技术、模拟体系使用频分复用技术。日前,这种T-1/E-1/J-1结构正在被更新代的数字体系所取代,但是在本节我们只研究初始的数字体系,下一节再研究电话公司所使用的新的数字体系。
时分复用
       有人曾认为模拟信号不能使用时分复用技术、数字信号不能使用频分复用技术。但事实并非如此,贝尔系统的模拟复用设备对模拟话路所采用的就是时分复用技术(叫做时隙内插设备),而且整个光纤领域的波分复用(WDM)就是建立在对数字话路使用频分复用技术的基础上。虽然事实是这样,但在光纤出现之前,模拟式的时分复用设备和数字式的频分复用设备都是非常复杂、庞大、价格吊贵、效率低下而且显得很笨重。这样通常情况下模拟系统就使用频分复用技术,数字系统则采用时分复用技术。
       时分复用技术把整个比特率分解成一系列完全相同的、时间非常短的时隙,每一个时隙承载固定数目的比特,通常是8位。例如:个T-1帧在125μs(1/8000s)之内可以发送193个比特,这就给出了一般的比特位发送时间-125ps/193bit,即大约每比特0.65μ.s。
       在数字体系每一层的顿结构中都要复用一定数量的话路,也要相应地加入一些与线路操作和管理相联系的开销。对所有的数字复用开销,ITU-T称之为OAM(Operation,Administration,Maintenance)即操作、管理与维护,而在美国通常叫做OAM&P(Operation、Administration、Maintcnancc、Provisioning),即操作、管理、维护与备用。当被问及为何用加一个P表示备用时,贝尔实验室的一位工程师回答道:“备用决定着什么时候对用户使用链路进行计费,很重要,值得用一个字母P表示”。
       每一层的开销比特都不能用来传递电话呼叫或用户的数据(计算机之间的串行比特),电话公司使用这些开销比特来确保链路正常工作。由于这一原因,初始数字体系每一层所需用的开销比特成为关注的焦点。
       表3-4展示了美国(T-载波)、欧洲(E-载波)和日本(J-载波)所使用的初始数字体系。在每一个层次中,给出了线路速率、支持的话路数、开销数量(从线路速率中减去话路数与64kbit/s的乘积而得到)和开销占线路速率的百分比。
表3-4   初始数字体系PDH
数字体系
       在美国,从来没有定义过第五层,第四层也很少使用。相应地,复用设备供应商使用特有的方式和创造性的方法把不同数量的T-3结合在光纤系统上。我们可以看到在每一个载波系统中,开销所占的比率随着线路速率的增加而增加,这主要是由于当线路速率增加时,串行位时间会按比例降低造成的。由于位时间降低了,所以对比特同步的要求在大部分时间里,并不总能得到满足(例如:在转接时比特可能变得时有时无),这样整个系统就称为准同步数字系列,简写为PDH。这时就加入大量的开销用在链路上插入或删除比特来保持整个系统的同步。
       应当指出,这一休系的每一层都是信道化了的,也就是说,不管是不是用于话音传输,一个T-3应当承载672条DS-0,每一条DS-0的速率限制为64kbit/s。当然,今天的数据用户要求在路由器和计算机之间有速率高于64kbit/s的链路,这样几乎所有层次也都同时提供非信道化形式的应用,这就意味着对单一发端(如计算机串行端口)来说,可以得到各种不同的传输速率。于是非信道化的T-1不再是24个64kbit/s的DS-0,而成为速率为1.536Mbit/s的单一比特流(开销比特仍然不能使用)。
       一方面是由于规则的限制,另一方面是山于经济上的原因,PDH目前仍在使用之中,而且还将继续使用一段时间。替代所有这些准同步数字系列的费用会很大,而且需要很长的时间。然而,目前已经出现了更好的数字复用方法,这种方法基于光纤系统而且有更好的同步技术。在美国,这种新的体系被称为同步光纤网(缩写为SONET,通常用来代替T-载波),ITU-T称之为同步数字系列(缩写为SDH,通常用来代替E型载波器),这意味着在同步光纤网和同步数字系列之间是有细微差别的。
同步数字系列
同步光纤网和同步数字系列
       准同步数字系列PDH,包括T-载波和E-载波(J-载波现在被认为是T-载波的变形)都有一些不足之处,它是准同步的,这不仅仅意味着开销随着话路数的增加而增加,而且还意味着在T-1和E-1层次以上8位比特的话音取样不能保持在一起。这样,在体系的第一层以上,复用是一个比特一个比特进行的。举一个例子,从T-3中抽取一个话路的唯一途径就是恢复(分解)所有的672个话路才能取到想要的那一个话路。而且也没有标准的方法在光纤链路上承载准同步数字系列的高层,这导致在美国许多供应商都有自己的独特方案,而且这也导致了在T-1层以上层次的不同电话公司的越区转接干线几乎不可能实现。
       光纤链路在美国是60年代后期出现的,而第一条商用光纤链路是AT&T于1980年在亚特兰大实现的。到了1984年,市场上明显出现了对新的光纤体系的需要,在美国人们开发了一个叫做同步光纤网(SONET)同步一词是指同步光纤网的复用总是在任何复用体系层次上保持8个比特话音取样的完整。这就使得个人话路的接入更加容易,而且单位成本的效益更高,同时也使得开销所占的比率固定下来,不再随着复用的话路数量的增加而成比例增加。
       在美国,同步光纤网的最低层次要求能达到T-3的水平,速率是45Mbit/s.能承载672条话路。由于在美国之外不存在T-3(虽然在菲律宾也使用一些T-3,但都是美国军队所安装的),ITU-T考虑到国际各国的使用,调整了同步光纤网的层次,把最后调整得到的系统叫做同步数字系列(SDH)。
       同步光纤网、同步数字系列和T-载波、E-载波一样既定义了顿格式也定义了物理传输系统。举一个例子,在同步光纤网中,所使用的顿格式被指定为同步传输信号(STSs).并使用了一个后级N来表示体系的层次。
       虽然N在技术上可以取1到256之间的任一数值,但在实际应用中同步光纤网的设备只使用少数儿个数值。同步传输信号的顿在由光缆、发送器和接受器组成的光学载波(OC)网络上传输,同样为了分层它也带有后缀N。在T-载波体系中一个DS-1顿用于一条T-1链路,同样一个STS-3帧也用于一条OC-3链路上。但是,人们在谈论T-载波时往往是很不严谨的,例如在说到“T-1”时实际是指“DS-1";而在提及SONET时人们通常会说“OC-3。
       ITU-T在提到同步传输信号(STS)时,使用同步传输模式(STM)这个术语代替。对于顿结构,STM分为光STM层(STMO)和电STM(STME),二者都有后缀N。通常情况下只使用STM-N一词,到底需要,使用STMO还是STME则要根据实际情况来决定。令人奇怪的是,SDH对N的解释与SONET对N的解释有所不同,与同步光纤网相比同步传输模型的N都是按三的倍数来计算的。和人们想像的不同,一个OC-3的速率并不是和STM-3一样,而是和STM-1一样,而一个STM-3的速率和OC-12相同。当涉及到支持速率时,SDH和SONET一样能够提供多种选择。表3-5列出了两者各个层次所支持的速率,同时还列出了各个层次SONET用于PSTN干线时可以承载的话路数量(在这一点上SDH和SONET相差无几)。我们可以从此表中看出所有层次的速率都是SONET基本线路速率(51.84Mbit/s)的简单倍数。
表3-5    同步光纤网/同步数字系列体系
数字系列体系
       与PDH相同,SONET和SDH中的所有形式都可以用非信道格式提供。非信道格式更适合在计算机和路由器之间传输串行比特。以非信道形式传输时,SONET和SDH的顿所承载的不是大量话路,而是IP包、帧中继的帧、ATM信元或者是其他形式的比特流。SONET和SDH的非信道层是通过在复用层添加一个小写字母c来表示的,字母c代表"concatenation",意思是串联。这样OC-3c就表示一个能够以155.52Mbit/s速率从路由器串行端口进出IP包的单一比特流。从技术上来讲,字母。应当用在STS层上(例如STS-3c),这是因为它是改变之后的顿(它已经级联了),而不是光纤链路。