1.5 网络节点接口与SDH的帧结构

1.5.1 网络节点接口

网络节点接口（NNI）是实现SDH网的关键。从概念上讲，网络节点接口是网络节点之间的接口，从实现上看它是传输设备与其他网络单元之间的接口。如果能规范一个唯一的标准，它不受限于特定的传输媒介，也不局限于特定的网络节点，而能结合所有不同的传输设备和网络节点，构成一个统一的传输、复用、交叉连接和交换接口，则这个NNI对于网络的演变和发展具有很强的适应性和灵活性，并最终成为一个电信网的基础设施。NNI在网络中的位置如图1-19所示。

1.5.2 SDH的帧结构

SDH的帧结构必须适应同步数字复用、交叉连接和交换的功能，同时也希望支路信号在一帧中均匀分布、有规律，以便接入和取出。ITU-T 最终采纳了一种以字节为单位的矩形块状（或称页状）帧结构，如图1-20所示。

STM-N由270×N列9行组成，即帧长度为270×N×9个字节或270×N×9×8个比特。帧周期为125μs（即一帧的时间）。

对于STM-1而言，帧长度为270×9＝2430个字节，相当于19440比特，帧周期为125μs，由此可算出其比特速率为270×9×8/125×10−6=155.520Mbit/s。

这种块状（页状）结构的帧结构中各字节的传输是从左到右、由上而下按行进行的，即从第1行最左边字节开始，从左向右传完第1行，再依次传第2，3行等，直至整个9×270 ×N个字节都传送完再转入下一帧，如此一帧一帧地传送，每秒共传8000帧。

由图1-20可见。整个帧结构可分为如下三个主要区域。

1．段开销区域

段开销（section overhead，SOH）是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必需的附加字节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。段开销（SOH）区域是用于传送OAM字节的。帧结构的左边9×N列8行（除去第4行）分配给段开销。对于STM-1而言，它有72字节（576比特），由于每秒传送8000帧，因此共有4.608Mbit/s的容量用于网络的运行、管理和维护。

2．净负荷区域

信息净负荷（pay1oad）区域是帧结构中存放各种信息负载的地方（其中信息净负荷第一字节在此区域中的位置不固定）。图1-20之中横向第10×N～270×N，纵向第1行到第9行的2349×N个字节都属此区域。对于STM-1而言，它的容量大约为150.336Mbit/s，其中含有少量的通道开销（POH）字节，用于监视、管理和控制通道性能，其余荷载业务信息。

3．单元指针区域

管理单元指针（AU-PTR）用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能正确的分解。在图1-20帧结构第4行左边的9×N列分配给管理单元指针用。对于STM-1而言它有9个字节（72比特）。采用指针方式，可以使SDH在准同步环境中完成复用同步和 STM-N 信号的帧定位。这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的时延和性能损伤。

1.5.3 段开销字节

SDH 帧结构中安排有两大类开销：段开销（SOH）和通道开销（POH），它们分别用于段层和通道层的维护。在此先介绍SOH。

1．段开销字节的安排

SOH中包含定帧信息，用于维护与性能监视的信息以及其他操作功能。SOH可以进一步划分为再生段开销（RSOH，占第1～3行）和复用段开销（MSOH，占第5～9行）。每经过一个再生段更换一次RSOH，每经过一个复用段更换一次MSOH。

STM-N帧中SOH所占空间与N成正比，N不同，SOH字节在空间中的位置也不同，但SOH字节的种类和功能是相同或相近的。

各种不同SOH字节在STM-1，STM-4，STM-16和STM-64帧内的安排分别如图1-21～图1-24所示。

将这些图对照比较即可明白字节交错间插的方法。以字节交错间插方式构成高阶STM-N（N＞1）段开销时，第一个STM-1的段开销被完整保留，其余N-1个STM-1的段开销仅保留定帧字节A1、A2和比特间插奇偶校验24位码字节B2，其他已安排的字节（即B1、E1、E2、F1、K1、K2和Dl～D12）均应略去。

段开销字节在SRM-N帧内的位置可用一个三坐标矢量S（a，b，c）来表示，其中a表示行数，取值为1～3（对应于RSOH）或5～9（对应于MSOH）；b表示复列数，取值为1～9；c表示在复列数内的间插层数，取值为1～N。

字节的行列坐标[行数，列数]与三坐标矢量S（a，b，c）的关系是

行数=a

列数=N（b-1）＋c

2．SOH字节的功能

（1）帧定位字节A1和A2

SOH中的Al和A2字节可用来识别帧的起始位置。A1为11110110，A2为00101000。STM-1帧内集中安排有6个帧定位字节，占帧长的大约0.25%。选择这种帧定位长度是综合考虑了各种因素的结果，主要是伪同步概率和同步建立时间这两者。根据现有安排，产生伪同步的概率等于，几乎为0，同步建立时间也可以大大缩短。

（2）再生段踪迹字节J0

J0字节在STM-N中位于S（1，7，1）或[1，6N＋1]。该字节被用来重复地发送“段接入点标识符”，以便使段接收机能据此确认其是否与指定的发射机处于持续连接状态。

在一个国内网络内或单个营运者区域内，该段接入点标识符可用一个单字节（包含 0～255个编码）或ITU-T建议G.831规定的接入点标识符格式。在国际边界或不同营运者的网络边界，除双方另有协议外，均应采用G.831的格式。

对于采用C1字节（STM识别符：用来识别每个STM-1信号在STM-N复用信号中的位置，它可以分别表示出复列数和间插层数的二进制数值，还可以帮助进行帧定位。）的老设备与采用 J0 字节的新设备的互通，可以用 J0 为“00000001”表示“再生段踪迹未规定”来实现。

（3）数据通信通路（DCC）D1～D12

SOH中的DCC用来构成SDH管理网（SMN）的传送链路。其中D1～D3字节称为再生段 DCC，用于再生段终端之间交流OAM信息，速率为 192kbit/s（3×64kbit/s）；D4～D12字节称为复用段DCC，用于复用段终端之间交流OAM信息，速率为576kbit/s（9×64kbit/s）。这总共768kbit/s的数据通路为SDH网的管理和控制提供了强大的通信基础结构。

（4）公务字节E1和E2

E1和E2两个字节用来提供公务联络语声通路。E1属于RSOH，用于本地公务通路，可以在再生器接入。而E2属于MSOH，用于直达公务通路，可以在复用段终端接入。公务通路的速率为64kbit/s。

（5）使用者通路F1

该字节保留给使用者（通常指网络提供者）专用，主要为特定维护目的而提供临时的数据/语声通路连接。

（6）比特间插奇偶检验8位码（BIP-8）B1

Bl字节用作再生段误码监测。这是使用偶校验的比特间插奇偶校验码。BIP-8是对扰码后的上一个STM-N帧的所有比特进行计算（在网络节点处，为了便于定时恢复，要求STN-N信号有足够的比特定时含量，为此采用扰码器对数字信号序列进行扰乱，以防止长连“0”和长连“1”序列的出现），计算的结果置于扰码前的本帧的B1字节位置，可用图1-25加以说明。

BIP-8的具体计算方法是：将上一帧（扰码后的STM-N帧）所有字节（注意再生段开销的第一行是不扰码字节）的第一个比特的“1”码计数，若“1”码个数为偶数时，本帧（扰码前的帧）B1 字节的第一个比特b'1记为“0”。若上帧所有字节的第一个比特“1”码的个数为奇数时，本帧 B1 字节的第一个比特b'1记为“1”。上帧所有字节b2～b8比特的计算方法依此类推。最后得到的B1字节的8个比特状态就是BIP-8计算的结果。

这种误码监测方法是SDH的特点之一。它以比较简单的方式实现了对再生段的误码自动监视。但是对同一监视码组内（如各字节的b2比特）恰好发生偶数个误码的情况，这种方法无法检出。不过这种情况出现的概率较小，因而总的误码检出概率还是较高的。

（7）比特间插奇偶检验24位码（BIP-N×24）字节B2B2B2

B2字节用作复用段误码监测，复用段开销字节中安排了三个B2字节（共24比特）作此用途。B2字节使用偶校验的比特间插奇偶校验N×24位码，其计算方法与BIP-8类似。其描述方法是：BlP-24是对前一个STM-N帧的所有比特（再生段开销的第1～3行字节除外）进行计算，其结果置于扰码前的本帧的B2字节。

其具体计算方法是：每x个比特为一组（x＝24，或x＝N×24比特）。将参与计算的全部比特从第1个比特算起，按顺序将x个比特分为一组，共分成若干组，将各组相对应的第1个比特的“1”码进行计数，若为偶数，则在本帧的B2字节的第1个比特位记为“0”，若相应比特“1”码的个数为奇数，则记为“1”，其余各比特位依此类推。

（8）自动保护倒换（APS）通路字节K1，K2（b1～b5）

两个字节用作自动保护倒换（APS）信令。ITUT-G.70X建议的附录A给出了这两个字节的比特分配和面向比特的规约。

（9）复用段远端失效指示（MS-RDI）字节K2（b6～b8）

MS-RDI 用于向发信端回送一个指示信号，表示收信端检测到来话故障或正接收复用段告警指示信号（MS-AIS）。解扰码后K2字节的第6，7，8比特构成“110”码即为MS-RDI信号。

（10）同步状态字节S1（b5～b8）

S1字节的第5～8比特用于传送四种同步状态信息，可表示16种不同的同步质量等级。其中一种表示同步的质量是未知的，另一种表示信号在段内不用同步，余下的码留作各独立管理机构定义质量等级用。

（11）复用段远端差错指示（MS-REI）M1

该字节用作复用段远端差错指示。对 STM-N信号，它用来传送 BIP-N×24（B2）所检出的误块数。

（12）与传输媒质有关的字节Δ

仅在STM-1帧内，安排6个字节，它们的位置是S（2，2，l），S（2，3，1），S（2，5，1），S（3，2，1），S（3，3，1）和S（3，5，1）。

Δ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）备用字节Z0

Z0字节的功能尚待定义。

用“×”标记的字节是为国内使用保留的字节。

所有未标记的字节的用途待将来国际标准确定（与媒质有关的应用，附加国内使用和其他用途）。

需要说明以下几个点。

● 再生器中不使用这些备用字节。

● 为便于从线路码流中提取定时，STM-N信号要经扰码、减少连续同码概率后方可在线路上传送，但是为不破坏A1和A2组成的定帧图案，STM-N信号中RSOH第一行的 9×N个开销字节不应扰码，因此其中带*号的备用字节之内容应予精心安排，通常可在这些字节上送“0”“1”交替码。

● 收信机对备用开销字节的内容不予解读。

3．简化的SOH功能接口

在某些应用场合（如局内接口），仅A1、A2、B2和K2字节是必不可少的，很多其他开销字节可以选用或不用，从而使接口得以简化，设备成本可以降低。