关于SDH技术指针调整的教学实践案例

关于SDH技术指针调整的教学实践案例

【摘要】在SDH的课程教学中，指针调整的原因及过程通常是学生理解的难点，通过一个生活化的实例的引入，让学生对SDH的时钟不同步造成的后果及由此而来的补救措施有一个直观的了解，从而达到掌握指针调整机制的目的。

【关键词】SDH；指针调整；教学

1、引言

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）被称为同步数字体系，与PDH （Plesiochronous Digital Hierarchy）准同步数字体系的最大区别在于“同步”二字，而在教学过程中学生却会产生一些疑问，比如为什么同步网络还会存在“货物”与“货车”不同步而需要进行调整的状况呢？因此，要让学生掌握指针调整的方法，就需要先解释清楚为什么SDH同步网络还会存在时钟不同步的情形。然后才进一步解释时钟不同步会引起什么后果？存在哪几种补救措施？各有什么优劣？经过前述的铺垫之后再具体介绍指针调整的机理，至此，学生对前后内容才能有较连贯的理解。

2、时钟不同步的后果

2.1时钟同步的概念

时钟信号频率和相位都一致才叫做时钟同步，如果频率不一致或者相位不一致都叫做时钟不同步。如果发送网元和接收网元所使用的时钟频率不相同，即在同一个时间长度之内发送的码元个数和接收的码元个数不相同，则会引起“牛头不对马嘴”的错乱情形，接收方无法正确还原出帧结构，甚至于无法正确定到帧头。为此，通常SDH网元的接收侧电路会首先从接收到的线路信号中还原出时钟信号，用以正确接收从上游网元发来的信号，这称为SDH网元的接收时钟。而在该网元向其他网元发送信号时，会利用本地的发送时钟来发送信号。正常情况下，本地的发送时钟会与接收时钟同步（采取时钟跟踪的技术），因此SDH网络的每个网元都互相同步了。这就是SDH称为同步网络的原因。

2.2时钟不同步的原因及弥补措施

在SDH传输网络中，要求各个节点设备保持时钟同步，以保证业务的传输质量。但是由于种种原因，网络中各节点SDH设备的时钟不可能绝对地同步，总存在着或多或少的差异，例如：时钟频率差异和时钟相位差等。这也就意味着可能一个SDH网元从其他网元接收到的信号时钟与本设备发往其他设备的信号时钟存在着些许频率或相位差异。

一般说来，数字系统对于时钟信号的不一致均具备一定的适应能力。SDH 系统对于一定范围内的时钟失步的适应能力表现在：

1、当设备间的时钟同步存在程度较小的不一致时（如较小的快速交变频差和相差），如某一个时刻设备A的时钟频率高，而另一个时刻则是设备B的时钟频率高，可以通过设备的接收缓存器对此进行容纳。也就是说，能对本端接收SDH信号流的速度和本端设备对该SDH信号流处理、转发速率的不一致进行适配。注意，此时缓存FIFO的写时钟同步于从上一站接收到的线路信号，而FIFO 的读时钟同步于往下一站发出的线路信号时钟。所以如果增大接收缓存器的容量，则能容忍更大的频差和相差，但是也增加了设备成本和信号时延，因此只适用于时钟同步存在程度较小的不一致时。

2、当SDH设备间的时钟同步存在程度较大的不一致时（如较小的慢速交变频差和相差），为避免接收缓冲器的溢出，在实现对本端接收SDH信号流的速率和本端设备对该SDH信号流处理、转发速率的不一致进行适配时，SDH体制采用了指针调整机制，即在SDH信号流中插入或取出填充字节的方式。在这种情况下，SDH系统通过少量的指针调整来适配时钟的差异，对业务的传输质量不会造成大的影响，业务传输一般不会出现误码。

3、指针调整的机理

在教学过程中，作者发现学生理解的一个难点在于“设备对本端接收SDH信号流的速率和本端设备对该SDH信号流处理、转发速率的不一致进行适配”。由于SDH网路中VC（虚容器）是作为一个独立的实体在网络中传送，除了在起始点和终结点需要进行开销的处理之外，在其他中间节点都是作为一个完整的个体中转的，因此作者决定以此为切入点进行讲解。

由于传输网络的本质是运送客户信号，而各种客户信号都是映射封装到高阶或低阶的虚容器VC中的。假设一条140M的PDH客户信号需要从网元1接入，封装到VC4中通过网元2中转后到达终点网元3，网元2没有权限处理该VC4信号，只能原原本本地转发至网元3。

假设网元1与网元2的发送时钟不同步，意味着网元2从网元1接收到的VC4信号时钟与网元2发往网元3的VC4信号时钟频率或相位不一致。假设网元1的发送频率较高，网元2的发送频率较低，则网元2在相同时间内接收到的VC4的码元数比网元2转给网元3的VC4的码元数要多。如果不及时处理的话，网元2的VC4缓存将会溢出。为了在缓存溢出之前就扭转这种局面，就要采取负调整的指针调整方法。负调整就是在SDH的帧头区域预留了3个H3字节[1]，在接收缓存达到溢出的阈值之后，在当前那一个发往网元3的STM-N帧里在H3字节的位置放置有效的VC4数据，该帧称为“负调整帧”。于是在该帧比未调整状态下的帧（正常帧）多发送了3个字节的有效信息。经过多次调整之后（有时只需一次调整）就能将网元从接收缓存快溢出的危险境地中“解救”下来。唯一要注意的是两次调整之间要间隔3帧。

正调整则相反。假设网元1的发送频率较低，网元2发往网元3的发送频率较高，则网元2在相同时间内接收到的VC4码元数比网元2转给网元3的VC4

码元数少，在经过一段时间累积之后，VC4的接收缓存即将读空。为了在缓存读空之前就扭转这种局面，就要让网元2降低单位时间内发送给网元3的VC4码元数目。时钟频率不可改变，可控制的只有发送的内容。于是SDH采用的正调整机制就是网元2在接收缓存达到读空的阈值之后，在当前要发往网元3的那一帧的正调整字节（在STM-N帧净负荷区域里）处不发有效的VC4码元，而用填充的伪随机字节代替。间接地达到了单位时间内降低VC4发送码元个数的目的，从而经过一次或多次的正调整将网元2从接收缓存快读空的危险境地“解救”出来。

通过这样的一个从前往后的讲解，学生就能大致理解触发SDH网元指针调整的原因，以及正、负调整各自的作用。

4、结论

在工科类的课程讲授时，不应只讲怎么做，而应该着重讲为什么要这么做，这样学生才更易于理解。否则学生只知道SDH的指针调整机制做了些什么，思维很受局限。要从根源讲起，解决掉课程难点时才能让学生有恍然大悟的感觉，才能真正把知识内化。

参考文献

[1]孙学康.SDH技术[M].第2版.北京：人民邮电出版社，2009：起止页码，34-36