Синхронна цифрова ієрархія

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синхронна цифрова ієрархія

1. Особливості плезіосинхронної цифрової ієрархії

Основою побудови телекомунікаційних мереж є системи передачі плезіосинхронної (PDH) і синхронної цифрової ієрархії (SDH).

Плезiосинхронну ієрархію розроблено на початку 80-х років минулого століття. Системи передачі цієї ієрархії вважалися перспективними. Паралельно розвивалися три її різновиди - американська, європейська і японська. В інтересах розвитку глобальних телекомунікацій прийнято певні заходи для їх уніфікації і можливого об'єднання. Розвиток систем передачі плезіосинхронної ієрархії йшло по шляху уніфікації устаткування, зменшень енергоємності, ваги і габаритів апаратури. Однак досягнуті технічні характеристики, а головне, принципи плезіосинхронної ієрархії не можуть повною мірою задовольняти бузупинно зростаючі вимоги до телекомунікацій. Розвиток зв'язку йде по шляху глобалізації (створення глобальних інформаційних мереж) і одночасно по шляху персоніфікації (доведення різноманітних послуг до кожного користувача). У цих умовах істотно зросла необхідність у збільшенні швидкості передачі всіх зростаючих потоків інформації, необхідність в оперативному й ефективному керуванні цими потоками і контролю якості передачі сигналів, стану трактів передачі з метою забезпечення високої надійності цих трактів і телекомунікаційної мережі в цілому.

Особливістю систем PDH є поканальне (побайтове) мультиплексування тільки сигналів основного цифрового каналу (ОЦК - потік Е0 зі швидкістю 64 кбіт/с) у потік первинної групи Е1 (2048 кбіт/с). Формування потоків більш високих рівнів Е2 (8448 кбіт/с), Е3 (34368 кбіт/с), Е4 (139264 кбіт/с) здійснюється шляхом побітового мультиплексування з вирівнюванням швидкостей методом підстановки службових символів. У результаті для виділення того або іншого компонентного потоку з потоку більш високого рівня (агрегатного) необхідно здійснювати покрокове демультиплексування цього потоку. Так, наприклад, для виділення необхідних ОЦК (потоків Е0) з потоку Е4 необхідно цей потік розділити на 4 потоки Е3, потік Е3 розділити на 4 потоки Е2, потік Е2 - на 4 потоки Е1 і лише після цього з потоку Е1 можна виділити необхідні потоки Е0. На рис. 1 наведена схему, що пояснює наведений процес демультиплексування.

Рисунок 1

Зазначена особливість прийнятна під час передачі інформації від одного вузла до іншого з достатньо рідкими в цьому випадку процесами введення/виведення. Інша справа, коли необхідно забезпечити введення/виведення потоків Е0 або Е1 з потоку, наприклад, Е4 у той або інший офіс, установу, відділення банку, кількість яких достатньо велика. У цьому випадку апаратурна реалізація введення/виведення компонентних потоків ускладнюється, експлуатація такої мережі може стати невигідною. Очевидно, що неможливість виділення компонентного потоку без демультиплексування агрегатного є недоліком ієрархії PDH.

Іншим істотним недоліком плезіосинхронних систем є відсутність у них функцій мережного керування і контролю, що забезпечують керування потоками, їхню маршрутизацію, безперервний контроль якості і надійності передачі інформації. Передбачені в цих системах засоби керування і контролю слабкі та недостатньо ефективні. Більш того, розширити ці функції, а тим більше, автоматизувати їхню реалізацію з використанням комп'ютерів, практично неможливо, тому що для розміщення відповідних додаткових сигналів у циклах передачі плезіосинхронних систем відсутні вільні позиції.

Особливістю формування агрегатних потоків є залежність синхронізації компонентних потоків від синхронізації агрегатних потоків. Для відновлення порушеної синхронізації потрібно достатньо багато часу, що призводить до втрати пропускної спроможності і зниження якості передачі інформації.

Крім того, одним з недоліків плезіосинхронних систем є відсутність повної сумісності різних стандартів цих систем (американської, європейської і японської).

Прагнення усунути ці недоліки під час розробки нових мережних телекомунікаційних технологій призвело до створення систем синхронної цифрової ієрархії (SDH).

плезіосинхронний цифровий ієрархія синхронний

2. Загальна характеристика синхронної цифрової ієрархії (SDH)

Основною відмінністю технології SDH від PDH є використання іншого принципу мультиплексування. Технологія SDH основана на повній синхронізації всіх цифрових каналів і мережних елементів у межах усієї мережі. Синхронізація забезпечується за допомогою відповідних систем синхронізації і керування транспортною мережею.

Технологія SDH у порівнянні з PDH має ряд особливостей і переваг:

- передбачає пряме мультиплексування (введення/виведення) компонентних потоків, що забезпечує швидкий і легкий доступ до індивідуальних компонентних потоків з метою їхнього введення/виведення і комутації;

- передбачає розміщення в циклі передачі (фреймі) службової інформації для маршрутизації потоків, контролю і керування мережами різної топології сучасними методами, основними на комп'ютерних системах.

- розширений діапазон швидкостей передачі за межі швидкостей передачі системи PDH;

- забезпечує сумісність систем PDH європейської й американської ієрархії.

Принциповою відмінністю систем SDH від усіх раніше розроблених ЦСП є те, що вони призначені тільки для високоефективної передачі і розподілу цифрових потоків, формованих апаратурою PDH, ATM й інших технологій. Цифрові канали (потоки) PDH є вхідними (корисним навантаженням) для транспортної мережі SDH. Усі ці потоки передаються (транспортуються) по трактах транспортної мережі у вигляді інформаційних структур - віртуальних контейнерів (VC) відповідного рівня.

Так, наприклад, для транспортування потоків європейської ієрархії =2048 кбіт/с (2М) і =8448 кбіт/с (8М) використовуються VC нижчого порядку (VC-1 і VC-2 відповідно), а для транспортування потоків =34368 кбіт/с (34М) і =139264 кбіт/с (140М) використовуються VC вищого порядку (VC-3 і VC-4 відповідно). Кожен з VC має трактовий (маршрутний) заголовок РОН, що містить інформацію, необхідну для керування, маршрутизації і контролю якості проходження контейнера по транспортній мережі. Наявність заголовка забезпечує доставку і виділення контейнера відповідно до адреси його одержувача.

Важливою особливістю систем SDH є те, що віртуальні контейнери меншої ємності можуть бути розміщені у VC більшої ємності.

Групи однотипних або різнотипних віртуальних контейнерів поєднуються і передаються по мережних трактах у вигляді інформаційних структур - синхронних транспортних модулів (контейнерів) того або іншого рівня (порядку).

Структура первинного цифрового потоку в ієрархії SDH відповідає синхронному транспортному модулю першого порядку (STM-1) зі швидкістю передачі 155,52 Мбіт/с. Синхронні транспортні модулі більш високого порядку формуються шляхом мультиплексування модулів більш низького порядку. Коефіцієнт мультиплексування дорівнює 4. Відповідно до цього ієрархія SDH передбачає синхронні транспортні модулі другого порядку (STM-4 зі швидкістю 4•155,52=622,08 Мбіт/с), третього (STM-16 зі швидкістю 4•622,08=2488,32 Мбіт/с) і четвертого порядку (STM-64 зі швидкістю 4•2488,32=9953,28 Мбіт/с). Слід зазначити, що починаючи з STM-4 мультиплексування здійснюється в оптичному діапазоні. Синхронний модуль STM-N, як і будь-який інший контейнер, постачений маршрутним заголовком і іншою інформацією, що забезпечує доставку контейнера за адресою одержувача.

Основною ланкою транспортної мережі SDH є тракт передачі, структурна схема якого наведена на рис. 2.

Тракт передачі є засобами передачі інформації між елементами мережі SDH, у якому здійснюється формування („складання») віртуального контакту (наприклад, з компонентних потоків PDH), і елементом системи, у якому VC розформовується („розбирається»).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис

Мультиплексорна секція є засобом передачі інформації між двома мережними елементами, у яких здійснюється складання (розбирання) STM-N до компонентних потоків.

Регенераційна секція є ділянкою системи передачі між двома суміжними регенераторами або між кінцевим устаткуванням, у якому STM-N формується або приймається, і регенератором.

У залежності від порядку („ємності») віртуального контейнера розрізнюють тракти віртуальних контейнерів нижчого порядку (V-12, V-22) і тракти віртуальних контейнерів вищого порядку (VC-3, VC-4).

Як лінію передачі використовуються волоконно-оптичні кабелі, супутникові або радіорелейні лінії зв'язку (по них можна передавати в електричному вигляді тільки цифровий потік STM-1).

Характерною рисою трактів SDH є високий ступінь резервування як лінійних трактів, так і вузлів мультиплексорного устаткування. Зокрема, лінії передачі між елементами мережі звичайно повністю резервуються, що дозволяє уникнути втрат великого обсягу інформації під час аварій.

3. Структура циклу STM-1

Тривалість циклу передачі всіх STM-N однакова і дорівнює 125 мкс (частота циклів 8 кГц). На рис. 3 наведено спрощений вигляд циклу STM-1 і його основні компоненти.

Рисунок 3

Структура циклу (фрейму) досить складна. Звичайно її подають у вигляді двовимірної матриці, що має 9 рядків і 270 однобайтових колонок. Зміст фрейму передається порядково і порозрядно (по бітах) послідовно, починаючи злiва. За час 125 мкс буде переданий 9270=2430 байт, що відповідає швидкості передачі STM-1 (2430?8)/(125?)=155,52 Мбіт/с. Кожен байт у складі циклу являє собою канал 64 кбіт/с (8 біт?8 кГц=64 кбіт/с).

Фрейм складається з 2-х полів, одне з яких є полем секційних заголовків (займає перші 9 колонок і 9 рядків), а друге - поле корисного навантаження (з 10-ї по 270-ту колонки всіх 9-ти рядків). У перших трьох рядках поля секційних заголовків розміщується заголовок регенераторної секції (RSOH), на четвертому рядку - покажчик (пойнтер), у нижніх п'ятьох рядках розміщується заголовок мультиплексорної секції (MSOH).

У поле корисного навантаження (PL) 10-й стовпчик (9байт) виділений для маршрутного трактового заголовка, а в інших 260-ти колонках усіх рядків (9260=2340 байт) розміщується власне корисне навантаження. Корисне навантаження може складатися з одного віртуального контейнера вищого рівня (VС-3 і VС-4) або з декількох контейнерів більш низького рівня (VC-1 і VС-2).

Заголовок регенераторної секції RSOH використовується для керування передачею між регенераторами. У заголовку RSOH утримується синхросигнал для циклової синхронізації, ідентифікатор STM-1, сигнал для контролю помилок, сигнали телеконтролю і службового зв'язку, що забезпечують нормальну експлуатацію лінійного тракту.

Заголовок мультиплексорної секції МSОH використовується для контролю і керування передачею між вузлами. У заголовку утримується інформація про розміщення контейнера в межах циклу STM-1 та інформація, що забезпечує захисне переключення мультиплексора в аварійній ситуації. Заголовок MSOH може бути змінений тільки в пунктах, у яких виробляється складання або розбирання модуля.

Покажчик PTR (пойнтер) визначає адресу початку поля корисного навантаження, що складається або з одного VC-4, або з декількох VC більш низького рівня. Причому кожний з цих VC постачений своїм покажчиком (пойнтером).

Заголовок тракту (POH) контролює якість передачі контейнера і містить інформацію про структуру віртуального контейнера, його маршрути, інформацію для захисного переключення тракту, контролю транзиту, інформацію з технічного обслуговування й ін. Заголовок тракту супроводжує контейнер до місця його призначення.

4. Узагальнена схема мультиплексування потоків у SDH

Для з'єднання плезіосинхронних і синхронних мереж у стандарті SDH передбачено правила формування транспортного модуля STM-1 із плезіосинхронних потоків, реалізація яких здійснюється SDH-мультиплексорами.

Узагальнена структурна схема формування транспортного модуля STM-1 наведена на рис. 4.

Як вхідні потоки цих мультиплексорів можуть використовуватися стандартні потоки (які називаються трібами) E1, E2, E3 і Е4 європейської ієрархії PDH, швидкість передачі яких відповідно дорiвнюють 2,048; 8,448; 34368; 139,264 Мбіт/с, і тріби DS1, DS2 і DS3 американської ієрархії PDH, швидкості передачі дорiвнюють 1,544; 6,312 і 44,736 Мбіт/с відповідно. Відповідно до рівнів трібів розрізнюють контейнери чотирьох рівнів - С-1, С-2, С-3 і С-4.

Контейнери С-1, С-2, С-3 поділяються на 2 підрівні, що відповідають значенню швидкості тріба, вкладеного в контейнер: С-11 (DS1-1,5м); С-12 (Е1-2М), С-21(DS2-6М); С-22 (Е2-8М); С-31(Е3-34М); С-32 (DS3-45м). Контейнер С-4(Е4-140м) однорівневий. У дужках зазначені тріби і відповідні їм значення швидкостей з розмірністю Мбіт/с, позначеної для кратності запису однією буквою М. Зазначені контейнери є первинними елементами номенклатури SDH. Кожний з контейнерів (пакетів) забезпечується маршрутного заголовку (POH). Додавання до контейнера, у якому розміщене корисне навантаження PL, маршрутний заголовок перетворює його у віртуальний контейнер, тобто VC=POH+PL.

Розрізнюють VC нижнього рівня (VC-1 і VC-2) і верхнього рівня (VС-3 і VС-4). Віртуальні контейнери розділяються на ті ж пiдрівнi, що і вхідні в них контейнери VC-11; VC-12; VC-21; VC-22; VC-31; VC-32; VC-4. Розмірність поля корисного навантаження в різних VC різна. Поле маршрутного заголовка не перевищує 9-ти байт. Цей заголовок супроводжує контейнер доти, поки він не буде розпакований.

Рисунок 4

Декілька контейнерів меншої величини (нижнього рівня) можуть вкладатися в наступний за величиною контейнер (упакування за принципом мотрьошки). Найбільший контейнер С-4.

Для визначення місця розміщення кожного з VC на карті поля корисного навантаження (у складі VC більш високого рівня) кожний з VC забезпечується покажчиком-пойнтером (PTR).

Блок, що складається з віртуального контейнера і покажчика (пойнтера), називається носійним (трібним) блоком (TU), тобто TU=PTR+VC.

Покажчик трібного блоку (PTR) відноситься до відповідного віртуального контейнера. Наприклад, TU-1=(TU-1 PTR)+VC-1.

Трібні (носійні) блоки також поділяються на рівні і підрівнi: TU-11; TU-12; TU-21; TU-22; TU-31 і TU-32.

Декілька трібних блоків утворюють груповий трібний (носійний) блок (TUG).

Наприклад, до складу групового трібного блоку TUG-21 можуть входити один TU-21 або чотири TU-11, або три TU-12, тобто 1 TU-21(6М); 4 TU-11 (4 1,5 = 6М); 3 TU-12(3 2=6М); а до складу TUG-22 можуть входити один TU-22 або чотири TU-12 або п'ять TU-11, тобто 1 TU-22(8М); 4 TU-12(4 2=8М); 5 TU-11 (5 1,5=7,5М).

Корисне навантаження VC-3 формується або з одного контейнера C-3, або шляхом мультиплексування декількох групових трібних блоків TUG-2. Наприклад, до складу VC-31 можуть входити один контейнер C-31, або чотири TUG-21, тобто 1 С-31 (34М), або 4 TUG-22, або 5 TUG-21.

Віртуальний контейнер VC-4 не розділяється на пiдрівні і є полем корисного навантаження розмірністю 9 261 байтів. Його корисне навантаження формується або з контейнера C-4, або шляхом мультиплексування декількох груп TUG-2 або TU-3: 1 C-4; 4 TU-31; 3 TU-32; 21 TUG-21; 16 TUG-22.

Кожний з VC високого рівня (VC-3 або VC-4) забезпечується покажчиком-пойнтером (PTR). Віртуальний контейнер із своїм покажчиком є адміністративним блоком (AU) : AU-n = PTR + VC - n (n=3,4).

Наприклад,

AU-31 =(AU-31PTR) + VC - 31;

AU-32 =(AU-32PTR) + VC - 32;

AU-4 =(AU-4PTR) + VC - 4.

Покажчик адміністративного блоку AU-4 PTR визначає адресу початку поля корисного навантаження, має розмірність 9 байтів і розміщується у 4-му рядку поля секційних заголовків SOH. З одного або декількох AU-n може формуватися група адміністративних блоків AUG:

1 AU-4, або 4 AU-31, або 3 AU-32. Цей блок (AUG) передує закінченню циклу STM-1. Після додавання до нього секційного заголовка закінчується формування модуля STM-1:

STM - 1 = AUG + SOH.

Шляхом мультиплексування відповідного числа модулів STM-1 формуються модулі більш високого рівня - STM-N (N=4,16,64).

Таким чином, у схемі мультиплексування можуть використовуватися:

- E-n (n=1,2,3,4) і DS-n (n=1,2,3) - тріби рівня n („компонентні потоки») - вхідні / вихідні потоки SDH мультиплексорів, що відповідають європейськiй й американськiй ієрархії SDH;

- C-n - контейнери рівня n (n=1,2,3,4);

- VC-n - віртуальні контейнери рівня (n=1,2,3,4);

- TU-n - трібні блоки рівня n (n=1,2,3);

- TUG-n - групи трібних блоків рівня n (n=2,3);

- AU-n - адміністративні блоки рівня n (n=3,4);

- AUG - група адміністративних блоків.

Размещено на Allbest.ru