Многоканальные телекоммуникационные системы

Назначение и виды модулей STM. Формат модуля STM-1

На рис. 6.8 показаны основные элементы кадра STM-1. Кадр обычно представляют в виде матрицы, состоящей из 270 столбцов и 9 строк. Первые 9 байтов каждой строки отводятся под служебные данные заголовков, а из последующих 261 байта 260 отводятся под полезную нагрузку (данные таких структур как AUG, AU, TUG, TU и VC), а один байт каждой строки отводится под заголовок тракта, что позволяет контролировать соединение «из конца в конец».

Рис. 45. Структура кадра STM-1

Заголовок регенераторной секции RSOH содержит:

синхробайты;

байты контроля ошибок для регенераторной секции;

один байт служебного аудиоканала (64 Кбит/с);

три байта канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 192 Кбит/с;

байты, зарезервированные для использования по усмотрению национальных операторов связи.

Указатели H1, H2, H3 задают положение начала виртуального контейнера VC-4 или трех виртуальных контейнеров VC-3 относительно поля указателей.

В заголовке протокола мультиплексной секции содержатся:

байты контроля ошибок для мультиплексной секции;

шесть байтов канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 576 Кбит/с;

два байта протокола автоматической защиты трафика (байты K1 и K2), обеспечивающего живучесть сети;

байт передачи сообщений статуса системы синхронизации.

Остальные байты заголовка MSOH либо зарезервированы для использования национальными операторами связи, либо не используются.

Принцип формирования циклов и сверхциклов. Формат синхронного транспортного STM-1 модуля

Формирование синхронного транспортного модуля STM-1, понятие о виртуальных контейнерах, блоках, субблоках, административных блоках.

Виртуальные контейнеры являются единицей коммутации мультиплексоров SDH. В каждом мультиплексоре существует таблица соединений (называемая также таблицей кросс-соединений), в которой указано, например, что контейнер VC-12 порта P1 соединен с контейнером VC12 порта P5, а контейнер VC3 порта P8 соединен с контейнером VC3 порта P9. Таблицу соединений формирует администратор сети с помощью системы управления или управляющего терминала в каждом мультиплексоре так, чтобы обеспечить сквозной путь для соединения конечных точек сети, к которым присоединено оборудование пользователей. Для совмещения в рамках одной сети синхронной передачи кадров STM-N с асинхронным характером переносимых этими кадрами пользовательских данных PDH, в технологии SDH применяются указатели (pointers).

Указатель определяет текущее положение виртуального контейнера в структуре более высокого уровня -- трибутарном блоке (Tributary Unit, TU) или административном блоке (Administrative Unit, AU). Применение указателя позволяет виртуальному контейнеру «плавать» в определенных пределах внутри своего трибутарного или административного блока, который в свою очередь занимает уже фиксированное положение в кадре. Собственно, основное отличие этих блоков от виртуального контейнера -- это добавленное поле указателя. Трибутарные блоки объединяются в группы, которые в свою очередь входят в административные блоки. Группа из N административных блоков (AUG) и образует полезную нагрузку кадра STM-N, помимо этого в кадр входит заголовок с общей для всех административных блоков служебной информацией. На каждом шаге преобразования к предыдущим данным добавляется несколько служебных байтов, помогающих распознать структуру группы блоков или блока, и затем с помощью указателей определить начало пользовательских данных.

Резервирование сетей SDH: линейная защита, кольцевая защита

Одной из сильных сторон первичных сетей SDH является разнообразный набор средств отказоустойчивости, который позволяет сети быстро (за десятки миллисекунд) восстанавливать работоспособность в случае отказа какого-либо элемента сети -- канала связи, порта или карты мультиплексора, мультиплексора в целом.

В SDH в качестве общего названия механизмов отказоустойчивости используется термин автоматическое защитное переключение (Automatic Protection Switching, APS), отражающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного. Сети, поддерживающие такой механизм, в стандартах SDH названы «самовосстанавливающимися» (точнее, «самозалечивающимися» -- selfhealing).

В оборудовании и сетях SDH применяются следующие основные виды автоматической защиты, отличающиеся типом защищаемого (путем резервирования) элемента сети:

Equipment Protection Switching, EPS -- защита блоков и элементов оборудования SDH;

Card Protection, CP -- защита агрегатных и трибутарных карт мультиплексора;

Multiplex Section Protection, MSP -- защита мультиплексной секции, то есть участка сети между двумя смежными мультиплексорами SDH;

Sub-Network Connection Protection, SNC-P -- защита пути (соединения) через сеть для определенного виртуального контейнера;

Multiplex Section Shared Protection Ring, MS-SPRing -- разделяемая между пользовательскими соединениями защита путей в кольцевой топологии.

В сетях SDH применяются схемы защиты 1+1, 1:1 и 1:N.

Защита 1+1 означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной. Например, при защите трибутарной карты по схеме 1+1 трафик проходит как через рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную). Защита 1:1 подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа. Защита 1:N предусматривает выделение одного защитного элемента на N защищаемых. При отказе одного из защищаемых элементов его функции начинает выполнять защитный, при этом остальные элементы остаются без защиты -- до тех пор, пока отказавший элемент не будет заменен.

Защита с разделением кольца (MS-SPRing) обеспечивает в некоторых случаях более экономичную защиту трафика в кольце. Хотя защита SNC-P вполне подходит для кольцевой топологии сети SDH, в некоторых случаях ее применение уменьшает полезную пропускную способность кольца, так как каждое соединение потребляет удвоенную полосу пропускания вдоль всего кольца. Так, в кольце STM-16 можно установить только 16 защищенных по SNC-P соединений VС-4 (рис. 6.13).

Рис. 46. Защита SNC-P в кольце

Защита MS-SPRing позволяет использовать пропускную способность кольца более эффективно, так как полоса пропускания не резервируется заранее для каждого соединения. Вместо этого резервируется половина пропускной способности кольца, но эта резервная полоса выделяется для соединений динамически, по мере необходимости, то есть после обнаружения факта отказа линии или мультиплексора. Степень экономии полосы при применении защиты MS-SPRing зависит от распределения трафика.

Если весь трафик сходится в один мультиплексор, то есть имеет распределение «звезда», защита MS-SPRing экономии по сравнению с SNC-P вообще не дает. Пример такой ситуации представлен на рис. 6.14, а, где центром тяготения трафика является мультиплексор А, а в кольце установлено те же 16 защищенных соединений, что и в примере защиты SNC-P на рис. 6.13. Для защиты соединений резервируется 8 из 16 виртуальных контейнеров агрегатного потока STM-16.

Логическое построение оборудования SDH(мультиплексоры, коммутаторы, концентраторы, регенераторы)

Основным элементом сети SDH является мультиплексор (рис. 6.6). Мультиплексор обычно оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH, например, портами PDH 2 Мбит/с, 34 Мбит/с и портами SDH 155 Мбит/c STM-1 и 622 Мбит/c STM-4. Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные (трибы). Трибутарные порты часто называют также портами ввода-вывода, а агрегатные -- линейными портами. Эта терминология отражает типовые топологии сетей SDH с ярко выраженной магистралью в виде цепи или кольца, через которую передаются потоки данных, поступающие от пользователей сети через порты ввода-вывода, то есть как бы «втекающие» в агрегированный поток (tributary -- приток).

Рис. 47. Мультиплексор SDH

Мультиплексоры SDH обычно делят на терминальные мультиплексоры (Terminal Multiplexor, TM) и мультиплексоры ввода-вывода (Add-Drop Multiplexor, ADM). Разница между ними состоит не в составе портов, а в положении мультиплексора в сети SDH. Терминальный мультиплексор завершает агрегатные каналы, мультиплексируя в них большое количество каналов ввода-вывода (трибутарных). Мультиплексор ввода-вывода транзитом передает агрегатные каналы, занимая промежуточное положение на магистрали (в кольце, цепи или смешанной топологии). При этом данные трибутарных каналов вводятся или выводятся в агрегатный канал. Агрегатные порты мультиплексора поддерживают максимальный для данной модели уровень скорости STM-N, который является характеристикой мультиплексора в целом, например, STM-4 или STM-64.

Иногда различают так называемые кросс-коннекторы (Digital Cross-Connect, DXC) -- мультиплексоры, которые выполняют операции коммутации над произвольными виртуальными контейнерами, в отличие от мультиплексоров ввода-вывода, поддерживающих только специальные операции, сводящиеся к коммутации контейнера из агрегатного потока с соответствующим контейнером трибутарного потока. Чаще всего кросс-коннекторы реализуют соединения между трибутарными портами (точнее, виртуальными контейнерами, формируемыми из данных трибутарных портов), но могут применяться кросс-коннекторы и агрегатных портов, то есть контейнеров VC-4 и их групп. Последний вид мультиплексоров пока применяется реже, чем остальные, так как требует наличия большого количества агрегатных портов и ячеистой топологии сети, а это существенно удорожает как сам мультиплексор, так и сеть в целом.

Большинство производителей выпускает универсальные мультиплексоры, которые могут использоваться как терминальные, ввода-вывода и кросс-коннекторы -- в зависимости от набора установленных модулей с агрегатными и трибутарными портами

Кроме мультиплексоров, в состав сети SDH могут входить регенераторы, необходимые для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами, зависящих от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания волоконно-оптического кабеля. Регенератор преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, при этом восстанавливается форма сигнала и его временные характеристики. В настоящее время регенераторы SDH применяются достаточно редко, так как стоимость их ненамного меньше стоимости мультиплексора, а функциональные возможности несоизмеримы.

Сонхронизация сети SDH. Режимы синхронизации

Устойчивая работа сети SDH во многом зависит от качества синхронизации между ее узлами. В сети SDH применяется иерархический метод принудительной синхронизации с парами таймеров «ведущий-ведомый». Этот метод применяется не только в сетях SDH, но и, практически, во всех крупных TDM-сетях: первичных на основе технологии PDH и телефонных.

Очевидно, что отказоустойчивость сетей SDH должна распространяться и на отказы источника синхронизации. Для обеспечения этого свойства мультиплексор SDH может использовать несколько дублирующих источников синхронизации.

Сигнал внешнего сетевого таймера с частотой 2048 кГц, называемого также первичным эталонным генератором, ПЭГ (Primary Reference Clock, PRC) в соответствии с рекомендациями G.811. Его точность должна быть не хуже 110-11. Первичный эталонный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы). Его калибруют вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time Coordinated).

Сигнал с вторичного задающего генератора (ВЗГ), который обычно является ведомым по отношению к ПЭГ, но может являться и самостоятельным источником.

Сигнал со спутника глобальной системы позиционирования (Global Positioning System, GPS).

Сигнал внутреннего таймера узла SDH. Точность сигналов внутреннего таймера обычно невелика, порядка (1…5)10-6.

Сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейного (или трибутарного) сигнала STM-N. Обычно точность такого источника синхронизации составляет 510-8.

В качестве внешних источников здесь выступают как внешние таймеры, подключаемые к специальным синхронизирующим входам мультиплексора, так и сигналы STM-N линейного входа (и трибутарных входов, если они поддерживают какой-либо уровень STM, а не PDH). Одна схема мультиплексора осуществляет выбор источника синхронизации для внутренних элементов мультиплексора, а другая -- для внешних.

Для синхронных сетей общего пользования характерна иерархия задающих генераторов, в которой уровень сигнала каждого генератора синхронизируется по эталону сигнала более высокого уровня, имеющего более высокую точность.

Иерархия синхронизирующих источников -- это сеть, состоящая из нескольких слоев генераторов, называемых также стратум-таймерами (от stratum -- слой). Сеть синхронизации содержит один генератор слоя Stratum 1 и несколько генераторов более низких слоев, от Stratum 2 до Stratum 4 (рис. 6.15).

Рис. 48. Слои Stratum

Генератор Stratum 1 посылает эталонные сигналы тактовой частоты нескольким генераторам слоя Stratum 2. В свою очередь, эти генераторы посылают сигналы другим генераторам слоев Stratum 2 и Stratum 3. Аналогично, генераторы слоя Stratum 3 синхронизируют другие элементы слоев Stratum 3 и Stratum 4. Генератор, фаза которого подстраивается по входному сигналу, полученному от генератора более высокого или того же уровня качества, называется ведомым задающим генератором, или ВЗГ (Secondary Reference Clock, SRC). Ведомый задающий генератор высшего качества занимает вторую ступень в иерархии слоев синхронизации, то есть соответствует слою Stratum 2 и устанавливается обычно в транзитных узлах сети. Ведомые генераторы третьего уровня качества Stratum 3 устанавливаются обычно в локальных (терминальных) узлах сети.

Топология сетей с использованием технологий синхронной цифровой иерархии SDH

В сетях SDH применяются различные топологии связей. Наиболее часто используются кольца и линейные цепи мультиплексоров, также находит все большее применение ячеистая топология, близкая к полносвязной. Кольцо SDH строится из мультиплексоров ввода-вывода, имеющих, по крайней мере, по два агрегатных порта (рис. 6.9, а). Пользовательские потоки вводятся в кольцо и выводятся из кольца через трибутарные порты, образуя соединения «точка-точка» (на рисунке показаны в качестве примера два таких соединения). Кольцо является классической регулярной топологией, обладающей потенциальной отказоустойчивостью -- при однократном обрыве кабеля или выходе из строя мультиплексора соединение сохранится, если его направить по кольцу в противоположном направлении. Кольцо обычно строится на основе кабеля с двумя оптическими волокнами, но иногда для повышения надежности и пропускной способности применяют четыре волокна. Цепь (рис. 6.9, б) -- это линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных играют роль терминальных, а остальные -- мультиплексоров ввода-вывода. Обычно сеть с топологией цепи применяется в тех случаях, когда узлы имеют соответствующее географическое расположение, например, вдоль магистрали железной дороги или трубопровода. Правда, в таких случаях может применяться и плоское кольцо (рис. 6.9, в), обеспечивающее более высокий уровень отказоустойчивости за счет использования двух дополнительных волокон в магистральном кабеле и по одному дополнительному агрегатному порту у терминальных мультиплексоров.

Эти базовые топологии могут комбинироваться при построении сложной и разветвленной сети SDH, образуя участки с радиально-кольцевой топологией, соединениями «кольцо-кольцо» и т. п. Наиболее общим случаем является ячеистая топология сети (рис. 6.9, г), при которой мультиплексоры соединяются друг с другом большим количеством связей, за счет чего сеть можно достичь очень высокой степени производительности и надежности.

Рис. 49. Типовые топологии

Размещено на Allbest.ru