 |
Мбит/с 622 Мбит/с 2,5 Гбит/с 10 Гбит/с
|
|
|
|
АППАРАТУРА СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Для студентов
Конспект лекций по дисциплине АСЦИ для студентов специальности 210404.51
«Многоканальные телекоммуникационные системы»
_
Мбит/с 622 Мбит/с 2,5 Гбит/с 10 Гбит/с
Хабаровск
Е.М. Некрасова. Конспект лекций по дисциплине «Аппаратура синхронной цифровой иерархии» для студентов среднего профессионального образования специальности 210404.51 «Многоканальные телекоммуникационные системы»
- г. Хабаровск, ХИИК ГОУ ВПО СибГУТИ, 2010 г
В учебном пособии рассматриваются принципы построения аппаратуры синхронной цифровой иерархии, формирование синхронного транспортного модуля, топологии сетей SDH, методы управления сетями SDH, принципы построения тактовой сетевой синхронизации и методы защиты от сбоев в сетях SDH. В учебном пособии рассматриваются характеристики и схемы широко используемых в дальневосточном регионе мультиплексоров SDH компании ECI Telecom XDM-100 и XDM-1000, а также проведён обзор оборудования SDH компании Huawei: рассмотрены мултиплексоры OptiX 155/622H (Metro 1000) и многоволновая система OptiX BWS 1600G.
Рецензент – заведующая кафедрой МТС Кудашова Л.В, рассмотрено на методическом совете ХИИК ГОУ ВПО
«СибГУТИ» СПО и рекомендовано к изданию.
г. Хабаровск, 2010 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1 Плезиохронная цифровая иерархия – ПЦИ
1.1 Построение многоканальных систем с временным разделением каналов (ВРК)…………………………………………………………………………...4
1.2 Построение систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией ИКМ….5
1.3 Мультиплексирование..................................... …………………….....…..9
1.4 Стандартизация цифровых систем передачи. ……………………..……11
|
|
|
1.5 Аппаратура объединения цифровых потоков……………………………..12
1.6 Уровни мультиплексирования, принятые в ПЦИ…………………………14
2 Синхронная цифровая иерархия (SDH)
2.1 Общая характеристика SDH, преимущества SDH……………………….17
2.2 Формирование STM...………………………………………………………19
2.3 Детальный пример формирования модуля STM-1……………………….21
2.4 Назначение байтов (битов) заголовков и указателей, формирование синхронных потоков STM-N (STM-4, STM-16, STM-64…………...……..25
3 Принцип построения тактовой сетевой синхронизации
3.1 Фазовые дрожания…………………………………………………………..30
3.2 Иерархия систем синхронизации СЦИ ……………………………............31
3.3 Режимы синхронизации.................................. …………………………..34
3.4 Распределение тактового синхронизма в цифровых сетях связи………..35
3.5 Порядок распределения синхросигналов в мультиплексорах SDH……..36
3.6 Система показателей качества и приоритетов в сети ТСС………………39
3.7 Эталонная цепь передачи синхросигналов………………………………..40
4 Архитектура сетей SDH
4.1 Мультиплексоры SDH ……………………………………………………..42
4.2 Основные конфигурации, которые строятся на основе синхронных мультиплексоров.............................................. …………………………..44
4.3 Методы защиты в сетях SDH……………………………………………….46
4.4 Кольцевые самозалечивающиеся сети……………………………………..47
5 Обобщённая схема синхронного мультиплексора....…………………...…51
6 Управление сетью синхронных мультиплексоров
6.1 Организация управления сетью связи............ ………………………….54
6.2 Синхронный мультиплексор СММ-155 Пермского завода "Морион"…59
7 Технология оптического мультиплексирования с разделением по длинам волн..………………………………………………………………………….66
8 Мультисервисные платформы XDM компании ECI Telecom …………….71
8.1 Мультиплексор XDM – 1000……………………………………………….73
8.2 Мультиплексор XDM-100 ………………………………………………….77
|
|
|
9 Серия оборудования SDH компании Huawei ……………………………….81
9.1 Краткий обзор оборудования OptiX 155/622H (Metro 1000)…………….81
9.2 Многоволновая система OptiX BWS 1600G……………………………...85
Список используемой литературы…………………………..………………..100
1 ПЛЕЗИОХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ – ПЦИ
1.1 Построение многоканальных систем с временным разделением каналов
При временном разделении каналов (ВРК) сигналы различных каналов передаются по общей линии поочередно во времени путем периодического подключения передающего и соответствующего ему приемного устройства каждого из каналов к общей линии на определенный промежуток времени.
Рисунок 1.1 - Структурная схема системы с ВРК
Фильтр нижних частот на передаче (ФНЧ) на передаче (рисунок 1.1) ограничивает максимальную частоту исходного спектра частотой 3,4 кГц. Электронные ключи (ЭК) одновременно подключают передающие и приемные устройства каждого из каналов к линии на определенный короткий промежуток времени, в течение которого проходит импульс сигнала данного канала.
Работой электронных ключей на приеме и передаче управляют импульсы, поступающие от генератора тактовых импульсов (ГТИ). ГТИ приема и ГТИ передачи должны быть синхронизированы, чтобы при передаче сигнала по первому каналу были замкнуты ключи только этого канала. В следующий момент замыкаются ключи 2 канала и т.д.
Таким образом, при ВРК передача непрерывного сигнала осуществляется в виде посылок импульсов, соответствующих мгновенным значениям непрерывного сигнала в момент открывания электронного ключа.
На приеме электронные ключи, которые называют ещё временными селекторами, служат для выделения из последовательности отсчетов многоканального сигнала отсчетов своего канала. Выделенные отсчеты поступают на ФНЧ, который выделяет огибающую этих импульсов, тем самым, преобразуя последовательность этих отсчетов в исходный непрерывный сигнал 0,3-3,4 кГц.
Возможность восстановления исходного непрерывного сигнала из последовательности его отсчетов доказана теоремой Котельникова в соответствии с которой: «Непрерывная функция, имеющая ограниченный спектр от Fн до Fв полностью характеризуется своими мгновенными значениями, отсчитанными через интервалы времени, равные периоду дискретизации, Тд=1/2Fв», где Fв – это верхняя частота спектра исходного непрерывного сигнала.
|
|
|
Для телефонного канала Fв = 3,4 кГц. Во всех отечественных и зарубежных системах с ВРК период дискретизации Тд, и, соответствующая ему частота дискретизации Fд, одинаковые и, соответственно, равны: Тд=125 мкс, Fд=8 кГц.
Согласно теореме Котельникова частота дискретизации должна быть равна или больше удвоенной максимальной частоты исходного сообщения Fд ≥ 2Fмах. Только в этом случае возможно правильное восстановление исходного сигнала из последовательности его отсчётов.
1.2 Построение систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией ИКМ
На вход канала от абонента (рисунок 1.2) поступает непрерывный сигнал в спектре 80Гц - 13КГц. ФНЧ ограничивает передаваемый сигнал, подавляя все сигналы, частота которых выше 3,4 кГц, это делается для реализации условия теоремы В.А.Котельникова.
АИМ - Амплитудно-импульсный модулятор дискретизирует непрерывное сообщение, преобразуя его в последовательность АИМ-отсчетов, частота следования этих отсчетов равна 8 кГц. Ключи АИМ открываются поочередно. За 125 мкс по одному разу откроются ключи всех каналов, сколько бы их ни было - это время называется циклом передачи.
Рисунок 1.2 – Многоканальная система с ИКМ-ВРК (тракт передачи)
Кодер преобразует АИМ отсчеты в цифровой сигнал ИКМ, причем вместо каждого АИМ отсчета передается 8- разрядная кодовая группа.
ГО - передачи (генераторное оборудование) вырабатывает набор импульсных последовательностей, управляющих ключами передающей станции.
ЗГ - задающий генератор вырабатывает высокостабильное колебание тактовой частоты.
Передатчик синхросигнала (Пер СС) - вырабатывает специальный синхросигнал, который поступает на приемную станцию в ГО приема, где приемник синхросигнала (ПрСС), выделяя этот сигнал, обеспечивает цикловую синхронизацию ГО приема относительно ГО передачи, т.е. одновременное открывание одноименных ключей на передающей и приемной станциях.
|
|
|
Передатчик СУВ (сигналов управления и взаимодействия) принимает от АТС сигналы управления (набор номера) и сигналы взаимодействия (ответ станции, отбой, занятие и др.), в передатчике СУВ сигналы СУВ дискретизируются в пакеты коротких импульсов, которые через устройство объединения (УО) поступают в линию.
Однополярный цифровой сигнал быстро искажается и затухает в линии, поэтому до передачи в линию его преобразуют в двухполярный цифровой сигнал с помощью преобразователя кода передачи (ПК пер).
В линии связи амплитуда цифрового сигнала уменьшается в тысячи раз, форма его искажается, поэтому на определенном расстоянии друг от друга установлены линейные регенераторы ЛР, которые восстанавливают форму цифрового сигнала, его амплитуду и очищают сигнал от помех.
Рисунок 1.3 – Многоканальная система с ИКМ-ВРК (тракт приёма)
В тракте приема (рисунок 1.3), принимаемый с линии связи сигнал поступает на РС ( регенератор станционный), который восстанавливает форму сигнала, поступившего с линии, восстанавливает его амплитуду и очищает сигнал от помех.
Преобразователь кода приема (ПК пр) служит для преобразования двухполярного ИКМ сигнала в однополярный ИКМ сигнал.
Выделитель тактовой частоты (ВТЧ) служит для выделения из линейного ИКМ сигнала колебания тактовой частоты, которое поступает в генераторное оборудование приема, где используется в качестве опорного тока, используемого для получения импульсных последовательностей, управляющих ключами приема. Благодаря наличию ВТЧ обеспечивается тактовая синхронизация.
УР - устройство разделения, служит для отделения от ИКМ сигнала синхросигналов и сигналов СУВ, эти сигналы поступают в приемник СУВ (Пр СУВ), где восстанавливаются по форме и поступают на АТС.
Декодер преобразует однополярный цифровой сигнал в последовательность отсчетов группового АИМ сигнала. Временной селектор (ВС) выделяет из группового АИМ сигнала отсчеты своего канала.
ФНЧ - фильтр нижних частот, преобразует АИМ-сигнал данного канала в непрерывное исходное сообщение.
Различные ЦСП отличаются друг от друга формированием временной диаграммы цикла и сверхцикла (рисунок 1.4). Циклы Ц1, Ц2…ЦN, каждый длительностью 125 мкс объединяются в сверхциклы, следующие друг за другом. Каждый цикл состоит из канальных интервалов КИ1, КИ2, … КИn, куда входят и дополнительные канальные интервалы, необходимые для передачи сигнала цикловой синхронизации ЦС (КИ0) и сигналов СУВ (КИ16). В каждом из КИ передаётся восьмиразрядная кодовая группа – закодированная информация соответствующего канала.
|
|
|
Важной характеристикой любой цифровой системы передачи является тактовая частота. Тактовая частота - это скорость передачи или частота следования ИКМ сигнала в линии.
Fт = Fд ´m ´ Nки, (1.1)
где Fд - частота дискретизации аналогового сигнала Fд = 8 кГц
m - разрядность кодовой группы (для всех ЦСП m = 8);
Nки - число канальных интервалов в цикле передачи (для ИКМ-30 Nки=32).
Тогда для СП ИКМ-30 тактовая частота составит: Fт = 8´·8·´32 = 2048 кГц.
Рисунок 1.4 – Временная диаграмма цикла и сверхцикла (для ИКМ-30)
1.3 Мультиплексирование
Мультиплексирование – это объединение нескольких меньших по емкости входных каналов в один канал большой емкости для передачи по одному выходному каналу связи.
Мультиплексор поочередно подключает каждый входной канал на определенный временной интервал к общему временному каналу (рисунок 1.5). Сформированный таким образом поток выборок от разных каналов направляется в канал связи. На приемной стороне демультиплексор выделяет отдельные выборки и распределяет их по соответствующим каналам.
Рисунок 1.5 – Схема мультиплексирования 4-х каналов
Существует 2 вида мультиплексирования:
1) Побитовое (поразрядное), когда на выход коммутируется по одному биту из каждого канала.
2) Побайтовое (поканальное), когда на выход последовательно коммутируется по одному байту из каждого канала.
Схема мультиплексирования (4-х каналов по 64 кбит/с) приведена на рисунке 1.5. Речевой сигнал каждого из каналов подвергается аналого-цифровому преобразованию АЦП, При этом сначала аналоговый сигнал каждого из телефонных каналов дискретизируется. В результате дискретизации формируется АИМ-сигнал с частотой следования отсчётов 8 кГц. В результате кодирования каждый АИМ-отсчёт преобразуется в восьмиразрядную кодовую группу.
При этом на выходе АЦП каждого канала формируется сигнал основного цифрового канала (ОЦК) со скоростью 8х8 = 64 кбит/с. Затем осуществляется мультиплексирование, т.е. объединение четырех каналов в один общий поток со скоростью 64х4=256 кБит/с. При объединении 32-х каналов со скоростью 64 кбит/с формируется первичный цифровой поток (ПЦП) со скоростью 2048 кбит/с.
1.4 Стандартизация цифровых систем передачи
Для рационального построения цифровых систем передачи (ЦСП) необходимо, чтобы число каналов тональной частоты (ТЧ), на которые они рассчитываются, было кратно минимальному числу. Это дает возможность использовать стандартное каналообразующее оборудование. Иерархия ЦСП показана на рисунке 1.6.
 | |||||||||||
  |  |  | |||||||||
| |||||||||||
| |||||||||||
 | |||||
  | |||||
 | |||||
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
 | |||||||||||||
  | |||||||||||||
| |||||||||||||
| |||||||||||||
| |||||||||||||
 | ||||
 | ||||
 | ||||
Рисунок 1.6 – Стандартизация ЦСП
В качестве базовой используется система передачи ИКМ-30, с помощью которой формируется первичный цифровой поток Е1 (ПЦП) со скоростью 2048 кбит/с. ПЦП формируется в процессе аналого-цифрового преобразования (АЦП). При этом сначала аналоговый сигнал каждого из телефонных каналов дискретизируется, после чего производится кодирование каждого АИМ-отсчёта.
В аппаратуре ИКМ-120 каждые 4 первичных цифровых потока побитно мультиплексируются, и в результате формируется вторичный цифровой поток Е2 (ВЦП) со скоростью 8448 кбит/с.
Потом в аппаратуре ИКМ-480 каждые 4 вторичных цифровых потока объединяются в один третичный цифровой поток Е3 (ТЦП) со скоростью 34368 кбит/с. Потом каждые 4 третичных цифровых потока в аппаратуре ИКМ-1920 объединяются в один четверичный цифровой поток Е4 со скоростью 139264 кбит/с.
В США и Японии в качестве базовой (первичной) цифровой системы передачи используют ИКМ-24, на выходе которой формируется ПЦП (Т1 ) со скоростью 1544 кбит/с (1,5 Мбит/с).
Система, объединяющая ЦСП, не связанные единой системой синхронизации, и имеющие генераторное оборудование, допускающее определённый разброс номиналов тактовых частот получила название плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ или PDH)
1.5 Аппаратура объединения цифровых потоков
При формировании группового цифрового сигнала объединяются 4 цифровых потока (например, 4 ПЦП объединяются в 1 ВЦП).
Импульсы цифровых сигналов объединяемых потоков укорачиваются и распределяются во времени так, чтобы в освободившихся интервалах могли разместиться вводимые импульсы других потоков.
Объединение цифровых потоков осуществляется в оборудовании временного группообразования (ОВГ), принцип построения которого показан на рисунке 1.7.
Цифровые потоки поступают в блоки цифрового сопряжения (БЦС), где записываются в запоминающее устройство. Передатчик синхросигнала (ПСС) вырабатывает синхросигнал, который вместе с сигналами от БЦС передачи поступает на вход устройства объединения (УО). Генераторное оборудование (ГО) передачи вырабатывает управляющие импульсы, обеспечивающие сдвиг по времени между вводимыми цифровыми потоками.
Существует 2 способа объединения цифровых потоков:
1) Синхронное объединение цифровых потоков
При таком способе скорость записи сигнала в запоминающее устройство БЦС (fз) и скорость считывания из запоминающего устройства БЦС (fс) этой информации будут кратными, т.к. вырабатываются одни и тем же генераторным оборудованием.
2) Асинхронное объединение потоков
При таком объединении ГО устройств формирования цифровых потоков низшего порядка (ГО формирования ПЦП) и ГО устройств объединения цифровых потоков высшего порядка (ГО формирования ВЦП) работают независимо. В этом случае возможно некоторое расхождение между скоростями записи и считывания.
Рисунок 1.7 – Оборудование временного группообразования
При асинхронном сопряжении возможны ситуации, когда частота записи в запоминающем устройстве больше частоты считывания (fз > fс), тогда память запоминающего устройства будет переполнена, а если наоборот, fз < fс, то память ЗУ будет пуста и в очередной момент считывать будет нечего.
В первом случае часть информации пропадает, а во втором случае – появятся дополнительные временные позиции (нули), которые в исходном потоке отсутствуют. Чтобы не допустить возникновения этих нарушений, нужно обеспечить согласование скоростей.
Если fз < fс, то производится положительное согласование скоростей (ПСС): при этом в считываемую последовательность вводится дополнительный балластный тактовый интервал, который на приеме должен быть изъят из передаваемого сигнала.
Если fз > fс, то производится отрицательное согласование скоростей (ОСС): при этом из считываемой последовательности изымается один тактовый интервал, информация которого передается по специальному временному каналу и на приеме вводится в передаваемый поток на свое место.
Устройство разделения (УР) на приемной станции обеспечивает распределение цифровых потоков по своим блокам цифровых сопряжений, где восстанавливаются первоначальные длительности импульсов и скорости передаваемого потока с помощью записи информационного потока в запоминающее устройство блока цифрового сопряжения приема и считывания его с тактовой частотой 2048 кГц.
Выделитель тактовой частоты (ВТЧ) выделяет из линейного ИКМ-сигнала колебание тактовой частоты и подаёт его в ГО приёма, тем самым, обеспечивает равенство скоростей вторичного цифрового потока на передающей и приемной части станции. Приемник синхросигнала принимает цикловой синхросигнал и подаёт его в генераторное оборудование приёма, за счёт чего обеспечивается правильный порядок работы ключей на передающей и приёмной станциях.
1.6 Уровни мультиплексирования, принятые в плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ)
В США и Японии, в отличие от Европы были приняты другие стандарты ПЦИ (Plesiochronous Digital Hierarchy - PDH), в соответствии с которыми (таблица 1.1) в ЦСП первого уровня объединяются 24 канала по 64 кбит/с, что приводит к появлению скорости 1,5 Мбит/с. При переходе ко второму уровню происходит мультиплексирование четырех потоков по 1,5 Мбит/с, в результате чего формируется цифровой поток 6 Мбит/с, после чего каждые семь потоков по 6 Мбит/с мультиплексируются в один цифровой поток со скоростью 45 Мбит/с. Различие между тремя системами ПЦИ (американской, японской и европейской) привели к затруднениям при их взаимодействии между собой.
Таблица 1.1 – Уровни мультиплексирования, принятые в ПЦИ
| Уровни иерар- хии | Европа, Россия | США | Япония | ||||
| Скорость Мбит/с | Коэфф. мульти-плексир. | Скорость Мбит/с | Коэфф. мульти-плексир. | Скорость Мбит/с | Коэфф. мульти-плекс. | ||
| 0 (ОЦК) | 64 кбит/с (1 канал) | ||||||
| 2,048 (Е1) | 1,544 (Т1) | 1,544 | |||||
| 8,448 (Е2) | 6,312 (Т2) | 6,312 | |||||
| 34,368 (Е3) | 44,736 (Т3) | 32,064 | |||||
| 139,264 (Е4) | 97,728 | ||||||
На каждом уровне ПЦИ вставляются (изымаются) выравнивающие биты, это приводит к тому, что, не производя полностью демультиплексирования, невозможно выделить в промежуточном пункте какой-либо составляющий поток из группового.
Например, если (рисунок 1.8) из потока 140 Мбит/с нужно в промежуточном узле выделить один из 64-х составляющих его потоков по 2 Мбит/с, то необходимо поток 140 Мбит/с полностью демультиплексировать с прохождением промежуточных уровней 34 и 8 Мбит/с. После выделения требуемого потока 2 Мбит/с, все операции повторяются в обратном порядке.
Рисунок 1.8 – Выделение цифровых потоков на промежуточных пунктах в ПЦИ
Сформулируем недостатки ПЦИ (PDH):
1) Трудность ввода и вывода каналов в промежуточных пунктах;
2) Наличие трёх различных иерархий;
3) Отсутствие средств сетевого автоматизированного контроля и управления, без которых невозможно создать сеть связи, удовлетворяющую современным требованиям по качеству обслуживания и надежности;
4) При нарушении синхронизации группового сигнала в ПЦИ сравнительно большее время требуется на многоступенчатое восстановление синхронизации компонентных потоков.
Решить выше перечисленные проблемы, оставаясь в рамках ПЦИ, было невозможно. Поэтому, когда в середине 80-х годов широкое распространение получили волоконно-оптические линии связи, (что позволило повысить скорости передачи), а внедрение цифровых коммутационных станций дало возможность создать полностью цифровые синхронные сети, началась работа по переходу к синхронной оптической сети SONET в США и к аналогичной синхронной цифровой иерархии СЦИ (SDH) в Европе.
Сноска: впервые идея СЦИ предложена в 1984 году в США, первые стандарты по SDH (SONET) были приняты в 1988 году и развиты в 1992 году.
2 СИНХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ
2.1 Общая характеристика SDH. Преимущества SDH
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) позволяет организовать универсальную транспортную систему, охватывающую все участки сети и выполняющую как функции передачи информации, так и контроля, и управления. SDH рассчитана на транспортирование всех сигналов PDH и SDH. При создании SDH использованы последние достижения в электронике и вычислительной технике, что позволяет существенно сократить сроки монтажа и настройки оборудования, в то же время значительно повышается надежность и живучесть сетей, их гибкость и качество связи. Важной особенностью сетей SDH является необходимость синхронизации временных интервалов трафика между всеми элементами сети.
Для этого в сети SDH существует один независимый ведущий таймер - первичный эталонный генератор ПЭГ, на который равняются устройства связи.
Линейные сигналы SDH организованы (таблица 2.1) в так называемые синхронные транспортные модули STM. (Synchronous Transport Module).
Таблица 2.1 – Уровни мультиплексирования SDH
| Уровень | Модуль | Скорость передачи |
| STM-1 | 155.52 Мбит/с (1890 кан) | |
| STM-4 | 622 Мбит/с (7560 кан) | |
| STM-16 | 2,5 Гбит/с (30 240 кан) | |
| STM-64 | 10 Гбит/с (120 960 кан) | |
| STM-256 | 40 Гбит/с (483 840 кан) | |
| N | STM-1хN | 155×N Мбит/с |
Первому из них (STM-1) соответствует скорость 155,52 Мбит/с, а каждый последующий имеет скорость в четыре раза большую, чем предыдущий и образуется с помощью побайтового синхронного мультиплексирования.
Преимущества SDH:
1) Упрощение сети вызвано тем, что в SDH применяются мультиплексоры, которые являются универсальными устройствами. В полке мультиплексора имеются универсальные слоты. В зависимости от условий применения мультиплексор SDH может быть сконфигурирован для выполнения различных функций: например, функций терминального (оконечного) мультиплексора или может выполнять роль мультиплексора ввода-вывода, т.е. позволяет ввести или вывести на любой промежуточной станции любой плезиохронный поток из синхронного (STM-N). На любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Кроме того, мультиплексор SDH может использоваться в случае необходимости в качестве коммутатора, концентратора или регенератора, что дает экономию не только в цене оборудования, но и в требуемом месте для его размещения, питании и обслуживании.
2) Надежность и самовосстанавливаемость сети обусловлена тем, что при построении сетей SDH используются мощные системы резервирования, а также кольцевые топологии. Гибкое управление сетями допускают два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением одного из них в случае аварии, а также обход поврежденного узла сети, что делает эти сети самозалечивающимися.
3) Универсальность применения, обусловленная тем, что технология SDH может быть использована как для создания глобальных сетей, которые передают из точки в точку сотни тысяч каналов со скоростью до 40 Гбит/с, так и для создания локальных и местных сетей. Кроме того, SDH позволяет объединить системы PDH европейской, японской или американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH.
4) Гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа широкополосных каналов управления и компьютерной системой управления. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра (удалённый мониторинг).
5) Простота наращивания мощности. При наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры, переход на следующую более высокую скорость передачи можно осуществить, просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив вместо них новую, рассчитанную на большую скорость, группу блоков.
6) В SDH используются стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает совместимость оборудования различных фирм-производителей.
Недостатки SDH:
1) Высокая стоимость мультиплексоров SDH;
2) Неэффективное использование пропускной способности каналов связи. Необходимость передачи большого количества служебной информации. Необходимость резервирования полосы на случай отказов. Кроме того, SDH использует технологию ВРК, которая не способна эффективно использовать полосу пропускания, по сравнению с пакетными технологиями, например, во время пауз при разговоре канал простаивает.
2.2 Формирование синхронного транспортного модуля STM-N
Формирование STM-N схематически изображено на рисунке 2.1
В сети SDH применён принцип контейнерных перевозок. Поступающий цифровой сигнал вначале «упаковывают» в контейнеры С (Container), т.е. размещают на определённых позициях цикла контейнера. Различают контейнеры первого уровня – С-11 и С-12.
В контейнеры С-11 упаковывают цифровой поток Т1 (потоки 1,5 Мбит/с). В контейнеры С-12 упаковывают цифровой поток Е1 (потоки 2 Мбит/с). Контейнеры второго уровня С2 транспортируют потоки Т2 (потоки 6 Мбит/с). Контейнеры третьего уровня С3 транспортируют потоки Е3 или Т3 (34 или 45 Мбит/с). А Контейнеры четвёртого уровня С4 транспортируют поток Е4 (140 Мбит/с).
К каждому контейнеру, как к любому пакету, подлежащему отправлению по некоторому маршруту, добавляют биты маршрутного заголовка, в результате такой контейнер превращается в виртуальный контейнер VC (Virtual Container)
Рисунок 2.1 – Формирование STM-N
К каждому из VC пристыковываются биты указателя, содержащего фактический адрес начала данного виртуального контейнера внутри STM. Контейнер с таким указателем превращается в трибутарный блок ТU (Tridutary Unit).
В результате побайтового мультиплексирования из трех ТU-12 (или четырёх ТU-11) формируется группа трибутарных блоков второго уровня ТUG-2 (Tridutary Unit Group).
После чего семь трибутарных блоков ТUG-2 побайтно мультиплексируются, в результате чего формируется группа трибутарных блоков третьего уровня ТUG-3. После чего 3 ТUG-3 опять побайтно мультиплексируются, к ним добавляются биты маршрутного заголовка, в результате чего формируется виртуальный контейнер VC-4. Таким образом, в VC4 можно упаковать: - 63 потока Е1 (1890 каналов); или - 84 потока Т1(2016 каналов); или - 3 потока Е3 по 34 Мбит/с (1440 каналов); или - 3 потока Т3 по 45 Мбит/с (2016 каналов); или - 1 поток Е4 (1920 каналов).
К VC4 пристыковывается указатель, в результате формируется административный блок АU-4 (Administrative Unit).
AUG – (Administrative Unit Group) группа административных блоков, которая формируется путем мультиплексирования N административных блоков и позволяет, в случае необходимости, осуществлять мультиплексирование NхАU-4 (где N=1, 4, 16, 64). Например, в случае мультиплексирования четырех АU-4, формируется STM-4, а при мультиплексировании 16 АU-4, формируется STM-16. Если мультиплексирование в этом блоке не производится, то формируется синхронный транспортный модуль STM-1, который по синхронной цифровой сети позволяет передавать сигнал со скоростью 155,52 Мбит/с.
Для формирования STM-N к АUG пристыковывается секционный заголовок SОH (Section Overhead), несущий много различной служебной информации, позволяющей обеспечить дистанционные переключения трактов в случае аварии, осуществлять управление сетью, контроль и диагностику прохождения сигнала, служебные переговоры и устранение неисправностей.
2.3 Детальный пример формирования модуля STM-1
Шаг 1. Все начинается с формирования контейнера С12 из потока 2048 кбит/с (рисунок 2.2), который формируется на выходе аппаратуры ИКМ-30 или на выходе цифровой АТС. Этот сигнал представляет собой 32-байтную цифровую последовательность Е1, повторяющуюся с частотой 8 кГц, к этой последовательности добавляются 2 байта управляющих или выравнивающих, т.е. размер контейнера С12 = 34 байта.
Шаг 2. К контейнеру С12 добавляется маршрутный заголовок VC-12 РОН длиной 1 байт. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 длиной 35 байт. Маршрутный заголовок VC12 РОН используется для сбора статистики прохождения контейнера.
Шаг 3. К виртуальному контейнеру VC12 добавляется указатель ТU-12 PTR длиной в 1 байт, в результате формируется транспортный блок ТU-12 размером 36 байт. Указатель ТU-12 PTR указывает, где именно внутри цикла STM-1 находятся начальные позиции циклов компонентных потоков, это позволяет легко производить ввод и вывод потоков на промежуточных станциях.
|
Рисунок 2.2 – Детальный пример формирования модуля STM-1
Шаг 4. Три транспортных блока ТU-12 побайтно мультиплексируются, в результате формируется группа транспортных блоков ТUG-2 длиной 108 байт.
Шаг 5. Семь транспортных блоков ТUG-2 побайтно мультиплексируются, к ним добавляется 18 пустых байт (не несущих никакой информации), в результате формируется ТUG-3 длиной 774 байта.
Шаг 6. Три ТUG-3 побайтно мультиплексируются, в результате чего формируется последовательность длиной 2322 байта.
Шаг 7. В результате добавления к полученной последовательности маршрутного заголовка VC-4 РОН длиной 9 байт, а также добавления ещё 18 байт пустого поля (которые не несут никакой информации), формируется VC-4 длиной 2349 байт.
Шаг 8. Формируется синхронный транспортный модуль STM-1, при этом сначала формируется АU-4 путём добавления к VC-4 указателя АU-4 PTR длиной 9 байт, а затем формируется группа административных блоков AUG путем формального мультиплексирования 1:1. После чего к группе AUG добавляется секционный заголовок SOH длиной 72 байта, т.о. формируется синхронный транспортный модуль STM-1 длиной 2430 байт.
STM-1 принято изображать в виде двухмерной матрицы. В этом случае цикл STM-1 называют кадром (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Кадр STM-1
Кадр STM-1 состоит из девяти рядов, в каждом по 270 байт. Один цикл передачи включает в себя считывание в линию такой прямоугольной матрицы. Порядок передачи байтов - слева направо, сверху вниз (так, же как при чтении текста на странице).
Продолжительность цикла передачи STM-1 составляет 125 мкс, т.е. он повторяется с частотой 8 кГц. Каждая клеточка соответствует скорости передачи 8 бит х 8 кГц = 64 Кбит/с.
Если тратить на передачу в линию каждой рамки (матрицы) 125 мкс, то за секунду в линию будет передано 9х270х64 Кбит/с = 155520 Кбит/с, т.е. скорость STM-1 составляет 155,52 Мбит/с.
Контейнеры SDH принято представлять в виде прямоугольных матриц.
Из рисунка 2.4 видно, что контейнер С-4 – это матрица, состоящая из 9 строк, в каждой строке по 260 байт. Путём добавления к матрице С-4 заголовка VC-4 РОН длиной 9 байт (1 столбец) формируется матрица VC-4 состоящая из 9 строк, в каждой строке по 261 байт. Чтобы получить административный блок AU-4, к матрице VC-4 добавляют указатель AU-4 PTR (Pointer).
