Инновационные процессы в телекоммуникациях - Линии SDH, PDH

- восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;

- сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих, устройств, например, конверторов интерфейсов, конверторов скоростей, конверторов импедансов и т.д.

Рассмотрим работу некоторых  модулей.

Мультиплексор. Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными и гибкими устройствами, позволяющие решать практически все перечисленные выше задачи, то есть кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным  устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рис.4). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, то есть коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, то есть коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса. 
Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рис.4). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ( "восточный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Рис. 4.Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM.

Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рис.5).

 Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15 - 40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40 - 80 км - для 1500 нм.

Рис. 5. Мультиплексор в режиме регенератора.

Коммутатор. Физические возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рис.6, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рис.7), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, то есть задачи, решаемые концентраторами (рис.7).

В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рис.8). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. такая коммутация называется неблокирующей.

Рис. 6. Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

Рис. 7.Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рис. 8. Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.

Можно выделить шесть различных  функций, выполняемых коммутатором: 
- маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера;

- консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора/хаба;

- трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка - мультиточка"; 
- сортировка или перегрупировка (drooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания несколких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;

- доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования; 
- ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.

 

3.2. Топология сети SDH

 

Рассмотрим топологию  сетей SDH. Существует базовый набор  стандартных топологий. Ниже рассмотрены  такие базовые топологии.

 

Топология "точка-точка"

 

Сегмент сети, связывающий  два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым  примером базовой топологии SDH сети (рис.9). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).

Рис. 9.Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ.

Топология "последовательная линейная цепь"

 

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рис.10, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рис.11. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом".

Рис. 10.Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM.

Рис. 11.Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

Топология "звезда", реализующая  функцию концентратора

 

В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный  с центром коммутации или узлом  сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удалённым узлам (рис.12.)

Рис. 12.Топология "звезда" c мультиплексором в качестве концентратора.

Топология "кольцо"

 

Эта топология (рис.13) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рис. 13. Топология "кольцо" c защитой 1+1.

3.3. Архитектура сети SDH

 

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов.

 

Радиально-кольцевая архитектура

 

Пример радиально-кольцевой  архитектуры SDH сети приведён на рис.14. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь".

Рис. 14. Радильно-кольцевая сеть SDH

Архитектура типа "кольцо-кольцо"

 

Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рис.15 показана схема соединения двух колец одного уровня - STM-4, а на рис.16 каскадная схема соединения трёх колец - STM-1, STM-4, STM-16.

Рис. 15. Два кольца одного уровня

Рис. 16. Каскадное соединение трёх колец

Линейная архитектура  для сетей большой протяженности

 

Для линейных сетей большой  протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рис.17) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала.

Рис. 17.Сеть SDH большой протяженности со связью типа "точка-точка" и её сегментация

В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд  решений, характерных, для глобальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mush) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному пути. Это наряду с присущими сетям SDH внутренним резервированием, позволяет повысить надёжность всей сети в целом. Причём при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основном маршруте используется ВОК, то на резервном - РРЛ, или наоборот.

 

4. Построение SDH

 

Процессы загрузки/выгрузки цифрового потока

 

Рассмотрим процессы, связанные  с загрузкой и выгрузкой цифрового  потока в транспортный модуль системы SDH (транспортный модуль STM-N). Процесс  загрузки цифрового потока в транспортные модули представлен схематически на рис. 18.

 
Рис. 18.Процесс загрузки цифрового потока 
в синхронные транспортные модули (STM-N)

В качестве примера рассмотрим процесс формирования синхронного  транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока Е1 (рис.19).

 
Рис.19.Формирование синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока Е1.

Как видно из рисунка, в  процессе формирования синхронного  транспортного модуля к нагрузке сначала добавляются выравнивающие  биты, а также фиксированные, управляющие  и упаковывающие биты. Ниже более  подробно остановимся на процессе выравнивания скорости нагрузки при формировании контейнера С-n (процессе стаффинга в системе SDH). К сформированному контейнеру С-12 добавляется заголовок маршрута VC-12 РОН (Path Overhead), в результате формируется виртуальный контейнер.

Добавление к виртуальному контейнеру 1 байта указателя (PTR) превращает первый в блок нагрузки (TU). Затем  происходит процедура мультиплексирования  блоков нагрузки в группы блоков нагрузки (TUG) различного уровня вплоть до формирования виртуального контейнера верхнего уровня VC-4. В результате присоединения заголовка  маршрута VC-4 РОН образуется административный блок (AU), к которому подсоединяется секционный заголовок SОН (Section Overhead). Учитывая разделение маршрута на два типа секций (рис. 3.14), SОН состоит из заголовка регенераторной секции (RSOH) и заголовка мультиплексорной секции (MSOH). К структуре заголовка еще вернемся при рассмотрении форматов заголовков, где будут рассмотрены значения байтов SОН.

Как видно, процесс загрузки цифрового потока связан с использованием процессов выравнивания (битового стаффинга), активностью указателей, а также с использованием заголовков РОН и SOH. В этом разделе мы рассмотрим процессы выравнивания скорости загружаемого цифрового потока и их влияние на параметры цифровой нагрузки.

Известно, размер контейнера в системе передачи SDH стандартизирован. Его размер несколько больше размера, необходимого для загрузки потока PDH соответствующего уровня иерархии с  учетом максимально допустимой вариации скорости загружаемого потока. При  загрузке цифрового потока производится процедура выравнивания его скорости методом битового стаффинга, для этого используется часть контейнера.

Различают два типа битового стаффинга:

- плавающее выравнивание предусматривает не только компенсацию разницы в скоростях загружаемых цифровых потоков, но и ее вариацию. В этом случае полезная нагрузка в контейнере может гибко увеличиваться и уменьшаться, давая возможность грузки в контейнер потока с вариацией скорости. Для обеспечения плавающего выравнивания в нескольких частях контейнера предусматриваются поля переменного стаффинга. Периодически повторяемые индикаторы стаффинга определяют, является ли бит в поле переменного стаффинга информационным или битом выравнивания и подлежит уничтожению в процессе выгрузки;