что такое синхронная цифровая иерархия
Синхронная цифровая иерархия
Синхронная цифровая иерархия (СЦИ: англ. SDH — Synchronous Digital Hierarchy ) — это система передачи данных, основанная на синхронизации по времени передающего и принимающего устройства. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т. д.
Содержание
Интерфейсы
Электрические интерфейсы
Стандартизация интерфейсов определяет возможность соединения различного оборудования от разных производителей. Система SDH обеспечивает универсальные стандарты для сетевых узловых интерфейсов, включая стандарты на уровне цифровых скоростей, структуру фрейма, метод мультиплексирования, линейные интерфейсы, мониторинг и управление. Поэтому SDH оборудование от разных производителей может легко соединяться и устанавливаться в одной линии, что наилучшим образом демонстрирует системную совместимость.
Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости — STM-1 155,52 Mбит/с. Цифровые скорости более высоких уровней определяются умножением скорости потока STM-1, соответственно, на 4, 16, 64 и т. д.: 622 Мбит/с (STM-4), 2,5 Гбит/с (STM-16), 10 Гбит/с (STM-64) и 40 Гбит/с (STM-256).
Оптические интерфейсы
Как работает SDH
Процедура контейнирования нагрузки
Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети контейнеры STM-1 передаются в системе SDH разных уровней (STM-n), но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т.е. имеет место мультиплексирование транспортных модулей.
Понятие виртуального контейнера
Понятие маршрута
Метод мультиплексирования
Поскольку низкоскоростные сигналы PDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и определено или, скажем, предсказуемо. Поэтому низкоскоростной сигнал SDH, например 155 Мбит/с (STM-1) может быть напрямую добавлен или выделен из высокоскоростного сигнала, например 2.5 Гбит/с (STM-16). Это упрощает процесс мультиплексирования и демультиплексирования сигнала и делает SDH иерархию особенно подходящей для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи, обладающих большой производительностью.
Поскольку принят метод синхронного мультиплексирования и гибкого отображения структуры, низкоскоростные сигналы PDH (например, 2Мбит/с) также могут быть мультиплексированы в сигнал SDH (STM-N). Их расположение во фрейме STM-N также предсказуемо. Поэтому низкоскоростной трибутарный сигнал (вплоть до сигнала DS-0, то есть одного тайм-слота PDH, 64 kbps) может быть напрямую добавлен или извлечен из сигнала STM-N. Заметьте, что это не одно и то же с вышеописанным процессом добавления/выделения низкоскоростного сигнала SDH в/из высокоскоростного сигнала SDH. Здесь это относится к прямому добавлению/выделению низкоскоростного трибутарного сигнала такого как 2Мбит/с, 34Мбит/с и 140Мбит/с в/из сигнала SDH. Это устраняет необходимость использования большого количества оборудования мультиплексирования / демультиплексирования (взаимосвязанного), повышает надежность и уменьшает вероятность ухудшения качества сигнала, снижает стоимость, потребление мощности и сложность оборудования. Добавление/выделение услуг в дальнейшем упрощается.
Этот метод мультиплексирования помогает выполнять функцию цифровой кросс-коммутации (DXC) и обеспечивает сеть мощной функцией самовосстановления. Абонентов можно динамически соединять в соответствии с потребностями и выполнять отслеживание трафика в реальном времени.
Оперирование, администрирование и техобслуживание
Для функций оперирования, администрирования и техобслуживания (ОАМ) в структуре фрейма сигнала SDH организованы многочисленные биты. Это намного облегчает функцию сетевого мониторинга, то есть автоматическое техобслуживание. Несколько избыточных битов должны быть добавлены во время линейного кодирования для мониторинга рабочих характеристик линии, поскольку совсем мало байтов организовано в сигнале PDH. Например, в структуре фрейма сигнала PCM30/32 только биты в TS0 и TS16 используются для функций OAM.
Многочисленные заголовки в сигналах SDH составляют 1/20 от общего количества байтов во фрейме. Это намного облегчает функцию ОАМ и уменьшает стоимость системы техобслуживания, что очень важно, так как она составляет значительную часть от общей стоимости оборудования.
Совместимость
SDH имеет высокую совместимость. Это означает, что сеть передачи SDH и существующая сеть PDH могут работать совместно, пока идет установление сети передачи SDH. Сеть SDH может быть использована для передачи услуг PDH, а также сигналов других иерархий, таких как ATM, Ethernet [1] и FDDI.
Базовый транспортный модуль (STM-1) может размещать и три типа сигналов PDH, и сигналы ATM, FDDI, DQDB. Это обуславливает двустороннюю совместимость и гарантирует бесперебойный переход от сети PDH к сети SDH и от SDH к АТМ. Для размещения сигналов этих иерархий SDH мультиплексирует низкоскоростные сигналы различных иерархий в структуру фрейма STM-1 сигнала на границе сети (стартовая точка — точка ввода) и затем демультиплексирует их на границе сети (конечная точка — точка вывода). Таким образом цифровые сигналы различных иерархий могут быть переданы по сети передачи SDH.
Защита
В системах SDH термин «защита» используется для описания способа повышения надежности сети. Для этого все сети SDH стараются строить в виде замкнутых колец, передача по которым ведётся одновременно в обоих направлениях. При этом в случае повреждения кабеля сеть продолжает работать. Вопреки распространённому мнению, эти возможности доступны и в оборудовании PDH, например в мультиплексорах «Зелакс».
Обратной стороной такого повышения надёжности является уменьшение количества резервных оптических волокон в ка́белях сети.
Еще немного про SDH и PDH
Прослушав второй выпуск подкаста ЛинкМиАп опубликованного на habrahabr.ru у меня возникло желание дополнить и немного поправить сказанное в первой части выпуска посвященной SDH/PDH. Но так как все мои мысли не умещались в рамки обычного комментария, то я воспользовавшись майскими праздниками написал это пост.
Про теорему Котельникова
Теорема Котельникова (теорема Найквиста — Шеннона) отвечает на вопрос: — Как часто надо снимать показания с аналогового сигнала, чтобы иметь возможность его восстановитель по этим показаниям?
Аналоговый сигнал имеет такое свойство как спектр (диапазон частот, в котором располагается сигнал), например средне-статистический человек слышит звук в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Чтобы оцифровать весь слышимый человеком спектр звуков без потерь, согласно теоремы Котельникова, уровень сигнала надо измерять с частотой в два раза большей чем верхняя частота спектра, то есть 40 кГц. Естественно оцифровывать весь слышимый спектр — большая роскошь,
Еще в эпоху аналоговых систем с частотным уплотнением каналов выяснилось что для того чтобы сохранить разборчивость речи достаточно от звукового сигнала оставить диапазон от 300 Гц до 3400 Гц (стандартный канал ТЧ). Более того спектр можно обрезать еще больше, но человек хотя и сможет понять речь, узнать голос говорящего уже будет не под силу. Таким образом, разработчики систем с частотным уплотнением каналов раскладывали каналы по частоте, выделяя каждому каналу диапазон в 4 кГц, чтобы обеспечить защитный интервал между каналами. Так первый канал в системах К-60 располагался в диапазоне 252-248 кГц, второй канал в диапазоне 248-244 кГц и так далее до 12 кГц. Современные системы DWDM работают по тому же принципу, но уже с оптическим сигналом.
Разработчики цифровых систем так же решили использовать каналы шириной в 4 кГц для совместимости с существующими на тот момент аналоговыми системами уплотнения. Ну, а согласно теоремы Котельникова такой сигнал надо считывать с частотой 8 кГц.
Кодируется уровень сигнала восьми битным кодом, причем квантование происходит не равномерно, а чем меньше уровень, тем более точно измеряется сигнал, так как человеческое ухо лучше различает одну и ту же разницу между двумя маленькими уровнями, чем между двумя большими.
Чтобы предать 8 бит с частотой 8000 Гц нужна скорость 8000х8=64000 бит/с — это будет Основной цифровой канал (ОЦК). 32 таких канала образуют поток E1.
Кроме E1 встретить другие уровни плезеохронной иерархии на территории России сегодня довольно сложно. Исключением могут быть иногда встречающиеся оптические модемы на четыре или восемь потоков E1, что у них внутри, E2 или STM-1, я не знаю. Но эти модемы, как правило, ставятся парами и работают друг с другом без настройки требующей высоких знаний.
Почему системы PDH (ПЦИ)) называются плезеохронными (почти синхронными)?
Если представить систему передачи как некий конвейер, на который на одном конце один рабочий ставит коробки с книгами, а на другом конце второй рабочий эти коробки снимает. То для того что бы не было ни заторов ни простоев эти рабочие должны работать синхронно, то есть снимать и ставить коробки с одинаковой скоростью, и это требование в системах PDH выполняется. Но начальство решило увеличить производительность конвейера и увеличило его скорость в четыре раза, на работу этих двух рабочих это ни как не влияет, так как коробки с конвейера надо снимать с той же скоростью, с которой их туда ставят, но теперь на конвейере освободилось место. И начальство ставит еще трех рабочих в начале конвейера и трех в конце. Каждый из четырех рабочих на погрузке должен работать синхронно со своим партнером на выгрузке, и опять же с этим проблем нет. Но кроме этого рабочие при погрузке не должны мешать друг другу, они должны ставить коробки с одинаковой скоростью, то есть синхронно и вот с этим в системах PDH проблема. Решается эта проблема за счет выделения на конвейере дополнительного места, конвейер движется чуть быстрее, чем надо и у каждого рабочего на погрузке есть возможность работать, не сильно подстраиваясь под остальных рабочих выставляющих коробки на конвейер.
Как следствие выхватить в середине конвейера одну книгу из коробки или поставить книгу в коробку на определенное место невозможно, так как где это место в конкретный момент времени определить невозможно, надо ставить еще восемь рабочих, чтобы они снимали коробки, извлекали из одной из них книгу или ставили эту книгу на свободное место, а потом возвращали коробки на место.
Еще одной проблемой систем PDH являлась не совместимость иерархий разработанных в США, Японии и Европе. Но при разработке систем следующего поколения (SDH) от этих недостатков удалось избавиться, ну и как водиться увеличили скорость.
Почему система передачи выдает аварию сверхцикловой синхронизации, если по потоку E1 пустить IP пакеты.
Кроме нулевого тайм слота (T0) в цикле есть еще один служебный канал, обычно он располагается на 16-ом месте (T16), чуть реже на последнем 31-ом (T31), некоторая аппаратура позволяет поставить его вообще на любое место, например аппаратура SHDSL может обрезать цикл (снижать скорость передачи, уменьшая количество передаваемых тайм слотов) в зависимости от параметров кабеля и что бы не обрезать служебный тайм слот его переносят в начало цикла. По этому тайм слоту передаются «Сигналы управления и взаимодействия» (СУВ), проще говоря по каналу идет обмен служебной информацией между АТС (протоколы DSS1, ОКС7 и т. д.), так же некоторые производители используют этот канал для дистанционного мониторинга мультиплексоров PDH.
Как работает сверхцикловая синхронизация легче всего объяснить на примере сигнализации 2ВСК (2 Выделенных Сигнальных Канала), на сегодняшний момент она довольно сильно устарела, и найти ее в реальной жизни довольно сложно, но она, зато довольно проста.
16 циклов (фреймов) подряд образуют сверхцикл (мульти фрейм).
В 16-ом тайм слоте 1-го цикла (не нулевого) в первых четырех битах передается сигнальная информация (занятие канала, отбой, набор номера) для 1-го тайм слота цикла. В вторых четырех битах сигнальная информация для 17-го тайм слота.
В 16-ом тайм слоте 2-го цикла в первых четырех битах передается сигнальная информация для 2-го тайм слота цикла, в вторых четырех битах сигнальная информация для 18-го тайм слота и так далее.
На картинке изображен 10-й цикл сверхцикла, поэтому в битах B0-B3 содержится сигнальная информация для 10-го тайм слота, а в битах B4-B7 для 26-го тайм слота.
В 16-ом тайм слоте 0-го цикла содержится информация для обеспечения сверхцикловой синхронизации, похоже на то, как в T0 передается информация о цикловой синхронизации.
При работе IP сети поверх потока E1 заголовки IP пакетов не перекладываются в отдельный тайм слот, а передаются вместе с полезной информацией, поэтому при передаче данных используется неструктурированный поток E1: без сверхцикловой синхронизации, без тайм слота сигнализации, а под полезную нагрузку выделяется 31 тайм слот вместо 30.
Но система передачи, по которой передается поток E1, может пытаться отслеживать наличие сверхцикловой синхронизации и выдавать сообщение об аварии, в этом случае контроль сверхцикла можно просто отключить.
Есть ли у оборудования PDH и SDH адреса?
Есть, но только для системы управления оборудованием, на полезную нагрузку эти адреса ни как не влияют.
В каждом мультиплексоре находиться специальная таблица кросс коннектов, в которой указывается какой VC контейнер или тайм слот соединен с каким портом либо как осуществляется транзит.
Дистанционное управление и мониторинг организуется по отдельному каналу, в системах SDH это байты D (Data Communication Channel — DCC), в системах PDH изначально такой канал не был предусмотрен, поэтому производители обычно используют 16-й тайм слот потока E1. У такого разделения есть ряд преимуществ: во первых достаточно отключить канал управления на стыках с другими операторами или клиентами и система управления будет абсолютно недоступна из вне; во вторых в случае перезагрузки оборудования по каким либо причинам, связь восстанавливается еще до полной загрузки мультиплексора, так как мозги оборудования и модуль отвечающий за коммутацию независимы друг от друга.
Адресация в пределах канала управления может быть самой разной, каждый производитель реализует систему управления по своему, в том числе, можно увидеть IP сеть поверх DCC. Такой зоопарк реализаций еще одна причина отключать D байты в заголовках на стыках оборудования от разных производителей, так как непонятная информация по каналу управления может ввести в ступор аппаратуру.
Тут следует упомянуть о попытке стандартизировать систему управления сетями связи — Telecommunication Management Network (TMN), но к реальной жизни этот стандарт имеет такое же отношение, как и 7-уровневая сетевая модель OSI.
Могут ли системы PDH и SDH организовывать только каналы точка-точка?
В большинстве применений системы PDH и SDH используются для организации соединений точка-точка, но многое оборудование, работающее на уровне PDH, может организовывать так называемые групповые каналы. По сути своей это обычная, постоянная, конференция, то есть простое сложение информации из нескольких каналов. Но есть одна проблема, чтобы складывать информацию, оборудованию нужно знать какого типа информация складывается, большинство аппаратуры умеет складывать голос из разных каналов, но с чем-то более экзотичным, например RS-485, возникают проблемы.
Как происходит объединение четырех STM-1 в один STM-4?
При объединении STM-1 в STM-4 происходит обычное мультиплексирование байтов STM-1 как показано на рисунке при этом расстояние между байтами одного и того же STM-1 остается одинаковым.
Как работает резервирование в системах PDH и SDH?
В первом варианте передача информации организуется сразу по двум направлениям, на приемном конце оборудование получает информацию из основного направления, а в случае аварии основного из резервного. Такая схема переключений может быть организована на уровне как виртуальных контейнеров (VC), так и на уровне всего тракта.
Некоторые производители реализует такой тип резервирования даже на уровне отдельных тайм слотов (ОЦК), но так как ОЦК не имеет возможности сообщить об аварии канала, то эта информацию берется со следующего уровня. То есть при аварии потока E1 можно переключить на резервное направление всего один тайм слот из этого потока.
Во втором случае организуется кольцо, каждый мультиплексор осуществляет передачу и прием по двум направлениям. В кольце выбирается узел, выполняющий роль контролер кольца — это элемент сети который по умолчанию разрывает кольцо, исключая тем самым заворот сигнала (возврат сигнала обратно по кольцу). Контролер кольца по служебному каналу посылает в одну сторону специальный сигнал и ждет его с другой стороны, в случае если сигнал не возвращается, контролер замыкает кольцо через себя.
Время переключения на резерв составляет доли секунды. Если знать что сейчас произойдет переключение и специально прислушиваться к голосу говорящего на другом конце, то можно расслышать не большой щелчок, а если абонент не знает о том, что происходит в сети то он скорей всего и не заметит ни чего.
Тут следует сказать, что некоторые производители в случае отключения питания реализуют электрический транзит сигналов между выходами оборудования попарно. Например: есть мультиплексор с четырьмя выходами E1 (1E1, 2E1, 3E1, 4E1), в случая пропадания питания мультиплексор контактами реле замыкает попарно потоки, подключенные к выходам 1E1-2E1 и 3E1-4E1. Таким образом, мультиплексор может сохранить целостность кольца даже в случае отключения питания.
Зачем все то, что описано выше нужно в век победы сетей с коммутаций пакетов?
Ну во первых сети с коммутацией пакетов все таки пока еще не победили. На данный момент оборудование с динамической коммутацией каналов (АТС) активно вытесняется аппаратурой с коммутацией пакетов. Но на магистралях царствует оборудование со статической коммутацией каналов и с учетом тех преимуществ, которые будут описаны ниже, вытеснить их сетям с коммутацией пакетов будет очень сложно, по крайней мере, в их текущей реализации.
Если представить сети с коммутацией пакетов как автомобильную дорогу, где на перекрестках стоит регулировщик и указывает кому куда двигаться на основании заголовка пакета, либо если регулировщик отсутствует, создаются копии автомобилей, которые разъезжаются сразу во все направления. То сеть с коммутацией каналов будет похожа на сеть трубопроводов соединяющих, как правило, не более двух абонентов.
Отсюда можно понять основные недостатки сети с коммутацией каналов: если в данный момент трубопровод не используется абонентом, то ни кто другой все равно не может использовать простаивающую трубу; так же не возможно динамическое изменение диаметра трубы; да и трубы есть только определенных стандартных диаметров.
Все выше сказанное является одновременно и преимуществом сетей с коммутацией каналов: ни кто не может залезть в вашу трубу, ни для того чтобы подслушать ваш трафик, ни для того чтобы забить вашу трубу своим трафиком, то есть у вас всегда есть гарантированная и защищенная полоса пропускания не зависимо от других клиентов подключенных к этому же оборудованию без всяких надстроек (полос для общественного транспорта — VLAN); на трубах нет перекрестков — все мультиплексоры и регенераторы для трафика выглядят как перекачивающие станции, а на перекрестках в отличие от станций перекачки, даже если нет пробок все равно происходит задержка для анализа заголовка, в системах с коммутацией каналов нет нужды анализировать заголовок что бы выяснить, куда отправлять информацию, это уже известно заранее.
Так же оборудование с коммутацией каналов обрабатывающие аналогичные объемы трафика проще в своем устройстве и соответственно надежней: логика работы коммутатора устроена, так что ни какой трафик не может привести к перегрузке мультиплексора. Ну и как уже было сказано выше скорость переключения аппаратуры с коммутацией каналов на резерв существенно выше.
Единственным существенным недостатком мультиплексоров на сегодняшний момент является цена. Производители этого оборудования ориентированы на крупных игроков телекоммуникационного рынка, для которых стоимость оборудования не самый важный параметр.
И в заключении про глаза и лазеры.
Как правило, во всем оптическом оборудовании, для безопасности обслуживающего персонала, производители реализуют функцию автоматического гашения лазера. При пропадании оптического сигнала на входе, мультиплексор выключает выходной оптический сигнал (лазер), и периодически (обычно раз в минуту) его включает, что бы проверить не восстановилась ли линия.
Поэтому если вы случайно заглянули в выход мультиплексора, и это ни как не отразилось на вашем зрении, не следует туда заглядывать второй раз.
Если перерыв связи лишнюю минуту это много для оператора, а для систем SDH это действительно много, то эту функцию отключают.
Что такое синхронная цифровая иерархия
Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи. Современная первичная сеть строится на основе технологии цифровой передачи и использует в качестве сред передачи электрический и оптический кабели и радиоэфир.
Рассмотрим ту часть первичной, которая связана с передачей информации в цифровом виде. Как видно из рис. 1.1, современная цифровая первичная сеть может строиться на основе трех технологий: PDH, SDH и ATM.
Рис. 1.1. Место цифровой первичной сети в системе электросвязи
Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже), регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Схематично структура первичной сети представлена на рис. 1.2. Как видно из рисунка, первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.
Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.
Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.
Cовременная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM). Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.
Рис. 1.2. Структура первичной сети.
Технология ATM как технология построения первичной сети является пока молодой и до конца не опробованной. Эта технология отличается от технологий PDH и SDH тем, что охватывает не только уровень первичной сети, но и технологию вторичных сетей (рис. 1.1), в частности, сетей передачи данных и широкополосной ISDN (B-ISDN). В результате при рассмотрении технологии ATM трудно отделить ее часть, относящуюся к технологии первичной сети, от части, тесно связанной со вторичными сетями.
Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 1.1.
| Уровень цифровой иерархии | Скорости передач, соответствующие различным схемам цифровой иерархии | ||
| AC: 1544 kbit/s | ЯС: 1544 kbit/s | EC: 2048 kbit/s | |
| 0 | 64 | 64 | 64 |
| 1 | 1544 | 1544 | 2048 |
| 2 | 6312 | 6312 | 8448 |
| 3 | 44736 | 32064 | 34368 |
| 4 | — | 97728 | 139264 |
Таблица 1.1. Три схемы ПЦС: АС-американская; ЯС-японская; ЕС-европейская.
Но PDH обладала рядом недостатков, а именно:
— затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;
— отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;
— многоступенчатое востановление синхронизма требует достаточно большого времени;
Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.
| Уровень SDH. | Скорость передачи, Мбит/с |
| STM-1 | 155,520 |
| STM-4 | 622,080 |
| STM-8 | 1244,160 |
| STM-12 | 1866,240 |
| STM-16 | 2487,320 |
Таблица 1.2. Скорости передач иерархии SDH.
Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.
В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.
Международным союзом электросвязи ITU-T предусмотрен ряд рекомендаций, стандартизирующих скорости передачи и интерфейсы систем PDH, SDH и ATM, процедуры мультиплексирования и демультиплексирования, структуру цифровых линий связи и нормы на параметры джиттера и вандера (рис- 1.3).
Рис. 1.3. Стандарты первичной цифровой сети, построенной на основе технологий PDH, SDH и ATM.
Рассмотрим основные тенденции в развитии цифровой первичной сети.В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Если в области средств связи этот переход не столь явный (в случае малого трафика по-прежнему используются системы PDH), то в области эксплуатации тенденция к ориентации на технологию SDH более явная. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH.Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 (2048 кбит/с) является основным каналом, используемым в сетях цифровой телефонии, ISDN и других вторичных сетях.
Технология SDH, как было отмечено в гл. 1, представляет собой современную концепцию построения цифровой первичной сети. В настоящее время эта концепция доминирует на рынке.
Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH:
• предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;
• предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода;
• опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей;
• позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, MAN, HDTV и т.д.;
• обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN.Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.
Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.
Как показано в гл. 1 (табл. 1.2), иерархия SDH включает в себя несколько уровней STM. В качестве примера использования уровней в сети SDH на рис.2.1 показана первичная сеть SDH, включающая кольца магистральной сети, построенной на потоках STM-16, региональных сетей, построенных на потоках STM-4,и локальных сетей с потоками STM-1.
Рис.2.1. Пример первичной сети, построенной на технологии SDH
В процессе внедрения технологии SDH на первом этапе вероятно появление комбинированных сетей SDH/PDH. Технология SDH внедряется обычно в виде «островов», объединенных каналами существующей первичной сети (рис. 2.2). На втором этапе «острова» объединяются в первичную сеть на основе SDH. В результате на современном этапе необходимо не только рассматривать технологию SDH, но и ориентироваться на изучение комбинированных сетей и процессов взаимодействия SDH и PDH.
Рис.2.2. Пример комбинированной первичной сетиPDH/SDH
Технология SDH стандартизирована ITU-T(рис. 1.3). Ниже приведен полный перечень рекомендаций ITU-T, определяющих параметры первичной сети SDH (см. также Приложение).
Рекомендации по базовой структуре и электрическим параметрам интерфейсов G.702 Скорости цифровой передачи в системах PDH
G.703 Физические и электрические характеристики интерфейсов системы PDH
G.707 Скорости цифровой передачи в системах SDH
G.708 Структура интерфейса «сеть-сеть»(NNI)в системах SDH
G.709 Структура синхронного мультиплексирования
Рекомендации по параметрам сетевых элементов системы SDH
G.781 Структура рекомендаций по параметрам мультиплексорного оборудования систем SDH
G.782 Типы и основные характеристики мультиплексорного оборудования систем SDH
G.783 Характеристики функциональных блоков мультиплексорного оборудования систем SDH
G.784 Управление в сетях SDH
Рекомендации по структуре сетей SDH
G.803 Архитектура транспортной сети на основе Синхронной цифровой иерархии (SDH)
Рекомендации по параметрам оптических интерфейсов
G.957 Параметры оптических интерфейсов оборудования и систем, связанных с технологий SDH
G.958 Цифровые системы передачи на основе SDH и использования волоконно-оптических кабелей
Рекомендации по параметрам джиггера и вандера
G.823 Контроль параметров джиттера и вандера в цифровых системах передачи на основе иерархии потока 2048 кбит/с (PDH)
G.825 Контроль параметров джиттера и вандера в цифровых системах передачи на основе SDH
Рекомендации по параметрам ошибок в системах передачи SDH
G.826 Нормы на параметры ошибок в цифровых системах передачи со скоростью выше первичного потока для международного соединения
Рекомендации по параметрам и структуре системы управления (TMN)
М.30 Принципы глобальной системы управления (TMN)
G.773 Протокол интерфейса Q для управления системами передачи
3. Состав сети SDH. Топология и архитектура
Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяеться основными функциональными задачами, решаемыми сетью:
Рассмотрим работу некоторых модулей.
Рис. 3.1. Синхронный мультиплексор (SMUX):
терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM.
Рис. 3.2. Мультиплексор в режиме регенератора.
Рис. 3.3. Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.
Рис. 3.4. Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.
Рис. 3.5. Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.
Топология сети SDH.
Рассмотрим топологию сетей SDH. Существует базовый набор стандартных топологий. Ниже рассмотрены такие базовые топологии.
Рис. 3.6. Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ.
Топология «последовательная линейная цепь».
Эта базовая топология используеться 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.3.7., либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рис.3.8. Последний вариант топологии часто называют «упрощённым кольцом».
Рис. 3.7. Топология «последовательная линейная цепь», реализованная на ТМ и TDM.
Рис. 3.8. 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.3.9.)
Рис. 3.9. Топология «звезда» c мультиплексором в качестве концентратора.
Рис. 3.10. Топология «кольцо» c защитой 1+1.
Архитектура сети SDH.
Архитектурные решения припроектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов.
Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведён на рис.3.11. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь».
Рис. 3.11. Радильно-кольцевая сеть SDH.
Архитектура типа «кольцо-кольцо».
Рис. 3.12. Два кольца одного уровня.
Рис. 3.13. Каскадное соединение трёх колец.
Линейная архитектура для сетей большой протяженности.
Для линейных сетей большой протяженности растояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того растояния, которое может быть рекомендованно с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рис.3.14) должны быть установленны кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для востановления затухающего оптического сигнала. Эту линеёную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.
Рис. 3.14. Сеть SDH большой протяженности со связью типа «точка-точка» и её сегментация.