l_472_12078122

Усіх їх об'єднано загальним поняттям цифрової ієрархії. Цифрова ієрархія дозволяє довести процес мультиплексування до необхідного рівня, що дає змогу формувати потрібну кількість каналів рівня DS0 со скоростью 64 кбіт/с, вибіраючи різномані коефіцієнті мультиплексування n, m, k, l.

На початку 80-х років у світі було зреалізовано три цифрових ієрархії.

Перша ієрархія (прийнята в США й Канаді) забезпечує на виході мультиплексора MUX1 потік DS1 з коефіцієнтом мультиплексування n = 24 і швидкістю

Т1 = 64 х 24 = 1544 кбіт/с (1,5 Мбіт/с).

На наступних рівнях використовуються коефіцієнти мультиплексування m = 4; k = 7; l = 6, що забезпечує отримання послідовності швидкостей:

Т2 = Т1 х 4 = 6 Мбіт/с (для рівня DS2);

Т3 = Т2 х 7 = 45 Мбіт/с (для рівня DS3);

Т4 = Т3 х 6 = 274 Мбіт/с (для рівня DS4). Друга ієрархія (прийнята в Японії) зі швидкістю DS0 і

рядом коефіцієнтів мультиплексування n = 24; m = 4; k = 5; l = 3 забезпечує таке передавання:

Т1 = 64 х 24 = 1,5 Мбіт/с (для рівня DS1);

Т2 = Т1 х 4 = 6 М біт/с (для рівня DS2);

Т3 = Т2 х 5 = 32 Мбіт/с (для рівня DS3);

Т4 = Т3 х 3 = 98 Мбіт/с (для рівня DS4). Третя ієрархія (прийнята в Європі та Південній

Америці) – швидкість DS0 та коефіцієнти мультиплексування n = 30 (32); m = 4; k = 4; l = 4, забезпечує швидкості відповідно:

Е1 = 64 х 30 = 2 Мбіт/с (для рівня DS1);

Е2 = Е1 х 4 = 8 Мбіт/с (для рівня DS2);

321

Е3 = Е2 х 4 = 34 Мбіт/с (для рівня DS3);

Е4 = Е3 х 4 = 140 Мбіт/с (для рівня DS4). Європейська ієрархія дозволяє організовувати 30, 120,

480 і 1920 каналів рівня DS0 в лінії, що знайшло відбиття в назві систем передавання, в таких як6: ІКМ-30, ІКМ-120, ІКМ480 тощо.

Паралельний розвиток різноманітних ієрархій гальмував розвиток світових глобальних телекомунікацій, а тому ITU-T упроваджує заходи щодо їх уніфікації та можливого об'єднання. Внаслідок було стандартизовано як основні рівні

DS1, DS2 і DS3 - першої ієрархії та рівні DS1, DS2, DS3 і DS4 - другої та третьої ієрархій, а також визначено коефіцієнти перехресного мультиплексування:

Т2 другої ієрархії = Е1 × 3;

Е4

(Т3 другої ієрархії × 4).

Стандартизовані рівні ієрархій дістали загальну назву

плезіохрона цифрова ієрархія (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH).

Технологія PDH

«Плезіо» означає «псевдо-», тобто «плезіохрона» – «схожа, подібна до синхронної». Особливістю плезіохроних мереж є відсутність спільного еталонного джерела синхронізації в мережі. Наявність місцевих синхронізувальних таймерів забезпечує синхронізацію лише для приймання/передавання на рівні DS1 (рис. 9.8).

322

MUX2 DS2

Однак при каскадному ввімкненнюі (рис. 9.9) синхронна робота мультиплексорів MUX1 в плезіохроних мережах не забезпечується. Щоб вирівняти швидкості передавання цифрових потоків у PDH-технології в процесі формуванні потоків рівня DS2 і вищого, використовується біт-інтерлівінг з побітового синхронізацією. При цьому мультиплексор MUX2 сам вирівнює швидкості вхідних потоків від мультиплексорів MUX1 шляхом додавання потрібної кількості нівелювальних бітів у каналах з відносно низькими швидкостями передавання або вилученням бітів у каналах з високими швидкостями. Інформація про вилучені або долучені біти передається службовими каналами, які формують окремі біти в структурі фрейму. Ця схема повторюється на наступних рівнях мультиплексування.

На приймальному кінці у процесі демультиплексування зазначені біти видаляються або долучаються відповідно до службової інформації, яка надійшла.

Виникає питання: «Навіщо вирівнювати швидкості вихідних потоків?» Вирівнювання швидкостей є важливим для точного визначення меж фрейму на приймальному кінці та розміщення бітів службової інформації в його структурі.

PDH-технологію широко застосовують для організації великої кількості мовленнєвих цифрових каналів у волоконно-

323

оптичних лініях зв'язку. Так, один канал рівня DS4 зі швидкістю Е4 (140Мбіт/с) є еквівалентним 1920 каналам зі швидкістю 64 кбіт/с. Це є доцільним та зручним для створення високошвидкісних цифрових потоків, які проходять транзитом через СК, для організації в них кросової комутації ліній зв'язку. Однак долучення (вилучення) бітів для вирівнювання швидкостей унеможливлює виокремлення каналу зі швидкістю 64 кбіт/с або 2 Мбіт/с із загального потоку в транзитному вузлі без повного демультиплексування. Загальна схема каналу передавання з використанням технології PDH на швидкості 140 Мбіт/с повинна складатися з трьох рівнів мультиплексування на передавальному кінці та трьох рівнів демультиплексування на приймальному кінці. Це є суттєвим недоліком PDH-технології, який обмежує її застосування, наприклад, у банківських мережах передавання даних, де часто виникає необхідність долучення/вилучення каналів 64 кбіт/с та 2 Мбіт/с. Використання великої кількості мультиплексорів і демультиплексорів значно підвищує вартість телекомунікаційної мережі, а тому її експлуатація є економічно невигідною.

Через свою негнучкості PDH мережі є менш доцільними, ніж синхронні мережі.

Технологія SDH

Прагнення подолати недоліки PDH-технології призвело до розробки у 1984-1986-х роках у США ієрархії синхронної оптичної мережі (Synchronous Optical Network, SONET), а в Європі – синхронної цифрової ієрархії (Synchronous Digital

324

Hierarchy, SDH). Обидві ієрархії орієнтовано на використання ВОЛЗ.

Цифрові мережі, які застосовують синхронні телекомунікаційні технології, мають загальномережеву синхронізацію від центрального опорного джерела (центрального таймера), точність якого не гірша від 10- 9.

Необхідність вирівнювати швидкості вихідних потоків у даному випадку майже відсутня, а це забезпечує можливість формувати фрейми фіксованого формату, використовуючи байт-інтерлівінг на всіх рівнях мультиплексування. Фіксований формат дає змогу чітко позиціонувати в структурі фрейму розташування полів, відповідних каналам зі швидкістю 64 кбіт/с, 2 Мбіт/с та ін.

Основним форматом вихідного синхронного потоку є так званий синхронний транспортний модуль STM-1, який забезпечує швидкість передавання 155,52 Мбіт/с та дає змогу інкапсулювати (вставляти) в нього всі фрейми європейської PDH ієрархії (Е1, Е2, Е3 та Е4).

У структури STM наявними є спеціальні покажчики початку будь-якого інкапсульованого фрагменту. Ці покажчики розміщують у поле заголовку фрейму STM. Використання покажчиків значно спрощує процедуру виокремлення потоків, різних швидкостей із загального цифрового потоку та дає змогу гнучко компонувати внутрішній формат STM.

Побудова швидкостей ієрархії SDH ґрунтується також на використанні коефіцієнтів мультиплексування. У SDH ці коефіцієнти набувають постійного значення, яке дорівнює 4, та фігурують у назві транспортного модуля у вигляді

325

співмножника: STM-1 (155,52 Мбіт/с); STM-4 (622 Мбіт/с); STM-16 (2, 5 Гбіт/с); STM-64 та ін.

Таким чином, розробникам технології SDH вдалося не тільки забезпечити нарощування швидкостей передавання, але й урахувати стандарти наявної технології PDH, використовуючи вже відому на той час технологію інкапсуляції даних (технологію інкапсуляції застосовано в протоколі TCP/IP мережі Internet для транспортування IPпакетів через мережі з різними архітектурами). У SDHтехнології принцип інкапсуляції розвинуто у технологію віртуальних контейнерів.

Контейнерами називаються фрейми стандартних розмірів із приєднаними до них заголовками. У полях заголовка міститься інформація, необхідна для маршрутизації, та покажчики початку розміщення потоків різних швидкостей, які надходять з каналів доступу. Ці потоки називаються

трибами.

Цифрові потоки каналів доступу зі швидкостями передавання, відповідними стандартному ряду PDH, називають трибами PDH, а потоки каналів доступу зі швидкостями передавання, відповідними стандартному ряду

SDH, – трибами SDH.

Кожен триб (трибний потік) інкапсулюється у відповідний йому за розміром контейнер, забезпечений своїм заголовком. Так, наприклад, сформований після інкапсуляції триба 140 Мбіт/с контейнер визначив розмір поля корисного навантаження синхронного транспортного модуля STM-1 в 2349 байт, а долучення до нього полів заголовків – розмір самого STM-1: 2430 байт або 2430х 8 = 19440 біт , що з частотою повторення 8000 Гц визначає швидкість

326

породжувального члена ряду для ієрархії SDH: 19440 × 8000 = = 155,52 Мбіт/с.

Контейнери менших розмірів, у свою чергу, можуть міститися в контейнерах з більшою ємністю корисного навантаження, які також мають свої заголовки, і т. д., за принципом “матрьошки”. Це і є технологія віртуальних контейнерів, заснована на принципах інкапсуляції. Оскільки контейнери є не фізичними об'єктами, а логічними, їх називають віртуальними контейнерами.

Віртуальні контейнери можуть групуватися по кілька штук для розміщення в полях корисного навантаження контейнерів верхніх рівнів (більшого розміру). На кожен вкладений контейнер заводиться свій покажчик в полі заголовка зовнішнього контейнера. Згідно з основною схемою мультиплексування для ієрархії SDH, модулі STM-1 далі можуть мультиплексуватися з коефіцієнтом n, кратним 4 (як уже зазначалося вище), а потім передаватися лінією зв'язку.

Для реалізації технології SDH розроблено спеціальні мультиплексори введення/виведення, через які здійснюють доступ у мережу та вихід з мережі, тобто реалізується функція відгалуження трибних потоків. Вони містять відповідно порти введення/виведення (трибні порти) й лінійні агрегатні порти. Залежно від розміщення в мережі, розрізняють термінальні мультиплексори та мультиплексори введення/виведення (див.

рис. 9.10).

Термінальний мультиплексор має один агрегатний порт та велику кількість трибних портів. Він застосовується у магістралях з топологією «ланцюг» й розташовується в їх кінцевих точках.

327

Мультиплексор введення/виведення займає проміжне положення на магістралі (ланцюг або кільце). Має два агрегатних порти, через які транзитом проходять агрегатні потоки магістралі, та кілька трибних портів, через які здійснюється приплив або відтік даних трибних каналів з агрегатного потоку магістралі.

Для подолання обмежень у відстані між мультиплексорами введення-виведення використовують регенератори сигналів.

Рисунок 9.10. Транспортний ланцюг

Синхронні мережі мають ряд переваг над плезіохроними, основні з яких:

•спрощення мережі – в синхронній мережі один мультиплексор введення/виведення дає змогу безпосередньо долучити або вилучити, наприклад, потік Е1 (2 Мбіт/с) з фрейму STM-1 (155 Мбіт/с), замінюючи тим самим «гірлянду» мультиплексорів

PDH;

328

•прозорість для передавання будь-якого трафіку

досягається застосуванням віртуальних контейнерів для передавання трафіку, сформованого використанням інших технологій (Frame Relay, ISDN, ATM);

•універсальність застосування проявляється у тому,

що технологія може бути використана як для створення окремих високошвидкісних магістралей METRO (мереж загального користування), так і для корпоративних мереж кільцевої топології.

З появою SDH-технології телекомунікаційні мережі доповнилися поняттями «пакування даних», «транспортування даних», у результаті виник термін «транспортна мережа».

Для побудови первинних мереж використовують як мідні, так і волоконно-оптичні кабелі.

Волоконно-оптичний кабель (ВОК) характеризується будівельної довжиною (довжиною безперервної ділянки на одному барабані), варійованою залежно від типу кабелю в межах від 2 до 10 км. Окремі кабелі з'єднують зварюванням оптичних волокон. На кожній ділянці ВОК кінці захищено спеціальною герметичною прохідний муфтою.

Усі оптичні волокна поділяють на дві групи:

багатомодові (Multi Mode Fiber, MMF) та одномодові (Single Mode Fiber, SМF). Модами називаються різні типи світлових променів.

Використання багатомодового волокна обмежено локальними мережами з типовими довжинами сегментів до

2 км.

329

Одномодове волокно має більш високу пропускну здатність, його використовують тільки на протяжних магістралях. Однак воно вимагає застосування дорогих лазерних передавачів.

Передавання інформації волоконно-оптичними лініями зв'язку має багато переваг, у порівнянні з передаванням по мідному кабелю. Стрімке впровадження в транспортні мережі оптичних ліній стало результатом визнання цих переваг, зумовлених специфікою поширення сигналу в оптичному волокні:

•широку смугу пропускання уможливлено надзвичайно високими параметрами частоти-носія–1014 Гц, що дає змогу передавати одним оптичним волокном інформацію в кілька терабіт за секунду. Широка смуга пропускання є однією з найважливіших переваг оптичного волокна, в порівнянні з мідним або будьяким іншим середовищем передавання інформації;

•висока перешкодозахищеність – несприйнятливість до електромагнітних перешкод, які можуть виникати від мідних кабельних систем та електричного обладнання, котрі індукують електромагнітне випромінювання, оскільки волокно виготовляється з діелектричного матеріалу. У багатоволоконному кабелі також не можливим є перехресний вплив електромагнітного випромінювання, властивий багатопарним мідних кабелях;

•мале загасання світлового сигналу у волокні від 0,2

до 0,3 дб на довжині хвилі 1,55 мкм у розрахунку на 1

330