1. Введение

Синхронная Цифровая Иерархия (Synchronous Digital Hierarchy)

представляет собой универсальную цифровую иерархию применяемую операторами связи во всем мире. Кроме всесторонней стандартизации и унификации, системы SDH предоставляют большие возможности по конфигурированию, мониторингу и качественной эксплуатации современных сетей. К преимуществам сетей SDH можно отнести:

-Достаточно простой процесс мультиплексирования

-Единый тактовый генератор для всей сети

-Прямой доступ к отдельным каналам

-Высокая скорость передачи для широкополосных приложений

-Высокие скорости передачи служебной информации (мониторинг и управление сетью).

-Высокая эффективность систем управления сетью

-Интеграция скоростей предшествующей иерархии PDH в SDH.

1.1. Функциональная модель SDH

Модели передатчика и приемника описанные ниже отражают процесс передачи исходных сигналов. Передатчик преобразует входной исходный сигнал в сигнал SDH-структуры. В процессе преобразования входные сигналы собираются в специальные транспортные циклы, затем эти сформированные циклы передаются посредством среды передачи к приемнику. На приемном конце из них извлекаются исходные сигналы, которые могут быть как плезиохронными, так и синхронными.

Рис. 1-1 Модель приемопередатчика.

1.2. От исходного сигнала к транспортному циклу

Последовательный двоичный исходный сигнал (например, E4 140 Мбит/с) прежде всего, преобразуется в так называемую байт-ориентированную блочную структуру. В такой блочной структуре байты четко распределены

5

по строкам и столбцам, каждый блок имеет определенную структуру и размер, так же определена скорость передачи – число блоков в секунду.

Пример:

Размер блока: 260 столбцов и 9 строк по 1 байту: 2340 байт Число блоков в секунду: 8000 В результате получаем вместимость: 260 столбцов*9 строк*8000

блоков в секунду = 18,720 Мбайт/c = 149,760 Мбит/c.

Приведенные вычисления показывают, что скорость структурированного сигнала выше чем скорость входного исходного сигнала, для того чтобы компенсировать эту разницу, каждый блок должен содержать определенное количество выравнивающей, так называемой стаффинговой информации.

Рис. 1-2 Преобразование исходного последовательного сигнала в блочную структуру.

Контейнеры

Передачу сигналов в SDH можно сравнить с передачей контейнеров на ленте конвейера. Полезная информация транспортируется в контейнерах определенного размера, а так как полезная информация может быть разных объемов, то существуют контейнеры различной вместимости.

6

Расположение контейнеров внутри циклов произвольно, т.е. начало контейнера не обязательно должно находится в начале цикла, он может располагаться в двух соседних циклах.

Группы контейнеров

Вид информации содержащейся в контейнере не важен для его транспортировки, поэтому выравнивающая информация может быть добавлена в него, под видом полезной нагрузки. Перед транспортировкой, несколько мелких контейнеров могут быть объединены в группу контейнеров, которая затем помещается в контейнер большей величины. Каждый из таких контейнеров включает в себя метку, которая обрабатывается приемником.

Конкретные контейнеры жестко связаны с определенной позицией внутри группы, номер позиции определяет начало соответствующего контейнера.

Рис. 1-6 Объединение нескольких контейнеров в группу контейнеров

Слияние

Изложенное выше, было основано на предположении, что размер необходимой для передачи информации меньше размера контейнера, если это условие не выполняется, то может быть произведено слияние нескольких контейнеров. Т.о. образуются цепочка контейнеров, в этом случае нагрузка будет распределена по всем контейнерам в этой цепи.

8

Пример:

Пусть имеется исходный сигнал 599,04 Мбит/c (широкополосный ISDN). Так как максимальный по размеру контейнер может нести только 140 Мбит/c, то необходимо слияние четырех таких контейнеров. Месторасположение контейнерной связки на ленте конвейера, задается только для первого контейнера, положение остальных 2, 3 и 4, определяется по смещению относительно первого.

Рис. 1-7 Слияние контейнеров

Размер транспортного цикла должен быть выбран таким образом, чтобы размер связки контейнеров не превышал размера цикла. В то же время группа контейнеров может располагаться в любом месте внутри цикла, и. даже может быть распределена по двум соседним циклам.

1.3. Транспортный цикл

Цикл представляет собой некую среду – сигнал определенной структуры с помощью которого передаются контейнеры. Он имеет блочную структуру подобную той, что представляет собой контейнер, т.е. состоит из N столбцов и M строк, поэтому для разных объемов информации определены различные размеры циклов.

Пример:

Транспортный цикл 1го уровня иерархии STM-1 (Synchronous Transport Module).

Он состоит из 270 столбцов и 9 строк. Первые 9 столбцов зарезервированы для специальных функций транспортировки – служебной информации, эта транспортная емкость, называемая заголовком STM-1, состоит из: 9 столбцов*9 строк*8 бит*8000 циклов в секунду = 5,184 Мбит/c, оставшийся 261 столбец используются для переноса полезной информации, со скоростью 261

9

столбец*9 строк*8 бит*8000 циклов в секунду = 150,336 Мбит/c. В секунду передаются 8000 циклов, что соответствует длительности цикла 125 мкс. Структура полезной нагрузки произвольна, заголовок же передается даже в том случае, когда трафик отсутствует.

Рис. 1-8 Транспортный цикл 1го уровня иерархии.

Уровни иерархии

Циклы высших уровней иерархии отличаются друг от друга только числом столбцов. Они определены для следующих уровней иерархии.

Табл. 1-1 Уровни иерархии

1.4. Заголовок

Заголовок представляет собой мини контейнер, содержащий различные сведения, необходимые для передачи полезной нагрузки. Заголовок всегда находится в начале цикла. Так же в заголовке имеется указатель, определяющий местоположение контейнеров. Значение указателя содержит информацию о смещении места начала контейнера относительно начала цикла.

10

скорости предыдущего уровня на 4. Сигналы высших уровней иерархии STM-N, формируются путем побайтного чередования циклов STM-1.

Для всех уровней иерархии определены оптические интерфейсы передачи в соответствии с рекомендацией ITU-T G.957, электрический интерфейс передачи определен только для уровня STM-1 в соответствии с рек. G.703.

2.2. Структура цикла STM-1

Приведенный ниже рисунок отражает структуру цикла STM-1. Цикл составлен из 270 столбцов и 9 строк. Цикл STM-4, 16 имеет 4 (16)*270 столбцов соответственно и так же 9 строк.

Рис. 2-1 Цикл STM-1

Первые 9 столбцов содержат так называемый Секционный Заголовок SOH (Section Overhead) и Указатель Административного Блока AUptr (Administrative Unit pointer). Оставшийся 261 столбец используется для полезной нагрузки.

Частота следования цикла STM-1 составляет 8 КГц, что соответствует длительности цикла 125 мкс, поэтому объем передаваемой информации в одном байте цикла STM-1 составляет 64 Кбит/c (1байт = 8 бит, 8 бит*8 КГц). Емкость заголовка STM-1: 9 столбцов* 9 строк*64 Кбит/c = 5184 Кбит/c, транспортируется дополнительно к трафику (150,336 Кбит/c).

12

Указатель обозначает начало части цикла с полезной нагрузкой и позволяет осуществить непосредственный доступ к данным. Первый байт данных (с номером 0) следует сразу за последним байтом указателя. Байты с 522 по 782 расположены перед указателем. Значения указателя больше 521 указывают на следующий STM цикл.

2.5. Элементы мультиплексирования в SDH

В SDH передаются только синхронные сигналы с STM структурой. Однако сигналы обрабатываемые синхронным мультиплексором могут быть и плезиохронными, поэтому предварительно они должны быть преобразованы в синхронную блочную структуру, которая, по сути, является циклом с определенным числом столбцов и строк.

Контейнер С

Объем контейнера для размещения трибутарного сигнала выбран заведомо больше объема поступающей информации PDH сигнала, поэтому скорость исходного сигнала подгоняется под размеры контейнера путем вставки пустой информации. Процесс добавления к входному сигналу стаффинга, для получения блока заданной структуры и скорости называется “мэппингом” (mapping), а сам сформированный блок называется Контейнером С (Container).

Рис. 2.5 Контейнеры

15

Различные размеры контейнеров (такие как C-11, C-12, C-2, C-3, C-4) используются для инкапсуляции различных скоростей входных трибутарных сигналов, которым соответствуют различные уровни иерархии PDH. Цифра в обозначении контейнера, показывает его принадлежность к уровню плезиохронной иерархии (например, C-4 для сигнала Е4 140 Мбит/c), если для одного уровня иерархии существуют несколько контейнеров для различных скоростей, связь контейнера со скоростью передачи определяется по второму разряду числа (С-11=1,5

Мбит/c, С-12=2 Мбит/с).

Виртуальный контейнер

К каждому контейнеру прикрепляется так называемый Путевой Заголовок (POH), который предназначен для мониторинга ошибок передачи, проверки правильности адресации, идентификации содержимого контейнера. Блок содержащий POH + C-n называется Виртуальным Контейнером VC (Virtual Container), который транспортируется по синхронной сети от источника сигнала до места доставки (приемника) сигнала. Цифры в названии VC-n соответствуют цифрам в C-n.

Рис. 2-6 Виртуальные контейнеры

Примечание:

К каждому из контейнеров VC-11, VC-12 или VC-2 прикрепляется только один байт заголовка, в то время как заголовок целиком состоит из 4х байт. В разделе 2.8. “Формирование сверхциклов”, описано как четыре последовательных виртуальных контейнера (это

16

могут быть VC-11, VC-12 или VC-2), объединяются для создания сверхцикла, при этом каждый VC снабжается байтом путевого заголовка.

Административный блок (AU)

Указатель административного блока (Administrative Unit) обеспечивает связь между определенной точкой STM-1 цикла и началом (первым байтом) VC-3 или VC-4. VC-3/VC-4 к которым добавлен указатель называются административным блоком (AU-3/AU-4). Нагрузка STM-1 сигнала может формироваться из одного блока AU-4 или трех AU-3. Более подробно функции и работа указателей будет рассмотрена в главе 6.

Рис. 2-7 Административный блок

Трибутарный блок

Виртуальные контейнеры низкого уровня VC-11, VC-12 и VC-2 преобразуются в трибутарный блок (Tributary Unit) TU-11, TU-12 или TU-2 путем добавления указателя, также как виртуальные контейнеры высокого уровня VC-3, VC-4 путем добавления указателя преобразуются в административный блок AU-3, AU-4. Для различных виртуальных контейнеров, структуры трибутарных блоков будут различные, с индивидуальным числом столбцов и строк.

TU-11: 9 строк x 3 столбца TU-12: 9 строк x 4 столбца TU-2: 9 строк x 12 столбца

17

сигнал блочной структуры c длительностью цикла 125 мкс, состоящий из побайтно мультиплексированных TU.

Рис. 2-9 Группа трибутарных блоков

Группа административных блоков

При мультиплексировании STM-1, группа административных блоков формируется из трех AU-3 или одного AU-4.

Группа административных блоков AUG (Administrative Unit Group) представляет собой информационную структуру состоящую из 9 строк и 261 столбца, плюс 4 байта в четвертой строке для AU указателя.

Рис. 2-10 Группа административных блоков

Примеры:

Применительно к потоку E4 140 Мбит/с, формирование сигнала STM-1 будет происходить следующим образом:

1.Дополнение сигнала 140 Мбит/с выравнивающими битами --> C-4

2.Добавление путевого заголовка (POH) --> VC-4

3.Вычисление и добавление указателя --> AU-4

4.Добавление секционного заголовка (SOH) --> STM-1

19

AUG и AU-4 в данном случае идентичны, поэтому на следующем рисунке AUG не изображен.

Рис. 2-11 Формирование сигнала STM-1 из потока E4 – 140 Мбит/c

Рис. 2-12 Формирование сигнала STM-1 из потока 2,048 Мбит/с

20

Максимальное число потоков 2,048 Мбит/с в STM-1 может быть вычислено следующим образом:

3 (TU-12)*7 (TUG-2)*3 (TUG-3)*1 (VC-4) = 63*2,048 Мбит/с

Следовательно максимальное число Е1 водящих в STM-1 сигнал равно 63. Отдельные сигналы 2,048 Мбит/с проходят одинаковую процедуру обработки и мультиплексирования, как на передающем так и на приемном конце, но в обратном порядке. По этой причине на рис. 2-14 показано преобразование только в одном направлении.

Рис. 2-14 Оконечный мультиплексор 63 x 2,048 Мбит/с

21

Для облегчения восприятия, трибутарные сигналы одного вида (такие как 2,048 Мбит/с) и одинаковые промежуточные шаги показаны на рисунке только один раз. Все возможные способы и схемы мультиплексирования сигналов в SDH описаны в главе 3.

2.6. Конкатенация (слияние)

В случае если размер полезной нагрузки превышает размер одного контейнера, то ее можно распределить по нескольким последовательным контейнерам. Отдельные контейнеры объединяются при помощи специального значения указателя, называемого Индикатором Конкатенации CI (Concatenation Indication).

Пример конкатенации VC-4:

Для передачи ячеек ATM широкополосного ISDN со скоростью 599,04 Мбит/с требуется четыре контейнера VC-4. В первом VC-4 действительно формируется POH, остальные же три контейнера заполнены данными. Все вместе они формируют один VC-4-4c контейнер, который при добавлении указателя превращается в группу блоков AU-4-4c. В первом AU-4 из группы AU-4-4c имеется указатель, остальным AU группы присваивается значение указателя, обозначающего конкатенацию контейнеров, т.е. вместо указателя они получают индикатор конкатенации (CI), который составлен следующим образом:

Такое значение CI показывает, что данный AU-4 связан с предыдущим блоком AU-4 и что все операции обработки указателя первого AU-4 действительны для всех AU-4 входящих в группу AU- 4-4c.

Слияние контейнеров VC-4 возможно только в модулях STM-N, где

N>1, например STM-4.

2.7. Синхронное мультиплексирование

Мультиплексированный сигнал STM-N формируется путем побайтного чередования циклов STM-1. Циклы STM-1 номеруются в той последовательности, в которой они появляются в STM-N цикле. Например, третий STM-1 цикл (STM-1#3), начинается в третьем столбце STM-N цикла.

22

На рис.2-15 показано, что секционные заголовки отдельных STM-1 сигналов, не чередуются (не мультиплексируются), а для сигнала STM-4 формируется новый SOH.

Процедура мультиплексирования, используемая для формирования элементов мультиплексирования низших порядков (TUG-2, TUG-3 и т.д.) идентична описанной процедуре для формирования STM-N сигналов. Процедура демультиплексирования (разборка мультиплексированного сигнала на оконечные STM-1 циклы, TUG-3, TUG-2), осуществляется таким же образом, но в обратном порядке.

Рис. 2-15 Процедура мультиплексирования в SDH

2.8. Формирование сверхциклов

Как уже было замечено, в блоках TU-11, TU-12 и TU-2 имеется место только для одного байта указателя, в то время как для того чтобы адресовать расположение нагрузки требуется четыре байта. Два байта на адресацию, один для отрицательного выравнивания, четвертый байт

23

зарезервирован. В связи с этим, несколько блоков TU должны объединяться для формирования сверхцикла, при этом байты указателя распределяются последовательно по четырем TU циклам.

Отдельные TU циклы, могут быть объединены в цикл TUG-2. В соответствии со структурой мультиплексирования они могут быть помещены либо в VC-3, либо посредством TUG-3 в VC-4. Затем этот VC- 3/VC-4 окончательно преобразуется в STM-1.

Рис. 2-16 Определение сверхцикла по байту H4

24

Для, того чтобы оповестить приемник на дальнем конце о том, что VC- 3/VC-4 содержат в себе трибутарные блоки со сверхциклом, существует так называемый сверхцикловой индикатор (H4), который устанавливается и передается в POH VC-3/VC-4. Приемник обрабатывает этот индикатор и распознает байты указателя в соответствующих TU.

В настоящее время рекомендации ITU-T регламентируют только сверхциклы длительностью 500 мкс, т.е. 4 цикла по 125 мкс.

-500 мкс. (4 цикла) для байт-асинхронной полезной нагрузки в VC-11, VC-12 и VC-2 (плавающий режим asynchronous floating).

Пример:

Пусть система формирует TU сверхцикл составленный их четырех циклов TU-12. Блок TU-12 посредством TUG-2 преобразуется в VC-3. Байты TU указателя с V1 по V4 распределяются по четырем последовательным контейнерам VC-3. Байт H4 определяет циклы VC-3 содержащие конкретные байты указателя TU-12.

H4 = x x x x x x 0 0 означает, что следующий цикл VC-3/VC-4 содержит байт V1 указателя.

H4 = x x x x x x 0 1 байт V2 указателя. H4 = x x x x x x 1 0 байт V3 указателя. H4 = x x x x x x 1 1 байт V4 указателя.

2.9. Мониторинг ошибок с использованием BIP-X

Контроль Чередования Битов BIP-x (Bit Interleaved Parity), это метод используемый для контроля передаваемого сигнала на наличие битовых ошибок. Этот метод заключается во вставке дополнительной информации включающей x бит в контролируемый сигнал определенной длины (например один цикл STM-1). В SDH, x может принимать значения 2, 8 и 24.

Пример: BIP-8

Начиная с первого бита контролируемого сигнала, каждый 8ой бит анализируется, для определения количества логических единиц, т.е. производится сложение по модулю 2 всех восьмых битов в заданном блоке. Первый бит числа BIP-8 устанавливается таким образом, чтобы при сложении его по модулю 2 с вычисленным значением, четность сохранялась.

Затем то же самое повторяется для всех вторых битов, т.е. анализируется каждый восьмой бит начиная со второго и результат операций аналогичных описанным для первых битов заносится во второй бит числа BIP-8.

25

Вычисления производятся для всех восьми битов BIP-8. Результат передается на противоположную станцию вместе с контролируемым сигналом, но в следующем цикле, т.е. в каждом последующем блоке содержится информация BIP-8 вычисленная для предыдущего блока. На приемной стороне осуществляются такие же вычисления и значение принятого BIP-8 сравнивается с рассчитанным. Возможные отклонения вычисленного значения BIP-x от принятого, свидетельствуют о наличии ошибок в принятом сигнале. Максимум с помощью одного числа BIP-8 возможно обнаружить 8 ошибок, при условии, что они статистически независимы.

Процесс контроля с помощью BIP-2 и BIP-24 имеет аналогичный принцип работы. Значение передающееся в BIP-2 состоит из двух бит, а в BIP-24 из трех байт.

Как известно на передаче сигналы подвергаются скремблированию, а на приемном конце дескремблированию. Значение BIP на передаче вычисляется перед скремблером и вставляется в следующий цикл так же до скремблера.

Рис. 2-17 Процесс контроля с использованием BIP-8

2.10. Секции передачи в SDH

Начиная с момента сборки и до момента разборки, контейнер проходит через секции передачи, изображенные на рис. 2-18. Например контейнер С- 3 может быть вставлен в структуру верхнего уровня напрямую или через промежуточный поток (см. так же рис. 3.1. Схема мультиплексирования). Мультиплексная Секция – включает в себя участок между двумя мультиплексорами. Регенерационная Секция – расположена на участке

26

между мультиплексором и регенератором или между двумя регенераторами.

Заголовки формируются и обрабатываются в соответствии с этими секциями. SOH регенерационной секции (RSOH), формируется и обрабатывается на каждом регенераторе, MSOH заголовок мультиплексной секции, работает на участке между двумя мультиплексорами, а POH сопровождает контейнер на протяжении всего пути следования, от сборки до разборки. В соответствии с двумя возможными способами сборки контейнеров, различают POH верхнего уровня и POH нижнего уровня.

Рис. 2-18 SDH секции прохождения сигнала

3. Способы мультиплексирования в SDH

3.1. Схема мультиплексирования SDH

Поступающие на вход мультиплексора трибутарные сигналы размещаются в соответствующих контейнерах, комплектуются заголовком POH и указателем, дальнейшее мультиплексирование и сборка STM-1 может осуществляться несколькими способами. Сигналы E4 со скоростью 139,264 Мбит/с преобразуются в STM-1 за один шаг, сигналы с меньшими

27

скоростями в два шага. Возможные способы мультиплексирования/демультиплексирования конечных сигналов описываются схемой мультиплексирования.

Схема мультиплексирования соответствует рекомендации ITU-T G.709 и включает различные пути мультиплексирования. Например, VC-3 может быть преобразован в VC-4 двумя способами – через TU-3 или через AU-3. Имеется существенное отличие между способами формирования трактов верхнего и нижнего уровня. В SDH имеются два вида блоков использующих указатели, TU-11, TU-12, TU-2 – принадлежат к нижнему уровню, а AU-3, AU-4 – к верхнему.

Рис. 3-1 Структура синхронного мультиплексирования в соответствии с рекомендацией ITU-T G.709

Следующая глава содержит подробное описание отдельных элементов и секций мультиплексирования. Процесс загрузки трафика в контейнеры более подробно описан в главе 4.

3.2. От C-4 к STM-N

28

C-4 в AU-4

Сигнал 139,264 Мбит/с помещается в контейнер C-4, затем путем добавления POH формируется VC-4, состоящий из 261 столбца по 9 строк. С добавлением AU указателя, VC-4 превращается в AU-4, указатель AU показывает смещение начала VC относительно STM-1 цикла.

AU-4 в AUG

Административный блок AU преобразуется в массив AUG, он представляет собой информационную структуру состоящую из 9 строк и 261 столбца плюс 9 дополнительных байт в 4ой строке для AU указателя. В изображенном ниже примере, AUG состоит из одного блока AU-4 и одного указателя AU-4, поэтому блоки AU-4 и AUG здесь идентичны.

Рис. 3-2 Мультиплексирование AU-4 в AUG

AUG в STM-N

29

Далее сформированный AUG либо собирается в цикл STM-1 путем непосредственной вставки, либо собирается в цикл STM-N побайтным мультиплексированием N x AUG групп.

Рис. 3-3 Мультиплексирование N x AUG групп в цикл STM-N

Фазовые соотношения

Фаза VC-4 не имеет жесткой привязки к STM циклу, для этого существует указатель AU-4 ссылающийся на начало VC-4. Этот указатель передается вместе с циклом STM-N и устанавливает фазовые соотношения VC-4 с STM циклом.

3.3. От C-3 к STM-N

Сигнал 34,368 Мбит/с (44, 736 Мбит/с) помещается в контейнер C-3. Затем путем добавления POH формируется VC-3 состоящий из 85 столбцов и 9 строк. Для, того чтобы из трех VC-3 сформировать AUG, необходимо предварительно в VC-3 вставить 2 столбца со стаффингом (3*(85+2)=261). Для того чтобы достичь относительной равномерности распределения этой стаффинговой информации внутри VC-3, она вставляется в 30 и 59 столбцы. Для связи этих расширенных VC-3 с STM циклом добавляется AU-3 указатель состоящий из 3 байт, при этом три сформированных AU-3

30

имеют одинаковые фиксированные фазовые соотношения с STM сигналом. AUG структура образуется побайтным мультиплексированием трех AU-3. Далее сформированный таким образом AUG либо собирается в цикл STM- 1 путем непосредственной вставки, либо собирается в цикл STM-N побайтным мультиплексированием N x AUG групп. В данном случае неважно содержит ли AUG AU-3 или AU-4, т.к. структура остается такой же (261 столбец, 9 рядов + 9 байт указателя).

Рис. 3-4 Мультиплексирование трех AU-3 в AUG

Фазовые соотношения

Фаза VC-3 не имеет жесткой привязки к STM циклу, для этого существует указатель AU-3 ссылающийся на начало VC-3, этот указатель передается вместе с циклом STM-N и устанавливает фазовые соотношения VC-3 с STM циклом.

Указатель блока AU-3 связывает его с AUG, а отсюда следовательно и с циклом STM. Для каждого AU-3 в STM-N передается один указатель, поэтому всего там содержится 3 указателя.

3.4. Мультиплексирование C-3 в STM-N в два шага

31

3.6. TUG-2 в TUG-3

TUG-3 может быть образован побайтным мультиплексированием семи

TUG-2.

Рис. 3-10 Мультиплексирование 7 x TUG-2 в один TUG-3

В первом столбце TUG-3, байты c 1го по 3ий зарезервированы для указателя VC-3 (т.е. когда TUG-3 формируется из VC-3, сейчас же рассмотрим случай формирования TUG-3 из TUG-2), однако так как положение TUG-2 внутри TUG-3 фиксировано, то в указателе нет необходимости, в таком случае зарезервированное место занято так называемым Индикатором Нулевого Указателя (NIP). Во второй столбец и в оставшиеся 6 байт (с 4го по 9ый) первого столбца вставляются

35

стаффинговые биты (информация о положительном выравнивании). В остальных 84 столбцах располагаются 7хTUG-2.

Фазовые соотношения

Положение трибутарных блоков TU-12 внутри TUG-2 и TUG-3 фиксировано, по этой причине возможно прямое мультиплексирование без добавления указателя.

3.7. TUG-2 в VC-3

Виртуальный контейнер VC-3 может быть сформирован побайтным мультиплексированием 7 х TUG-2. В процессе мультиплексирования информация вставляется в столбцы со 2 по 85. Заголовок VC-3 POH занимает первый столбец контейнера VC-3.

Рис. 3-12 Мультиплексирование 7 x TUG-2 в один VC-3

36

4. Процедуры размещения нагрузки

Для всех существующих скоростей иерархии PDH, определены процедуры размещения нагрузки или мэппинга, которые обеспечивают инкапсуляцию PDH трибов в соответствующие SDH контейнеры. Эта процедура всегда осуществляется только с помощью положительного выравнивания, поэтому емкость транспортного контейнера должна быть больше, чем максимальное количество принимаемой информации (емкости PDH сигнала). Для компенсации разницы между количеством принимаемой информации и размером контейнера, необходима вставка так называемых стаффинговых битов в заранее определенные позиции.

В следующих разделах описаны процедуры мэппинга для сигналов Европейской иерархии скоростей.

4.1. Асинхронный мэппинг сигнала 140 Мбит/с в VC-4

VC-4 состоит из 261 столбца и 9 строк. Первый столбец занят POH VC-4. Каждая строка делится на 20 блоков по 13 байт в каждой. В девяти строках всего получается 20*9=180 блоков (см. отметки на рис.4-1). Байты заголовка в расчет не принимаются.

Рис. 4-1 Разделение VC-4 на 13ти байтные блоки

Первый байт каждого блока зарезервирован, остальные 12 байт информационные 12*8=96 бит.

Существует 4 вида зарезервированных байт: W, X, Y, Z они описываются следующим образом:

W – обычный информационный байт. Y – стаффинговый байт, его содержимое не задано, X – байт имеющий следующую структуру:

C R R R R R O O

37

Биты отмеченные как О, могут быть использованы в качестве заголовка для PDH. Биты R обозначают фиксированный стаффинг. С – биты управления стаффингом, содержат информацию о том, что содержится в данной строке в местах стаффинга (бите S байта Z), полезная нагрузка или выравнивающие биты. Если бит C установлен в “0”, то в месте стаффинговых битов содержится полезная нагрузка, если в “1”, то выравнивающие биты. Т.е. S=I при C=0 и S=R при C=1.

Т.к. байт X в строке передается 5 раз, то доступно 5 бит проверки стаффинга. На приемной стороне анализируются все 5 бит и простым большинством принимается решение о содержимом стаффингового бита. Такое резервирование 5:1, позволяет предотвратить неверную идентификацию С битов из-за возможных ошибок передачи .

Биты в байте Z распределены следующим образом:

I I I I I I S R

Здесь I – шесть информационных бит, R – бит фиксированного стаффинга, S – бит возможности выравнивания, его содержимое однозначно не определено и зависит от бита C

Рис. 4-2 Асинхронный мэппинг сигнала 140 Мбит/с в VC-4

Анализ распределения зарезервированных байт дает следующие результаты:

38

Полная скорость VC-4 = 149 760 Кбит/с Номинальная скорость fs = 139 264 Кбит/с

Скорость без стаффинговых позиций fs-1*10-4 = 139 248 Кбит/с Скорость со стаффинговыми битами fs+4*10-4 = 139 320 Кбит/с Номинальная скорость передачи достигается при передаче 2х информационных и 7ми выравнивающих бит в 9ти возможных стаффинговых позициях.

4.2. Асинхронный мэппинг сигнала 34 Мбит/с в VC-3

Контейнер VC-3 состоит из 85 столбцов и 9 строк. Первый столбец отведен под заголовок POH VC-3. Строки во все остальных столбцах группируются по три, таким образом, что образуют 3 подцикла.

Рис. 4-3 VC-3 разделенный на 3 подцикла.

Описание этих подциклов изображено на следующем рисунке. Столбцы 39 и 82 содержат С байты, в которых в 7ой и 8ой позиции находятся биты

39

управления выравниванием C1 и C2. Байты A и B (в столбцах 83, 84), содержат биты возможности выравнивания S1 и S2. Процедура точного выравнивания такая же как при загрузке C-4: S1=I если C1=0, S1=R если C1=1 и S2=I если C2=0, S2=R если C2=1. Как видно в каждом подцикле имеется по 5 байт C. Т.о. биты управления выравниванием C1 и C2 имеют пятикратное резервирование. Структура всех подциклов одинакова.

R: стаффинговые биты

C1, C2: биты управления стаффингом

S1, S2: биты возможности стаффинга I: информационные биты

Рис. 4-4 Асинхронный мэппинг сигнала 34 Мбит/с в VC-3

Анализ распределения передаваемой информации в каждом подцикле дает следующие результаты:

40

Номинальная скорость передачи достигается при передаче 1го информационного и 1го выравнивающего битов в 2х возможных стаффинговых позициях.

4.3. Асинхронный мэппинг сигнала 2 Мбит/с в VC-12

VC-12 состоит из 140 байт распределенных в сверхцикле длительностью 500 мкс состоящего из 4х циклов. (4*125 мкс.). В каждом цикле содержится по 35 байт. Первый байт каждого цикла занят заголовком VC-12 POH (байты V5, J2, Z6, K4). Остальные 136 байт использованы, как показано на рисунке.

Рис. 4-5 Асинхронный мэппинг сигнала 2 Мбит/с в VC-12

Где R: стаффинговые биты

C1, C2: биты управления стаффингом S1, S2: биты возможности стаффинга I: информационные биты

Как видно из рисунка биты управления стаффингом C1, C2 повторяются в сверхцикле 3 раза, т.о. они имеют трехкратное резервирование в отличие от пятикратного используемого в VC-4 и VC-3.

Анализ распределения передаваемой информации в каждом сверхцикле дает следующие результаты:

41

Номинальная скорость fs = 2,048 Кбит/с

Скорость без стаффинговых позиций fs-1*10-3 = 2,046 Кбит/с Скорость со стаффинговыми битами fs+4*10-3 = 2,050 Кбит/с Номинальная скорость передачи достигается при передаче 1го информационного и 1го выравнивающего битов в 2х возможных стаффинговых позициях.

5.Заголовок

В целях мониторинга и управления сетью, совместно с полезной нагрузкой, в SDH передается дополнительная информация. Эта дополнительная информация, называется “Заголовок”. Заголовки могут быть двух видов: это Секционный Заголовок SOH (Section Overhead) и Путевой (Трактовый)

заголовок POH (Path Overhead).

5.1. Секционный заголовок

Полезная нагрузка в совокупности секционным заголовком образуют STM цикл. SOH содержит всю информацию необходимую для цикловой синхронизации, мониторинга, контроля и множества других функций. Секционный заголовок SOH представляет собой блок состоящий из 9 строк и N*9 столбцов, где N=1, 4, 16, для сигналов STM-1, STM-4 и STM-16

соответственно. Функционально различают Заголовок Регенерационной Секции RSOH (Regenerator SOH), расположенный в строках с 1 по 3 и Заголовок Мультиплексной Секции MSOH (Multiplex SOH)

расположенный в рядах с 5 по 9. В 4ой строке содержатся байты указателя

AUptr.

Заголовок RSOH оканчивается (т.е. разбирается, обрабатывается и заново формируется) в каждой точке регенерации, MSOH прозрачен для регенераторов (т.е. проходит через них без изменения) и оканчивается только в мультиплексорах (там где происходит ввод/вывод нагрузки)

42

При формировании циклов STM-4 и STM-16, число столбцов SOH увеличивается в 4 и 16 раз соответственно.

Рис. 5-1 Байты заголовка

Заголовок Регенерационной Секции (RSOH)

43

*Определен только в STM-1 №1.

44

5.2. Путевой заголовок

Контейнер С-n в совокупности с POH образуют виртуальный контейнер VC-n. Объем информации содержащийся в POH зависит от уровня контейнера. В то время как POH верхнего уровня VC-4 состоит из 9 байт (одного столбца), POH нижнего уровня VC-12 содержит всего 1 байт на цикл.

POH верхнего уровня (VC-3/VC-4)

POH верхнего уровня состоит из 9 байт, расположенных в 1ом столбце VC- 3/VC4. Он формируется при образовании VC-3/VC-4 и остается неизменным до момента разборки VC.

байт в формате E.164. Может быть использован для проверки наличия соединения на протяжении всей трассы, от момента формирования VC до его разборки.

Формат E.164:

Первый байт обозначает начало цикла. Он включает в себя результат вычисления CRC-7

45

Рис. 5-3 Статус маршрута VC-3/VC-4 (G1)

Рис. 5-4 Индикатор сверхцикла TU

46

MAN: Metropolitan Area Network

DQDB: Double Queue Dual Bus

FDDI: Fiber Distributed Data Interface

47

POH нижнего уровня (VC-1/VC-2)

POH нижнего уровня состоит из байтов: V5, J2, Z6, K4, которые распределены по четырем циклам. Т.о. POH VC-12 передается в сверхцикле из четырех циклов.

Рис. 5-5 Описание битовых позиций в байте V5

V5 Первый байт в VC-12. На него ссылается указатель TU-12, обозначая тем самым место начала VC-12 внутри TU-12. Используется для передачи следующей информации:

48

сигнала AIS. Этот бит отсылается обратно к источнику VC. В нормальном состоянии это логический 0. При обнаружении LOS или AIS маршрута TU-12, он устанавливается в 1.

J2 Функции этого байта идентичны с байтом J1 POH верхнего уровня. K4 Биты с 1 по 4 предназначены для контроля автоматического переключения на резерв на нижнем уровне. Биты с 5 по 8 зарезервированы. Z6 Запасной байт

6.Указатели

Всемирная синхронная сеть представляет собой идеальный случай, который на практике очень тяжело реализовать, а порой и просто невозможно. Результатами сбоев в работе сети синхронизации могут стать

49

участки сети не получающие стабильной тактовой частоты. В случае пропадания опорной частоты собственный генератор этого сбойного участка сети должен перейти в режим свободных колебаний (free-running mode) и продолжать снабжать отрезанные сетевые элементы синхронизацией. Реализация указателей в SDH позволяет поддерживать синхронный характер передаваемой информации даже в случае плезиохронного режима работы сети. Только в этом случае информация доставляемая в несинхронный участок сети, может быть получена без каких либо потерь, даже в случае если частоты передающего и приемного оборудования не точно совпадают.

6.1. Доступ к полезной нагрузке

Полезная нагрузка не имеет фиксированной привязки к какому либо конкретному месту внутри цикла. Для свободного доступа к трафику, к VC-n добавляется указатель. Он осуществляет динамическую подстройку расположения VC-n относительно цикла TU-n. В данном случае слово “динамическую” означает:

1.Фаза VC может отличаться от фазы цикла TU.

2.На отличающихся частотах, положение нагрузки может изменяться без какого либо вреда для информации.

Рис. 6-1 Указатель AU-4

6.2. Типы указателей

В SDH существуют два типа указателей AU и TU:

-AU: AU-3, AU-4

-TU: TU-3, TU-12

50

6.3. Виды изменения указателей

Существуют два способа изменения значения указателей: а) Задание нового значения указателя б) Подгон частот

Задание нового значения указателя

В случае если содержимое нагрузки было изменено (добавление/извлечение VC), может потребоваться установка нового значения указателя. Для индикации этого изменения устанавливается так называемый “Флаг Новых Данных” NDF (New Data Flag) и передается новое значение указателя.

На приемной стороне, этот флаг NDF обрабатывается, т.о. полученное новое значение указателя отображает новое положение VC.

NDF с новым указателем передается только один раз при изменении нагрузки, например в первом цикле, в последующих трех циклах не допускается никаких действий над указателем.

Подгон частот

Если частота цикла TU точно не совпадает с частотой VC, значение указателя, через определенные интервалы, можно или уменьшать или увеличивать на 1, соответственно при положительном или отрицательном выравнивании.

После каждого изменения указателя, никаких действий над ним в течение последующих трех циклов не допускается.

Процессы подгонки частот для указателей AU и TU идентичны.

Положительное выравнивание

Если частота цикла VC меньше частоты STM цикла, должен быть добавлен выравнивающий байт и значение указателя увеличено на 1.

Байты выравнивания должны быть вставлены сразу за последним байтом H3. Для AU-3 вставляется один байт, а для AU-4 три. Значение указателя на P+1 будет изменено начиная со следующего цикла и должно оставаться неизменным в течение 3х циклов. В следующем цикле начало VC определяется уже новым значением указателя.

51

текущее значение указателя увеличивается на 1 и выравнивающие байты содержащиеся в нагрузке текущего VC отбрасываются.

В процессе отрицательного выравнивания, инвертируются пять D битов (8, 10, 12, 14 и 16). На приемной стороне D биты обрабатываются и информация содержащаяся в трех байтах H3, присоединяется к трафику текущего VC.

Байт указателя H3 используется для передачи дополнительной информации в процессе отрицательного выравнивания (в случае если частота цикла VC, больше частоты STM цикла). Во всех остальных случаях содержимое этого байта не определено.

Значение указателя установленное в 0, показывает, что VC-3 начинается сразу за последним байтом H3.

6.5. Указатель AU-4

В AU-4, порядковый номер имеет только каждый третий байт, по этой причине байты указателя, так же считаются по 3 и следовательно при изменении значения указателя на 1 соответствует изменению его на 3 байта.

Рис. 6-5 Указатель AU-4

H1 и H2 обрабатываются как 16 битовое слово данных. Оно включает в себя Флаг NDF и значение указателя.

Биты с 1 по 4:

55

Биты 5 и 6, называются SS. Значение SS = 10.

В битах с 7 по 16, содержится собственно значение указателя. Представленное в двоичном виде, с помощью чередования битов D и I оно обозначает смещение начала VC относительно фиксированной точки. Процесс корректировки значения указателя AU-4 и обработке его на приемном конце аналогичен процессу для AU-3.

Байт указателя H3 используется для передачи дополнительной информации в процессе отрицательного выравнивания (в случае если частота цикла VC, больше частоты STM цикла). Во всех остальных случаях содержимое этого байта не определено.

Если значение указателя установлено в 0, это означает, что VC начинается сразу за последним байтом H3.

Слияние AU-4.

В случае большого объема трибутарного сигнала можно осуществить слияние нескольких AU. В этом случае первый AU в связке содержит нормальный указатель, а следующие AU в этой же связке, содержат вместо обычного указателя значение CI Индикатора Конкатенации (Concatenation Indication). CI показывает, что все объединенные AU должны обрабатываться так же как и первый AU.

Байты H1 и H2 для случая указателя CI описаны следующим образом: H1 1 0 0 1 S S 1 1 (биты S не определены)

H2 1 1 1 1 1 1 1 1

Такая комбинация битов H1 и H2 соответствует значению указателя CI, например 3 AU-3 могут сливаться и будут обрабатываться как AU-4.

6.6. Указатель TU-3

Указатель TU-3 осуществляет динамическую подстройку расположения VC-3 относительно цикла TUG-3. В данном случае слово “динамическую” означает:

1.Фаза VC может отличаться от фазы цикла TUG-3.

2.На отличающихся частотах, положение нагрузки может изменяться без какого либо вреда для информации.

56

Значение указателя установленное в 0, показывает, что VC-3 начинается сразу за последним байтом H3. Значения которые может принимать указатель TU-3 лежат в пределах от 0 до 764.

Значения лежащие в промежутке от 595 до 764 указывают на следующий цикл TUG-3.

6.7. Указатель TU-12

Указатель TU-12 осуществляет динамическую подстройку расположения VC-12 относительно цикла TUG-2. В данном случае слово “динамическую” означает:

1.Фаза VC-12 может отличаться от фазы цикла TUG-2.

2.На отличающихся частотах, положение нагрузки может изменяться без какого либо вреда для информации.

Байтами необходимыми для операции ссылки, являются: V1, V2, V3 и V4. Они располагаются в первых байтах четырех последовательных циклов TU-12. Определение байта указателя содержащегося в текущем цикле TU12 определяется посредством байта H4 в заголовке POH VC-3 или VC-4. См. пункт 2.8.

Рис. 6-8 Указатель TU-12

Байт указателя V3 используется для передачи дополнительной (избыточной) информации в процессе отрицательного выравнивания (в случае если скорость цикла VC-12, выше скорости цикла TU-12). Во всех остальных случаях содержимое этого байта не определено.

Байты V1 и V2 рассматриваются как единое 16 битное слово данных. Биты с 1 по 4 содержат флаг NDF. Он принимает следующие значения:

NDF 0110 = отключено

NDF 1001 = включено

Биты 5 и 6 называются SS и показывают размер TU, для TU-12 они установлены в 10.

для TU-2 в 00.

58

для TU-11 в 11.

Описание и функции битов с 7 по 16, аналогичны битам 7..16 в байтах H1, H2 указателя AU-3.

Байт V4. Не определен.

Значение указателя установленное в 0, показывает, что VC-12 начинается сразу за байтом указателя. Значение указателя TU-12 может принимать значение от 0 до 139. Значения между 105 и 139 указывают на следующий цикл TUG-2.

7. Модель взаимодействия

Международные стандарты принятые для SDH и соответствующего оборудования, обеспечивают возможность построения сетей на основе оборудования различных производителей. Это достигается с помощью независимой открытой модели взаимодействия.

Общая модель взаимодействия содержит описание как физических характеристик (скорость передачи, оптический/электрический уровень, импеданс), так и описание содержимого отдельных байтов и даже битов. Эти спецификации охватывают следующие аспекты:

-Цикловая структура

-Идентификация

-Скремблирование

-Кодирование/декодирование

-Процедуры мэппинга

-Использование служебного канала

-Сигналы контроля и мониторинга

Будем называть отдельные этапы обработки сигнала “функциями”. Что касается внешних интерфейсов, то все существовавшие ранее рекомендации, в процессе разработки модели взаимодействия SDH, остались без изменения. В целом модель взаимодействия состоит из 16 основных функций. Все они выполняют определенные действия и имеют логические точки доступа, посредством которых отдельные блоки взаимодействуют между собой. Логические точки доступа не следует путать с внутренними контрольными или измерительными точками, в большинстве своем физически они даже не выделены, а существуют лишь логически. Внешние интерфейсы же (входы и выходы) оборудования физически определены.

59

7.2. Функции маршрута верхнего уровня

7.3. Терминальные функции передачи

Адаптация на уровФормирование и разборка AU и AUG. не мультиплексной

61

62

8. Приложения

8.1. Синхронное линейное оборудование

В SDH не делается различия между мультиплексорами и оборудованием линейного тракта. Термин “Синхронное линейное оборудование” включает в себя как синхронные мультиплексоры со встроенными оптическими передатчиками и приемниками, так и регенераторы.

Рис. 8-1 Синхронное линейное оборудование SLA4 и SLA16

Синхронный линейный мультиплексор

Вкачестве примера рассмотрен синхронный линейный мультиплексор SLX1/4, который объединяет четыре STM-1в один сигнал STM-4.

Вместе мультиплексирования, SOH отдельных сигналов STM-1 расформировывается (разбирается и обрабатывается), сигналы нагрузки мультиплексируются и формируется новый заголовок STM-4 SOH.

63

В месте демультиплексирования STM-4 SOH расформировывается, нагрузка распределяется на 4 сигнала STM-1 и для каждого формируется заголовок STM-1 SOH.

Кроме подгонки указателя, изменению подвергаются и некоторые байты SOH:

-Байты мониторинга качества сигнала B1, B2

-Байты канала управления D1, D3

-Байт пользовательского канала F1

-Байты канала служебной связи E1, E2

Вместо сигналов STM-1, могут быть использованы сигналы 140 Мбит/с.

Внаправлении передачи, асинхронный сигнал 140 Мбит/с преобразовывается в поток STM-1, в направлении приема исходный сигнал 140 Мбит/с извлекается из STM-1.

Вотличие от PDH, мультиплексирование сигналов STM-4 в STM-16 невозможно напрямую реализовать по схеме 4 x STM-4, однако возможно прямое мультиплексирование 16 х STM-1 сигналов в STM-16.

Рис. 8-2 Схема мультиплексирования в соответствии с ITU G.709

Синхронный линейный регенератор

В PDH линейный регенератор осуществляет восстановление фазы и амплитуды линейного сигнала. Так же он должен обеспечивать проверку правильности линейного кодирования и локализацию места повреждения, для целей эксплуатации существует возможность создать служебный канал. Регенераторы в PDH прозрачны по отношению к структуре сигнала.

64

В SDH функции регенератора значительно расширены. Осуществляется дескремблирование и анализ структуры STM-N сигнала.

Так как регенерационная секция оканчивается, часть SOH (RSOH ряд с 1по 3) расформировывается. Например, с помощью байта B1 определяется качество передачи, обрабатывается информация управления содержащаяся в байтах D1, D2, посредством байта F1 предоставляется доступ к пользовательскому каналу, служебному каналу посредством байта E1. На передаче формируется новый RSOH и вставляется в SOH, с этого места начинается новая регенерационная секция.

Функции локализации места повреждения выполняются системой управления с помощью информации поставляемой всеми блоками оборудования включенными в сеть. Как следствие отсутствует необходимость в специальной системе локализации повреждений. Различие между регенераторами SLA4 и SLA16 состоит только в скорости передачи.

8.2. Мультиплексоры

В зависимости от выполняемых функций все мультиплексоры могут быть разделены на три основных типа:

-Терминальные мультиплексоры TMS (Terminal Multiplexer)

-Мультиплексор ввода/вывода ADM (Add/Drop Multiplexer)

-Мультиплексор кроссовых соединений (кросс-коннект мультиплексор) XMS (Cross-Connect Multiplexer)

Терминальный мультиплексор

С точки зрения функциональности терминальный мультиплексор является самым простым типом мультиплексора. Он укомплектован синхронным агрегатным интерфейсом (в приемном и передающем направлении) и плезиохронным/синхронным трибутарным интерфейсом.

Пример:

Терминальный мультиплексор 63 x 2 Мбит/с TMS-4 (“S”-означает синхронный). Этот мультиплексор имеет 63 плезиохронных 2.048 Мбит/с трибутарных интерфейса и один синхронный линейный агрегатный интерфейс STM-4. Трибутарные интерфейсы расположены на так называемых модулях доступа AM (Access Module).

На приеме входной агрегатный сигнал STM-N полностью разбирается, индивидуальные сигналы распределяются по трибутарным интерфейсам. В направлении передачи, сигналы от абонентских интерфейсов собираются в сигнал STM-N.

65

трибутарных интерфейсов в мультиплексоре может превышать максимальное число индивидуальных сигналов транспортируемых в STM- 1, поэтому некоторые интерфейсы могут быть не активны.

Контроллер позволяет легко активировать/деактивировать отдельные интерфейсы, так что для определенных задач могут быть подобраны различные конфигурации, например в зависимости от времени суток – день/ночь, дня недели – рабочий день/выходной, при этом нет необходимости проводить кроссировочные работы на DDF (Digital Distribution Frame).

Кроме того с помощью матрицы коммутации и шины ввода/вывода может быть создано соединение между различными абонентскими интерфейсами. Такой режим работы называется режим локального кросс-коннектора.

Мультиплексор кроссовых соединений

Кросс-коннектор CC (Cross-Connector), представляет собой коммутационное поле, оборудованное большим количеством портов (интерфейсных модулей). Интерфейсные модули могут быть линейными или абонентскими.

Цифровые сигналы поступающие на входные порты CC посредством коммутационного поля соединяются с соответствующими выходными портами. Коммутационная матрица является динамически управляемой, т.е. мультиплексный сигнал на входе одного порта, может быть демультиплексирован и отдельные сигналы переданы к различным выходным портам.

Принцип работы:

Групповой STM-N сигнал поступающий с линейной стороны разбирается на отдельные сигналы STM-1, которые направляются к входным модулям IM (Input Modules). Сигналы приходящие с абонентской стороны, вставляются в циклы STM-1 и так же направляются к входным модулям. IM разбирают STM-1 на отдельные VC. Коммутационная матрица в соответствии с программой коммутации соединяет входные модули IM с соответствующими выходными OM, где различные VC собираются в новый STM-1 цикл. Затем мультиплексор (MUX) объединяет отдельные сигналы STM-1 и формирует цикл STM-N. Такой способ аппаратной организации, позволяет свободно устанавливать соединения между: Двумя линейными сторонами Двумя абонентскими сторонами Линейной и абонентской стороной

68

Синхронное линейное оборудование SLA, может быть использовано для скоростей передачи 622 Мбит/с и 2,5 Гбит/с (SLA4, SLA16). Использование SLA имеет смысл на сетях большой протяженности, где в большинстве случаев реализованы топологии точка-точка.

Большинство зоновых сетей строится на основе кольцевой топологии, которая стоится на мультиплексорах ввода/вывода ADM. Мультиплексоры кроссовых соединений могут быть использованы на всех уровнях.

Кольцевая топология

Требования выдвигаемые к зоновым сетям связи не могут быть удовлетворены сетями с древовидной и звездообразной топологией, т.к. именно на этом уровне риск повреждения кабеля и как следствие перерыва связи очень велик. По этой причине, соединения между отдельными станциями удваиваются и направляются по различным путям прохождения сигнала.

Соединение станций, показанное на рис. 8-7 образует кольцо.

Рис. 8-7 Одинарное кольцо

Все станции имеют доступ к любой информации, передающейся в кольце, поэтому каждая станция, может установить соединение с любой другой. Более того, каждая станция включенная в кольцо, имеет доступ к сети более высокого уровня. Больше нет необходимости в узловой станции. Соединение внутри кольца устанавливается, путем информирования соответствующей станции, какая часть STM-N сигнала (какой тайм-слот), будет использована для установления соединения.

70

Двойное кольцо

Проблема перерыва связи в результате обрыва кабеля может быть решена созданием второго кольца, при этом передается та же самая информация, но в противоположном направлении.

Рис. 8-8 Двойное кольцо

Т.к. при такой конфигурации, каждая станция принимает и передает одну и ту же информацию с двух направлений (горячий резерв), то при обрыве на линии, станции остается лишь переключить трафик на резервный путь.

Это должно производится автоматически и так быстро, чтобы полная работоспособность кольца сохранялась.

Рис. 8-9 Разорванное двойное кольцо

71

Если такое повреждение, как обрыв кабеля, восстанавливается сетью самостоятельно, то эта сеть называется самовосстанавливающейся. Подобные самовосстанавливающиеся топологии могут применяться и на сетях связи большой протяженности.

Рис. 8-10 Соединение двух двойных колец

9. Резервирование

9.1. Обзор

Надежность и удобство эксплуатации сети передачи, это два важнейших аспекта, которые следует учитывать при установке SDH мультиплексоров. К сожалению ограничивающим фактором для повышения надежности сетей связи является избыточность, а как следствие и удорожание строительства сети. Под избыточностью понимается необходимость резервирования определенных участков сети, которое в зависимости от типа, может охватывать аппаратуру передачи в целом, отдельные блоки мультиплексора, линейное хозяйство.

9.2. Определения

1. Одностороннее переключение В случае повреждения только одного направления передачи,

резервирование активизируется только для этого направления 2. Двустороннее переключение

При повреждении одного направления, переключение на резервный путь осуществляется в обоих направлениях.

3. Дополнительный трафик

72

Трафик с низким приоритетом, которым в случае аварийной ситуации можно пренебречь. Передается по каналам или с помощью оборудования предназначенного для резервирования. В случае повреждения, дополнительный трафик прерывается и использованное оборудования задействуется под основной трафик.

4. Обычный трафик Обычный трафик передаваемый по резервируемым каналам.

9.3. Резервирование

При резервировании, в горячем резерве постоянно находятся избыточные каналы передачи и в случае аварии, трафик автоматически переключается с основной линии на резервную.

Важными аспектами эффективного резервирования являются: 1. Мониторинг

Трафик должен постоянно контролироваться, для того чтобы любые ошибки и аварийные ситуации в работе сети немедленно детектировались. 2. Протоколирование В большинстве случаев резервного переключения, происходит обмен

протоколами между мультиплексорами. 3. Контроль

Резервное переключение должно контролироваться соответствующим образом. При обнаружении любого сбоя должно выдаваться аварийное сообщение. В целях обслуживания должна существовать возможность ручного переключения трафика, даже в случае отсутствия сбоев.

Существуют несколько способов резервирования. Все они достаточно надежны и позволяют полностью сохранить резервируемый трафик при одиночном повреждении, однако в случае серии сбоев, такое не всегда возможно.

Для некоторых способов резервирования, существуют различные варианты их реализации:

1. Возможность передачи дополнительного трафика Избыточные каналы передачи, могут быть заполнены трафиком низкого приоритета, в случае повреждения этот трафик прерывается, а

освободившиеся ресурсы сети используются для передачи основной нагрузки.

2. Резервирование с возвратом/ без возврата Эта опция предоставляет оператору возможность выбора того, должна ли

система возвращаться в исходное состояние (на основной путь) после устранения неисправности или оставаться на резервном.

3. Одностороннее/двустороннее переключение

73

Эта опция предоставляет оператору возможность решения, в общем случае должно ли происходить переключение на резерв в обоих направлениях или только в том в котором наблюдается сбой.

Следующая таблица дает представление о доступных функциях резервирования.

Табл. 9-1 Обзор опций резервирования

74

Резервирование по схеме 1:n

Рис. 9-2 Резервирование 1:n

Для определенного количества n (n=1..14) рабочих каналов, создается одна резервная секция равнодоступная для всех резервируемых рабочих каналов. Необходимо чтобы переключатели на передатчике и приемнике работали синхронно, но в обратном порядке. В данной схеме резервирования возможно организовать передачу дополнительного трафика по резервной секции.

Резервирование может быть односторонним и двусторонним с возвратом и без возврата.

Резервирование по схеме 1+1

Передатчик производит дублирование трафика и направляет его по двум независимым линиям связи. На противоположной стороне приемник выбирает одну из этих линий – ту где качество передачи лучше.

75

Передача дополнительного трафика здесь невозможна.

Резервирование может быть как односторонним так двусторонним, как с возвратом так и без возврата.

Рис. 9-1 Резервирование мультиплексной секции по схеме 1+1

Кольцо с совместно используемой защитой

Врежиме резервирования MSPRing сигнал STM-N разделяется на рабочую

ирезервную ёмкость на каждой мультиплексной секции. Так, для STM-4 - в каждой мультиплексной секции два рабочих и два защитных AU-4 (AUG), AU-4 №1 и 2 заняты обычным трафиком, а AU-4 №3 и 4 предназначены для целей резервирования, для STM-16 - 8 рабочих и 8 защитных AU-4 (AUG).

Вслучае отказа одной мультиплексной секции кольца, резервирование осуществляется посредством шлейфа затронутого аварией трафика на обоих концах неисправной секции, используя резервную ёмкость для такого перенаправления трафика.

MSPRing предназначен для кольцевых приложений, в которых наблюдаются единообразные или сходные профили трафика. В таких ситуациях MSPRing может давать значительный выигрыш в пропускной способности по сравнению с другими схемами резервирования. Резервирование может быть обратимым/необратимым и только двусторонним. Соединение устанавливается в обоих направлениях передачи с использованием одного и того же сегмента кольца. Преимущество состоит в большей скорости передачи, которая однако оказывается доступной только в том случае, если конфигурация сети не будет сводится к логической топологии типа “звезда”.

Кольца с разделенной (или совместно используемой) защитой, могут состоять из двух или четырех волокон. В четырех волоконном кольце, существуют два уровня защиты. На первом, система пытается защитить каждую секцию кольца собственным 1:1 резервированием, если это не удается, замыкается шлейф.

76

В простейшем случае такое резервирование является односторонним и без возврата. В случае двустороннего резервирования, необходим обмен протоколами.

Рис. 9-5 Резервирование маршрута/подсети

Достоинства:

1.Невысокая техническая сложность

2.Возможность реализации для любой топологии сети

3.Гибкость выбора резервируемых соединений

Недостатки:

1.Относительно высокая стоимость из-за большого количества резервных переключателей

2.Отсутствие возможности передачи дополнительного трафика, т.к. основной трафик передается по обоим путям одновременно

Обмен протоколами

Протоколы передаваемые между мультиплексорами, используются для контроля процесса резервного переключения. Для передачи этих протоколов требуются соответствующие каналы, в SOH это байты K1, K2. Они используются для протоколов следующих типов резервирования:

78

-Резервирование по схеме 1+1

-Резервирование по схеме 1:n

-Резервирование кольца с разделенной защитой

-Резервирование кольца с объединенной защитой

Для резервирования тракта/подсети, для каждого VC, требуется отдельный протокол. По этой причине протоколы защиты тракта/подсети, могут быть преданы только в POH (байты K3, K4).

9.4. Сетевые топологии

В данном разделе описываются различные сетевые топологии применяемые для резервирования.

Линейная цепь

Влинейной цепи, мультиплексоры соединяются посредством агрегатных интерфейсов. Мультиплексоры на концах цепи, являются оконечными, а между ними – мультиплексорами ввода/вывода.

Для повышения надежности, количество линий передачи, между двумя соседними мультиплексорами может быть удвоено. Линии передачи резервируются как 1+1 или 1:1. Поэтому цепь оказывается защищенной от сбоев, как на линии, так и на агрегатных интерфейсах. Однако в такой цепи нет защиты от обрыва всех линейных кабелей между двумя мультиплексорами или полного выхода из строя какого либо мультиплексора.

Влинейной цепи могут быть реализованы следующие варианты резервирования:

1. Резервные переключатели расположены (и переключение осуществляется) только в тех мультиплексорах где выводится тот или иной тракт (Рис. 9-6).

2. Каждый мультиплексор, через который проходит резервируемый тракт оборудован резервным переключателем (Рис. 9-7).

Вариант 1 может быть реализован на каждом мультиплексоре поддерживающем резервирование маршрута для трибутарных интерфейсов. Для реализации варианта 2 мультиплексор, так же должны поддерживать резервирование маршрута для агрегатных интерфейсов. Надежность второго варианта выше, т.к. он устраняет множественные сбой, при условии, что на каждой секции произошла только одна авария.

79

существуют отдельные пути передачи, по этой причине, для построения высоконадежных сетей кольцевые топологии являются наиболее предпочтительными. Кольца могут состоять из двух или четырех волокон.

Пересекающиеся кольца

Кольца могут быть соединены между собой таким образом что:

1.Соединяемые линии резервируются

2.Резервное переключение может производиться независимо, для обоих колец (См. рис. 9-9)

Два мультиплексора обслуживающие одну соединительную линию формируют тем самым так называемый Служебный Узел. Возможно объединить два мультиплексора и соединительную линию между ними в один мультиплексор.

Пересечение колец может быть организовано для всех типов колец (См. рис. 9-10, 9-11), так же пересечение колец возможно даже между кольцами разных типов.

Полное восстановление трафика гарантируется, только в случае если в каждом кольце и каждом служебном узле произошло не более одного сбоя.

81

Рис. 9-9 Пример резервирования пересекающихся колец

83

Рис. 9-10 Пересечение двух колец с резервированием маршрута

84

Рис. 9-11 Пересечение двух колец с разделенной защитой

85

9.5. Резервирование оборудования

Для защиты оборудования, мультиплексоры оборудуются дополнительными (избыточными) модулями, которые в штатной ситуации находятся в резерве или могут быть использованы для передачи неприоритетного трафика. Избыточные модули должны быть того же типа, что и резервируемые. Возможно реализовать схемы резервирования: 1:1 – один рабочий : один резервный, 1:n – n рабочих модулей : один резервный.

Важными аспектами эффективного резервирования оборудования являются:

1. Мониторинг Постоянный контроль оборудования, любая авария или сбой немедленно детектируется.

2. Резервное переключение Должна быть возможность активировать/деактивировать функции

дополнительного оборудования через соответствующие резервные переключатели 3. Контроль

Резервирование должно соответствующим образом контролироваться. Любой сбой должен сигнализироваться сообщением об аварии. Так же должна быть возможность локализовать место аварии, возможность отключения отдельных функций, даже в отсутствие аварии. Большинство процедур защиты оборудования предлагают несколько вариантов. Они отличаются друг от друга следующим параметром:

- Обратимое/необратимое резервирование Эта опция предоставляет оператору выбор, должна ли система

возвращаться в исходное состояние, после устранения причины сбоя.

Следующая таблица дает представление о доступных процедурах защиты оборудования:

Табл. 9-2 Обзор доступных функций защиты оборудования

86

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

AIS (Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния; ADM (Add/Drop) - мультиплексор типа ввода/вывода;

AP (Access Point) - точка доступа;

APId (Access Point Identifier) - идентификатор точки доступа; APS (Automatic Protection Switching) - автоматическое защитное переключение;

ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим передачи; AU (Administrative Unit) - административный блок;

AU AIS (Administrative Unit Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния административного блока;

AUG (Administrative Unit Group) - группа административных блоков;

AU LOP (Administrative Unit Loss Of Pointer) - потеря указателя административного блока;

AU PTR (Administrative Unit Pointer) - указатель административного блока;

BBE (Background Block Error) - блок с фоновыми ошибками;

BBER (Background Block Error Ratio) - коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками;

BIP (Bit Interleaved Parity) - код битового чередуемого паритета;

С (Container) - контейнер;

С-11 (Container of level 11) - контейнер первого уровня американской схемы PDH иерархии, служит для размещения первичного цифрового канала 1,544 Мбит/с;

С-12 (Container of level 12) - контейнер первого уровня европейской схемы PDH иерархии, служит для размещения первичного цифрового канала

2,048 Мбит/с;

С-2 (Container of level 2) - контейнер второго уровня американской схемы PDH иерархии, служит для размещения вторичного цифрового канала 6,312 Мбит/с;

С-31 (Container of level 31) - контейнер третьего уровня европейской схемы PDH иерархии, служит для размещения третичного цифрового канала

34,368 Мбит/с;

С-32 (Container of level 32) - контейнер третьего уровня американской схемы PDH иерархии, служит для размещения третичного цифрового канала 44,736 Мбит/с;

С-4 (Container of level 4) - контейнер четвертого уровня европейской схемы PDH иерархии, служит для размещения четверичного цифрового канала

139,264 Мбит/с;

CMISE (Common Management Information Service Element) - элемент управления общей информацией обслуживания;

87

CP (Connection Point) - точка соединения;

DCC (Data Communication Channel) - встроенный канал сети управления; DQDB (Distributed Queue Dual Bus ) - дуплексная шина с распределенной очередью;

DXC (Digital Cross-Connect) - кросс-коннект (аппаратура оперативного переключения);

E1, E2, E3, E4 цифровые сигналы ( первого, второго, третьего и четвертого уровней PDH иерархии в Европе и в Австралии;

EB (Errored Block) - блок с ошибками ; ES (Errored Second)- секунда с ошибками ;

ESR (Errored Second Ratio) - относительная величина секунд с ошибками;

FDDI (Fibre Distributed Data Interface) - распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическому кабелю;

4F DP RING (4 Fibre Dedicated Protection Ring) - четырехволоконное кольцо с добавочно выделенной защитой;

2F SP RING (2 Fibre Shared Protection Ring) - двухволоконное кольцо с совместно используемой защитой;

4F SP RING (4 Fibre Shared Protection Ring) - четырехволоконное кольцо с совместно используемой защитой;

HPA (Higher order Path Adaptation) - адаптация тракта высокого порядка; HPC (Higher order Path Connection) - соединение тракта высокого порядка ;

HP LOM (High order Path Loss Of Multiframe) - потеря сверхциклового синхросигнала тракта низкого порядка;

HP PLM (High order Path Payload Mismatch) - несовпадение полезной нагрузки тракта высокого порядка;

HP RDI (High order Path Remote Defect Indication) - индикация дефекта удаленного конца тракта высокого порядка;

HPT (Higher order Path Termination) - завершение тракта высокого порядка;

HP TIM (High order Path Trace Identifier Mismatch) - несовпадение идентификатора трассы тракта высокого порядка;

HP UNEQ (High order Path Unequipped) - необорудованный тракт высокого порядка;

IEC (Incoming Error Count) - подсчет ошибок во входящем сигнале; LAN (Local Area Network) - локальная вычислительная сеть;

LCD (Loss of Cell Delineation ) - потеря плана ячейки ( при передаче ATM); LOP (Loss of Pointer) - потеря указателя;

LPA (Lower order Path Adaptation) - адаптация тракта низкого порядка;

LP APId Low order Path Access Point Identifier) - идентификатора точки доступа тракта низкого порядка;

LNC Local Node Clock ) - подчиненный генератор местного (локального) узла;

88

LPC (Lower order Path Connection ) - соединение тракта низкого порядка;

LP RDI (Lower order Path Remote Defect Indication) - индикация дефекта удаленного конца тракта низкого порядка;

LPT (Lower order Path Termination) - завершение тракта низкого порядка;

LP TIM (Lower order Path Trace Identifier Mismatch) - несовпадение идентификатора трассы тракта низкого порядка;

LP UNEQ (Lower order Path Unequipped) - необорудованный тракт низкого порядка;

LSB (Least Significant Bit) - наименее значащий бит; MAN (Metropolitan Area Network) - общегородская сеть;

MRTIE (Maximum Relative Time Interval Error) - максимальная относительная ошибка времени на интервале;

MSA (Multiplex Section Adaptation) - адаптация мультиплексной секции; MS-AIS (Multiplex Section Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния мультиплексной секции;

MSB (Most Significant Bit) - наиболее значащий бит;

MSOH (Multiplex Section Overhead) - заголовок мультиплексной секции;

MSP (Multiplex Section Protection ) - защита мультиплексной секции; MS-RDI (Multiplex Section Remote Defect Indication ) - индикация дефекта удаленного конца мультиплексной секции;

MS - REI (Multiplex Section Remote Error Indication ) - индикация ошибки удаленного конца мультиплексной секции;

MST (Multiplex Section Termination ) - завершение мультиплексной секции; MSTE (Multiplex Section Terminating Element) - оконечный элемент мультиплексной секции ;

NE (Network Element) - сетевой элемент;

NEF (Network Element Function) - функция элемента сети;

ODI (Outgoing Defect Indication) - индикация дефекта выходящего сигнала; OEI (Outgoing Error Indication) - индикация ошибок выходящего сигнала; OOF (Out Of Frame) - выход из циклового синхронизма;

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) - плезиохронная цифровая иерархия;

PLM (Payload Mismatch) - несовпадение полезной нагрузки;

PPI (PDH Physical Interface) - физический интерфейс PDH;

PRC ( Primary Reference Clock) - первичный эталонный генератор;

PTE (Path Terminating Element) - оконечный элемент тракта; PTR (Pointer) - указатель;

REI (Remote Error Indication) - индикация ошибок дальнего конца; RDI (Remote Defect Indication) - индикация дефектов удаленного конца;

RFI (Remote Failure Indication) - индикация отказов удаленного конца; ROH (Path Overhead ) - трактовый заголовок;

89

RST (Regenerator Section Termination) - завершение регенерационной секции;

RS TIM (Regenerator Section Trace Identifier Mismatch) - несовпадение идентификатора трассы регенерационной секции;

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - синхронная цифровая иерархия;

SEC (SDH Equipment Clock ) - генератор оборудования синхронной цифровой иерархии;

SEMF (Synchronous Equipment Management Function) - функция управления синхронным оборудованием;

SES (Severely Errored Second) - секунда со значительными ошибками;

SESR (Severely Errored Second Ratio) - относительная величина секунд со значительными ошибками ;

SETS (Synchronous Equipment Timing Source) - функции источника хронирования синхронного оборудования;

SLM (Signal Label Mismatch) - несовпадение метки сигнала;

SOH (Section Overhead) - секционный заголовок;

SPI (SDH Physical Interface) - физический интерфейс синхронной цифровой иерархии;

SSU (Synchronization Supply Unit) - блок синхронизации;

STM (Synchronous Transport Module ) - синхронный транспортный модуль; STM LOF (Synchronous Transport Module Loss Of Frame ) - потеря цикла синхронного транспортного модуля;

STM LOS (Synchronous Transport Module Loss Of Signal ) - потеря сигнала синхронного транспортного модуля;

ТС (Tandem Connection) - тандемное соединение;

TC-APId (Tandem Connection Access Point Identifier) - идентификатор точки доступа тандемного соединения;

TC-IEC (Tandem Connection Incoming Error Count) - подсчет ошибок в сигнале, поступающем в тандемное соединение;

TCM (Tandem Connection Monitoring ) - функции контроля тандемного соединения;

TCOH (Tandem Connection Overhead) - заголовок тандемного соединения;

TCP (Termination Connection Point) - точка завершения соединения; TC-REI (Tandem Connection Remout Error Indication) - удаленная индикация ошибок тандемного соединения;

TC-RDI (Tandem Connection Remout Defect Indication) - удаленная индикация дефекта тандемного соединения;

TCT (Tandem Connection Trace) - трасса тандемного соединения;

TCTE (Tandem Connection Terminating Element) - оконечный элемент тандемного соединения;

90

TE (Transport Entity) - транспортные объекты;

TIE (Time Interval Error Function) - функция ошибки временного интервала; TIM (Trace Identifier Mismatch) - несовпадение идентификатора трассы;

TMN (Transmission Management Network) - сеть управления; TMS (Transmission Management System ) - система управления транспортными сетями;

TNC (Transit Node Clock) - подчиненный генератор транзитного узла;

TU-n (Tributary Unit level-n) - трибутарный блок уровня-n;

TU AIS (Tributary Unit Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния трибутарного блока;

TUG (Tributary Unit Group ) - группа трибутарных блоков;

TU LOP (Tributary Unit Loss Of Pointer) - потеря указателя трибутарного блока;

UNEQ (Unequipped) - необорудованный;

VC-n (Virtual Container level -n ) - виртуальный контейнер уровня-n; VC-n-Xc (Virtual Container level -n -Xc) - виртуальный контейнер уровня-n,

увеличенный в X раз ( Х-коэффициент кратности), используемый при операции конкатенации (сцепке) для транспортировки полезной нагрузки, не помещающейся в VC-n;

VC AIS (Virtual Container Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния виртуального контейнера

91