Траспортная сеть SDH.

Общая характеристика технологии SDH

 

SDH (СЦИ) позволяет организовать универсальную многоканальную телекоммуникационную систему, охватывающую все участки сети и выполняющую функции как передачи информации, так контроля и управления. Она рассчитана на передачу сигналов PDH (ПЦИ), а также всех действующих и перспективных служб, в том числе и широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО), или B-ISDN в англоязычной литературе, использующей асинхронный режим переноса информации – метод ATM (Asynchronous Transfer Mode).

В SDH (СЦИ) использованы последние достижения современной науки и техники. Применение SDH (СЦИ) позволяет существенно сократить объем и удельную стоимость аппаратуры, эксплуатационные расходы, сократить сроки монтажа и настройки оборудования. В то же время значительно повышаются надежность и живучесть сетей, их гибкость, качество связи.

В SDH (СЦИ) используется принцип синхронизации от центрального таймера с точностью не хуже 10^-11. В этой ситуации необходимость выравнивания фреймов или мультифреймов стоит не так остро, а диапазон выравнивания значительно уже. Более того, ситуация с выделением определенного фрагмента потока упрощается, если ввести указатели начала этого фрагмента в структуре инкапсулирующего его фрейма. Использование указателей позволяет гибко компоновать внутреннюю структуру контейнера-носителя. Сохранение указателей в неком буфере (заголовке фрейма или мультифрейма) и их дополнительная защита кодами с коррекцией ошибок позволяет получить исключительно надежную систему локализации внутренней структуры передаваемой по сети полезной нагрузки (фрейма, мультифрейма или контейнера).

Поэтому синхронные сети имеют ряд преимуществ перед асинхронными, основные из них:

- упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода, позволяя непосредственно вывести (или ввести), например, сигнал Е1 (2 Мбит/с) из фрейма (или в фрейм) STM-1 (155 Мбит/с), заменяет целую "гирлянду" мультиплексоров PDH, давая экономию не только в оборудовании (его цене и номенклатуре), но и в требуемом месте для размещения, питании и обслуживании;

- надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися;

- гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа достаточно широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления с уровнями сетевого и элементного менеджмента, а также возможностью автоматического дистанционного управления сетью из одного центра, включая динамическую реконфигурацию каналов и сбор статистики о функционировании сети;

- выделение полосы пропускания по требованию – сервис, который раньше мог быть осуществлен только по заранее (например, за несколько дней) спланированной договоренности (например, вывод требуемого канала при проведении видеоконференции), теперь может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;

- прозрачность для передачи любого трафика – факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи графика, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDN и АТМ;

- универсальность применения – технология может быть использована как для создания глобальных сетей или глобальной магистрали, передающей из точки в точку тысячи каналов cо скоростью до 40 Гбит/с, так и для компактной кольцевой корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей;

- простота наращивания мощности – при наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

Линейные сигналы SDH (СЦИ) организованы в так называемые синхронные транспортные модули STM (Synchronous Transport Module).

Первый из них – STM-1 – соответствует скорости 155 Мбит/с. Каждый последующий имеет скорость в 4 раза большую, чем предыдущий, и образуется побайтным синхронным мультиплексированием. Сектором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) Рекомендацией G.707 стандартизированы скорости передачи STM-1 (155,52 Мбит/с), STM-4 (622,08 Мбит/с), STM-16 (2488,32 Мбит/с), ожидается принятие и STM-64 (9953,28 Мбит/с). В дальнейшем будем в основном оперировать округленными значениями скоростей, указанными в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Скорость передачи уровней SDH (СЦИ)

 

Уровень SDH (СЦИ)	Тип модулей	Скорость передачи
	STM-1	155 Мбит/с
	STM-4	622 Мбит/с
	STM-16	2,5 Гбит/с
	STM-64	10- Гбит/c

Как уже отмечалось, основной направляющей средой передачи для SDH (СЦИ) являются ВОЛС. Возможно также использование радиорелейных линий связи (РРЛ). В тех случаях, когда пропускная способность РРЛ недостаточна для STM-1, может применяться субпервичный транспортный модуль STM-RR со скоростью передачи 52 Мбит/с (втрое меньше, чем у STM-1). Однако STM-RR не является уровнем SDH (СЦИ) и не может использоваться на интерфейсах сетевых узлов.

В сети SDH (СЦИ) используется принцип "контейнерных перемещений". Подлежащие передаче сигналы предварительно размешаются в стандартных контейнерах С (Container). По типоразмеру контейнеры делятся на 4 уровня, соответствующие уровням PDH (см. таблицу 1.2). На контейнер должен наклеиваться ярлык, содержащий управляющую информацию для сбора статистики прохождения контейнера. Контейнер с таким ярлыком используется для переноса информации, т.е. является логическим, а не физическим объектом, поэтому его называют виртуальным контейнером.

Уровень контейнера	Тип контейнера	Скорость сигнала ПЦИ, Мбит/с
	С-11	1.5
С-12
	С-2
	С-3	34 и 45
	С-4

 

Таблица 1.2. Типы контейнеров.

 

Виртуальные контейнеры могут объединяться в группы двумя различными способами. Контейнеры нижних уровней могут, например, мультиплексироваться (т. е. составляться вместе) и использоваться в качестве полезной нагрузки контейнеров верхних уровней (т.е. большего размера), которые, в свою очередь, служат полезной нагрузкой контейнера самого верхнего уровня (самого большого размера) - фрейма STM-1.

Такое группирование может осуществляться по жесткой синхронной схеме, при которой место отдельного контейнера в поле для размещения нагрузки строго фиксировано. С другой стороны, из нескольких фреймов могут быть составлены новые (более крупные) образования мультифреймы.

Из-за возможных различий в типе составляющих фрейм контейнеров и непредвиденных временных задержек в процессе загрузки фрейма положение контейнеров внутри мультифрейма может быть, строго говоря, не фиксировано, что может привести к ошибке при вводе/выводе контейнера, учитывая общую нестабильность синхронизации в сети. Для устранения этого факта, на каждый виртуальный контейнер заводится указатель, содержащий фактический адрес начала виртуального контейнера на карте поля, отведенного под полезную нагрузку. Указатель дает контейнеру некоторую степень свободы, т.е. возможность "плавать" под действием непредвиденных временных флуктуаций, но при этом гарантирует, что он не будет потерян.

Несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки.

Естественно, что при построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый (порождающий) член ряда. Если для PDH значение DSO (64 кбит/с) вычислялось достаточно просто, то для SDH значение первого члена ряда можно было получить только после определения структуры фрейма и его размера. Схема логических рассуждений достаточно проста. Во-первых, поле его полезной нагрузки должно было вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC-4, формируемый при инкапсуляции потока нагрузки 140 Мбит/с. Во-вторых, его размер: 9х261=2349 байт и определил размер поля полезной нагрузки STM-1, а добавление к нему поля заголовков определило размер синхронного транспортного модуля STM-1:

9х261 + 9х9=9х270=2430 байт или 2430х8=19440 бит, что при частоте повторения 8000 Гц позволяет определить и порождающий член ряда для иерархии SDH: 19440х8000=155.52 Мбит/с.

Важной особенностью сети СЦИ является ее деление на три функциональных слоя, которые подразделяются на подслои (таблица 1.3.). Каждый слой обслуживает вышележащий слой и имеет определенные точки доступа. Слои имеют собственные средства контроля и управления, что упрощает операции по ликвидации последствий отказов и снижает их влияние на вышележащие слои. Независимость слоев позволяет внедрять, модернизировать или заменять их, не затрагивая другие слои.

 

Таблица 5.3. Слои СЦИ

Слои СЦИ	Подслои СЦИ
Каналы
Тракты	Низшего порядка
Высшего порядка
Среда передачи	Секции	Мультиплексные
Регенерационные
физическая среда

.

Самый верхний слой образует сеть каналов, обслуживающих конечных пользователей. Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков (средний слой). Групповые тракты организуются в линейные тракты, относящиеся к нижнему слою среды передачи. Он подразделяется на слой секций (мультиплексных и регенерационных) и слой физической среды. Взаимосвязь и расположение некоторых слоев показаны на рис.5.1.

физическая среда

Окон-чание тракта

Окон-чание тракта

Оконча .мультип-лексной секции

Окончан .мультип-лексной секции

Регенератор Регенератор

 

 

 

мультиплексная секция

Регенерационная секция

 

 

Тракт

 

Рис.5.1. Слои СЦИ.

Схема преобразований в информационные структуры SDH

 

Сложность общей схемы преобразований обусловлена тем, что она фактически объединяет две схемы; европейскую и американскую (SONET); Если выделить схему, принятую Европейским институтом стандартизации телекоммуникаций (European Telecommunication Standard Institute - ETSI), то получится более простая и стройная система, представленная на рис.1.2. Именно она предусмотрена "Регламентом СЦИ для сети связи России", который утвержден Государственной комиссией по электросвязи (ГКЭС) в качестве технической правовой базы применения СЦИ на общегосударственной сети России.

Далее будет рассматриваться именно европейская схема.

Информационные структуры

В этой обобщенной схеме мультиплексирования используются следующие основополагающие обозначения: С-n - контейнеры уровня n (n=1,2,3,4); VC-n - виртуальные контейнеры уровня n (n=1,2,3,4), TU-n (Tributary Unit) - нагрузочные блоки уровня n (n=1,2,3), TUG-n (Tributary Unit Group) - группы нагрузочных блоков уровня n (n=2,3), AU-n (Administrative Unit) - административные блоки уровня n (n=3,4); AUG (Administrative Unit Group) - группа административных блоков и, наконец, STM-1 - синхронный транспортный модуль, используемые в SDH технологии.

Контейнеры С-n служат для инкапсуляции (размещения с целью последующего переноса) соответствующих сигналов каналов доступа, питающих их входы. Уровни контейнера n соответствуют уровням PDH иерархии, т.е. n=1,2,3,4, а число типоразмеров контейнеров N должно быть равно числу членов объединенного стандартного ряда.

Для организации трактов используются виртуальные контейнеры VC (Virtual Container). Они образуются добавлением к соответствующему контейнеру заголовка тракта POH (Path Over Head), т.е. условно можно записать: