Синхронная цифровая иерархия — Википедия

Рис. 4.3.6.3 Структура кадра STM-1

Первые 9 колонок кадра, исключая строку 4, используются в качестве заголовка. Регенераторная часть служит для передачи сигнала между линейным оборудованием и несет в себе флаги разграничения кадров, средства для обнаружения ошибок и управления телекоммуникационным каналом.

Мультиплексорный заголовок используется мультиплексорами, обеспечивая детектирование ошибок и информационный канал с пропускной способностью 576 Кбит/с. AU (administrative units) — предлагает механизм эффективной транспортировки информации STM-1. Административный блок перераспределяет информацию внутри виртуального контейнера. Начало виртуального контейнера индицируется указателем au, в котором содержится номер байта, с которого начинается контейнер. Таким образом, начала STM-1 и VC не обязательно совпадают.

Вложение виртуальных контейнеров друг в друга

Рис. 4.3.6.4. Вложение виртуального контейнера VC-4 в STM-1

Рис. 4.3.6.5. VC-4, плавающий в AU-4

VC-4 (см. рис. 4.3.6.5) позволяет реализовать каналы с быстродействием 139.264 Кбит/с. Более высокая скорость обмена может быть достигнута путем соединения нескольких VC-4 вместе. Для более низких скоростей (около 50 Мбит/с) предлагается структура AU-3.

Три VC-3 помещаются в один кадр STM-1, каждый со своим au-указателем. Когда три VC-3 мультиплексируются в один STM-1, их байты чередуются, то есть за байтом первого VC-3 следует байт второго vc-3, а затем третьего. Чередование байтов (byte interleaving) используется для минимизации задержек при буферизации. Каждый VC-3 имеет свой AU-указатель, что позволяет им произвольно размещаться в пределах кадра STM-1.

Рис. 4.3.6.6. Три VC-3 в STM-1 кадре

Каждому VC-3 при занесении в STM-1 добавляется 2 колонки заполнителей, которые размещаются между 29 и 30, а также между 57 и 58-ой колонками контейнера VC-3. VC, соответствующие низким скоростям, сначала вкладываются в структуры, называемые TU (tributary units — вложенные блоки), и лишь затем в более крупные — VC-3 или VC-4. TU-указатели позволяют VC низкого уровня размещаться независимо друг от друга и от VC высокого уровня.

VC-4 может нести в себе три VC-3 непосредственно, используя TU-3 структуры, аналогичные AU-3. Однако транспортировка VC-1 и VC-2 внутри vc-3 несколько сложнее. Необходим дополнительный шаг для облегчения процесса мультиплексирования VC-1 и VC-2 в структуры более высокого уровня (см. рис. 4.3.6.7).

Рис. 4.3.6.7. Транспортировка VC при низких скоростях с использованием TU-структур

Так как VC-1 и VC-2 оформляются как TU, они вкладываются в TUG (Tributary Unit Group). TUG-2 имеет 9 рядов и 12 колонок, куда укладывается 4 VC-11, 3 VC-12 или один VC-2. Каждый TUG-2 может содержать VC только одного типа. Но TUG-2, содержащие различные VC, могут быть перемешаны произвольным образом. Фиксированный размер TUG-2 ликвидирует различия между размерами VC-1 и VC-2, упрощая мультиплексирование виртуальных контейнеров различных типов и их размещение в контейнерах более высокого уровня. Данная схема мультиплексирования требует более простого и дешевого оборудования для осуществления мультиплексирования, чем PDH.

Если в SDH управление осуществляется на скоростях в несколько килобайт, в ATM оно реализуется на скорости канала, что влечет за собой определенные издержки.

Для управления SDH/SONET используется протокол SNMP (см. RFC-1595, “Definitions of Managed Objects for the SONET/SDH Interface Type”) и база данных MIB.

Архитектура сети, базирующейся на SDH, может иметь кольцевую структуру или схему точка-точка.

SDH — Synchronous Digital Hierarchy

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия – технология передачи высокоскоростных данных на большие расстояния с использованием в качестве физической среды проводных, оптических и радиолиний связи. Данная технология пришла на смену PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), которая обладала существенным недостатком: сложностью выделения из высокоскоростных потоков низкоскоростных трибутарных каналов. Причина заключается в том, что потоки более высокого уровня в PDH получаются путем последовательного мультиплексирования. Соответственно, для выделения потока необходимо развертывать весь поток, т.е.

Как устроена сеть SDH

проводить операцию демультиплексирования. При этом придется устанавливать дорогостоящее оборудование в каждом пункте, где необходима такая процедур,что значительно увеличивает стоимость строительства и эксплуатации высокоскоростных линий PDH. Технология SDH призвана решить эту проблему. Скорости для SDH уже не ограничиваются 500 Мбит/сек, как это было в PDH.

Пример сети SDH с промежуточным извлечением потока Е1 из потока STM-4

Рассмотрим принципы построения синхронной цифровой иерархии. Скорость самого медленного цифрового потока в SDH, получившего название STM-1, составляет 155,52 Мбит/сек. Вся полезная нагрузка передается в, так называемом, виртуальном контейнере VC. Информация может быть загружена либо непосредственно в контейнер, либо если речь идет о потоках PDH, то используются дополнительные промежуточные контейнеры, возможно не с одним уровнем вложения. В любом случае в итоге, вся информация должна быть размещена в пределах виртуального контейнера STM-1. К каждому виртуальному контейнеру добавляется заголовок, который несет в себе служебную информацию: адресную информацию, информацию для обнаружения ошибок, данные о полезной нагрузке и т.д. Контейнеры всегда имеют фиксированную длину. Для получения более высокой скорости применяется мультиплексирование 4-х потоков STM-1 в один поток STM-4. Таким образом, удается получить скорость 622,08 Мбит/сек. Для получения еще большей скорости применяется еще одно мультиплексирование четырех STM-4 в один поток STM-16, для передачи которого требуется скорость 2488,32 Мбит/сек и т.д. Общая схема увеличения скорости: четыре STM-N мультиплексируются в один STM-4хN. В отличие от PDH общая схема мультиплексирования неизменна для любых скоростей. В таблице ниже представлены первые шесть уровней иерархии SDH.

Обозначение потока SDH

Скорость потока, Mбит/с

STM-1

155,52

STM-4

622,08

STM-16

2488,32

STM-64

9953,28

STM-256

39813,12

STM-1024

159252,48

Причем SDH не ограничена STM-1024. На текущий момент основным ограничением для повышения скорости SDH являются максимально возможные скорости существующих технологий передачи данных. Теоретически, цифровую синхронную иерархию можно продолжать и дальше до бесконечности.

Североамериканским аналогом технологии SDH является SONET (Synchronous Optical Networking – синхронные оптические сети). В отличие от SDH эта технология больше приспособлена для передачи североамериканских каналов PDH. Однако скорости аналогичных уровней иерархии обеих систем аналогичны. Поэтому данные системы могут взаимодействовать без какого-либо ущерба.

В сотовых системах связи SDH получил достаточно широкое распространение. Преимущественно он используется при строительстве магистральных линий связи. Особенно актуальная технология SDH становится после появления первых сетей 3G, таких как UMTS, которые предусматривают значительно увеличение объемов передаваемых данных. Благодаря возможности масштабирования скоростей можно с уверенностью сказать, что SDH будет актуальна и при строительстве сетей сотовой связи 4G, например LTE или Mobile WIMAX.

Каналообразующее оборудование SDH

Синхронные иерархии SONET/SDH. Информационные структуры и схемы преобразования в SDH. Особенности применения аппаратуры SDH. Базовые топологии сетей SDH.

Синхронная цифровая иерархия (SDH) — технология широкополосных транспортных сетей, которые являются инфраструктурой для подключения пользователя к широкому спектру услуг. Сети SDH позволяют передавать информационные потоки на скоростях до 10 Гбит/сек, предоставляют широкий диапазон скоростей доступа, в том числе совместимых с плезиохронной цифровой иерархией, прозрачны для трафика любой природы (голос, данные, видео). Заложенная в структуру SDH сигнала служебная информация обеспечивает возможность централизованного управления сетевыми устройствами и сетью в целом, позволяя гибко и оперативно обслуживать сеть и предоставлять пользователям необходимые потоки, а также реализует механизмы защиты информационных потоков в сети от возможных аварий.

На сегодняшний день имеется три таких иерархии: Североамериканская, Японская и Европейская (Рис.1).

 

Эти иерархии получили название плезиохронные цифровые иерархии (PDH — Plesiochronous Digital Hierarchy), т.к. мультиплексируемые потоки не были синхронными, их скорости могли различаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов, формирующих битовые последовательности, каждого из них. Поэтому при мультиплексировании таких потоков, необходимо производить вставку либо исключение бит для согласования скоростей.

Наличие в PDH потоках выравнивающих битов, делает невозможным прямое извлечение из потока, составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока 140 Мбит/сек (Е4) поток 2 Мбит/сек (Е1) необходимо демультиплексировать Е4 на четыре потока 34Мбит/сек (Е3), затем один из Е3 на четыре потока 8 Мбит/сек (Е2), и только после этого можно вывести требуемый Е1. А для организации ввода/вывода требуется трехуровневое демультиплексирование, а затем трехуровневое мультиплексирование (Рис.2). Понятно, что использование систем PDH в сетях передачи данных, требует большого количества мультиплексоров, что значительно удорожает сеть и усложняет ее эксплуатацию.

Рис.2 Операция ввода/вывода потока в PDH.

 

К недостаткам PDH следует, также, отнести слабые возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и полное отсутствие средств маршрутизации низовых мультиплексированных потоков, что крайне важно для использования в сетях передачи данных.

Желание преодолеть указанные недостатки PDH привели к разработке в США иерархии синхронной оптической сети (SONET), а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии (SDH), предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи.

Целью разработки, в обоих случаях, было создание иерархии, которая позволила бы:

§ вводить/выводить исходные потоки без необходимости производить сборку разборку;

§ разработать структуру кадров, позволяющую осуществлять развитую маршрутизацию и управление сетями с произвольной топологией;

§ загружать и переносить в кадрах новой иерархии кадры PDH иерархии и других типов трафика (АТМ, IP);

§ разработать стандартные интерфейсы для облегчения стыковки оборудования.

 

В итоге разработчиками SONET и SDH был принят окончательный вариант, названный SONET/SDH.

Три основополагающие рекомендации по SDH были опубликованы в 1989 году — Rec. G.707, G.708 и G.709..

В качестве формата основного сигнала первого уровня в иерархии SDH был принят синхронный транспортный модуль STM-1 с размером кадра 2430 байт и стандартным периодом повторения кадров 125 мксек, что дает скорость передачи 155.52 Мбит/сек. Мультиплексирование с коэффициентом кратности 4 дает следующий ряд скоростей SDH иерархии: STM-4, STM-16, STM-64 или соответственно 622.08, 2488.32, 9953.28 Мбит/сек. Ряд скоростей SONET начинается с сигнала ОС-1, имеющего скорость 51.84 Мбит/сек, а далее сигналы ОС-3, ОС-12, ОС-48 совпадают по скорости с STM-1, STM-4, STM-64.

Модель SDH

SDH может быть также представлена в виде транспортных сетевых уровней, которые напрямую соотносятся к топологии сети (Рис. 3).

 

Рис. 3 Многоуровневая модель SDH.

Самый низкий — физический уровень, представляющий передающую среду.

Секционный уровень отвечает за сборку синхронных модулей STM-N и траспортировку их между элементами сети. Он подразделяется на регенераторную и мультиплексорную секции.

Маршрутный уровень отвечает за доставку сигналов, предоставляемых сетью для конечного пользователя (PDH, ATM и др.), и упакованных в полезной нагрузке STM-N. Согласно терминологии SDH, эти сигналы называют компонентными или трибутарными сигналами, а предоставляемые пользователю интерфейсы доступа к сети — трибутарными интерфейсами.

Передача сигнальной информации для каждого уровня в SDH осуществляется при помощи механизма заголовков.

Каждый STM-N кадр имеет секционный заголовок SOH (Section OverHead), состоящий из двух частей: заголовка регенераторной секции RSOH (Regenerator Section OverHead) и мультиплексорной секции MSOH (Multiplex Section OverHead).

Для упаковки и транспортировки в STM-N трибутарных сигналов предложена технология виртуальных контейнеров. Виртуальный контейнер состоит из поля полезной нагрузки — контейнера, на которое отображается трибутарный сигнал, и маршрутного заголовка POH (Path OverHead), который указывает тип контейнера и служит для сбора статистики о прохождении контейнера по сети.

Структура кадра STM-N

Кадр STM-1 представляют в виде матрицы байт из 9 строк и 270 столбцов (Рис.4). Передача кадра производится построчно, начиная с байта в левом верхнем углу и кончается правым нижним байтом. Кадр повторяется каждые 125 мксек. Каждый байт кадра эквивалентен 64 Кбит/сек каналу.

Рис.

SDH — Synchronous Digital Hierarchy (Part 1)

4 Формат кадра STM-1

Первые девять столбцов — секционный заголовок. Оставшиеся 261 столбец — байты полезной нагрузки.

Первые три строки секционного заголовка — RSOH, последние пять строк — MSOH. Назначение байт заголовка указано на Рис. 4. Более подробно о некоторых из них будет рассказано ниже.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как каскадно: 4xSTM-1 = STM-4, 4xSTM-4 = STM-16, 4xSTM-16 = STM-64, так и непосредственно: 4xSTM-1 = STM-4, 16xSTM-1 = STM-16, 64xSTM-1 = STM-64. Следовательно STM-N можно представить, как матрицу из 9 строк и 270xN столбцов, где первые 9xN столбцов — секционный заголовок.

Схема мультиплексирования низкоскоростных потоков в STM-N.

Базовый модуль для переноса трибутарного сигнала — контейнер. Для каждого PDH сигнала отводится определенный контейнер С-n, размер которого больше размера кадра переносимого им сигнала. Избыточная емкость используется для частичного выравнивания временных неточностей в PDH сигналах. Контейнер C-n с добавленным к нему маршрутным заголовком POH образует виртуальный контейнер VC-n. Виртуальный контейнер — логический блок, который передается по сети из конца в конец. Следующий шаг к формированию содержимого STM-N сигнала — добавление указателя на начало POH. Блок, образованный из указателя и виртуального контейнера называется административным блоком (AU-n) или трибутарным блоком (TU-n). Мультиплексирование с байт-интерливингом нескольких однотипных трибутарных блоков образует группу трибутарных блоков (TUG-n), которые затем собираются в виртуальный контейнер более высокого уровня. Один или более AU формируют группу административных блоков (AUG). И, наконец, добавление к AUG секционного заголовка дает STM-N. Объединенная схема мультиплексирования SONET/SDH согласно Рекомендации G.707 ITU-T приведена на Рис.5. Пару слов скажем о так называемом сигнале sub-STM или STM-0, указанном на этой схеме. Этот интерфейс используется при связях сетей SONET и SDH, а также в радиорелейных и спутниковых соединениях.

Рис.5 Схема мультиплексирования SONET/SDH

Одна из особенностей схемы мультиплексирования SDH — использование указателей. Например, указатель административного блока AU-4, расположенный в четвертой строке секционного заголовка, фиксирует положение VC-4. Благодаря наличию этого указателя VC-4 может начинаться в любом месте поля полезной нагрузки и в общем случае пересекает границу кадра. Все TU-n занимают целое количество 9-ти байтовых столбцов в поле полезной нагрузки VC-4. Указатели TU-n занимают первый байт первого столбца (для TU-12) или первые три байта первого столбца (для TU-3). Следовательно все указатели трибутарных блоков, составляющих VC-4, располагаются на фиксированных позициях. Используя цепочку указателей, можно легко найти положение любого трибутарного сигнала в синхронном транспортном модуле и, при необходимости, извлечь его “на лету” не прибегая к демультиплексированию в несколько стадий, как в PDH.

Еще одно из преимуществ использования указателей — передача асинхронных, по отношению к сети SDH, трибутарных потоков или виртуальных контейнеров, что может иметь место в соединениях, проходящих через сети разных операторов связи. Например, при передаче VC-4, указатель административного блока в каждом четвертом кадре может содержать индикацию на наличие 3 байтового сдвига. Если VC-4 более медленный, по отношению к STM-N, то следующие за таким указателем три байта игнорируются (положительное выравнивание). Если VС-4 имеет большую скорость, то последне три байта указателя используются байтами полезной нагрузки VC-4 (отрицательное выравнивание). Для виртуальных контейнеров нижнего уровня, например для VC-12, указатель трибутарного блока которого состоит из одного байта, рассматривается мультифрейм с частотой повторения 500 мксек. За счет одного из байт указателя в составе этого мультифрейма, внутри него могут «плавать» VC-12.


.

Технология PDH

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для одновременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с большим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения высоко чувствителен к различного рода помехам, которые всегда присутствуют в кабелях.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обычными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос. В результате каждый абонентский канал образовывал цифровой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей:

· Т1 канал – 24 линии по 64 Кбит/с = 1,544 мБТИ/С

· Т2 = 4 канала Т1 объединяются в один канал = 6,312 Мбит/с,

· ТЗ = 7 каналов Т2 = 44,736 Мбит/с.

· Т4 = 6 каналов Т3 = 274,176 Мбит/с.

Аппаратура T1, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с агистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре T1, стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, перестав быть внутренней технологией этих компаний.

Синхронная цифровая иерархия

Сети T1, а также более скоростные сети T2 и ТЗ позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представленные в цифровой форме, — компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Существует 2 иерархии каналов: Американская и Европейская

Американская версия ( Т1, Т2, Т3 каналы) распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различиями),

Европейская — аналог каналов Т для Европы:

El – 30 абонентов по 64 Кбит/с = 2,048 Мбит/с,

E2 = 4* Е1 = 8,488 Мбит/с

ЕЗ = 4* E2 = 34,368 Мбит/с.

ЕЗ = 4* E2 = 139,264 Мбит/с

Несмотря на различия американской и европейской версий технологии цифровой иерархии, для обозначения иерархии скоростей принято использовать одни и те же обозначения — DSn (Digital Signal n). В табл. 1 приводятся значения для всех введенных стандартами уровней скоростей обеих технологий.

На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.

При передаче компьютерных данных канал Т1 предоставляет для пользовательских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей, в основном — для восстановления искаженных кадров. Для одновременной передачи как голосовых, так и компьютерных данных используются все 24 канала. Техника использования восьмого бита для служебных целей получила название «кражи бита» (bit robbing).

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель..

Недостатки технологии PDH:

· сложность мультиплексирования и демультиплексирования данных — для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры этого объединенного канала. Например, если требуется получить данные канала 64 Кбит/с из кадров канала ТЗ, необходимо произвести демультиплексирование до уровня Т2, затем — до уровня Т1, а затем извлечь канал 64 Кбит/с из Т1.

· отсутствие контроля и управления сетью. Служебные биты дают мало информации о состоянии канала, не позволяют его конфигурировать и т. п. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустойчивости, которые очень нужны для первичных сетей, на основе которых строятся ответственные междугородные и международные сети.

· недостаточные скорости. Волоконно-оптические кабели позволяют передавать данные со скоростями в несколько гигабит в секунду по одному волокну, что обеспечивает консолидацию в одном кабеле десятков тысяч пользовательских каналов, но это свойство технология PDH не реализует — ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с.

Все эти недостатки устранены в новой технологии первичных цифровых сетей, получившей название синхронной цифровой иерархии — Synchronous DigitalHierarchy, SDH.


Дата добавления: 2014-12-03; просмотров: 19; Нарушение авторских прав


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *