Лекция №11. Системы SDH следующего поколения (Next Generation

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

«Цифровые системы передачи»

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 11.03.02

«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Часть 2

 

 

РАССМОТРЕНО

на заседании кафедры

автоматики и телекоммуникаций

Протокол № 2 от 29.01.2020 г.

 

Донецк

2020

 

УДК 004.67(076)

ББК 32.973.2я73

М54

 

 

Составители:

Червинский Владимир Владимирович – кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и телекоммуникаций ГОУВПО «ДОННТУ»;

 

 

М54

Конспект лекций по дисциплине «Цифровые системы передачи» [Электронный ресурс]: для студентов всех форм обучения направления подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Ч. 2 / ГОУВПО «ДОННТУ», Каф. автоматики и телекоммуникаций; сост.: В. В. Червинский. – Электрон. дан. (1 файл: 9,4 Мб). – Донецк: ДОННТУ, 2020.   Представлены теоретические сведения о технологиях первичных транспортных телекомуникационно-информационных сетей: плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH); синхронно йцифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH); уплотненного волнового мультиплексированич (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM); оптических транспортных сетях (Optical Transport Network, OTN), а также технологиях глобальных сетей: ретрансляции кадров (Frame Relay, FR); асинхронного метода переноса (Asynchronous Transfer Mode, АТМ); многопротокольной коммутации с помощью меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS). Представлены теоретические сведения о технологиях абонентского доступа: xDSL, PON, HomePNA и др. Конспект лекций предназначен для студентов направления подготовки 11.03.02 "Инфокоммуникационные технологии и системы связи" очной, заочной и очно-заочной форм обучения.

 

Содержание

 

Введение....................................................................................................... 4

Лекция №1. Плезиохронная цифровая иерархия – PDH.......................... 5

Лекция №2. Введение в технологию синхронной иерархии SONET/SDH 9

Лекция №3. Схемы мультиплексирования потоков в SDH..................... 13

Лекция №4. Формирование фреймов STM-N в SDH............................... 21

Лекция №5. Состав сети SDH.................................................................... 31

Лекция №6. Топологии и архитектура сетей SDH.................................. 40

Лекция №7. Синхронизация сетей SDH.................................................. 50

Лекция №8. Система контроля и управления сетью SDH....................... 64

Лекция №9. Аппаратная реализация сетевых элементов сетей SDH...... 75

Лекция №10. Проектирование сети SDH.................................................. 83

Лекция №11. Системы SDH следующего поколения (Next Generation

                  SDH, NG SDH).................................................................... 94

Лекция №12. Спектральное уплотнение каналов – WDM Сети DWDM 103

Лекция №13. Оптические транспортные сети (Optical Transport

                   Network, OTN)................................................................ 116

Лекция №14. Сети Frame Relay (FR)...................................................... 124

Лекция №15. Асинхронный метод переноса (Asynchronous Transfer

                  Mode, АТМ)...................................................................... 147

Лекция №16. Технология многопротокольной коммутации с помощью

                   меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS)................ 155

Лекция №17. Технология сетей абонентского доступа......................... 179

Список литературы................................................................................. 191

 

Введение

 

Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, с помощью которой можно достаточно быстро и гибко организовать постоянный канал с двухточечной топологией между двумя пользовательскими устройствами, подключенными к такой сети. В первичных сетях применяется техника коммутации каналов. На основе каналов, образованных первичными сетями, работают наложенные компьютерные или телефонные сети. Каналы, предоставляемые первичными сетями своим пользователям, отличаются высокой пропускной способностью — обычно от 2 Мбит/с до 10 Гбит/с.

Существует несколько поколений технологий первичных сетей:

· плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH);

· синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH);

· уплотненное волновое мультиплексирование (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM);

· оптические транспортные сети (Optical Transport Network, OTN) — данная технология определяет способы передачи данных по волновым каналам DWDM.

В технологиях PDH, SDH и OTN для разделения высокоскоростного канала применяется временнбе мультиплексирование (TDM), а данные передаются в цифровой форме. Каждая из них поддерживает иерархию скоростей, так что пользователь может выбрать подходящую ему скорость для каналов, с помощью которых он будет строить наложенную сеть.

Технологии OTN и SDH обеспечивают более высокие скорости, чем технология PDH, так что при построении крупной первичной сети ее магистраль строится на технологии OTN или SDH, а сеть доступа — на технологии PDH.

Сети DWDM не являются собственно цифровыми сетями, так как предоставляют своим пользователям выделенную волну для передачи информации, которую те могут применять по своему усмотрению - модулировать или кодировать. Техника мультиплексирования DWDM существенно повысила пропускную способность телекоммуникационных сетей, так как она позволяет организовать в одном оптическом волокне несколько десятков волновых каналов, каждый из которых может переносить цифровую информацию. В начальный период развития технологии DWDM волновые каналы использовались в основном для передачи сигналов SDH, то есть мультиплексоры DWDM были одновременно и мультиплексорами SDH для каждого из своих волновых каналов.

Впоследствии для более эффективного использования волновых каналов DWDM была разработана технология OTN, которая позволяет передавать по волновым каналам сигналы любых технологий, включая SDH, Gigabit Ethernet и 10G Ethernet.

Лекция №1

Общая харакктристика PDH

 

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал основного цифрового кнала (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/с, а на выходе формируется поток данных со скоростями n × 64 кбит/с. К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла.

В начале 80-х годов было разработано 3 таких системы (в Европе, Северной Америке и Японии). Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий.

В первой из них, принятой в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с (фактически n = 24, т.е. двадцать четыре цифровых телефонных канала 64 кбит/с, а для передачи данных - 24 информационных канала 64 кбит/с). Во второй, принятой в Японии, использовалась та же скорость для DS1. В третьей, принятой в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с (формально n = 32, фактически n = 30, т.е. в качестве информационных используется тридцать телефонных или информационных каналов 64 кбит/с плюс два канала сигнализации и управления по 64 кбит/с).

Согласно стандарту, разработанному Комитетом по стандартизации ITU-Т (МСЭ-T), первая иерархия, порожденная скоростью 1544 кбит/с, дает последовательность: Т1 - Т2 - Т3 или: 1544 - 6312 - 44736 кбит/с (часто цитируется ряд приближенных величин 1.5 - 6 - 45 - 274 Мбит/с), что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, 1=7. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96 и 672 канала DS0.

Вторая (Японская) PDH иерархия, порожденная скоростью 1544 кбит/с, дает последовательность J1 - J2 - J3 - J4 или 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с (ряд приближенных величин составляет 1.5 - 6 - 32 - 98 Мбит/с), что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, 1=5, k=3. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96, 480 и 1440 каналов DS0.

Третья иерархия, порожденная скоростью 2048 кбит/с, дает последовательность Е1 - Е2- ЕЗ - Е4 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 кбит/с (ряд приближенных величин составляет 2 - 8 - 34 - 140 Мбит/с), что соответствует ряду коэффициентов n=30 (32), m=4, 1=4, k=4, (т.е. коэффициент мультиплексирования в этой иерархии выбирался постоянным и равным 4). Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 30, 120, 480 и 1920 каналов DS0, что отражается и в названии ИКМ систем: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т.д.

В каждом и стандартов цифровые каналы 0-го, 1-го, 2-го, 3-го и 4-го уровней иерархии носят нвзвания: основной цифровой канал (ОЦК), первичный цифровой канал (ПЦК), вторичный цифровой канал (ВЦК), третичный цифровой канал (ТЦК) и четвертичный цифровой канал (ЧЦК).

Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Три схемы цифровых иерархий: американская (АС), японская (ЯС) и европейская (ЕС)

 

Уровень цифровой иерархии	АС			ЯС			ЕС
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
Первичный	T1	1,5	24	J1	1,5	24	E1	2	30
Вторичный	T2	6	96	J2	6	96	E2	8	120
Третичный	T3	45	672	J3	32	480	E3	34	480
Четвертичный				J4	98	1440	E4	140	1920

 

1 – обозначение; 2 – скорость передачи, Мбит/с; 3- количество ОЦК.

 

При формировании цифровых сигналов первого уровня применяется метод мультиплексирования с чередованием октетов или байтов. Однако, на более высоких уровнях иерархии, из-за отсутствия жесткой синхронизации приемника и передатчика, используется мультиплексирования с чередованием бит (а не байт), что не обеспечивает идентификацию байтов или групп байтов каждого канала в общем потоке. В этом методе мультиплексор, например, второго,уровня формирует выходную цифровую последовательность (со скоростью 8 Мбит/с - ЕС) путем чередования бит входных последовательностей от разных каналов (для ЕС - каналы Е1).

Так как мультиплексор не формирует структуры, которая могла бы быть использована для определения позиции бита каждого канала, а входные скорости разных каналов могут не совпадать, то используется внутренняя побитовая синхронизация, при которой мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем добавления нужного числа выравнивающих бит в каналы с относительно меньшими скоростями передачи. Благодаря этому на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая последовательность. Информация о вставленных битах передается по служебным каналам, формируемым отдельными битами в структуре фрейма. На последующих уровнях мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного (т.е. почти синхронного).

Кроме синхронизации, на уровне мультиплексора второго порядка также происходит формирование фреймов и мультифреймов, которые позволяют структурировать последовательность в целом. Например, Е2 (8448 кбит/с) длина фрейма равна 1056 бит, при естественном сохранении частоты повторения фрейма 8000 Гц. Мультифрейм соответствует 12 фреймам. Формирование фреймов и мультифреймов и их выравнивание особенно важно для локализации на приемной стороне каждого фрейма, что позволяет в свою очередь получить информацию о сигнализации и кодовых группах контролирующих избыточных кодов CRC и информацию служебного канала данных.

С использованием современных методов ИКМ (например дифференциальной ИКМ - ДИКМ) можно использовать скорость 32 кбит/с для передачи одного речевого канала, что приводит к схемам каналов Т1 или Е1, несущих 48 или 60 телефонных каналов.

Кроме передачи телефонного трафика, PDH-системами можно пользоваться для передачи данных.

 

Лекция №2.

Введение в технологию
синхронной иерархии SONET/SDH

 

Общая характеристика SDH

 

Указанные в предыдущей лекции недостатки PDH и желание их преодолеть привели к разработке в США еще одной иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС).

Основным отличием SDH от PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. В системах SDH производится синхронное побайтное мультиплексирование/ демультиплексирование, SDH ориентирована на оптические среды передачи сигналов (электрические или радиорелейные применяются реже). и использующая технологию инкапсуляции данных.

Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости — STM-1 155,52 Mбит/с.

Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Скорости передач иерархии SDH

 

Уровень SDH.	Скорость передачи
STM-1	155 Мбит/с
STM-4	622 Мбит/с
STM-16	2,5 Гбит/с
STM-64	10 Гбит/с
STM-256	40 Гбит/с

 

Синхронные сети имеют ряд преимуществ перед плезиохронными, основные из них следующие:

— 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 кабели (ВОК), передача по которым практически не подвержены действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространение 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 представлен ~ считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;

— прозрачности для передачи любого трафика - факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика, сформированного другими технологиями, например,Frame Relay, ISDN, АТМ, Ethernet;

— универсальность применения - технология может быть использована как для создания глобальных сетей или глобальной магистрали, передающей из точки в точку тысячи каналов со 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 одна группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

 

Лекция №3.

Пример формирования модуля STM -1 из триба Е1 (редакция ETSI)

 

На рис. представлен пример логической схемы формирования модуля STM-1 из потока трибов Е1 по схеме ETSI.

 

Рисунок - Пример формирования модуля STM-1 из триба Е1 (редакция ETSI)

 

На рисунке символ  означает операцию конкатенации (физической или логической пристыковки) заголовка или указателя к другим элементам схемы мультиплексирования SDH, а символ  означает операцию мультиплексирования с соответствующим коэффициентом, указанным внутри.

Ииз канала доступа, питаемого трибом Е1 формируется контейнер С-12. Его поток 2,048 Мбит/с удобно представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, циклически повторяющейся с частотой 8 кГц, т.е. с частотой повторения фрейма STM-1.

К этой последовательности в процессе формирования С-12 возможно добавленение выравнивающих бит, а также других фиксирующих, управляющих и упаковывающих бит (условно показанных блоком "биты"). Ясно, что емкость С-12 должна быть больше 32 байт, фактически она в зависимости от режима преобразования VC-12 в TU-12 будет больше или равна 34 байтам. Для простоты примем размер контейнера С-12 равным 34 байтам.

Далее к контейнеру С-12 добавляется маршрутный заголовок VC-12 РОН длиной в один байт с указанием маршрутной информации, используемой, в основном, для сбора статистики прохождения контейнера. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт.

Формально добавление указателя TU-12 PTR длиной в один байт к виртуальному контейнеру VC-12, превращает его в трибный блок TU-12 длиной 36 байтов (логически это представить в виде двумерной таблицы (матрицы) или фрейма 9х4 байтов, учитывая, что окончательная структура - модуль STM-1 - также представляется в виде фрейма 9х270 байтов с 9 строками и 270 столбцами).

Последовательность трибных блоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования 3:1 превращается в группу трибных блоков TUG-2 с суммарной длиной последовательности 108 байтов (36х3 = 108). Логически структуру TUG-2 также удобнее представить в виде фрейма 9х12 байтов.

Последовательность TUG-2 подвергается повторному байт-мультиплексированию 7:1, в результате которого формируется группа трибных блоков TUG-3. Фактически TUG-3 соответствует фрейму 9х86, в начале которого добавляется два столбца (2х9 байтов), состоящие из поля индикации нулевого указателя - NPI и фиксированного пустого поля (наполнителя) - FS. В результате формула образования TUG-3 принимает вид: TUG-3 = 7 х TUG-2 + NPI + FStug-3. Таким образом, фрейм TUG-3 имеет длину 774 байта (7х108+3+15=774), что соответствует фрейму 9х86 байтов.

Полученная последовательность вновь байт-мультиплексируется 3:1, в результате чего формируется последовательность блоков TUG-3 с суммарной длиной 2322 байта (774х3 = 2322).

Происходит формирование виртуального контейнера верхнего уровня VC-4 в результате добавления к полученной последовательности маршрутного заголовка РОН длиной 9 байтов (один столбец размером 1х9 байтов), что приводит к фрейму длиной в 2331 байтов (2322+9 = 2331) и двух столбцов фиксированного пустого поля FS. В результате формула образования VC-4 имеет вид:

VC-4 = 3 х TUG-3 + РОН_VC-4 + FS_VC-4.

Таким образом, фактически VC-4 имеет длину 2349 байтов (3х774+9+2х9=2349), что соответствует фрейму 9х261 байт.

На последнем этапе происходит формирование синхронного транспортного модуля STM-1. При этом сначала формируется AU-4, путем добавления указателя AU-4 PTR, длиной 9 байтов, который располагается в SОН, а затем группа административных блоков AUG путем формального, в данном конкретном случае, мультиплексирования 1:1 AU-4. К группе AUG добавляется секционный заголовок SОН, который состоит из двух частей: заголовка регенераторной секции RSОH (формат 3х9 байтов) и заголовка мультиплексной секции МSОН (формат 5х9 байтов), окончательно формируя синхронный транспортный модуль SТМ-1, представляемый в виде кадра, имеющего длину 2430 байтов, или в виде фрейма 9 х 270 байтов, что при частоте повторения в 8 кГц соответствует скорости передачи 155,52 Мбит/с.

Таким образом, итоговая формула преобразования двоичного потока Е1 в схеме мультиплексирования по стандарту ETSI (символьный (верхний) вариант и численный (нижний) вариант, где значения приведены в байтах) имеет вид:

Лекция №4.

Лекция №5.

Состав сети SDH.

Мультиплексор.

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. они являются универсальными и гибкими устройствами, позволяющие решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказываеться возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рис.5.1). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рис.5.1). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал предачи еа обоих сторонах ("восточный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

 

 

Рисунок 5.1 - Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM.

 

Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рис. 5.2). Он используется для увеличения допустимого растояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это растояние составляет 15 - 40 км. для длины волны порядка 1300 нм или 40 - 80 км. - для 1500 нм.

Рисунок 5.2 - Мультиплексор в режиме регенератора

 

Концентраторы

Концентратор (хаб) используется в топологических схемах типа "звезда", представляет собой мультиплексор, объединяющий несколько, как правило однотипных (со стороны входных портов) потоков, поступающих от удаленных узлов сети в один распределительный узел сети SDH, не обязательно также удаленный, но связанный с основной транспортной сетью.

Этот узел может также иметь не два, а три, четыре или больше линейных портов типа STM-N или STM-N-1 (рис. 5.3) и позволяет организовать ответвление от основного потока или кольца (рис. 5.3а), или, наоборот, подключение двух внешних ветвей к основному потоку или кольцу (рис.5.3) или, наконец, подключение нескольких узлов ячеистой сети к кольцу SDH (рис. 5.3в). В общем случае он позволяет уменьшить общее число каналов, подключенных непосредственно к основной транспортной сети SDH. Мультиплексор распределительного узла в порте ответвления позволяет локально коммутировать подключенные к нему каналы, давая возможность удаленным узлам обмениваться через него между собой, не загружая трафик основной транспортной сети.

Коммутатор. Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рис. 5.4, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возиожность коммутировать собственные каналы доступа, (рис. 5.5), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами (рис. 5.5).

В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рис.5.6).

 

а)

 

 

 

б)

в)

 

Рисунок 5.3 – Синхронный мультиплексор в режиме концентратора

 

Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладываетограничений на процесс обработки других групп TU. такая коммутация называется неблокирующей.

 

Рисунок 5.4 - Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

 

Рисунок 5.5 - Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рисунок 5.6 - Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов

 

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором:

---маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера;

---консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора/хаба;

---трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка - мультиточка";

---сортировка или перегрупировка (drooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания несколких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;

---доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования;

---ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода;

 

Линейные тракты СЦИ

Линейный тракт СЦИ - это совокупность технических средств, обеспечивающих транспортирование сигналов STM-N между двумя последовательными синхронными мультиплексорами или кросс-коммутаторами.

Для линейных трактов СЦИ характерны следующие особенности:

• в качестве физической среды в линейных трактах СЦИ в основном используются одномодовые волоконно-оптические (ВО) линии и радиолинии;

• параметры волоконно-оптических линейных трактов (ВОЛТ) определены таким образом, чтобы обеспечивались поперечная совместимость, т.е. возможность использования на концах одной оптической секции аппаратуры разных фирм, а также продольная совместимость, т.е. возможность работы волоконно-оптических линейных трактов СЦИ и ПЦИ в одном кабеле;

• внутристанционные соединения для сигналов STM-1 могут выполняться с помощью коаксиального кабеля;

• в линейном тракте реализуются некоторые функции преобразования сигналов, а также расширенные функции контроля и управления.

Состав волоконно-оптического линейного тракта.

Эталонная конфигурация волоконно-оптического линейного тракта СЦИ приведена на рис. 5.7.

 

Рисунок 5.7 - Эталонная конфигурация волоконно-оптического линейного тракта СЦИ

 

На рис.5.7 отмечены эталонные точки C, S и R, в которых производится нормирование основных параметров линейного тракта:

- точка С - вход/выход функционального блока окончания регенерационной секции RST; эти блоки обрамляют регенерационную секцию и входят в ее состав;

- точка S - вход оптического волокна;

- точка R- выход оптического волокна.

Поскольку по определению волоконно-оптический линейный тракт СЦИ обеспечивает транспортирование сигналов STM-N между эталонными точками С двух последовательных синхронных мультиплексоров или кросс-коммутаторов, то он включает в себя оконечные части мультиплексоров: функциональные блоки окончаний регенерационных секций RST и физических интерфейсов SPI, оптические секции OS и промежуточные регенераторы.

Преобразование сигналов в ВОЛТ

В начале линейного тракта на вход функционального блока RST поступает сигнал STM-N, в котором не определены байты заголовка регенерационной секции RSOH. Этот заголовок создается и вводится в цикл STM-N в блоке RST.

Полностью сформированный цикл STM-N, за исключением байтов первой строки RSOH, скремблируется.

По скремблированному циклу STM-N в передающей части блока RST вычисляется код BIP-8, который передается в байте В1 следующего цикла и используется для контроля ошибок в регенерационной секции.

Скремблированный электрический сигнал STM-N в коде NRZ поступает на вход блока SPI, где он преобразуется в оптический сигнал STM-N и передается в оптическую секцию в коде NRZ.

В приемной части регенератора сигнал STM-N, поступающий с оптической секции, преобразуется в блоке SPI в электрический сигнал и регенерируется. Кроме того, в блоке SPI из принимаемого сигнала выделяется составляющая тактовой частоты и формируется последовательность тактовых импульсов.

Регенерированный сигнал STM-N и тактовые импульсы подаются в блок RST, где по сигналу тактовой частоты осуществляется синхронизация приемной части блока RST по тактам, а по сигналу цикловой синхронизации (байты А1, А2), выделенному из заголовка RSOH - фазирование по циклам.

Затем по всему циклу STM-N вычисляется код BIP-8, который используется для сравнения с байтом В1 следующего цикла; результат сравнения (количество блоков с ошибками за цикл STM-N) передается в систему контроля и управления.

После вычисления кода BIP-8 сигнал дескремблируется; из восстановленного сигнала STM-N выделяются и используются байты RSOH.

В передающей части регенератора создается и вводится новый заголовок RSOH для следующей регенерационной секции. И так до конца линейного тракта.

В случае пропадания входного сигнала (LOS), потере цикловой синхронизации (LOF) или несовпадении байтов J0 (TIM) регенератор формирует нормальный заголовок RSOH, а остальные биты цикла STM-N заменяет единицами, т.е. передает сигнал индикации аварийного состояния мультиплексной секции (MS-AIS).

   При передаче сигнала MS-AIS регенератор синхронизируется от внутреннего генератора.

Классификация оптических интерфейсов

В рек. G.957 для трех уровней STM-N определены следующие категории оптических секций СЦИ:

- внутристанционные;

- короткие межстанционные;

- длинные межстанционные секции.

Внутри каждой категории возможны оптические секции с различными длинами волн и типами волокна для трех уровней STM-N. В результате установлено 18 кодов применения оптических интерфейсов.

Код применения состоит из трех символов.

Первый символ определяет тип секции:

• I - внутристанционные с длинами менее 2 км;

• S - короткие межстанционные с длинами примерно 15 км;

• L - длинные межстанционные секции - примерно 40 км в окне 1310 нм и 80 км в окне 1550 нм.

Второй символ определяет уровень синхронного транспортного модуля, например: 1, 4, 16.

Третий символ определяет тип источника излучения волны:

• 1 - источник излучения волны номинальной длины 1310 нм для одномодовых оптических волокон в соответствии с рек. G.652;

• 2 - источник излучения волны номинальной длины 1550 нм для для одномодовых оптических волокон в соответствии с рек. G.652 при использовании на небольшое расстояние и для одномодовых оптических волокон с минимизированными потерями в соответствии с рек. G.652 и G.654 при использовании на большие расстояния;

• 3 - номинальная длина волны источника излучения 1550 нм для оптических волокон со смещенной дисперсией в соответствии с рек. G.653.

Классификация оптических интерфейсов по кодам применения приведена в таблице 5.1.

Указанные в таблице 5.1 длины секций используются только для классификации. Реальная длина регенерационных секций определяется параметрами аппаратуры (уровень передачи, чувствительность), а также параметрами кабеля (затухание, дисперсия) и может быть намного больше, особенно при использовании оптических усилителей

Для организации передачи на участках большой протяженности к установленным в Рек. G.957 типам оптических интерфейсов СЦИ в Рек.G.691 (01/ 2001) были добавлены новые: V (Very Long – очень длинный) и U (Ultra Long – сверхдлинный). Они предусматривают применение оптических усилителей: выходного (бустера) и/или предварительного усилителя на приеме. Интерфейсы типа U реализуются с одновременным использованием усилителей обоих видов, а типа V – какого-то одного из них.

 

Таблица 5.1 - Классификация стандартных оптических интерфейсов

 

Использование		Внутри	Между станциями
		станции	Короткая секция		Длинная секция
Номинальная длина волны источника (нм)		1310	1310	1550	1310	1550
Длина секции, км		£ 2	15		40	80
Уровни	STM-1	I-1	S-1.1	S-1.2	L-1.1	L-1.2	L-1.3
STM-N	STM-4	I-4	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2	L-4.3
	STM-16	I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3

 

Для оптических сигналов STM-16 и STM-64, используемых при мультиплексировании системами DWDM, возможно применение так называемых “цветных” (Coloured) интерфейсов в соответствии с Рек. G.692 (10/98). Они формируются с помощью высокостабильных лазеров с узкой полосой спектра излучения, характерных для DWDM. Это облегчает стыковку систем СЦИ и DWDM, поскольку сигналы с “цветных” интерфейсов могут непосредственно подвергаться оптическому мультиплексированию, исключая необходимость применения транспондеров, преобразующих оптические сигналы.

 

Лекция №6

Топологии сети SDH

 

Существует базовый набор стандартных топологий SDH. Ниже рассмотрены такие базовые топологии.

Топология "точка-точка".