Обобщенная схема мультиплексирования потоков в SDH (первая редакция)

 

Разработанная с учетом указанных общих принципов стандартная схема инкапсуляции PDH грибов в контейнеры и их последующего мультиплексирования при формировании модуля STM-1 первоначально имела вид, представленный на рис.2 [редакция 1988г.].

 

 

Рисунок 2 – Обобщенная схема мультиплексирования PDH трибов в технологии SDH (первая редкция)

 

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

Контейнеры С-п служат для инкапсуляции (размещения с целью последующего переноса) соответствующих сигналов каналов доступа или трибов, питающих их входы.. Уровни контейнера n соответствуют уровням PDH иерархии, т.е. n=1,2,3,4, а число типоразмеров контейнеpa N должно быть равно числу членов объединенного стандартного ряда, т.е. 7. Эти числа согласованы, так как четвертый уровень PDH по стандарту имеется только у ЕС иерархии, т.е. С-4 инкапсулирует Е4, а контейнеры С-1,2,3 должны быть разбиты каждый на два подуровня, для инкапсуляции соответствующих грибов AC и ЕС иерархий.

Итак, имеем:

- Т-n, Е-n - стандартные каналы доступа или трибы уровня n (в терминологии связистов "компонентные сигналы") - входные потоки (или входы) SDH мультиплексора, соответствовующие обьединеному стандартному ряду АС и ЕС иерархий PDH, приведенному выше.

- С-n - контейнер уровня п - элемент SDH, содержащий триб Т-n, т.е. несущий в себе информационную нагрузку соответствующего уровня иерархии PDH; контейнеры уровня п разбиваются на следующие контейнеры подуровней С-nm:

· С-1 - разбивается на контейнер С-11, инкапсулирующий триб Т1=1.5 Мбит/с, и контейнер С-12, инкапсулирующий триб Е1=2 Мбит/с;

· С-2 - разбивается на контейнер С-21, инкапсулирующий триб Т2=6 Мбит/с и контейнер С- 22, инкапсулирующий триб Е2=8 Мбит/с;

· С-З - разбивается на контейнер С-31, инкапсулирующий триб Е3=34 Мбит/с и контейнер С- 32, инкапсулирующий триб Т3=45 Мбит/с;

· С-4 не имеет контейнеры подуровней и инкапсулирует триб Е4=140 Мбит/с. В первом варианте стандарта G.708 [редакция 1988] контейнеры С-n предназначались не только для инкапсуляции PDH грибов, но и других (тогда еще не конкретизированных) широкополосных сигналов.

Контейнеры можно рассматривать в качестве первых элементов в номенклатуре элементов иерархи и SDH. К контейнеру (как и к любому пакету, подлежащему отправлению по некоторому маршруту) добавляется маршрутный заголовок. В результате от превращается в виртуальный контейнер VC уровня n, т.е. VС-n. В номенклатуре элементов иерархии SDH существуют следующие виртуальные контейнеры:

- VC-1, VC-2 - виртуальные контейнеры нижних уровней или 2 и VC-З, VC-4 - виртуальные контейнеры верхних уровней 3 или 4 - элементы SDH, структура которых или формат достаточно прост и определяется формулой: POH + PL, где POH - маршрутный заголовок (в терминологии связистов трактовый заголовок); PL - полезная нагрузка.

Виртуальные контейнеры VC-1,2,3 уровней 1, 2, 3, также как и контейнеры С-1,2,3, разбиваются на виртуальные контейнеры подуровней nm, т.е. VC-nm, а именно:

· VC-1 разбивается на VC-11 и VC-12;

· VC-2 разбивается на VC-21 и VC-22;

· VC-3 разбивается на VC-31 и VC-32.

Поля PL и POH формата виртуального контейнера как логического элемента имеют вид:

· PL - поле различного (в зависимости от типа виртуального контейнера) размера, формат которого имеет двумерную структуру по типу фрейма вида 9xm (9 строк, m столбцов); это поле формируется либо из контейнеров соответствующего уровня (например, для виртуальных контейнеров VС-1,2 оно формируется из контейнеров С-1,2 соответственно), либо из других соответствующих элементов структуры мультиплексирования SDH;

· POH - поле, размером не более 9 байт, формат которого имеет двумерную структуру вида 1хп (например, формат 1х9 байт для VC-4 или VC-32 и формат 1х6 байт для VC-31); это поле составлено из различных по назначению байтов.

- TU-n - трибные блоки уровня n (п=1,2,3) (в терминологии связистов субблоки) - элементы структуры мультиплексирования SDH, формат которых прост и определяется формулой: PTR + VC, где PTR - указатель трибного блока (TU-n PTR), относящийся к соответствующему виртуальному контейнеру, например, TU-1 = (TU-1 PTR) + VC-1. Трибные блоки уровня n, как и виртуальные контейнеры, делятся на грибные блоки подуровней nm, т.е. TU-nm, а именно:

· TU-1 разбивается на TU-11 и TU-12;

· TU-2 разбивается на TU-21 и TU-22;

· TU-3 разбивается на TU-31 и TU-32.

- TUG-п - группа трибных блоков уровня n (первоначально использовался только уровень 2, а затем добавился уровень 3), формируемая в результате мультиплексирования нескольких трибных блоков.

- TUG-2 - группа трибных блоков уровня 2 - элемент структуры мультиплексирования SDH, формируемый путем мультиплексирования грибных блоков TU-1,2 со своими коэффициентами мультиплексирования; TUG-2 также, как и TU-1,2 разбивается на 2 подуровня - TUG-21 и TUG-22.

Виртуальные контейнеры верхних уровней VC-3,4 позволяют сформировать соответствующие административные блоки:

AU-3 - административный блок уровня 3 - элемент структуры мультиплексирования SDH формата PTR + PL, разбивается на два подуровня AU-31 и AU-32, полезная нагрузка которых PL формируются из виртуального контейнера VC-31 или VC-32 соответственно;

PTR - указатель административного блока - AU-3 PTR (AU-31 PTR или AU-32 PTR) определяет адрес начала поля полезной нагрузки, а именно VC-31, VC-32 в результате получаем:

AU-31 = AU-31 PTR + VC-31;

AU-32 = AU-32 PTR + VC-32.

AU-4 - административный блок уровня 4 - элемент структуры мультиплексирования SDH формата PTR + PL, не имеет подуровней, PTR - указатель административного блока - AU-4 PTR (поле формата 9х1 байтов, соответствующее четвертой строке поля секционных заголовков SOH фрейма STM-N), определяет адрес начала поля полезной нагрузки; полезная нагрузка PL формируются либо из виртуального контейнера VC-4 (прямой вариант схемы мультиплексирования), либо в результате мультиплексирования другими возможными путями, а именно: AU-4 формируется как 1xVC-4 или 4xVC-31, или ЗxVC-32, или 21xTUG-21, или 16xTUG-22, причем фактически для передачи VC-31,32 и TUG-21,22 используется поле полезной нагрузки VC-4, в котором при размещении VC-32 и TUG-22 четыре левых столбца (4х9 байтов), а при размещении TUG-21 - восемь столбцов (8х9 байт), используются под фиксированные выравнивающие наполнители.

AUG - группа административных блоков - элемент структуры мультиплексирования SDH, появившийся во второй публикации стандарта G.709 [редакция 1991], формируется путем мультиплексирования административных блоков AU-3,4 с различными коэффициентами мультиплексирования: AUG формируется как 1xAU-4 или 4xAU-31, или ЗxAU-32; AUG затем и отображается на полезную нагрузку STM-1.

SТМ-1- синхронный транспортный модули - основной элемент структуры мультиплексирования SDH, имеющий формат вида: SOH + PL, где SOH - секционный заголовок два поля в блоке заголовка размером 9х9 байтов (структуру SOH см. ниже), PL - полезная нагрузка, формируемая из группы административных блоков AUG (в схеме первой публикации стандарта [ редакция 1988), вместо связки блоков AUG и STM-1 был только модуль STM-1, описанный как блок, формируемый путем мультиплексирования AU-3,4 с различными коэффициентами мультиплексирования (то, что делает сейчас блок AUG) и добавления секционного заголовка SOH).

Синхронные транспортные модули STM-1 могут быть, мультиплексированы с коэффициентом N в синхронный транспортный модуль STM-N для последующей передачи по каналу связи.

Рассмотренная схема охватывает все возможные варианты формирования STM-1 и допускает на входе все стандартные PDH трибы, но она достаточно сложна, хотя бы потому, что число возможных путей формирования велико. Например, если рассмотреть на этой схеме возможные пути формирования STM-1 из грибов 2 Мбит/с, то их окажется семь.

 

2.Обобщенная схема мультиплексирования потоков в SDH
 (третья редакция)

 

Указанная многовариантность и сложность формирования модуля STM-1, предложенная в первой редакции, ставила в трудное положение производителей оборудования SDH и отрицательно сказалось на его унификации, а также номенклатуре поддерживаемых PDH грибов. Наименьшую поддержку получили трибы Е2 и Т2. Триб Е2 был исключен из списка обязательных уже во второй редакции (1991), а триб Т2 остался в третьей редакции (1993 г.) только в обобщенной схеме мультиплексирования SONET/SDH и был исключен комитетом ETSI из с писка обязательных в европейском варианте обобщенной схемы мультиплексирования SDH. Показательным в этом плане является номенклатура трибов оборудования SDH: триб Т2 не включен как обязательный ни в одну спецификацию восьми крупнейших производителей SDH оборудования. То же можно сказать и о девятом производителе - Nokia (Финляндия).

Другим фактором, порождающим многовариантность, было допущение кросс мультиплексирования, т.е. отображения TUG-21 на VC-31, а также отображения TUG-21 и TUG-22 непосредственно на VC-4 с различными коэффициентами мультиплексирования: 5, 21 и 16. Для уменьшения многовариантности схема мультиплексирования в редакциях стандартов G.708 и G.709 была упрощена.

На рис. 3 представлена третья редакция (1993г.) схемы мультиплексирования SDH, предложенная в обобщенном виде в стандарте G.708 и в более подробном виде в стандарте G.709. Основными отличиями этой схемы от схемы первой редакции являются:

— отсутствие триба E2 (отображаемого в контейнер С-22) и связанных с ним блоков VC-22 и TU-22 (контейнер С-21, виртуальный контейнер VC-21 и блок TU-21 представлены как С-2, VC-2 и TU-2 соответственно);

— появление блока TUG-3 и замыкание на него выхода блока TUG-2 (потеря симметрии, т.е. связей TUG-21 - VC-4 и TUG-22 - VC-4);

— несимметричное использование TU-3 в связке с VC-3 только для ветви: С-З - триб E3/ТЗ (вместо симметричной схемы TU-31/TU-32 - VС-31/VC-32) и отсутствие в связи с этим возможности кросс-мультиплексирования, осуществляемого по связи TUG-21 - ЧС-31, ввиду ее отсутствия.

Указанные упрощения привели к тому, что теперь от семи возможных путей формирования STM-1 из грибов Е1 (2 Мбит/с) осталось только два.

 

 

Рисунок 3 - Обобщенная схема мультиплексирования PDH трибов в технологии SDH (первая ITU-T 1993г.)

 

Эти упрощения становятся еще более очевидными, если учесть, что указанная схема является общей, объединяющей две схемы мультиплексирования: европейскую схему мультиплексирования SDH, предложенную Институтом стандартов ЕТSI (рис. 4), и американскую схему мультиплексирования SONET/SDH, которую можно вычленить из общей схемы и представить в виде подсхемы на рис. 5. Эти две схемы отличаются тем, что у них отсутствует вариантность в формировании SТМ-1 из набора допустимых грибов.

 

 

Рисунок 4 – Схема мультиплексирования PDH трибов в технологии SDH (редакция ETSI 1992 г.)

 

Для триба Е1 вариант формирования STM-1 по схеме ETSI (рис. 4) имеет вид:

Е1 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-2 - TUG-3 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1,' а по схеме SONET/SDH (рис. 2-5) имеет вид:

Е1 - С-12 - VС-12 - TU-12 - TUG-2 - VC-3 - AU-3 - AUG - SТМ-1.

 

 

Рисунок 5 – Схема мультиплексирования PDH трибов в технологии SONET/SDH (редакция 1993 г.)

 

Итак, на сегодняшний день общая схема мультиплексирования SDH приобрела окончательный вид, зафиксированный в публикации так называемой Белой книги рекомендаций ITU-Т (МСЭ-T), а европейская интерпретация этой схемы зафиксирована в публикации ETSI.

 

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.