Лекции по Вычислительным системам, сетям и телекоммуникациям   

13. Принципы построения транспортных сетей

13.2. Цифровая первичная сеть

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи.

Первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Рассмотрим ту часть первичной сети, которая связана с передачей информации в цифровом виде.

Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую

-       цикловую структуру сигнала,

-       тип линейного кода.

Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок.

Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала.

Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи) - рис. 13.4.

Рисунок 13.4 - Физические среды передачи первичной сети

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи, откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали общим стандартам.

Современная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий:

-         плезиохронной иерархии (PDH),

-         синхронной иерархии (SDH),

-         асинхронного режима передачи (ATM).

Рисунок 13.5 - Технологии цифровой первичной и их место сети в системе электросвязи

Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.

Рассмотрим более подробно историю построения и отличия плезиохронной и синхронной цифровых иерархий.

Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из:

-       узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже),

-       регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах,

-       цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети.

Схемы плезиохронных цифровых систем (ПЦС) были разработаны в начале 80-х. Всего их было три:

1) принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность вида: 1544 - 6312 - 44736 - 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);

2) принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 - DS2 - DSJ3 - DSJ4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;

3) принята в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 - E2 - E3 - E4 - E5 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 - 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

Комитетом по стандартизации ITU-T был разработан стандарт, согласно которому:

-       были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий (рис. 13.5);

-       последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

Рисунок 13.4 - Мультиплексирование цифровых потоков ПЦС (PDH)

Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 13.1.

Однако технология PDH обладала рядом недостатков, а именно:

-       затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;

-       отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;

-       многоступенчатое восстановление синхронизации требует достаточно большого времени.

Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.

Таблица 13.1. Три схемы ПЦС: американская (АС); японская (ЯС); европейская (ЕС)

Уровень цифровой
иерархии

Скорости передач, соответствующие
различным схемам цифровой иерархии [
кбит/с]

AC: 1544 кбит/с

ЯС: 1544 кбит/с

EC: 2048 кбит/с

0

64

64

64

1

1 544

1 544

2 048

2

6 312

6 312

8 448

3

44 736

32 064

34 368

4

---

97 728

139 264

Указанные недостатки PDH, а также ряд других факторов привели к разработке в США ещё одной иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Но из-за неудачно выбранной скорости передачи для сетей SONET, было принято решение отказаться от создания SONET, а создать на её основе SONET/SDH со скоростью передачи 51.84 Мбит/с. В результате 3 потока SONET/SDH соответствовали STM-1 иерархии SDH. Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 13.2.

Таблица 13.2. Скорости передач иерархии SDH

Уровень SDH.

Скорость передачи, Мбит/с

STM-1

155,520

STM-4

622,080

STM-8

1244,160

STM-12

1866,240

STM-16

2487,320

Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.

Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования.

Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов.

Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/ демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH - усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

Таблица 13.3 - Сравнительный анализ технологий АТМ и SDH

Характеристики сетей

ATM

SDH

Скорость передачи информации

2 Мбит/с … 2,5 Гбит/с

2 Мбит/с … 10 Гбит/с

Способ установления соединения

Коммутируемые и постоянные виртуальные каналы

Постоянные соединения

Ширина полосы пропускания

По требованию

2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 155 Мбит/с, 622 Мбит/с

Динамич. распред. полосы пропускания

Да

Нет

Набор услуг, предоставляемых сетью

Широкий набор служб для передачи трафика различного рода

Выделенные каналы с постоянной пропускной способностью и гарантированным временем задержки

Управление сетью

С использованием SNMP, установление соединений, выбор маршрутов передачи трафика лежат на АТМ-коммутаторах

С использованием внутренних протоколов производителя оборудования, выбор маршрутов, определение альтернативного маршрута при нарушениях в каналах

Технология ATM отличается от технологий PDH и SDH тем, что охватывает не только уровень первичной сети, но и технологию вторичных сетей, в частности, сетей передачи данных и широкополосной ISDN (B-ISDN). В результате при рассмотрении технологии ATM трудно отделить ее часть, относящуюся к технологии первичной сети, от части, тесно связанной со вторичными сетями.

В таблице 13.3 приведены ключевые отличия технологии АТМ от SDH. К ключевым отличиям стоит отнести наличие встроенных механизмов обеспечения качества обслуживания и динамическое выделение каналов с заданной пропускной способностью для обслуживания пользователей. Это позволяет обеспечить гибкое управление телекоммуникационным ресурсом и гарантировать требуемое качество обслуживание пользователей.

Международным союзом электросвязи ITU-T предусмотрены рекомендации, стандартизирующие скорости передачи и интерфейсы систем PDH, SDH и ATM, процедуры мультиплексирования и демультиплексирования, структуру цифровых линий связи и нормы на вероятностно-временные параметры (рис. 13.5).

Рисунок 13.5 - Стандарты первичной цифровой сети, построенной на основе технологий PDH, SDH и ATM

Рассмотрим основные тенденции в развитии цифровой первичной сети. В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Если в области средств связи этот переход не столь явный (в случае малого трафика по-прежнему используются системы PDH), то в области эксплуатации тенденция к ориентации на технологию SDH более явная. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH. Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 (2048 кбит/с) является основным каналом, используемым в сетях цифровой телефонии, ISDN и других вторичных сетях.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.