1. Термины, определения и обозначения SDH
2. Формирование виртуальных контейнеров и функции заголовков РОН
2.1. Виртуальный контейнер VC-12
3. Синхронный транспортный модуль STM-N
4. Формирование указателей PTR
4.1. Указатели административных блоков AU-n
5. Спецификация уровней и сигналов обслуживания в сети SDH
5.1. Спецификация уровней сети SDH
6. Возможности конкатенации в SDH
Введение
Развитие сетей связи последнего времени обусловлено изменением структуры и объема трафика передачи речевых сигналов и данных. Наблюдается рост передачи данных, что требует от операторов поиска новых путей взаимодействия через оптические сети, где преобладает технология SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network). Эта технология приемлема для передачи речевых сигналов и менее пригодна для передачи крупных объемов данных. Чем выше иерархический уровень SDH/SONET, представляемый синхронным транспортным модулем STM-N (Synchronous Transport Module order N), где N = 1, 4, 16, 64, 256, тем ощутимее накладные непроизводительные расходы на обработку административной информации. Более того, несмотря на совершенствование оптического спектрального мультиплексирования WDM (Wavelength Division Multiplexing), SDH/SONET по-прежнему имеет дело только с одним оптическим каналом. При этом системы передачи WDM и SDH/SONET остаются самостоятельными по своей организации и управлению, т.е. представляют разные идеологии построения сетей. Для упрощения процессов предоставления ресурсов транспортных сетей пользователям сектор Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т, ITU-T – International Telecommunication Union – sector of Telecommunication) разработал ряд стандартов в серии G.XXX и I.XXX под общим названием "Транспортные сети"(G.805). Это транспортные сети: SDH (G.803), оптические транспортные сети OTN (Optical Transport Network, G.872), в основе которых находится оптическая транспортная иерархия OTH (Optical Transport Hierarchy, G.709) с определенными стандартными цифровыми блоками данных для переноса информации через оптическую сеть на основе WDM (G.692, G.694); оптическая сеть Ethernet (G.8010); транспортная сеть ATM (I.326). Также определены технологические протоколы, которые призваны улучшить использование ресурсов транспортных сетей (GFP, RPR, HDLC). Место новых технологических решений демонстрируется на рисунке В.1 и им уделено внимание в литературе [1,2,3,4].
В настоящее время на сети связи России поступает различное оборудование зарубежных производителей, например, Siemens SURPASShiT 7550 Multiwavelength transport system или Alcatel 1626 Light Manager, которое выполнено по технологии OTH.
Рисунок 1. Схема взаимодействия современных технологий транспортировки данных
IP, Internet Protocol – межсетевой протокол; RPR, Resilient Packet Ring (по IEEE 802.17) – самовосстанавливающееся пакетное кольцо; HDLC, High-Level Data Link Control – высокоуровневое звено управления передачей данных; ATM, Asynchronous Transfer Mode – асинхронный режим передачи; GFP, Generic Framing Procedure – общая процедура формирования кадра; SDH/SONET, Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network – синхронная цифровая иерархия/синхронная оптическая сеть; OTN, Optical Transport Network – оптическая транспортная сеть; OTH, Optical Transport Hierarchy – оптическая транспортная иерархия; WDM, Wavelength Division Multiplex – мультиплексирование с разделением по длине волны; CWDM, Coarse WDM – прореженное (грубое) мультиплексирование с разделением по длине волны; DWDM, Dense WDM – плотное WDM
1. Термины, определения и обозначения SDH
Синхронная цифровая иерархия SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – набор иерархических цифровых транспортных структур (циклов), стандартизированных для транспортировки соответственно адаптированной нагрузки для передачи через физическую сеть [5,6,7]. К иерархии цифровых структур относятся:
- синхронные транспортные модули STM-N (Synchronous Transport Module) порядка N = 0, 1, 4, 16, 64, 256;
- виртуальные контейнеры VC-n (Virtual Container) порядка n = 1, 2, 3, 4;
- административные блоки AU-n (Administrative Unit) порядка n = 3, 4;
- транспортные блоки TU-n (Tributary Unit) порядка n = 1, 2, 3;
- контейнеры С-n (Container) порядка n = 1, 2, 3, 4;
Эти цифровые структуры представлены во взаимной связи схемой мультиплексирования (рисунок 1.1).
STM представляет собой информационную структуру, используемую для соединения уровня секции передачи в сети SDH (рисунок 1.3). Базовая структура STM-N представлена тремя составляющими (рисунок 1.2):
- секционными заголовками SOH (Section Overhead);
- указателями административных блоков AU (Administration Unit pointers);
- информационной нагрузкой (Information Payload).
Такая структура образуется каждые 125 мкс и имеет емкость 270´ 9´ N байт (для N = 0 емкость 90´ 9 байт). Т.о. это цикл с байтовой структурой, который в технической литературе называют кадром или фреймом (frame).
В таблице 1.1 представлены иерархические уровни STM-N и соответствующие им скорости передачи.
Рисунок 1.1. Схема мультиплексирования SDH последнего поколения
Рисунок 1.2. Структура цикла STM-N
Таблица 1.1. Иерархия скоростей передачи в SDH
| Уровень STM-N | Иерархическая битовая скорость (кбит/с) |
| 0 | 51 840 |
| 1 | 155 520 |
| 4 | 622 080 |
| 16 | 2 488 320 |
| 64 | 9 953 280 |
| 256 | 39 813 120 |
Любая из иерархических скоростей STM-N вычисляется простой операцией умножения, например, STM-1 имеет емкость 270 ´ 9 = 2430 байт, которая повторяется 8000 раз за 1 секунду, а число бит составит 
бит/с. Другие иерархические скорости получаются умножением 155520000 ´N, т.е. на 4, 16, 64 и 256.
Усовершенствованным решением в последней стандартизации стало введение уровней STM-0 и STM-256, а также увеличение числа вариантов создания STM-N. При этом базовыми элементами остались виртуальные контейнеры, иерархия которых также расширилась за счет введения конкатенированных структур VC-4-4c, VC-4-16c, VC-4-64c и VC-4-256c, представленных в таблице 1.2.
С точки зрения стандартов на построение транспортных сетей STM-N и VC-n относятся к различным уровням сети (рисунок 1.3).
Таблица 1.2. Иерархия виртуальных контейнеров в SDH
| Тип VC | Скоростной режим, кбит/с | Полезная емкость, кбит/с |
| VC-11 | 1664 | 1600 |
| VC-12 | 2240 | 2176 |
| VC-2 | 6848 | 6784 |
| VC-3 | 48 960 | 48 384 |
| VC-4 | 150 336 | 149 760 |
| VC-4-4c | 601 344 | 599 004 |
| VC-4-16c | 2 405 376 | 2 396 160 |
| VC-4-64c | 9 621 504 | 9 584 640 |
| VC-4-256c | 38 486 016 | 38 338 560 |
Рисунок 1.3. Уровневая модель транспортной сети SDH
В уровневой модели транспортной сети SDH представлены не все компоненты схемы мультиплексирования SDH (рисунок 1.1), т.к. схема мультиплексирования не полностью реализуема в европейских стандартах, например, применительно к контейнерам С-11, С-2, представляющих американские стандартны. Положение VC-3 в качестве тракта верхнего или нижнего порядка определяется схемой мультиплексирования. Если VC-3 входит по схеме в VC-4, то его относят к нижнему порядку. Если VC-3 входит в AU-3, то его относят к верхнему порядку.
При этом он служит основой формирования для STM-0.
Виртуальные контейнеры VC-n, как и STM-N, представляют собой цифровые циклические структуры с байтовым построением. VC-n отличаются не только емкостью (таблица 1.2), но и временем формирования и рядом других показателей, о которых сообщается ниже. На рисунке 1.4 представлены примеры структур виртуальных контейнеров VC-12, VC-3, VC-4. Заголовки VC-n служат созданию трактов (маршрутов) транспортировки пользовательской нагрузки. В них определяются уникальные адреса источников и приемников данных, контроль качества передачи, обслуживание, управление и защита от повреждений.
Административные (AU-n) и транспортные (TU-n) блоки служат средствами адаптации различных цифровых структур друг к другу. Центральным элементом этих блоков являются указатели, т.е. цифровые блоки данных в которых записываются адреса начали размещения адаптируемой нагрузки, например, VC-4 размещается в AU-4, а VC-12 размещается в TU-12. С помощью указателей (поинтеров, PTR) согласуются различные по скорости передачи цифровые блоки. Благодаря этому VC-12 может смещаться в TU-12 без ухудшения качества доставки информации пользователя и, аналогично, VC-3, VC-4 соответственно в AU-3 и AU-4.
Структуры транспортных и административных блоков представлены на рисунках 1.5, 1.6, 1.7 и 1.8.
Рисунок 1.4. Примеры структур виртуальных контейнеров
Рисунок 1.5. Транспортный блок TU-12
Рисунок 1.6. Транспортный блок TU-3
Рисунок 1.7. Административный блок AU-3
Рисунок 1.8. Административный блок AU-4
Административный блок AU-n представляет собой структуру для адаптации между уровнем тракта верхнего порядка и уровнем секции мультиплексирования. Транспортный блок TU-n представляет собой информационную структуру для адаптации между уровнями трактов верхнего и нижнего порядков. В процессы адаптации входят также процедуры размещения данных в контейнеры С-n (Container). Контейнеры представляют собой информационные структуры, в которые записываются пользовательские данные и производится согласование скоростей на уровне каналов. Составным элементом каждого вида адаптации (TU-n, AU-n) служит группообразование, т.е. формирование информационных структур:
- группового транспортного блока TUG-n, n = 2, 3 (Tributary Unit Group);
- группового административного блока AUG-N, N = 4, 16, 64, 256 (Administrative Unit Group).
На рисунках 1.9, 1.10 представлено формирование TUG-n и AUG-n.
Рисунок 1.9. Формирование TUG-2 и TUG-3
В первой колонке балласта TUG-3 три верхних байта (рисунок 1.9) образуют индикатор нулевого указателя (NPI, Null Pointer Indication) при мультиплексировании TUG-3 из TUG-2. Индикатор NPI представляет собой фиксированный двоичный код, который позволяет отличить TUG-3 от блока TU-3 (рисунок 1.44), загружаемого виртуальным контейнером VC-3.
Рисунок 1.10. Формирование AUG-4xN из 4AUG-Ns
Способ формирования TUG-2, TUG-3, AUG-N единый, представляющий собой синхронное побайтовое мультиплексирование в интервале времени 125 мкс. TUG-2 формируется из 3-х четвертинок TU-12. TUG-3 формируется из 7 TUG-2. AUG-N формируется из 4, 16, 64 или 256 AUG ступенями синхронно побайтно (рисунок 1.1). Присоединение к AUG-N секционных заголовков SOH (рисунок 1.2) создает STM-N. Секционные заголовки RSOH и MSOH, соответственно секций регенерации и мультиплексирования, обеспечивают служебные сигналы уровня среды передачи сети SDH (рисунок 1.3).
Принципы формирования конкатенированных (сцепленных) блоков нагрузки VC-4-4c, VC-4-16c, VC-4-64c, VC-4-256c рассмотрены в последующих разделах.
Конкатенированные контейнеры и контейнеры представляют информационные структуры, формируемые для переноса пользовательской нагрузки. Каждый контейнер С-n, C-X-nс поддерживает различные виды согласования скоростей при загрузке и выгрузке данных пользователя. Например, асинхронная загрузка, синхронная по битам нагрузки, синхронная по байтам нагрузки, синхронная по циклам нагрузки и т.д. Контейнеры отличаются от виртуальных контейнеров отсутствием маршрутных заголовков, обозначаемых в документах РОН (Path Overhead).
Пример взаимосвязи ряда рассмотренных блоков SDH в цепочке Е1(цифровой поток на скорости 2048кбит/с), С-12, VC-12, TU-12, TUG-2, TUG-3, VC-4, AU-4, AUG-1, STM-1 приведен на рисунке 1.11.
Рисунок 1.11. Мультиплексирование блоков данных в STM-1
2. Формирование виртуальных контейнеров и функции заголовков РОН
К рассмотрению приняты виртуальные контейнеры VC-12, VC-3, VC-4, VC-4-Xc, применяемые на сетях связи Европы и России.
2.1. Виртуальный контейнер VC-12
Виртуальный контейнер VC-12 формируется путем присоединения трактового заголовка РОН к контейнеру С-12, который загружается в интервале времени 500 мкс одним из следующих способов:
- асинхронно цифровыми данными на скорости 2048 кбит/с с допуском отклонения 50 ррм (или 50´ 10–6);
- байт синхронно на скорости 2048 кбит/с;
- байт синхронно с размещением 31´ 64 кбит/с.
При любом из способов загрузки VC-12 имеет емкость 140 байт, из которых 4 байта образуют заголовок РОН (байты V5, J2, N2, K4). На рисунках 1.12, 1.13 и 1.14 представлены VC-12 с указанными способами загрузки. Кроме того, в VC-12 могут быть загружены ячейки АТМ (рисунок 1.15). При этом в его поле будут отсутствовать балластные байты, которые имеются в предыдущих вариантах.
Байт J2 используется для идентификации точек доступа тракта нижнего порядка. Он используется в 16 байтах подряд следующих VC-12.
Другие байты заголовка РОН VC-12 имеют следующее устройство и назначение.
Байт V5 (рисунок 1.16).
Рисунок 1.12. Асинхронная загрузка данных 2048 кбит/с в VC-12
D – биты и байты нагрузки; R – балластные биты и байты; 0 – биты заголовка; S1, S2 – биты согласования скоростей; С1, С2 – биты управления выравниванием скоростей; S1 – отрицательное согласование; S2 – положительное согласование; С1, С1, С1 = 111 – указание на отрицательное согласование (бит S1); С2, С2, С2 = 111 – указание на положительное согласование (бит S2)
| Рисунок 1.13 Байт синхронная загрузка данных 2048кбит/с поканально |
Рисунок 1.14 Байт синхронная загрузка данных 31´ 64 кбит/с |
Рисунок 1.15. Размещение ячеек АТМ в VC-12
Рисунок 1.16. Структура байта V5
BIP-2, Bit Interleaved Parity – паритет чередования бит, используемые для контроля ошибок; REI, Remote Error Indication – индикация ошибки удаленной стороны; RFI, Remote Failure Indication – индикация неисправности удаленной стороны; SL, Signal Label – метка сигнала; RDI, Remote Detect Indication – индикация дефекта удаленной стороны, вызванного неисправностью в TU-12, отсутствием сигнала на приеме и т.д.
Рисунок 1.17. Пример использования бит байта V5
Рисунок 1.18. Принцип действия процедуры обнаружения ошибок BIP
Таблица 1.3. Биты сигнальной метки SL VC-12
| Биты | Функциональное назначение | ||
| 5 | 6 | 7 | |
| 0 | 0 | 0 | Не оборудован |
| 0 | 0 | 1 | Резерв |
| 0 | 1 | 0 | Асинхронная загрузка 2048 кбит/с в С-12 |
| 0 | 1 | 1 | Бит синхронная загрузка для 1544 кбит/с |
| 1 | 0 | 0 | Байт синхронная загрузка 2048 кбит/с в С-12 |
| 1 | 0 | 1 | Бит установки сигнальной метки для К4 |
| 1 | 1 | 0 | Тестовый сигнал 0.181 |
| 1 | 1 | 1 | Аварийное состояние VC-12 (VC-AIS) |
Рисунок 1.19. Структура байта К4
ESL, Extended Signal Label – установка сигнальной метки согласованно с меткой (101) в битах 5, 6, 7 байта V5; LOVCon , Low Order Virtual Concatenation – виртуальная конкатенация нижнего порядка, индицируемая 32 разрядным кодом в последовательности из 32 канальных интервалов; APS, Automatic Protection Switching – автоматическое защитное переключение (функции изучаются); DL, Data Link – данные линии (функции изучаются)
В байте V5 биты REI, RFI и RDI называют битами обратного действия, а биты BIP-2 и SL прямого действия. Пример использования этих бит в тракте VC-12 представлен на рисунках 1.17, 1.18. Возможные состояния бит SL и их функциональная значимость приведены в таблице 1.3.
Байт К4 (рисунок 1.19) – возможность переключений на резервный тракт.
Бит ESL байта К4 служит продолжением метки загрузки байта V5. Бит переносит сообщения в 32-х подряд следующих VC-12, образуя сверхцикл. Первые 11 бит сверхцикла образуют слово синхронизации MFAS:
0111 1111 110.
С 12 по 19 биты сверхцикла содержат метку загрузки. Примеры некоторых меток приведены в таблице 1.4.
Бит 20 ESL указывает на нулевое заполнение VC-12. Биты с 21 по 32 зарезервированы.
Байт N2 (рисунок 1.20) – тандемное соединение.
Рисунок 1.20. Структура байта N2
BIP-2 (см. рисунок 1.18); AIS – индикация аварийного состояния; TC-REI, Tandem Connection REI – индикация блоков ошибок удаленной стороны тандемного соединения; OEI, Outgoing Error Indication – индикация блоковых ошибок по выходу; TC-API, Tandem Connection Access Point Identifier – идентификатор точки доступа тандемного соединения; TC-RDI, индикация дефекта удаленной стороны тандемного соединения; ODI, Outgoing Defect Indication – индикация дефекта на выходе, происхождение дефекта TU-AIS
Биты 7 и 8 байта N2 (контроля тандемного соединения в тракте VC-12) используются в 76 подряд следующих VC-12. Часть этих бит зарезервированы, но основная их часть отведена для сигналов API, RDI, ODI.
2.2. Виртуальный контейнер VC-3
Виртуальный контейнер VC-3 формируется путем присоединения трактового заголовка РОН к контейнеру С-3, который загружается в интервале времени 125 мкс асинхронно данными на скорости 34368 кбит/с с допуском отклонения ± 20 ppm.
Полная емкость VC-3 составляет 85 колонок байт в 9 строках, из которых 9 байт первой колонки образуют заголовок РОН (байты J1, B3, C2, G1, F2, H4, F3, K3, N1). На рисунке 1.21 представлена структура VC-3.
Рисунок 1.21. Структура VC-3
В VC-3 входят три подкадра (Т1, Т2, Т3). В каждом подкадре предусмотрены информационные, балластные и служебные байты. Структура одного подкадра представлена на рисунке 1.22. Большая избыточность С-3 обусловлена несоответствием скоростей загрузки Е3 (34368 кбит/с европейского стандарта) и DS3 (44736 кбит/с американского стандарта).
Учитывая, что структура заголовка РОН VC-3 аналогичная структуре заголовка РОН VC-4, то она рассматривается в разделе 1.2.3.
Рисунок 1.22. Cтруктура подкадра Т1 (Т2,Т3) контейнера С-3
2.3. Виртуальные контейнеры VC-4, VC-4-Xc
Виртуальные контейнеры VC-4 и VC-4-Xc формируются путем присоединения трактового заголовка РОН к контейнеру С-4 или С-4-Хс, которые загружаются в интервале времени 125 мкс одним из способов:
- асинхронно цифровыми данными на скорости 139264 кбит/с ± 15 ppm;
- синхронно побайтно;
- синхронно побайтно с конкатенацией (последовательной или виртуальной).
Рисунок 1.23. Асинхронное формирование нагрузки контейнера С-4 на скорости 139264 кбит/с
При любом из способов загрузки VC-4, VC-4-Xc имеет емкость 261´ 9 байт, и при конкатенации емкость увеличивается пропорционально числу сцепляемых контейнеров (при последовательной CCAT на 4, 16, 64 и 256, при виртуальной VCAT на любое число из диапазона N = 2, …, 256). Варианты загрузки фиксируются в байте С2 девятибайтового заголовка VC-4 (байты J1, B3, C2, G1, G1, F2, H4, F3, K3, N1). Примеры вариантов загрузки VC-4, VC-4-Xc приведены на рисунках 1.23 – 1.27.
Рисунок 1.24. Синхронное побайтовое заполнение поля нагрузки VC-4 ячейками АТМ
Рисунок 1.25. Размещение кадров GFP в виртуальный контейнер VC-4
Рисунок 1.26. Сцепленный контейнер С-4-17с для размещения блока ODU1 OTH
Рисунок 1.27. Пример блоковой структуры для размещения ODU1 в контейнер С-4-17с
Таблица 1.5. Размещение данных ОТН в циклы передачи SDH
| Блок ОТН | Требуемая скорость ODUk, кбит/с | Требуемый уровень сцепления VC-4 (х) | Требуемая скорость С-4-Xv, кбит/с |
| ODU1 | ~ 2498775.126 | 17 | 2545920 |
| ODU2 | 10037273.924 | 18 | 10183680 |
Для переноса через сеть SDH блоков данных оптических каналов ODUk OTH используется виртуальная сцепка. В таблице 1.5 представлены требуемые параметры конкатенации С-4-Xv для переноса ODU1 и ODU2 через сеть SDH.
Размещение данных ODUk в виртуально конкатенированных блоках производится побитово асинхронно с формированием байта согласования скоростей (рисунок 1.27).
При загрузке ODU1 в С-4-17с возможные отклонения тактов составляют –720, +420 ppm.
Отличительные признаки последовательной и виртуальной сцепок (конкатенации) демонстрируется рисунками 1.28 и 1.29.
Структура VC-4-Xc транспортируется в Х AU-4. В первом AU-4 поинтер PTR фиксирует начало VC-4-Xc по байту J1. В остальных AU-4 (Х–1) проставляется метка сцепления, используемая для выравнивания нагрузки при изменении значения PTR. Структура VC-4-Xc используется в едином соединении от точки до точки.
Для спецификации виртуально сцепленных VC-4-Xv используются байты Н4 заголовка РОН. Это необходимо, поскольку VС-4-Xv отдельно транспортируются в сети. Спецификация каждого сцепленного виртуального контейнера производится четырьмя старшими (5–8) битами Н4 в сверхцикле 512 мс. Индикатором сверхцикла выступает группа младших бит (1–4). Кроме того, Н4 может поддерживать функции регулировки ёмкости канала LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme).
Рисунок 1.28. Структура последовательно сцепленных X(4, 16,64,256) виртуальных контейнеров VC-4-Xc
Необходимо также отметить, что возможна виртуальная сцепка VC-12-Xv и исполнение функций LCAS при использовании бита 2 байта К4 заголовка VC-12.
Функции байт заголовка VC-3, VC-4, VC-4-Xc аналогичны ранее рассмотренным функциям байт заголовка VC-12, но отличается большими возможностями.
Байт J1 – первый байт заголовка РОН, индицируемый указателем PTR-AU-n (n = 3, 4) или TU-3. Этот байт используется в 16 циклах для идентификации точки доступа. Он аналогичен своими функциями байтам J2 и J0 (соответственно в РОН VC-12 и SOH STM-N).
Байт В3 – выполняет функции мониторинга ошибок в тракте VC-4-Xc / VC-4 / VC-3. Схема вычисления В3 представляет собой процедуру BIP-8 по всему VC-4-Xc / VC-4 / VC-3.
Байт сигнальной метки С2 индицирует статус VC-4-Xc /VC-4 / VC-3. В таблице 1.6 приведены примеры кодирования байта С2 и соответствующие показатели применения метки.
Рисунок 1.29. Структура виртуально сцепленных Х (Х = 1, …, 256) виртуальных контейнеров VC-4-Xv
Рисунок 1.30. Структура байта G1
Таблица 1.6. Примеры кодирования байта С2
Байт G1 определяет статус тракта верхнего порядка в обратное направление. На рисунке 1.30 представлена его структура.
Биты REI (1–4) используются для трансляции числа ошибок, обнаруживаемых средствами приемника по алгоритму BIP-8 (байт В3). Число ошибок от 0 до 8. Бит RDI (5) индицирует неисправное состояние тракта с удаленной стороны. Биты 6, 7 резервные, но два состояния 00 и 11 используются по отдельному назначению. Бит 8 не нашел определения по применению.
Байты F2, F3 в своем назначении определяются оператором сети, например для служебной связи или для индикации загрузки в VC-4 данных сети DQDB (распределенная шина с очередями).
Байт Н4 определен для индикации нагрузки в VC-4 и виртуальной конкатенации, и также для указания на позицию нагрузки в VC-4, например начало ячеек АТМ. Пример использования байта Н4 для индикации позиций нагрузки TU-12 в VC-4 приведен на рисунке 1.31. С его помощью индицируется требуемый блок TU-12, а именно байты указателя PTR TU-12 в сверхцикле 500 мкс. При этом кодирование байта Н4 записывается в видетаблицы 1.7.
Рисунок 1.31. Использование байта Н4 в качестве индикатора нагрузки TU-12
Таблица 1.7. Состояние бит байта Н4
| Биты Н4 | Номер цикла | Время |
| хх11хх00 | 0 | 0 |
| хх11хх01 | 1 | … |
| хх11хх10 | 2 | … |
| хх11хх11 | 3 | 500 мкс |
Байт К3 предусмотрен для реализации автоматического защитного переключения тракта. Для этого определены биты 1–4 из всего байта (согласно рекомендации ITU-T G.707/2004).
Байт N1 определен как байт оператора сети для реализации функций контроля соединений трактов по отдельным участкам ТСМ. Структура байта представлена на рисунке1.32.
Битами IEC кодируется число ошибок, обнаруживаемых по BIP-8. Комбинация бит 1110 – признак индикации аварийного состояния. Биты 7, 8 функционируют в сверхцикловой структуре аналогично битам 7, 8 байта N2. Также ранее рассматривались биты 5, 6.
Рисунок 1.32. Структура байта N1
IEC, Incoming Error Count – подсчет поступающих ошибок; TC-REI, Tandem Connection REI – бит сообщения об обнаружении ошибки в тандемном соединении на удаленном конце; OEI, Outgoing Error Indication – индикация блоковых ошибок для выхода VC-4; TC-API, RDI, ODI – Access Point Identifier, Remote Defect Indication – индикация точки доступа, индикация дефекта удаленной стороны, индикация выходящего дефекта
3. Синхронный транспортный модуль STM-N
Структура STM-N представлена на рисунке 1.2. Она формируется побайтовым мультиплексированием N-числа AUG и присоединением к этой структуре секционных заголовков SOH, которые разделяются на заголовок секции регенерации RSOH и секции мультиплексирования MSOH (рисунок 1.3). На рисунках 1.33–1.36 представлены примеры заголовков STM-1, STM-4, STM-16, STM-64. Заголовки STM-0 и STM-256 также определены в G.707/2004, но в учебном пособии не рассматриваются.
Рисунок 1.33. Секционные заголовки STM-1
Байты А1, А2 определены двумя фиксированными группами бит:
А1: 11110110 А2: 00101000.
Число этих байт от SOH STM-1 до STM-64 возрастает пропорционально N (N = 1, 4, 16, 64). Для STM-256 заголовок уточняется относительно А1 и А2 в будущей стандартизации.
Байт J0 характеризуется как маршрут секции регенерации. Используется в 16 подряд следующих STM-N. При этом один байт служит для контроля ошибок по алгоритму CRC-7, а остальные 15 байт служат в качестве идентификатора. При организации двунаправленной передачи в одном волокне J0 используется для разделений направлений. Структура байт J0 приведена на рисунке 1.36.
Байт Z0 зарезервирован для будущих стандартов.
Байт В1 служит для контроля ошибок на регенерационной секции по алгоритму BIP-8.
Байты Е1, Е2 – служат для организации канала речевой служебной связи в секциях регенерации и мультиплексирования.
Байт F1 может быть определен оператором для своих целей (канал передачи документальных или звуковых сигналов).
Байты D1-D3 образуют канал передачи данных в секции регенерации (DCCR) на скорости 192 кбит/с.
Байты D4-D12 образуют канал передачи данных в секции мультиплексирования (DCCM) на скорости 576 кбит/с. В заголовке MSOH STM-256 число байт может быть до 156 на скорости до 9216 кбит/с.
Байты В2 используются для контроля ошибок в секции мультиплексирования по алгоритму BIP-Nx24.
Рисунок 1.34. Cекционные заголовки STM-4
Байты К1, К2 (биты 1-5) используются для автоматического защитного переключения секции мультиплексирования согласно рекомендации G.841. Для индикации дефекта удаленной стороны секции мультиплексирования применяют биты (6-8) байта К2.
Байт S1 определяет статус синхронизации в битах (5-8). В таблице 1.8 представлены биты байта S1 и их значения.
Рисунок 1.35. Секционные заголовки STM-16
Необходимо отметить, что обозначения младших бит байта S1 имеют в технической литературе различную трактовку. Так рекомендацией G.781 ITU-T допускаются варианты трактовки комбинации бит 0010 как показателя качества синхросигнала Q1 или Q2 (согласно соответствия между двоичным и шестнадцатеричным кодированием). При этом смысл обозначения одинаков: источник синхросигнала высшего качества, первичный эталон генератора ПЭГ – атомные часы (водородные, цезиевые или рубидиевые). Причиной подобных разночтений являются различные международные и национальные стандарты в области телекоммуникаций. Аналогично, качество вторичного задающего генератора ВЗГ может иметь обозначение в двоичном коде 0100, что трактуется в одном случае Q2, а в другом Q4. Качество генератора сетевого элемента ГСЭ обозначается в двоичном коде 1011, что трактуется в одном случае Q4, а в другом QB и т.д. Старшие биты байта S1 не определены по своему назначению.
Рисунок 1.36. Секционные заголовки STM-64
Рисунок 1.37. Структура байта J0
Таблица 1.8. Назначение бит байта S1
| S1 биты 5–8 | Уровень качества синхронизации |
| 0000 | Качество неизвестно |
| 0001 | Резерв |
| 0010 | Качество ПЭГ G.811 |
| 0011 | Резерв |
| 0100 | Качество ВЗГ G.812 А |
| 0101 | Резерв |
| 0110 | Резерв |
| 0111 | Резерв |
| 1000 | Качество ВЗГ G.812 В |
| 1001 | Резерв |
| 1010 | Резерв |
| 1011 | Качество ГСЭ G.813 |
| 1100 | Резерв |
| 1101 | Резерв |
| 1110 | Резерв |
| 1111 | Для синхронизации не применять |
Байты М0, М1 применяются для сообщений о ошибках удаленной стороны (MS-REI). В STM-N (N = 0, 1, 4, 16) применяется байт М1.
В STM-N (N = 64 и 256) применяются два байта (М0, М1).
В STM-1 генерируется М1 по результатам контроля BIP-24.
В STM-4 генерируется байт М1 по результатам контроля BIP-96.
В STM-16 генерируется байт М1 по результатам контроля BIP-384.
Байт М0 расширяет пространство интерпретации ошибок в STM-64 и STM-256.
Байты FEC, FEC2, P1, Q1 зарезервированы для реализации функций упреждающей коррекции ошибок FEC. Возможности FEC с кодами Рида-Соломона демонстрируются рисунком 1.38. Участки применения заголовков RSOH и MSOH в системе передачи SDH указаны на рисунке 1.39.
Рисунок 1.38. Эффект использования алгоритма FEC для повышения помехоустойчивости оптической передачи
Рисунок 1.39. Секционные заголовки и участки их применения
4. Формирование указателей PTR
4.1. Указатели административных блоков AU-n
Указатели AU-n подразделяются на AU-3 и AU-4. Рассмотрим указатель PTR AU-4, который чаще всего применяется для передачи. Его структура представлена на рисунке 1.40. Указатель AU-4 представлен байтами Н1, Н2.
Флаг новых данных NDF (New Data Flag) может иметь два состояния: 1001 и 0110. Первое состояние указывает на возможность изменения указателя. Второе состояние указывает на невозможность изменения указателя. Из пяти бит D или < минимум три бита должны приниматься с инверсией, т.е. с противоположным состоянием в случае подстройки указателя. Биты SS имеют состояние "10" для AU-4, AU-4-Xc, AU-3. В случае применения сцепления (последовательного или виртуального) значения бит SS могут быть изменены, что в настоящее время не специфицируется.
Рисунок 1.40. Структура указателя PTR AU-4
N – биты флага новых данных NDF; S – биты идентификатора типа AU-n; I – биты сообщения об увеличении значения PTR на единицу; D – биты сообщения об уменьшении значения PTR на единицу
Три байта Н3 и три байта, примыкающие к байтам Н3 справа используются для процедур согласования скоростей. Адресуемое пространство PTR AU-4 составляет в 10 разрядном коде число от 0 до 1023, что недостаточно для идентификации по байтам начала нагрузки VC-4 в AU-4, т.к. число байт AU-4 составляет 2349 (261´ 9). По этой причине идентификатор PTR используется для триад байтов 783 = 2349:3. Адресуемое пространство составит 0…782 для триад байт AU-4 (рисунок 1.41).
Процедуры согласования скоростей в AU-4 необходимы для компенсации изменения фазы VC-4 по отношению к AU-4, что обусловлено различием тактовых частот VC-4 и AU-4, образующихся по различным причинам (изменение длины пути, дрейф частот задающих генераторов и т.д.). Согласование скоростей связано с изменением значений указателей PTR, которые могут возрастать или уменьшаться на единицу. На рисунках 1.42 и 1.43 демонстрируются процедуры изменений указателей при подстройке под фазу VC-4.
Рисунок 1.41. Адресуемое пространство указателя PTR AU-4 (0…782)
1* – байты с единичным заполнением (11111111); Y – байты с заполнением 1001SS11, S-биты не определенные по назначению
Положительное согласование происходит в случае, если частота загрузки VC-4 ниже частоты AU-4. При этом согласовании скоростей байты триады "0" сдвигаются на одну триаду вправо в третьем цикле согласования, а в 4-ом цикле согласования значение PTR AU-4 увеличивается на "1".
Отрицательное согласование происходит в случае, если частота загрузки VC-4 выше частоты AU-4. При этом согласовании скоростей байты триады "0" сдвигаются на одну триаду влево в третьем цикле согласования, а в 4-ом цикле согласования значение PTR AU-4 уменьшается на "1".
Генерация и интерпретация указателя PTR AU-4 происходит в несколько этапов.
Генерация указателя в передатчике:
- прохождение нормальных операций обработки данных по размещению VC-4 в AU-4, значение флага новых данных NDF "0110";
- значение указателя может преобразовываться по одной из операций, перечисленных ниже;
в случае требуемого положительного согласования скоростей VC-4 и AU-4 содержимое указателя передается с инверсией бит I и становится возможным положительное выравнивание последовательности с балластным заполнением информационной триады "0". Последовательность указателя увеличивается на "1". Если значение указателя было 782, то он обнуляется "0".
Рисунок 1.42. Положительное согласование скоростей AU-4 и VC-4
После этой операции запрещается изменение указателя (возрастание или понижение) в последующих трех циклах.
В случае требуемого отрицательного согласования скоростей VC-4 и AU-4 содержимое указателя передается с инверсией бит D и становится возможным отрицательное выравнивание последовательности с перезаписью вперед данных VC-4. Значение указателя уменьшается на "1". Если предшествующее значение указателя было "0", то становится равным "782". После этой операции защищается изменение указателя (возрастание или уменьшение) в последующих трех циклах.
Новое значение указателя сопровождается изменением флага новых данных на состояние "1001". Такой флаг передается только в первом цикле нового значения указателя. Полный цикл согласования скоростей AU-4 и VC-4 занимает время 500 мкс.
Рисунок 1.43. Отрицательное согласование скоростей AU-4 и VC-4
Интерпретация указателя в приемнике:
- нормальное прохождение операций с указателем, обозначающим начало VC-4 в цикле AU-4;
- какое-либо отклонение в последовательности значения указателя не может быть пропущено, поскольку это новый адрес на приемной стороне должен быть обработан по одной из трех операций, перечисленных ниже;
- если в значении указателя инвертированы биты, то это признак положительного согласования и последовательность PTR интерпретируется на единицу больше;
- если в значении указателя инвертированы биты D, то это признак отрицательного согласования и последовательность PTR интерпретируется на единицу меньше;
- если NDF интерпретируется как для совпадающего нового указателя один раз, то это является индикацией нового значения указателя в приемнике и также может быть интерпретировано как потеря указателя.
4.2. Указатель транспортного блока TU-3
Структура указателя PTR TU-3 аналогична структуре указателя PTR AU-4 (рисунок 1.40). При этом все биты байт Н1 и Н2 имеют одинаковое с AU-4 назначение. Принципиальные различия PTR AU-4 и TU-3 состоят в образуемом пространстве указателя и использовании в TU-3 одного байта Н3 для отрицательного согласования и байта с адресом "0" для положительного согласования (рисунок 1.44). Указатель PTR TU-3 фиксирует начало цикла загрузки VC-3 в TU-3.
Флаг новых данных и метка типа TU-3 идентичны ранее рассмотренным в AU-4. Также аналогично функционирование PTR TU-3 при отрицательном и положительном согласовании VC-3 и TU-3.
Рисунок 1.44. Адресуемое пространство TU-3
Байты Н1, Н2 – указатель PTR TU-3; байт Н3 – для отрицательного согласования скоростей; байт 0 – для положительного согласования скоростей
Рисунок 1.45. Структура AUG с VC-4 и TU-3
В случае мультиплексирования трех TU-3 в структуру VC-4 и размещение последней в AU-4 и AUG, функции указателей PTR TU-3 сохраняются без изменений (рисунок 1.45).
4.3. Указатель транспортного блока TU-12
К структуре указателя транспортного блока относятся байты V1, V2, V3, V4 (рисунок 1.46).
Структура указателя PTR TU-12 представлена на рисунке 1.47.
Функции флага новых данных NDF аналогичны ранее рассмотренным для PTR AU-4. Идентификация битами S типа TU-n соответствует: TU-11 (11); TU-12 (10); TU-2 (00).
Адресуемое пространство обозначается битами I, D PTR TU-12 и составляет 0…139 (рисунок 1.46). Это пространство начинается после байта V2. Байт 35 этого адресуемого пространства, предусмотренный после V3, обеспечивает положительное согласование скоростей TU-12 и VC-12.
Пример размещения VC-12 в TU-12 приведен на рисунке 1.48. Отрицательное и положительное согласование скоростей TU-12 и VC-12 проходит аналогично ранее рассмотренному для AU-4. При этом полный цикл согласования занимает 2 мс. На рисунке 1.49 показано одно из возможных состояний нагрузки в ТU-12.
Нарисунке 1.50 представлено состояние флага новых данных NDF TU-12.
Рисунок 1.46. Структура TU-12 с байтами указателя
Рисунок 1.47. Структура указателя PTR TU-12
N – биты флага новых данных; S – биты идентификаторы типа TU-n; I – биты сообщения об увеличении значения PTR на единицу; D – биты сообщения об уменьшении значения PTR на единицу. Для индикации сцепки используется состояние бит указателя – 1001SS1111111111
Рисунок 1.48. Адресуемое пространство указателя PTR TU-12
Рисунок 1.49. Пример загрузки VC-12 в TU-12
Рисунок 1.50. Состояния NDF в TU-12
5. Спецификация уровней и сигналов обслуживания в сети SDH
5.1. Спецификация уровней сети SDH
ESn, STM-N Electrical Section (n = 1) – электрическая секция STM-1.
OSn, STM-N Optical Section (n = 1, 4, 16, 64, 256) – оптическая секция STM-N.
RSn, STM-N Regeneration Section (n = 1, 4, 16, 64, 256) – секция регенерации STM-N.
MSn, STM-N Multiplex Section (n = 1, 4, 16, 64, 256) – секция мультиплексирования STM-N.
Sn, VC-n path (n = 3, 4, 4-Хс) – тракт верхнего порядка.
SnР, VC-n (n = 3, 4, 4-Хс) trail protection sublayer – подуровень с защитой тракта верхнего порядка.
SnD, VC-n path, tandem connection sublayer (n = 3, 4, 4-Хс) – подуровень тракта верхнего порядка с возможностью установления тандемного соединения.
SnТ, VC-n path, tandem connection sublayer (n = 3, 4, 4-Хс) – подуровень тракта верхнего порядка с возможностью установления тандемного соединения по байту N1.
Sm, VC-m path (m = 11, 12, 2) – тракт нижнего порядка (VC-11, VC-12, VС-2).
SmD, VC-m path, tandem connection sublayer (m = 11, 12, 2) – подуровень тракта нижнего порядка с тандемным соединением.
Pqs, PDH Synchronous user data (q = 12 для 2 Мбит/с) – уровень пользовательских каналов с загрузкой данных синхронно из плезиохронной сети.
Pqx, PDH user data (q = 12 для 2 Мбит/с, q = 31 для 34 Мбит/с, q = 4 для 140 Мбит/с) – асинхронная загрузка пользовательских данных в сеть SDH.
5.2. Сигналы обслуживания в сети SDH
Loss of Signal defect (dLOS) – дефект потери сигнала (в интервале времени 2,3 < T < 100 мкс).
Loss of Frame defect (dLOF) – дефект потери цикла передачи (до 3 мс).
Loss of Multiframe defect (dLOM) – дефект потери сверхцикла передачи VC-12, размещаемом в тракте HOVC – верхнего порядка.
Loss of Pointer defect (dLOP) – дефект потери указателя для AU-n, TU-m.
Loss of Multiframe defect (dLOM) – дефект потери сверхцикла для виртуально сцепленных VC-3/4.
Loss of Multiframe defect (dLOM) – дефект потери сверхцикла для виртуально сцепленных VC-12.
AIS defect (MS-n, AU-n, TU-m) – дефект индикации аварийного состояния секции мультиплексирования, административного блока, транспортного блока.
Pointer Justification Counts (pPJC+, pPJC-) – событие изменения указателя выравнивания, подсчитываемое в единицу времени. Интервал времени подсчета 15 минут и 24 часа.
5.3. Примеры использования функций контроля тандемных соединений в трактах верхнего и нижнего порядка
На рисунке 1.51 представлен пример использования функция ТСМ в тракте верхнего порядка VC-4.
На рисунке 1.52 представлен пример использования функций ТСМ в тракте нижнего порядка VC-12.
Рисунок 1.51. Использование функций ТСМ для обнаружения неисправного участка тракта VC-4
Рисунок 1.52. Использование функций ТСМ для обнаружения неисправного участка тракта VC-12
5.4. Примеры использования сигналов обслуживания в сети SDH
Сигналы обслуживания сети SDH используются на всех ее участках: в секциях регенерации в заголовках RSOH; в секциях мультиплексирования в заголовках MSOH; в трактах верхнего и нижнего порядков в заголовках HP OH и LP OH. На рисунке 1.53 представлены возможные сочетания сигналов обслуживания для секций и трактов с указанием направлений передачи и уровней сети SDH. Кроме указанных в 1.5.2 сигналов обслуживания могут использоваться сигналы RS-TIM, HP-TIM, LP-TIM, которыми указывается на нарушение данных маршрута STM-1 в STM-N или трактов верхнего или нижнего порядков HP и LP. Также несоответствие трактов верхнего и нижнего порядков может отмечаться сигналами LP-PLM и HP-PLM. Обозначения PLM и TIM в переводе с английского соответствуют:
- PLM, Payload Mismatch – несоответствие полезной нагрузки;
- TIM, Trace Identifier Mismatch – несоответствие идентификатора маршрута.
6. Возможности конкатенации в SDH
Для эффективного использования ресурсов транспортных сетей SDH можно задействовать процедуры конкатенации, т.е. сцепление емкости, например, нескольких VC-3 для передачи трафика 1 Гбит Ethernet или 10 Гбит Ethernet. Известны два типа цепочек из контейнеров: последовательная конкатенация CCAT (Contiguous Concatenation) и виртуальная конкатенация VCAT (Virtual Concatenation). При этом ССАТ допускает объединение определенного числа контейнеров, например, VC-4-Xc (X = 4, 16, 64, 256), а VCAT предполагает возможность объединения любого числа VC-12, VC-3, VC-4: VC-12-Хv и VC-3/4-Xv (для последнего, например, Х = 1, …, 256).
Недостатком последовательной конкатенации является необходимость ее поддержки всеми сетевыми элементами сети. Отдельные контейнеры или блоки нагрузки соединены друг с другом в одно целое и могут перемещаться вместе, т.е. использование разных путей для отдельных контейнеров или блоков нагрузки невозможно. Это ведет к сложности взаимодействия транспортной сети и пользовательской нагрузки. Например, сеть SDH в варианте ССАТ предлагает только четыре значения пропускной способности: 600, 2400, 9600 и 38400 Мбит/с с соответствующими каналами STM-4, STM-16, STM-64, STM-256. Это неэффективно, например, для 1 Гбит Ethernet.
Рисунок 1.53. Примеры использования сигналов обслуживания сети SDH
Указанный недостаток последовательной конкатенации преодолевается в виртуальной конкатенации. Процедура VCAT позволяет передавать сцепленные контейнеры или блоки нагрузки различными маршрутами. Таким образом, для поддержки VCAT необходимы только два оконечных мультиплексора. В таблице 1.9 приведен пример числового сравнения процедур VCAT и CCAT.
На рисунке 1.54 представлена схема виртуальной конкатенации в транспортной сети и ее сочетание с процедурами GFP и LCAS.
Таблица 1.9. Сравнительная оценка VCAT и ССАТ
| Нагрузка | Скорость | ССАТ | VCAT |
| Ethernet | 10 Мбит/с | VC-3 (20%) | VC-12-5v (100%) |
| Fast Ethernet | 100 Мбит/с | VC-4 (67%) | VC-3-2v (100%) |
| Gigabit Ethernet | 1000 Мбит/с | VC-4-16с (42%) | VC-4-7v (95%) |
| F/Channel | 1000 Мбит/с | VC-4-16с (42%) | VC-4-7v (95%) |
Рисунок 1.54. Виртуальная конкатенация в транспортной сети
7. Регулировка емкости канала LCAS
Схема регулировки емкости канала LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme), которая используется вместе с VCAT, позволяет реализовать любые изменения пропускной способности без прекращения передачи данных. Время изменения пропускной способности нормировано величиной 50 мс. За этот интервал можно добавить конкатенированную емкость VCAT или уменьшить. Процедуры LCAS позволяют постоянно следить за пропускной способностью и фиксировать пропадание с маршрутов конкатенированных блоков и тем самым пересматривать и поддерживать виртуальную цепочку. С помощью VCAT также можно резервировать маршрут, если использовать процедуры LCAS, что в отдельных случаях заменит резервирование линий по схеме 1 + 1.
8. Функции уровня L2
Под функциями уровня L2 следует понимать возможности интерфейсов SDH для пользователей. Например, мультиплексоры SDH с блоками передачи Ethernet являются коммутаторами второго уровня (уровень каналов по определению ISO/OSI) для сигналов Ethernet. При этом могут поддерживаться следующие функции: моста, изучающего принятые адреса MAC для составления таблиц адресов; режим виртуальных локальных сетей VLAN на основе интерфейсов Ethernet и IEEE 802.1Q; протокола устранения петель Ethernet; установления приоритетов и т.д. Отдельным видом функций второго уровня является протокол RPR, который рассматривается в разделе 3.
Контрольные вопросы
- Что представляет собой SDH?
- Какие элементы входят в состав схемы мультиплексирования SDH?
- Какие элементы входят в структуру цикла STM-N?
- Какие иерархические уровни определены последним стандартом SDH?
- Какие типы виртуальных контейнеров предусмотрены стандартом SDH?
- Какие типы транспортных и административных блоков предусмотрены стандартом SDH?
- Какой вид группообразования предусмотрен стандартом SDH?
- В каком порядке происходит мультиплексирование данных Е1 в STM-1?
- Чем отличаются контейнер и виртуальный контейнер SDH?
- Какое назначение имеют заголовки VC-12?
- Чем отличаются виртуальный контейнер и конкатенированный виртуальный контейнер?
- Какие данные могут помещаться в виртуальном контейнере?
- Какие секционные заголовки предусмотрены в циклах STM-N?
- Какие байты секционных заголовков поддерживают контроль ошибок передачи?
- Где в циклах SDH предусмотрены байты FEC?
- Каким может быть эффект использования FEC в циклах SDH?
- Как указатели PTR функционируют в TU-n и AU-n?
- Какие сигналы обслуживания предусмотрены в сети SDH?
- Чем различаются сигналы обслуживания?
- Какие виды конкатенации можно использовать в SDH?
- Чем отличаются VCAT и CCAT?