2.2. Особенности построения синхронной иерархии SDH
2.2.1. Общие особенности построения синхронной иерархии
2.2.2. Обобщенная схема мультиплексирования потоков в SDH
2.2.3. Виртуальные контейнеры и другие элементы синхронной иерархии
2.2.4. Обобщенная схема мультиплексирования потоков в SDH
2.2.5. Детальный пример схемы формирования модуля STM-1
2.2.6. Другие варианты сборки модуля STM-1 по схеме ETSI
2.3. Функциональные модули сетей SDH
2.3.1. Функциональные задачи и модули сетей SDH
2.4.1. Топология "точка-точка"
2.4.2. Топология "последовательная линейная цепь"
2.4.3. Топология "звезда", реализующая функцию концентратора
2.5. Функциональные методы защиты синхронных потоков
2.6.1. Радиально-кольцевая архитектура
2.6.2. Архитектура типа "кольцо-кольцо"
2.7. Аппаратурная реализация функциональных блоков сетей SDH
2.7.1. Схемная реализация и характеристики синхронных мультиплексоров
2.7.1.1. Реализация мультиплексоров STM-1
2.7.2. Обзор аппаратной реализации оборудования сетей SDH
2.7.2.1. Технические характеристики оборудования
2.7.2.2. Новые технологические решения
2.7.2.3. Номенклатура аппаратуры SDH компаний-производителей
2.8. Особенности реализации радиорелейных линейных SDH систем
2.9.1. Физические и электрические характеристики интерфейса G.703
2.9.2. Реализация интерфейса G.703
2.9.3. Подключение сети с интерфейсом G.703 к аппаратуре пользователя
2.1. Синхронные цифровые сети
Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH, были, по сути, асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синхронизацию от центрального опорного источника. В них потеря бит (или невозможность их точной локализации) приводили не только к потере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимающем конце сети было проще выбросить неверно полученные фреймы, чем инициализировать восстановление синхронизации с повторной передачей потерянного фрагмента, как это делается, например, в локальных сетях. Это значит, что указанная информация будет потеряна безвозвратно.
Практика показывает, что местные таймеры могут давать значительное отклонение от точной скорости передачи. В [43], например, указывается, что для сигналов DS3 (44.736 Мбит/с) такое отклонение от различных источников может достигать 1789 бит/с.
В синхронных сетях средняя частота всех местных таймеров или одинакова (синхронна) или 'близка к синхронной (плезиохронна) благодаря использованию центрального таймера (источника) с
точностью не хуже 10" (что дает для DS3 возможное отклонение скорости порядка 0.045 бит/с). В этой ситуации необходимость выравнивания фреймов или мультифреймов стоит не так остро, а диапазон выравнивания значительно уже.
Более того, ситуация с выделением определенного фрагмента потока (например, канала DS1 или Е1) упрощается, если ввести указатели начала этого фрагмента в структуре инкапсулирующего его фрейма. Использование указателей (техника эта стара, как компьютерный мир) позволяет гибко компоновать внутреннюю структуру контейнера-носителя. Сохранение указателей в неком буфере (заголовке фрейма или мультифрейма) и их дополнительная защита кодами с коррекцией ошибок позволяет получить исключительно надежную систему локализации внутренней структуры передаваемой по сети полезной нагрузки (фрейма, мультифрейма или контейнера).
Указанные соображения говорят о том, что синхронные сети имеют ряд преимуществ перед используемыми асинхронными, основные из них следующие:
- упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода (см. ниже), 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 (см. рис. 1-12), 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 подвержена действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения 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 предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;
- прозрачность для передачи любого графика - факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи графика, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDN и АТМ;
- универсальность применения - технология может быть использована как для создания глобальных сетей или глобальной магистрали, передающей из точки в точку тысячи каналов cо 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 одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.
2.2. Особенности построения синхронной иерархии SDH
2.2.1. Общие особенности построения синхронной иерархии
Рассмотрим общие особенности построения синхронной цифровой иерархии SDH. Несмотря на очевидные преимущества сетей SDH перед сетями PDH, они не имели бы такого успеха, если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов PDH. Как мы уже отмечали при разработке технологии SONET обеспечивалась преемственность американской, а при при разработке SDH - европейской иерархий PDH. В окончательном варианте стандарты SONET/SDH поддерживали обе указанные иерархии. Это выразилось в том, что терминальные мультиплексоры и мультиплексоры ввода/вывода сетей SONET/SDH, через которые осуществляется доступ в сеть были расчи-таны на поддержку только тех входных каналов, или каналов доступа, скорость передачи которых соответствовала обьединеному стандартному ряду американской и европейской иерархий PDH, a именно: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с. Цифровые сигналы каналов доступа, скорость передачи которых соответствует указанному ряду, будем называть трибами PDH (или в терминологии связистов компонентными сигналами}, а сигналы, скорость передачи которых соответствует стандартному ряду скоростей SDH - трибами SDH.
Итак, первая особенность иерархии SDH - поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов PDH и SDH.
Другая особенность - процедура формирования структуры фрейма.
Два правила относятся к разряду общих: при наличии иерархии структур структура верхнего уровня может строиться из структур нижнего уровня, несколько структур того же уровня, могут быть объединены в одну более общую структуру. Остальные правила отражают специфику технологии. Например, на входе мультиплексора доступа имеем трибы PDH, которые должны быть упакованы в оболочку фрейма так, чтобы их легко можно было ввести и вывести в нужном месте с помощью мультиплексора ввода-вывода. Для этого сам фрейм достаточно представить в виде некоторого контейнера стандартного размера (в силу синхронности сети его размеры не должны меняться), имеющего сопровождающую документацию - заголовок, где собраны все необходимые для управления и маршрутизации контейнера поля-параметры, и внутреннюю емкость для размещения полезной нагрузки, где должны располагаться однотипные контейнеры меньшего размера (нижних уровней), которые также должны иметь некий заголовок и полезную нагрузку и т. д. по принципу матрешки, или по методу последовательных вложений, или инкапсуляций.
Для реализации этого метода было предложено использовать понятие контейнер, в который и упаковывается триб. По типоразмеру контейнеры делятся на 4 уровня, соответствующие уровням PDH. На контейнер должен неклеиваться ярлык, содержащий управляющую информацию для сбора статистики прохождения контейнера. Контейнер с таким ярлыком используется для переноса информации, т.е. является логическим, а не физическим объектом, поэтому его называют виртуальным контейнером.
Итак, вторая особенность иерархии SDH - трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии PDH.
Виртуальные контейнеры могут объединяться в группы двумя различными способами. Контейнеры нижних уровней могут, например, мультиплексироваться (т. е. составляться вместе) и использоваться в качестве полезной нагрузки контейнеров верхних уровней (т.е. большего размера), которые, в свою очередь, служат полезной нагрузкой контейнера самого верхнего уровня (самого большого размера) - фрейма STM-1.
Такое группирование может осуществляться по жесткой синхронной схеме, при которой место отдельного контейнера в поле для размещения нагрузки строго фиксировано. С другой стороны, из нескольких фреймов могут быть составлены новые (более крупные) образования мультифреймы.
Из-за возможных различий в типе составляющих фрейм контейнеров и непредвиденных временных задержек в процессе загрузки фрейма положение контейнеров внутри мультифрейма может быть, строго говоря, не фиксировано, что может привести к ошибке при вводе/выводе контейнера, учитывая общую нестабильность синхронизации в сети. Для устранения этого факта, на каждый виртуальный контейнер заводится указатель, содержащий фактический адрес начала виртуального контейнера на карте поля, отведенного под полезную нагрузку. Указатель дает контейнеру некоторую степень свободы, т.е. возможность "плавать" под действием непредвиденных временных флуктуаций, но при этом гарантирует, что он не будет потерян.
Итак, третья особенность иерархии SDH - положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки.
Хотя размеры контейнеров различны и емкость контейнеров верхних уровней достаточно велика, может оказаться так, что либо она все равно недостаточна, либо под нагрузку лучше выделить несколько (в том числе и с дробной частью) контейнеров меньшего размера. Для этого в SDH технологии предусмотрена возможность сцепления или конкатенации контейнеров (составление нескольких контейнеров вместе в одну структуру, называемую связистами "сцепкой"). Составной контейнер отличается соответствующим индексом от основного и рассматривается (с точки зрения размещения нагрузки) как один большой контейнер. Указанная возможность позволяет с одной стороны оптимизировать использование имеющейся номенклатуры контейнеров, с другой стороны позволяет легко приспособить технологию к новым типам нагрузок, не известных на момент ее разработки.
Итак, четвертая особенность иерархии SDK - несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки.
Пятая особенность иерархии SDH состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного (нормального для технологий пакетной обработки в локальных сетях) поля заголовков размером 9х9=81 байт. Хотя перегруженность общим заголовком невелика и составляет всего 3.33%, он достаточно большой, чтобы разместить необходимую управляющую и контрольную информацию и отвести часть байт для организации необходимых внутренних (служебных) каналов передачи данных. Учитывая, что передача каждого байта в структуре фрейма эквивалентна потоку данных со скоростью 64 кбит/с, передача указанного заголовока соответствует организации потока служебной информации эквивалентного 5.184 Мбит/с.
Естественно, что при построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый (порождающий) член ряда. Если для PDH значение DSO (64 кбит/с) вычислялось достаточно просто, то для SDH значение первого члена ряда можно было получить только после определения структуры фрейма и его размера. Схема логических рассуждений достаточно проста. Во-первых, поле его полезной нагрузки должно было вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC-4, формируемый при инкапсуляции триба 140 Мбит/с. Во-вторых, его размер: 9х261=2349 байт и определил размер поля полезной нагрузки STM-1, а добавление к нему поля заголовков определило размер синхронного транспортного модуля STM-1:
9х261 + 9х9=9х270=2430 байт или 2430х8=19440 бит, что при частоте повторения 8000 Гц позволяет определить и порождающий член ряда для иерархии SDH: 19440х8000=155.52 Мбит/с.
2.2.2. Обобщенная схема мультиплексирования потоков в SDH
Разработанная с учетом указанных общих принципов стандартная схема инкапсуляции PDH трибов в контейнеры и их последующего мультиплексирования при формировании модуля STM-1 первоначально имела вид, представленный на рис.2-1 [17].
В этой обобщенной схеме мультиплексирования используются следующие основополагающие обозначения: С-n - контейнеры уровня n (n=1,2,3,4); VC-n - виртуальные контейнеры уровня n (n=1,2,3,4), TU-n - трибные блоки уровня n (n=1,2,3), TUG-n - группы трибных блоков уровня n (n=2,3), AU-n - административные блоки уровня n (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. Слово "инкапсуляция" больше подчеркивает физический смысл процесса, тогда как логически происходит отображение структуры фрейма соответствующего триба на структуру инкапсулирующего его контейнера. Уровни контейнера n соответствуют уровням PDH иерархии, т.е. п=1,2,3,4, а число типоразмеров контейнеров N должно быть равно числу членов объединеного стандартного ряда, т.е. 7. Эти числа согласованы, так как четвертый уровень PDH по стандарту [13] 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 трибов АС и ЕС иерархий.
Итак, имеем:
- Т-п, Е-п - стандартные каналы доступа или трибы уровня n (в терминологии связистов "компонентные сигналы") - входные потоки (или входы) SDH мультиплексора, соответствовующие объединеному стандартному ряду АС и ЕС иерархий PDH, приведенному выше.
- С-п - контейнер уровня п - элемент SDH, содержащий триб Т-п, т.е. несущий в себе информационную нагрузку соответствующего уровня иерархии PDH, стандартизованного в [13]; контейнеры уровня п разбиваются на следующие контейнеры подуровней C-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 T2=:6 Мбит/с и контейнер С-22, инкапсулирующий триб Е2=8 Мбит/с;
- С-3 - 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 [17, редакция 1988] контейнеры С-п предназначались не только для инкапсуляции PDH трибов, но и других (тогда еще не конкретизированных) широкополосных сигналов.
2.2.3. Виртуальные контейнеры и другие элементы синхронной иерархии
Контейнеры можно рассматривать в качестве первых элементов в номенклатуре элементов иерархии 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. VC-n. В номенклатуре элементов иерархии SDH существуют следующие виртуальные контейнеры:
- VC-1, VC-2 - виртуальные контейнеры нижних уровней 1 или 2 и VC-3, VC-4 - виртуальные контейнеры верхних уровней 3 или 4 - элементы SDH, структура которых или формат достаточно прост и определяется формулой: РОН + PL, где РОН - 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 РОН 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 9хm» (9 строк, m столбцов); это поле формируется либо из контейнеров соответствующего уровня (например, для виртуальных контейнеров VC-1,2 оно формируется из контейнеров С-1,2 соответственно), либо из других соответствующих элементов структуры мультиплексирования SDH (см. ниже);
- РОН - поле, размером не более 9 байт, формат которого имеет двумерную структуру вида 1хn (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 (см. ниже).
- 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, гдеPTR - 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 трибные блоки подуровней nm, т.е. TU-nm, а именно:
- TU-1 разбивается на TU-11 иТи-12;
- TU-2 разбивается на TU-21 и TU-22;
- TU-3 разбивается на TU-31 и TU-32.
- TUG-n - группа трибных блоков уровня п (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 трибных 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.
В результате использования всех возможных вариантов, диктуемых наличием подуровней, приведенная на рис.2-1 обобщенная схема разворачивается в детальную симметричную относительно контейнера С-4 схему мультиплексирования (рис.2-2), предложенную в первом варианте стандарта G.709 [18, редакция 1988]. Здесь xN означают коэффициенты мультиплексирования (например, хЗ на ветви от блока AU-32 к блоку AUG означает, что 3 административных блока мультиплексируются (объединяются) в одну группу административных блоков AUG).
В ней для трибов дополнительно используются обозначения, соответствующие принятым для высокоскоростных каналов широкополосной ISDN - B-ISDN [44] (Hnm означает в B-ISDN высокоскоростной канал различного типа - это нужно иметь ввиду, чтобы окончательно не запутаться в используемых стандартами обозначениях и индексах):
- Н1 - обобщенный канал, соответствующий первому уровню (или первичной скорости) иерархии PDH. Он разбивается на канал НИ, соответствующий американской ветви иерархии, т.е. НИ = Т1 = 1.5 Мбит/с, и канал т 2, соответствующий европейской ветви иерархии, т.е. Н12 = Е1 =2 Мбит/с.
- Н2 - обобщенный канал, соответствующий третьему уровню (или третичной скорости) иерархии PDH. Он аналогично разбивается на Н21 и Н22, где Н21 = ЕЗ = 34 Мбит/с, а Н22 = ТЗ = 45 Мбит/с.
- НЗ в классификации не используется.
- Н4 - обобщенный канал, соответствующий четвертому уровню (или четвертичной скорости)
иерархии PDH. Он не разбивается на подуровни, т.е. Н4 = Е4 = 140 Мбит/с. Из этой схемы видны варианты мультиплексирования группы трибных блоков TUG-2:
- TUG-21 формируется или из одного TU-21 (вариант 1xTU-21) или из четырех TU-11 (вариант 4xTU-11), или из трех TU-12 (вариант 3xTU-12);
- TUG-22 формируется аналогично: 1xTU-22 или 4xTU-12, или 5xTU-11. В свою очередь выходы TUG-21 и TUG-22 могут быть мультиплексированы для формирования полезной нагрузки контейнеров верхних уровней С-3,4 в соответствии со схемой на рис.2-2 и указанными на ней коэффициентами. Схема формирования виртуальных контейнеров верхнего уровня может быть теперь конкретизирована.
- VC-3 - виртуальный контейнер уровня 3 - элемент структуры мультиплексирования SDH, который разбивается на два виртуальных контейнера: VC-31 и VC-32 - поля формата 9х65 байтов - для VC-31, и поля формата 9х85 байтов - для VC-31; полезная нагрузка VC-3 формируется либо из одного контейнера С-3 (прямой вариант схемы мультиплексирования), либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2, а именно:
- VC-31 формируется как 1хС31 или 4xTUG-22, или 5xTUG-21;
- VC-32 формируется как 1хС32 или 7xTUG-22.
-VC-4 - виртуальный контейнер уровня 4 - элемент структуры мультиплексирования SDH, который не разбивается по подуровням и представляет собой поле формата 9х261 байтов; его полезная нагрузка формируется либо из контейнера С-4 (прямой вариант схемы мультиплексирования), либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2 и TU-3, а именно: VC-4 формируется как 1хС4 или 4xTU-31, или 3xTU-32, или 21xTUG-21, или 16xTUG-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 заголовковSOH 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 3xVC-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.
Два последних элемента SDH - AUG и STM-1 определены ниже.
-AUG - группа административных блоков - элемент структуры мультиплексирования SDH, появившийся во второй публикации стандарта G.709 [18, редакция 1991], формируется путем мультиплексирования административных блоков AU-3,4 с различными коэффициентами мультиплексирования: AUG формируется как 1xAU-4 или 4XAU-31, или 3xAU-32; AUG затем и отображается на полезную нагрузку STM-1.
-STM-1- синхронный транспортный модуль - 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 [18, 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 ЗОН).
Синхронные транспортные модули STM-1 могут быть, согласно основной схеме мультиплексирования для иерархии SDH, мультиплексированы с коэффициентом N в синхронный транспортный модуль STM-N для последующей передачи по каналу связи. С учетом приведенных пояснений становится более понятной схема взаимодействия различных уровней PDH иерархий, погруженных в SDH иерархию.
Рассмотренная схема (рис. 2-2) 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 трибов Н12 (2 Мбит/с), то их окажется семь:
1) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-21 - VC-32 - AU-32 - AUG - STM-1
2) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-21 - VC-32 - AU-32 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1
3) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-21 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1
4) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-21 - VC-31 - TU-31 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1
5) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-22 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1
6) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-22 - VC-31 - TU-31 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1
7) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-22 - VC-31 - AU-31 - AUG - STM-1
Из них варианты (2) и (6) наиболее сложные. Для того, чтобы подробно показать важные детали процесса формирования, в [27] в качестве гипотетического был рассмотрен именно вариант (6) формирования модуля STM-1 при использовании терминального мультиплексора SDH с каналом доступа 2 Мбит/с. Соответствующая ему логическая схема представлена там же на рис.5, чтобы наглядно продемонстрировать сложность такого формирования.
2.2.4. Обобщенная схема мультиплексирования потоков в SDH
На рис. 2-3 представлена третья редакция (1993г.) схемы мультиплексирования SDH, предложенная в обобщенном виде в стандарте G.708 [17, редакция 1993г.] и в более подробном виде в стандарте G.709 [18, редакция 1993г.], который и показан на этом рисунке. Основными отличиями этой схемы от схемы первой редакции (рис. 2-2) являются;
- отсутствие триба Е2 (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-3 - триб E3/T3I (вместо симметричной схемы TU-31/TU-32 VC-31/VC-32) и отсутствие в связи с этим возможности кросс-мультиплексирования, осуществляемого по связи TUG-21 - VC-31, ввиду ее отсутствия.
Указанные упрощения привели к тому, что теперь от семи возможных путей формирования STM-1 из трибов Е1 (2 Мбит/с) осталось только два:
1) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-2 - TUG-3 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-1
2) Н12 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-2 - VC-3 - AU-3 - AUG - STM-1
Эти упрощения становятся еще более очевидными, если учесть, что указанная схема является общей, объединяющей две схемы мультиплексирования: европейскую схему мультиплексирования ЗОН, предложенную Институтом стандартов ETSI [45] (рис.2-4), и американскую схему мультиплексирования SONET/SDH, которую можно вычленить из общей схемы и представить в виде подсхемы на рис. 2-5. Эти две схемы отличаются тем, что у них отсутствует вариантность в формировании STM-1 из набора допустимых трибов.
Для рассматриваемого нами примера с трибом Е1 вариант формирования STM-1 по схеме ETSI (рис- 2-4) имеет вид:
Е1 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-2 - TUG-3 - VC-4 - AU-4 - AUG - STM-T7 а по схеме SONET/SDH (рис. 2-5) имеет вид:
Е1 - С-12 - VC-12 - TU-12 - TUG-2 - VC-3 - AU-3 - AUG - STM-1.
Итак, на сегодняшний день общая схема мультиплексирования SDH приобрела окончательный вид (рис.2-3), зафиксированный в публикации так называемой Белой книги рекомендаций ITU-T . (МСЭ-Т) [18,150], а европейская интерпретация этой схемы (рис.2-4) зафиксирована в публикации ETSI [45]. Эти схемы достаточно формальны, чтобы понять детали логических преобразований цифровой последовательности в процессе мультиплексирования, поэтому она более подробно рассмотрена ниже в п.2.2.5.
2.2.5. Детальный пример схемы формирования модуля STM-1
Для того, чтобы показать детали процесса формирования по указанной схеме ETSI, на рис.2.6 представлен пример логической схемы формирования модуля STM-1 из потока трибов Е1 (нужно иметь ввиду, что в физической схеме положение отдельных элементов, например указателей, не соответствует их месту в логической схеме, кроме того используется ряд резервных, или фиксирующих элементов, играющих роль "наполнителей", или элементов управления, или элементов выравнивания SDH фрейма.
На этом 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.
Схема наглядна сама по себе и достаточна на уровне популярного изложения, однако она не всегда отражает реально осуществляемые физические преобразования и для более глубокого понимания нуждается в некоторых пояснениях и замечаниях.
Шаг 1. Все начинается с формирования контейнера С-12, наполняемого из канала доступа, питаемого трибом Е1. Его поток 2,048 Мбит/с, для удобства последующих рассуждений, лучше представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, циклически повторяющейся с частотой 8 кГц, т.е. с частотой повторения фрейма STM-1 (это так, если учесть, что 2048000/8000=256 бит или 32 байта, см. также п.1.4.3.).
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 (см. ниже) будет больше или равна 34 байтам. Для простоты последующих рассуждений примем размер контейнера С-12 равным 34 байтам.
Шаг 2. Далее к контейнеру С-12 добавляется маршрутный заголовок VC-12 РОН длиной в один байт (обозначаемый V5) с указанием маршрутной информации, используемой, в основном, для сбора статистики прохождения контейнера. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт. (В [46] указана скорость 2224 кбит/с, соответствующая контейнеру С-12, что в пересчете соответствует длине фрейма С-12 равной 34.75 байта; это может быть так, если предположить, что на 4 фрейма мультифрейма VC-12 (см. Замечание 1) используется только один заголовок V5 длиной в один байт, что в пересчете на фрейм VC-12 дает в среднем 0.25 байта дополнительного заголовка, тогда размер виртуального контейнера VC-12 также равен 35 байтам (34.75+0.25 = 35).
Шаг 3. 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 удобнее 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).
Замечание 1. Преобразование виртуального контейнера VC-12 (также как и VC-11 и VC-2) в трибный блок TU-12 (или соответственно в блоки TU-11 и TU-2) и последующее мультиплексирование может проходить по двум схемам, или в двух режимах: плавающем и фиксированном. Достоинство плавающего режима в том, что он допускает использование указателей для определения истинного положения контейнера в поле полезной нагрузки, а значит допускает определенную асинх-ронность в транспортировке контейнера и является средством гибкого динамического выравнивания положения контейнера внутри структуры, в которую он погружен. Фиксированный режим использует фиксированное синхронное отображение структурированной информации трибных блоков на поле полезной нагрузки контейнеров верхних уровней. Он позволяет однозначно идентифицировать эту информацию с помощью указателей административных блоков AU, соответствующих этим контейнерам, что делает ненужным использование указателей трибных блоков TU-n PTR. Достоинство такого режима - более простая структура TU-n или TUG, допускающая более эффективную последующую обработку. Недостаток очевиден - исключается любая несинхронность при транспортировке контейнера.
Для обеспечения плавающего режима формируется мультифрейм, состоящий из нескольких фреймов, в "рамках" которого мог бы плавать контейнер нижнего уровня (С-11, С-12, С-2). При создании такого мультифрейма допускается три варианта отображения грибов на его структуру: асинхронное, бит-синхронное и байт-синхронное (последнее проработано только для Т1/Е1). Варианты отображения устанавливаются операторами сети, причем по умолчанию используется асинхронное отображение. Бит-синхронное размещение используется для сигналов, не имеющих байтовой (октетной) структуры и не рекомендуется в [12] для международных соединений. Байт-синхронный вариант для триба Е1 имеет две опции: одна соответствует PDH-трибу с внутриканальной сигнализациейCAS (19-ый байт 140 байтного фрейма TU), другая - с сигнализацией по общему каналу CCS {используется сигнализация SS# 7).
Так, для контейнеров VC-12 мультифрейм формируется из четырех последовательных фреймов VC-12. Он имеет период повторения 500 мкс и составную длину 140 байтов, 35 х 4 = 740 (рис. 2-7). Его начальная фаза определяется байтом индикатора положения нагрузки Н4 в заголовке РОН контейнера верхнего уровня. В мультифрейме каждый фрейм имеет заголовок длиной в один байт, из этих заголовков фактически используется только заголовок первого фрейма V5. Остальные заголовки, обозначаемые J2, Z6 и Z7 зарезервированы формально. Внутренняя структура фреймов VC-12n мультифрейма различна в зависимости от варианта отображения [18].
Этот мультифрейм и является основой для формирования грибного блока AU-12. В нем перед заголовком каждого фрейма VC-12 дополнительно помещается указатель TU-12 PTR (они обозначаются как V1, V2, V3 и V4) длиной в один байт. В результате формируется мультифрейм TU-12 с периодом повторения 500 мкс и составной длиной 144 байта.
Указатели V1 и V2 составляют одно общее 16-битное поле, назначение бит в котором следующее (слева-направо): биты 1-4 (биты N) - флаг новых данныхNDF (изменение его нормального значения "ОНО" на инверсное "1001" сообщает, что под действием нагрузки изменилось выравнивание, а возможно и размер TU); биты 5-6 (биты S) - указатель типа грибного блока TU (для TU-12 это последовательность "10"); биты 7-16 (чередующаяся последовательность 1/D бит, где I - биты положительного выравнивания,a D - биты отрицательного выравнивания) - собственно указатель TU-n PTR, для TU-12 его величина может изменяться в диапазоне 0-139. Этот указатель и определяет положение первого фрейма VC-12, располагающегося после V2 в мультифрейме TU-12 (рис. 2-7, нижний, поле 0-34). Указатель V4 является резервным-полем, а V3 фактически используется для выравнивания.
Выравнивание осуществляется по отношению к первому фрейму и может быть как положительным, 'при котором последующие фреймы сдвигаются назад (от V3 к V4), для чего используется байт, следующий за V3, так и отрицательным (от V4 к V3) - для чего используется поле указателя V3 (в этом случае оно интерпретируется как поле данных).
В фиксированном режиме указатели не используются и мультифрейм не формируется. Для такого режима может быть использовано как бит-синхронное, так и байт-синхронное отображения. Причем последний вариант не используется в сетях с вводом/выводом VC-1.
В этом режиме TU-12 представляется в виде фрейма с исходным периодом повторения 125 мкс и длиной 36 байтов, из которых первый байт (обозначаемый как R) условно содержит образы V1, V2, V3, V4, а второй (также R) - образы V5, J2, Z6, Z7.
Шаг 4. Последовательность трибных блоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования 3:1 превращается в группу трибных блоковTUG-2 с суммарной длиной последовательности 108 байтов (36х3 = 108). Логически структуру TUG-2 также удобнее представить в виде фрейма 9х12 байтов.
Замечание 2. Фактически при мультиплексировании TU-12 в TUG-2 указатели TU-12 PTR располагаются отдельно от виртуальных контейнеров в начале фрейма, как это показано ниже на рис. 2-9.
Шаг 5. Последовательность TUG-2 подвергается повторному байт-мультиплексированию 7:1, в результате которого формируется группа трибных блоковTUG-3 - фрейм длиной 756 байтов (108х7 = 756), соответствующий фрейму 9х84 байта.
Замечание 3. Фактически TUG-3 соответствует фрейму 9х86, в начале которого добавляется два столбца (2х9 байтов) (рис. 2-8), 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 где индекс TUG-3 используется для отличия FS, применяемых в различных структурах. Таким образом, фрейм TUG-3 имеет длину 774 байта (7х108+3+15=774), что соответствует фрейму 9х86 байтов. Процедура мультиплексирования наглядно показана на рис.2-8, а схема формирования TUG-3 на рис. 2- 9.
Шаг 6. Полученная последовательность вновь байт-мультиплексируется 3:1, в результате чего формируется последовательность блоков TUG-3 с суммарной длиной 2322 байта (774х3 = 2322).
Шаг 7. Происходит формирование виртуального контейнера верхнего уровня VC-4 в результате добавления к полученной последовательности (в соответствии со схемой на рис.2-6) маршрутного заголовка РОК длиной 9 байтов, что приводит к фрейму длиной в 2331 байтов (2322+9 = 2331).
Замечание 4. фактически VC-4 соответствует фрейму 9х261, структура которого состоит из одного столбца (1х9 байтов) РОН, двух столбцов фиксированного пустого поля FS и трех TUG-3 • блока, полученного в результате мультиплексирования. В результате формула образования VC-4 принимает вид: VC-4 = 3 х TUG-3 + рорvc-4 + FSvc-4. Таким образом, последовательность VC-4 име-ет длину 2349 байтов (3х774+9+2х9=2349), что соответствует фрейму 9х261 байт.
Шаг 8. 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 (см. ниже), 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 секцииR30H (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.
Итак, если подытожить результаты рассмотренного примера, получаем следующую итоговую формулу преобразования двоичного потока Е1 в схеме мультиплексирования по стандарту ET3I (символьный (верхний) вариант и численный (нижний) вариант, где значения приведены в байтах):
Указанные формулы являются более точной, хотя и менее наглядной (по сравнению с рис.2-6) эквивалентной формой представления процесса формирования модуля ЗТМ-1, которую можно предложить в качестве обобщенного алгоритма процедуры формирования. Их можно получить для всех вариантов сборки такого модуля.
2.2.6. Другие варианты сборки модуля STM-1 по схеме ETSI
Рассмотрим кратко другие варианты сборки модуля ЗТМ-1 по схеме ET3I, рис.2-4. Их всего четыре:
1 - вариант сборки, порожденный трибом Т1 (1.5 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-11:
Т1 ->С-11 ->VC-11 -> TU-12 -> TUG-2 -> TUG-3 -> VC-4-> AU-4 -> AUG -> 3TM-1;
2- вариант сборки, порожденный трибом ЕЗ (34 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-3:
ЕЗ -> С-3 -> VC-3 ->TU-3 -> TUG-3 -> VC-4 -> AU-4 -> AUG -> ЗТМ-1;
3 - вариант сборки, порожденный трибом ТЗ (45 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-3:
ТЗ -> С-3 -> VC-3 -> TU-3 ->TUG-3 -> VC-4 -> AU-4 -^ AUG -> ЗТМ-1;
(формально путь сборки тот-же, что и в предыдущем варианте);
4- вариант сборки, порожденный трибом Е4 (140 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-4:
Е4 -> С-4 -> VC-4 -> AU-4 -> AUG -> ЗТМ-1.
Варианты 1 и 3 применяются для обеспечения совместимости с сетями 30NET/3DH, использующими американскую иерархию PDH.
Аналогично предыдущему, с небольшими пояснениями, можно привести итоговые формулы преобразования соответствующих двоичных потоков в схеме мультиплексирования ET3I (символьный (первый) вариант и численный (второй) вариант, где значения приведены в байтах или битах). Формулы для варианта 1 имеют вид:
Здесь поток Т1 формально представлен в виде 24-байтной последовательности. С-11 = 25 байт. VC-11 = 26 байт, так как VC-11 РОН = 1 байт. TU-12 PTR = 1 байт. При преобразовании VC-11 в TU-12 добавляется фиксированное пустое поле F3TU-12 = 9 байт (чего не было в варианте сборки, порожденным Е1) в результате чего формируется такой же по формату фрейм TU-12 (9х4 = 36 байт). Последующий процесс тот-же, что и в варианте сборки, порожденным Е1).
Формулы для варианта 2 имеют вид:
Здесь поток ЕЗ (34368 кбит/с) может быть формально представлен в виде 537-байтной последовательности (34368/64=537), которая дополняется 219 байтами до 756-байтной полезной нагрузки (формат 9х84 байта) виртуального контейнера VC-3. Соответствующая ей скорость 48384 кбит/с принимается за скорость контейнера С-3 [46]. При этом контейнер С-3 преобразуется в VC-3 по общей схеме: VC-3 = VC-3 РОН + PL, где PL - полезная нагрузка, представляемая в виде трех идентичных субфреймовSF (формат 3х84 байта), обозначаемых в [18] как Т1, Т2 и ТЗ. Здесь обозначим их как Т, 2з. чтобы не путать с трибами Тп. В соответствии с [18], полезная нагрузка (символьный вариант) формируется по более сложной схеме:
Здесь VC-3| - информационная часть нагрузки SF (1431 бит), FSyc-з " фиксированное пустое поле SF контейнера VC-3 (573 бита), JCByc-з - биты управления выравниванием SF (2х5 бит), JOByc-з -биты возможного выравнивания SF (2 бита).
В результате численный вариант формирования полезной нагрузки примет вид:
Формулы для варианта 3 имеют вид:
Здесь поток ТЗ (44736 кбит/с) может быть формально представлен в виде 699-байтной последовательности (44736/64=699), которая дополняется 57 байтами до 756-байтной полезной нагрузки (формат 9х84 байта) виртуального контейнера VC-3. При этом структура контейнера С-3 преобразуется в VC-3 по той же схеме, что и в варианте 2): VC-3 = VC-3 РОН + PL, но PL представляется в виде девяти идентичных субфреймов SF (формат 1х84 байта). В соответствии с этим полезная нагрузка (символьный вариант) формируется по схеме:
Здесь используются те же обозначения, что и раньше: VC-3) имеет длину 621 бит, FSyc-з " 43 бита, JCBvc-з - 5 бит, JOBvc-з - 1 бит. Дополнительно в SF резервируются поле ОНСус-з длиной 2 бита для организации в будущем канала связи заголовка.
В результате численный вариант формирования полезной нагрузки примет вид:
Формулы для варианта 4 имеют вид:
Здесь поток Е4 (139264 кбит/с) может быть формально представлен в виде 2176-байтной последовательности (139264/64=2176), которая дополняется 164 байтами до 2340-байтной полезной нагрузки (формат 9х260 байт) виртуального контейнера VC-4. При этом контейнер С-4 преобразуется в VC-4 по аналогичной схеме: VC-3 = VC-3 РОН + PL, но PL представляется в виде девяти идентичных субфреймов SF (формат 1х260 байт), разделенных на 20 блоков по 13 байт каждый. В соответствии с этим полезная нагрузка (символьный вариант) формируется по наиболее сложно формализуемой схеме (рис. 2-Ю):
Обозначения те же: VC-4) - суммарная длина на один SF - 1934 бита (20*12*8 (поля 961) + 8 (байт W) + 6 (байт Z)), FSvc-4 - 1'30 бит (13*8 (байты Y) + 5*5 (байты X) + 1 (байт Z)), JCBx - 5 бит (5*1 - байты X), JOBz - 1 бит (байт Z), ОНСх - 10 бит (5*2 - байты X), байты: W (I I I I I I I I), Х (С R R R R R О О), Y (R R R R R R R R), Z (I I I I I I S R); I - информационный бит, С - бит управления выравниванием, R - бит заполнения пустого поля, О - бит канала связи заголовка, S - бит возможного выравнивания.
В результате численный вариант формирования полезной нагрузки примет вид:
Аналогично могут быть описаны варианты сборки модуля STM-1 по схеме на рис. 2-5. 1 - вариант сборки, порожденный трибом Т1 (1.5 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-11:
Т1 ->С-11 -> VC-11 -> TU-11 -> TUG-2 -> VC-3 -> AU-3 -> AUG -> STM-1;
2- вариант сборки, порожденный трибом Е1 (2 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-12:
E1 ->С-12 ->VC-12 ->TU-12-> TUG-2 -> VC-3 -> AU-3 -> AUG -> STM-1;
3 - вариант сборки, порожденный трибом Т2 (6 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-2:
Т2 -> С-2 -> VC-2 -» TU-2 -> TUG-2 -> VC-3 -> AU-3 -> AUG -> STM-1;
4- вариант сборки, порожденный трибами ЕЗ/ТЗ (34/45 Мбит/с), отображаемыми на контейнер С-3:
ЕЗ/ТЗ ->С-3 -> VC-3 -> AU-3 -> AUG -> STM-1;
5- вариант сборки, порожденный трибом Е4 (140 Мбит/с):
Е4 -> С-3 -> VC-3 -> AU-3 -> AUG -> STM-1.
Сборка модулей STM-1 является одним из основных этапов в структуре мультиплексирования SDH. Для первого уровня синхронной иерархии он является последним этапом мультиплексирования, тогда как для последующих уровней необходимо рассмотреть как из модуля первого уровня собирается модуль требуемого уровня. Это рассмотрено в следующем разделе.
2.2.7. Сборка модулей STM-N
Выбор ряда скоростей STM-N иерархии SDH, то-есть дальнейшее стандартное наращивание скоростей передачи, первоначально предполагалось осуществлять по формально соответствующей схеме SONET, используя фактически скорости кратные STM-1, с коэффициентами кратности 1, 4, 8, 12, 16. Два уровня SDH иерархии STM-1 = 155.52 Мбит/с и STM-4 = 622.08 Мбит/с были зафиксированы в 1988г. в стандарте CCITT Rec. G.707 [16, версия 1988 г.] и назывались соответственно первым и четвертым уровнем иерархии SDH (хотя логично было бы называть их первым и вторым уровнем, так как промежуточных уровней между ними нет). Последущее развитие практики разработки и применения этого стандарта, показало, что коэффициенты кратности 8 и 12, имеющие скорости 1244.16 и 1866.24 Мбит/с, предложенные в [16, версия 1988 г.], не были приняты на практике, а сам ряд SDH скоростей из арифметической прогрессии, заложенной в SONET, трансформировался в геометрическую прогрессию вида 1,4, 16, 64, 256, диктуемую желанием иметь постоянный коэффициент мультиплексирования - 4. Следуя этому ряду коэффициентов, в настоящее время эксплуатируются или разрабатываются SDH системы со скоростями, соответствующими окончательной версии SDH иерархии: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 или 155.52, 622.08, 2488.32, 9953.28, '39813.12 Мбит/с. Три первых уровня (называемых по-старому первым, четвертым и шестнадцатым) были "де-юре" стандартизованы в последней версии ITU-T Rec. G.707 [16, версия 1993].
Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как каскадно: 4х1 —> 4, 4х4 -> 16, 4х16 -> 64, 4х64 -> 256, так и непосредственно по схеме N:1 ->N, где N = 4, 16, 64, 256. При этом для схемы непосредственного мультиплексирования используется чередование байтов.
Например, если шестнадцать STM-1 каналов (0, 1, 2, ... 13, 14, 15 или в шестнадцатиричном исчислении 0, 1, 2, ... D, E, F) на входе мультиплексора STM-16 генерируют шестнадцать байт-последовательностей:
то в результате мультиплексирования на выходе STM-16 формируется байт-последовательность:
. Фактически так просто удается мультиплексировать только тогда, когда все STM-1 имеют одинаковую структуру полезной нагрузки, если нет, то нужно, чтобы соблюдались некоторые правила бесконфликтной взаимосвязи. В стандарте G.708 (версия 1988г.) требовалось, чтобы все STM-1 принадлежали к одной из трех категорий:
1 - AU-3 (разного типа), несущие С-3 в качестве полезной нагрузки;
2 - AU-n (разного типа), но несущие тот же тип TUG-2 в качестве полезной нагрузки;
3 - Различные типы TUG-2 в качестве полезной нагрузки.
В том же стандарте последней версии (1993г.) в связи с различиями схем мультиплексирования ETSI и SONET/SDH (рис. 2-4, 2-5) правила бесконфликтной взаимосвязи STM-N последовательностей еще более ужесточаются, а именно:
- при мультиплексировании последовательностей, содержащих AUG, которые базируются на разных AU-n (AU-4 или AU-3), предпочтение отдается схемам, использующим AU-4. Те же схемы, что используют AU-3 должны быть демультиплексированы до уровня TUG-2 или VC-3 (в зависимости от полезной нагрузки) и повторно мультиплексированы по схеме: TUG-3 -> VC-4 -> AU-4;
- при мультиплексировании последовательностей, содержащих VC-11, которые используют различные TU-n (TU-11 или TU-12), предпочтение отдается схемам, использующим TU-11.
Если при формировании модуля STM-N используется каскадное мультиплексирование, то оно осуществляется по схеме чередования групп байтов, причем число байтов в группе равно кратности мультиплексирования предыдущего каскада. Например, если формирование STM-16 происходит по двухкаскадной схеме 4xSTM-1 -> STM-4, 4xSTM-4 -» STM-16, то первый каскад использует мультиплексирование по байтам, а второй - по группам, состоящим из четырех байтов. Если предположить,
что на вход каждого из четырех STM-4, питающих STM-16, поступают последовательности {bij}
(здесь подстрочные индексы i=0,1,2,3 - номера входов, а надстрочные индексы j= 1,2,3,4 - номера мультиплексоров STM-4), то процесс формирования осуществляется следующим образом:
Ясно, что если формирование STM-64 происходит по трехкаскадной схеме 4xSTM-1 -> STM-4, 4xSTM-4 -> STM-16, 4xSTM-16 -> STM-64, то первый каскад использует мультиплексирование по байтам, второй - по группам, состоящим из четырех байтов, а третий по группам из 16 байтов.
2.2.8. Структура фреймов STM-N
Все варианты мультиплексирования, с которыми мы ознакомились, сводились к формированию физического модуля STM-1, а затем STM-N. Рассмотрим логическую структуру модуля STM-1, представленную в виде фрейма STM-1 с его заголовками.
Структура фрейма модуля STM-1 приведена на рис.2-11. Фрейм для удобства рассмотрения обычно представляется в виде двумерной структуры (матрицы), формат которой: 9 строк на 270 однобайтных столбцов. Структуру можно развернуть в виде одномерной (повторяющейся с частотой выборки 8000 Гц) цифровой последовательности, или кадра, длиной 2430 байтов (9*270=2430). Такая развертка (соответствующая отображению матрицы на одномерный массив) осуществляется построчно (в соответствии со схемой мультиплексирования). Фрейм состоит из трех групп полей: поля секционных заголовковSOH формата 3х9 и 5х9 байтов, поля указателя AU-4 формата 1х9 байтов и поля полезной нагрузки формата 9х261 байтов.
Согласно рис.2-4 и рис.2-5 существует единственная возможность фиксированного отображения группы административных блоков AUG на общее поле, составленное из поля указателя AU-n (AU-n PTR - строка размером 1х9) и поля полезной нагрузки (9х261). Для фрейма STM-1 существует две возможности отображения на то же общее поле административных блоков AU-n (а значит и виртуальных контейнеров VC-n), а именно: отображение одного AU-4 (рис. 2-11) или трех AU-3, мультиплекси-рованных по схеме байт-интерливинга (рис.2-12). При этом строка указателей AU-n PTR содержит либо AU-4 PTR для блока AU-4, либо три AU-3 PTR для AU-3.
Фаза контейнеров VC-n не фиксирована, так как указатели AU-n (n=3,4) задают положение первых байтов контейнеров VC-n по отношению к их (указателей) фиксированным позициям, что позволяет виртуальным контейнерам VC-n "плавать" внутри AU-n и компенсировать не только разности фаз VC и SOH, но и разности скоростей составляющих их фреймов (по 3 байта зарезервированы для положительного и отрицательного выравнивания).
Блок AU-4 имеет полезную нагрузку 9х261 байтов и служит для переноса одного виртуального контейнера VC-4, имеющего свой маршрутный заголовок РОН (левый столбец размером 9 байтов). Основное назначение РОН - обеспечить целостность связи на маршруте от точки сборки виртуального контейнера до точки его разборки.
Первые 6 байтов заголовка имеют следующее назначение:
- байт Л используется в рамках формируемого в национальной сети 16-байтного кадра для передачи маркера начала фрейма (байт 1) и идентификатора точки маршрутного доступа (байты 2-16), представленного строкой ASCII-символов в формате, соответствующем рекомендации ITU-T E.164 [139] и используемого для того, чтобы принимающий терминал получал постоянное подтверждение о связи с определенным передатчиком (в международных сетях используется 64-байтная строка, в которую и преобразуется 16-байтная "национальная" строка);
- байт ВЗ - ВIР-8 код, контролирующий ошибки четности в предыдущем контейнере;
- байт С2 - указатель типа полезной нагрузки контейнера, например, TUG, C-3, фиксированный TU, АТМ, MAN, FDDI и др. [17];
- байт G1 - состояние маршрута, дает информацию обратной связи от терминальной к исходной точке формирования маршрута (например, о наличии ошибок или сбоев на удаленном конце FEBE, FERF);
- F2, Z3 - байты, которые могут быть задействованы пользователем данного маршрута для организации канала связи;
- Н4 - обобщенный индикатор положения нагрузки, используется при организации муль-тифреймов, например, указывает на номер фрейма VC-1,2 в мультифреймах TU-1,2;
- байт Z4 - зарезервирован для возможного развития системы;
- байт Z5 - байт оператора сети, зарезервирован для целей администрирования сети.
Полезной нагрузкой VC-4 может быть либо один контейнер V-4 (формата 9х260 байтов), либо три TUG-3 (формата 9х86 байтов), мультиплексированные по схеме на рис. 2-13.
Группы TUG-3, в свою очередь, могут быть сформированы из семи групп TUG-2, как это показано на рис.2-8, либо одного виртуального контейнера VC-3, имеющего формат 9х85 байтов и точно вписывающегося в поле полезной нагрузки (рис.2-14). Структура заголовка VC-3 РОН такая же, как и у VC-4 РОН.
Первый столбец группы TUG-3 состоит из указателей Ш, Н2, НЗ (по 1 байту) и фиксированного наполнителя FS (6 байтов).
Мы описали только основные структуры фреймов и варианты их мультиплексирования (вложения), более подробно см. рекомендацию G.709.
2.2.9. Структура заголовков фреймов STM-N
Заголовок ЗОН (рис.2-15), состоит из двух блоков: RSOH - заголовка регенераторной секции размером 3х9=27 байтов и MSOH - заголовка мультиплексной секции размером 5х9=45 байтов. Он отвечает за структуру фрейма STM-1 и его связи с мультифреймом в случае мультиплексирования нескольких модулей STM-1.
На рис.2-15 используются следующие обозначения:
- байты А1, А1, А1, А2, А2, А2 являются идентификаторами наличия фрейма STM-1 в фрейме STM-N
(А1=11110110, А2=00101000);
- байт В1 и три байта В2 формируют две кодовые последовательности, используемые для проверки на четность с целью обнаружения ошибок в предыдущем фрейме: BIP-8 формирует 8-битную последовательность для размещения в В1 и BIP-24 - 24-битную последовательность для размещения
в трех В2;
- байт С1 определяет значение третьей координаты "с" - глубину интерливинга (см. ниже) в схеме мультиплексирования STM-N;
- байты D1-D12 формируют служебный канал передачи данных -DCC: D1-D3 формируют DCC канал регенераторной секции (192 кбит/с), D4-D12 - DCC канал мультиплексной секции (576
кбит/с);
- байты Е1, Е2 могут быть использованы для создания служебных каналов голосовой связи: Е1 для регенераторной секции (64 кбит/с), Е2 для мультиплексной секции (64 кбит/с);
- байт F1 зарезервирован для создания канала передачи данных/голосовой связи для нужд пользователя;
- байты К1, К2 используются для сигнализации и управления автоматическим переключением на исправный канал при работе в защищенном режиме - APS;
- шесть байтов Z1, Z2 являются резервными за исключением бит 5-8 байта Z1 (или S1, см. п.3.4.3.2.), используемых для сообщений о статусе синхронизации (подробнее см. табл.1 [17]);
- шесть байтов, помеченных значком Д, могут быть использованы как поля, определяемые средой передачи;
- байты, помеченные звездочками, не подвергаются (в отличие от остальных) процедуре шифрования (скремблирования) заголовка;
- все непомеченные байты зарезервированы для последующей международной стандартизации.
В отличие от заголовка ЗОН фрейма STM-1, байты которого могут быть определены двумя координатами: строка а - столбец b. Байты заголовка SОН фрейма STM-N, учитывая особенности мультиплексирования (прямое или каскадное), описанные выше, определяются тремя координатами (рис.2-16): а, Ь, с, где а (а=1-9) - номер строки (как и раньше), b (b=1-9) - номер мультистолб-ца, объединяющего несколько столбцов, с (c=1,2,...,N) - глубина интерливинга, т.е. номер тайм-слота при мультиплексировании.
В результате мы получаем расширенную матрицу (рис. 2-16), новые координаты которой (row, соl) могут быть вычислены по а, b, с: row = a, col = N(b-1) + с. Структура заголовка SОН фрейма STM-4, полученная с соблюдением указанных правил, имеет формат 9х36 байтов и приведена на рис.2-17, а аналогичная структура SОН фрейма STM-16 имеет формат 9х144 байта и приведена на рис.2-18. Структуры заголовка SОН для других скоростей формально не стандартизованы, хотя SТМ-64 уже используется на практике. Она, очевидно, будет иметь формат 9х576 байтов, а внутренняя структура может быть реконструирована на основе общих правил формирования row, col, проиллюстрированных на рис.2-16.
2.3. Функциональные модули сетей SDH
В этом разделе мы опишем основные элементы систем передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Эти модули могут быть связаны между собой в сеть SDH. Связи модулей можно рассматиривать с двух сторон: логической и физической. С одной стороны, логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей -топологию, или архитектуру сети SDH. Она позволяет как анализировать общие закономерности функционирования сети, достоинства и недостатки различных топологий, так и выбирать топологию сети оптимальную для решения конкретной задачи. С другой стороны, модули связаны между собой физической средой распространения SDH сигнала, создаваемой кабелем (как правило, волоконно-оптическим) или эфиром при использовании радиосвязи. Это позволяет выявить физические пределы и ограничения на функционирование систем с заданной топологией.
2.3.1. Функциональные задачи и модули сетей SDH
Сеть SDH, как и любая сеть, строится из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью:
• сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки в сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;
• транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком в сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;
• перегрузка виртуальных контейнеров в соответствии со схемой маршрутизации из одного сегмента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросс-коммутации, решаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов - DXC;
• объединение нескольких однотипных потоков в распределительный узел - концентратор (или хаб) - задача концентрации, решаемая концентраторами]
• восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;
• сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помошью оконечного оборудования - различных согласующих устройств, например, конвертеров интерфейсов, конвертеров скоростей, конвертеров импедансов и т. д. [26].
2.3.2. Мультиплексоры
Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мы будем использовать этот термин как для собственно мультиплексоров, служащих для сборки (мультиплексирования) высокоскоростного потока из низкоскоростных, так и для демультиплексоров, служащих для разборки (демультиплексирования) высокоскоростного потока с целью выделения низкоскоростных потоков.
Мультиплексоры SDH в отличие от обычных мультиплексоров, используемых, например, в сетях PDH, выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются более универсальными и гибкими устройствами, позволяющими решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять еще и задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включенных в спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.
Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибам PDH и SDH иерархий (рис.2-19). Терминальный мультиплексор может или вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать их с линейного входа на выход трибного интерфейса. Он может также осуществлять локальную коммутацию входа одного трибного интерфейса на выход другого трибного интерфейса. Как правило эта коммутация ограничена трибами 1.5 и 2 Мбит/с.
Для мультиплексора максимального на данный момент действующего уровня SDH иерархии (STM-64), имеющего скорость выходного потока 10 Гбит/с, максимально полный набор каналов доступа может включать PDH трибы 1.5, 2, 6, 34, 45, 140 Мбит/с и SDH трибы 155, 622 и 2500 Мбит/с, соответствующие STM-1,4,16 [27]. Если PDH трибы являются "электрическими", т.е. использующими электрический сигнал для передачи данных, то SDH трибы могут быть как электрическими (STM-1), так и оптическими (STM-1,4,16). Для мультиплексоров SDH уровня STM-16 из этого набора исключается триб 2500 Мбит/с, для уровня STM-4 из него исключается триб 622 Мбит/с, и, наконец, для первого уровня - триб 155 Мбит/с. Ясно, что конкретный мультиплексор может и не иметь полного набора трибов для использования в качестве каналов доступа. Это определяется не только пожеланиями заказчика, но и возможностями фирмы-изготовителя.
Другой важной особенностью SDH мультиплексора является наличие двух оптических линейных выходов (каналов приема/передачи), называемых агрегатными выходами и используемых для создания режима стопроцентного резервирования, или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надежности [22]. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резервными (линейная топология, см. ниже рис.2-251 или восточными и западными (кольцевая топология, см. ниже рис.2-29). Нужно заметить, что термины "восточный" и "западный", применительно к сетям SDH, используются достаточно широко для указания на два прямо противоположных пути распространения сигнала в кольцевой топологии: один - по кольцу влево - "западный", другой - по кольцу вправо - "восточный". Они не обязательно являются синонимами терминов "основной" и "резервный" (см. например, рис.2-37, где резервные блоки затенены). Если резервирование не используется (так называемый незащищенный режим), достаточно только одного выхода (одного канала приема/передачи). Резервирование 1+1 в сетях SDH является их внутренней особенностью и не имеет ничего общего с так называемым внешним резервированием, когда используется альтернативный (резервный) путь от одного узла сети к другому, как это делается в так называемой ячеистой сети SDH, работающей в незащищенном режиме.
Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рис.2-19). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях (например, на уровне контейнеров VC-4 в потоках, поступающих с линейных или агрегатных выходов, т.е. оптических каналов приема/передачи), а также осуществлять замыкание канала приема на канал передачи на обоих сторонах ("восточной" и "западной") 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. Все это дает возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.
2.3.3. Концентраторы
Концентратор (иногда называемый по-старому - хаб, так как 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 (рис.2-20).
Этот узел может также иметь не два, а три, четыре или больше линейных портов типа STM-N или STM-N-1 (рис.2-20а,б,в) и позволяет организовать ответвление от основного потока или кольца (рис.2-20а), или, наоборот, подключение двух внешних ветвей к основному потоку или кольцу (рис.2-206) или, наконец, подключение нескольких узлов ячеистой сети к кольцу SDH (рис.2-20в). 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.
2.3.4. Регенераторы
Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два (при использовании схемы защиты 1 + 1) агрегатных выхода (рис.2-21).
Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путем регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние (учитывая практику использования одномодовых волоконно-оптических кабелей) составляет 15-40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40-80 км - для 1500 нм, хотя при использовании оптических усилителей оно может достигать 100-150 км. Более точно это расстояние определяется отношением допустимых для секции регенератора суммарных потерь к затуханию на 1 км длины кабеля (см. более подробно в п.2.6.3. и п.4.1.1).
2.3.5. Коммутаторы
Подавляющее большинство современных мультиплексоров ввода/вывода строятся по модульному принципу. Среди этих модулей центральное место занимает кросс-коммутатор или просто коммутатор - DXC. В синхронной сети он позволяет установить связи между различными каналами, ассоциированными с определенными пользователями сети, путем организации полупостоянной (временной) перекрестной связи, или кросс-коммутации, между ними. Возможность такой связи позволяет осуществить маршрутизацию в сети SDH на уровне виртуальных контейнеров VC-n (см. например, рис. 2-2, 2-3), управляемую сетевым менеджером (управляющей системой) в соответствии с заданной конфигурацией сети.
Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рис. 2-22, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа (трибным интерфейсом), что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рис.2-23), что равносильно локальной коммутации каналов (как отмечалось у ТМ и ADM выше). На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами (рис. 2-23).
Все это говорит о возможности распределенного управления процессом коммутации в узлах сети SDH. Однако эти возможности в большинстве своем ограничены как по числу коммутируемых каналов, так и по типу виртуальных контейнеров VC, доступных для коммутации. Поэтому в общем случае приходится использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков (34 Мбит/с и выше) и синхронных транспортных модулей STM-N (рис.2-24). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.
Существуют несколько типов коммутаторов SDXC в зависимости от того, какие виртуальные контейнеры они могут коммутировать. Их обозначение в общем случае имеет вид SDXC л/m, где л означает номер виртуального контейнера, который коммутатор может принять на вход, а т - номер максимально возможного уровня виртуального контейнера, который он способен коммутировать. Иногда вместо номера виртуального контейнера т указывают набор коммутируемых виртуальных контейнеров, например, m/p/q. Так например, для уровня STM-1 могут быть указаны следующие типы коммутаторов:
- SDXC 4/4 - коммутатор, позволяющий принимать и обрабатывать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с;
- SDXC 4/3/2/1 - коммутатор, позволяющий принимать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с, и обрабатывать VC-3, VC-2 и VC-1, или потоки 34 или 45, 6 и 1.5 или 2 Мбит/с;
- SDXC 4/3/1 - коммутатор, позволяющий принимать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с, и обрабатывать VC-3 и VC-1, или потоки 34 или 45 и 1.5 или 2 Мбит/с;
- SDXC 4/1 - коммутатор, позволяющий принимать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с, и обрабатывать VC-1, или потоки 1.5 или 2 Мбит/с.
Коммутатор выполняет ряд специфических функций в зависимости от режима работы и состава оборудования, с которым он работает.
2.3.6. Функции, выполняемые коммутатором
Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором. Они иллюстрируются рис.2-25:
• маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке РОН соответствующего контейнера;
• консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме работы концентратора/хаба;
• трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, (point-to-multipoint), осуществляемая при использовании режима связи "точка-мультиточка";
• сортировка или перегруппировка (grooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных, например, по типу контейнеров, потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;
• доступ к виртуальному контейнеру VC (test access), осуществляемый при тестировании оборудования;
• ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.
2.3.7. Методы кросс-коммутации и взаимодействие сетей SDH
Как было указано выше кросс-коммутатор может осуществлять три типа коммутации: внутреннюю, локальную и проходную. Рассмотрим кратко как это осуществляется.
Коммутатор может рассматриваться как некоторая внутренняя многопортовая сеть, связывающая три типа портов: линейные порты ввода/вывода (in), линейные порты вывода/ввода (out) и трибные порты ввода/вывода (Mb). Ядром такого коммутатора является неблокируемая, полнодоступная (в общем случае с трех сторон - in, out, Mb) матрица размера n x n (рис.2-26). Матрица управляется микроконтроллером и обеспечивает в общем случае коммутацию сигналов следующих уровней: TU-1 (1.5 или 2 Мбит/с), TU-2 (6 Мбит/с), TU-3 (34 или 45 Мбит/с) и AU-4 (140 Мбит/с). При этом возможна организация как однонаправленных, так и двунаправленных соединений типа: /in-out, out-in, in-trib, trib-in, trib-out, out-trib, Mb-trib.
Используя описанные выше функциональные элементы SDH, можно построить различные сети SDH, отличающиеся топологией, выбираемой в соответствии с целями и задачами, которые требуется решить.
2.4. Топология сетей SDH
Рассмотрим топологию сетей SDH и особенности ее выбора. Для того, чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в ТЗ на стадии проектирования. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.
2.4.1. Топология "точка-точка"
Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология "точка-точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис.2-28). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный.
Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, например, с 622 Мбит/с (STM-4) на 2.5 Гбит/с (STM-16) или с 2.5 (STM-16) на 10 Гбит/с (STM-64). Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (используется в качестве радиусов) и является основой для топологии "последовательная линейная цепь". С другой стороны, топологию "точка-точка" с резервированием можно рассматривать как вырожденный вариант топологии "кольцо" (см. ниже).
2.4.2. Топология "последовательная линейная цепь"
Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводится и выводиться каналы доступа. Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает последовательную линейную цепь, где каждый мультиплексор ввода/вывода является отдельным ее звеном. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рис.2-29, либо более сложной цепью с резервированием типа 1 + 1, как на рис. 2-30. Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом [48].
2.4.3. Топология "звезда", реализующая функцию концентратора
В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам (рис.2-31). Ясно, что этот концентратор должен быть активным и интеллектуальным (в терминологии локальных сетей), т.е. быть мультиплексором ввода/вывода с развитыми возможностями кросс-ком мутации (как описано выше). Иногда такую схему называют оптическим концентратором (хабом), если на его входы подаются частично заполненные потоки уровня STM-N (или потоки уровня на ступень ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напоминает топологию "звезда", где в качестве центрального узла используется мультиплексор SDH.
2.4.4. Топология "кольцо"
Эта топология, см. рис.2-32, широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты типа 1 + 1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (показаны стрелками на рис.2-32).
Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, т.е. быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов. Поэтому есть смысл остановиться на них подробно в следующем разделе.
2.5. Функциональные методы защиты синхронных потоков
Одним из основных преимуществ технологии SDH является возможность такой организации сети, при которой достигается не только высокая надежность ее функционирования, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля. Такие сети и системы логично назвать существующим в нашей литературе по системному анализу термином самовосстанавливающиеся. Заметим, что применительно к сетям SDH иногда используется термин "самозалечивающиеся" [11].
В принципе существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей [51,52], которые могут быть сведены к следующим схемам:
1 - резервирование участков сети по схемам 1 + 1 и 1:1 (см. объяснение ниже) по разнесенным трассам;
2 - организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1 + 1 и 1:1;
3 - резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1;
4 - восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла;
5 - использование систем оперативного переключения.
Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации.
В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам (стопроцентное резервирование), сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам:
- резервирование по схеме 1+1 - сигналы анализируются и выбирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;
- резервирование по схеме 1:1 - альтернативным маршрутам назначаются приоритеты -низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находися в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.
Это общие методы восстановления работоспособности, применимые для любых сетей (см. ниже, 2.7.3, пример с ячеистой сетью).
Во втором случае, наиболее распространенном в сетях SDH, используется топология типа "кольцо", которое может быть организовано с помощью двух волокон (топология "сдвоенное кольцо") или четырех волокон (два сдвоенных кольца). Несмотря на более высокую стоимость четырехволоконного варианта он стал использоваться в последнее время, так как обеспечивает более высокую надежность. Например, такую схему защиты позволяет реализовать мультиплексор 1664 SM/C компании Alcatel и мультиплексоры других фирм.
Защита маршрута в сдвоенном кольце, которая соответствует типу 1+1, может быть организована двумя путями [51].
Первый путь - используется защита на уровне трибных блоков TU-n, передаваемых по разным кольцам. Весь основной трафик передается в одном из направлений (например, по часовой стрелке). Если в момент приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит распределены** по кольцу характер, а сам метод носит название метода организации однонаправленного сдвоенного кольца.
Второй путь - защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используются как основное, второе - как защитное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки TU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основного и защитного колец на границах дефектного участка (рис.2-33а), образующее новое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора (восточной или западной). Современные схемы управления мультиплексорами могут поддерживать оба эти метода защиты. Треугольники на рис.2-33-2-36 и последующих обозначают мультиплексоры SDH.
В третьем случае восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Схема резервирования в общем случае М:1, что допускает различную степень резервирования: от 1:1 (100%) до меньшей степени, например, 4:1 (25%), когда на 4 основных трибных интерфейсных карты используется одна резервная, которая автоматически выбирается системой кросс-коммутации при отказе одной из основных. Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре SDH для резервирования трибных карт 2 Мбит/с (4:1 или 3:1 для STM-1 или 16:1, 12:1, 8:1 для STM-4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков, например, блоков кросс-коммутации и систем управления и резервного питания, время переключения которых на запасные не превышает обычно 10 мсек.
В четвертом случае резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного узла из схемы функционирования. Так, системы управления SDH мультиплексоров обычно дают возможность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа (рис.2-336).
В пятом случае, характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс-коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в случае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих или исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков. Процедура такой реконфигурации может быть централизованной или распределенной [11]. В первом случае она осуществляется сетевым центром управления, что может быть реализовано достаточно просто, во втором - совместное решение о реконфигурации должно вырабатываться группой прилегающих систем оперативного переключения. Могут применяться и комбинированные методы.
Использование систем оперативного переключения по принципу организации защиты напоминает схему резервирования 1:1 метода резервирования по разнесенным трассам. Разница, однако, состоит в том, что в последнем случае физический или виртуальный канал уже существует, тогда как в первом он формируется в момент оперативного переключения (действие более характерное для коммутатора/маршрутизатора в сетях пакетной коммутации).
2.6. Архитектура сетей SDH
Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, мы рассмотрим здесь только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа "точка-точка") топологий или топологии последовательной линейной цепи.
2.6.1. Радиально-кольцевая архитектура
Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведен на рис.2-34. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь". Вместо последней может быть использована более простая топология "точка-точка". Число радиальных ветвей ограничивается из соображений допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на кольцо.
2.6.2 Архитектура типа "кольцо-кольцо"
Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рис.2-35 показана схема соединения двух колец одного уровня - STM-4 с помощью интерфейсных карт STM-1, а на рис.2-36 - каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении можно использовать необходимые оптические трибы предыдущего иерархического уровня при переходе от кольца одного уровня к другому (например, триб STM-1 при переходе на кольцо STM-4 и триб STM-4 при переходе на кольцо STM-16).
2.6.3. Линейная архитектура для сети большой протяженности
Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте (в линейном тракте) между ТМ (рис.2-37) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора еще и регенераторы для восстановления (регенерации) затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T Rec. G.957 и Rec. G.958 [24, 25].
Принято различать три типа стандартизованных участков - секций: оптическая секция (участок от точки электронно-оптического до точки опто-электронного преобразований сигнала), которая по сути являются участком волоконно-оптического кабеля между элементами сети SDH (на рис.2-37 не показано), регенераторная секция и мультиплексная секция (рис.2-37).
Оптические секции нормируются, согласно [24] по длине, при этом выделяют три категории: I - внутристанционная секция, длиной до 2-х км, S - короткая межстанционная секция, порядка 15 км, и L - длинная межстанционная секция, порядка 40 км (при длине волны 1310 нм) и 80 км (при длине волны 1550 нм). Указанные длины секций используются только для классификации (см. ниже) и не могут рассматриваться как рекомендуемые значения используемых техничеких параметров. Общая длина маршрута может составлять при этом сотни или же тысячи километров. Маршрут в [47] рассматривается как участок тракта между терминальными мультиплексорами, допускающий автоматическое поддержание функционирования сети с номинальной производительностью.
Мультиплексная секция рассматривается как участок тракта между транспортными узлами (мультиплексорами и коммутаторами), допускающий аналогичное автоматическое поддержание функционирования.
Регенераторная секция рассматривается как участок тракта между двумя регенераторами или между регенератором и другим элементом сети SDH. В [24] для аналогичных определений используются опорные точки А (вход/выход волокна) и С (вход/выход начала/окончания регенераторной секции RST) в схеме представления регенераторной секции, определенные в стандарте ITU-T Rec. G.783 [22]. Более подробно это изложено в рекомендациях ITU-T [24, 25] или в работах [6, 47].
Описанный выше секционный заголовок ЗОН фрейма STM-N, содержащий управляющую информацию, делится, как указывалось, на две части: RSOH - заголовок регенераторной секции - 27 байтов (строки 1-3, столбцы 1-9) и MSOH - заголовок мультиплексной секции - 47 байтов (строки 5-9, столбцы 1-9) [17]. Регенераторная секция обрабатывает RSOH, который содержит синхросигнал, а также управляющую и контрольную информацию, позволяющую локализовать поврежденную секцию. Этот заголовок, будучи сформированным и введенным в фрейм на входе RST, считывается каждым регенератором и выводится из фрейма на выходе RST, что более подробно описано в [17].
Классификация секций приведена в таб.2-1. Она дает стандартное обозначение секций в зависимости от уровня STM (1, 4, 16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри станции (код использования I), между станциями - короткая секция (код использования S), между станциями - длинная секция (код использования L). В общем случае кодировка типов использования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и имеет формат:
<код использования> - <уровень STM> . <индекс источника >
Здесь код использования и уровни STM приведены выше, а индекс источника имеет следующие значения и смысл:
- 1 или без индекса - указывает на источник с длиной волны 1310 нм;
- 2 - указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего рекомендациям G.652 (секции S) и G.652, G.654 (секции L);
- 3 - указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего рекомендации G.653.
Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регенераторная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник света с длиной волны 1550 нм.
Таблица 2-1.
Классификация стандартных оптических интерфейсов
2.6.4. Архитектура разветвленной сети общего вида
В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для глобальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mash) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному пути. Это, наряду с присущим сетям SDH внутренним резервированием, позволяет повысить надежность всей сети в целом. Причем при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основном маршруте используется волоконно-оптический кабель (ВОК), то на резервном - радиорелейная линия (РРЛ), или наоборот.
На рис.2-38 представлена архитектура такой разветвленной (глобальной) сети, остов (или опорная/магистральная сеть) которой сформирован для простоты в виде одной сетевой ячейки, узлами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу "каждый с каждым". К этому остову присоединены периферийные сети SDH различной топологии, которые могут быть "образами" либо корпоративных сетей (с выходом на LAN), либо общегородских сетей SDH или MAN (ОГС), либо сегментов других глобальных сетей WAN (ГСС). Эта структура может рассматриваться как некий образ глобальной сети SDH.
Еще один пример сети SDH общего вида приведен на рис.2-39. Эта сеть рассматривается в [55] как пример законченного решения сети, связывающей сегменты, использующие как топологии SDH, так и PDH.
Схема сети (рис.2-39} состоит из трех колец SDH, связанных между собой тремя сегментами. Два верхних кольца STM-4 связаны последовательной линейной SDH цепью уровня STM-16. Левые верхнее (STM-4) и нижнее (STM-1) кольца связаны линией Е4 PDH (140 Мбит/с), терминальные мультиплексоры PDH которой PSM-1 на уровне триба Е4 непосредственно связаны с SDH мультиплексорами SDM-1. Замыкающее звено между правым верхним и нижним кольцами SDH использует кросс-коммутатор T::DAX, связанный на уровне PDH грибов с двумя мультиплексорами SDM-1 нижнего кольца STM-1 с одной стороны и мультиплексором SDM-1 с другой. Последний выполняет несколько функций:
- терминального мультиплексора последовательной линейной цепи SDM-1;
- мультиплексора ввода/вывода для сети доступа, организуемой через РСМ-2, и потоков от кросс-коммутатора T::DAX;
- концентратора-коммутатора потоков между T::DAX, верхним кольцом STM-4, линейной цепью SDM-1 и PDH мультиплексором РСМ-2 в сети доступа.
Наконец, сети SDH общего вида можно рассматривать как транспортную сеть для ATM трафика, учитывая, что виртуальные контейнеры VC-n могут нести в упакованном виде поток ATM ячеек в качестве полезной нагрузки. Можно отметить, что в настоящее время стандартизованы процедуры такой упаковки (инкапсуляции) ATM ячеек в виртуальные контейнеры VC-4 и VC-4-Xc, используемые в схемах мультиплексирования SDH (более подробно см. рекомендации ITU-T G.709 [18] или работу [162]).
Для сопряжения SDH и ATM сетей (рассматриваемых как сети доступа) уже сейчас существуют коммутаторы доступа ATM, осуществляющие упаковку ячеек ATM в виртуальные контейнеры SDH. Одним из них является, например, коммутатор АТоМ компании ECI. Схема общей сети SDH и ATM сети доступа приведена на рис.2-40.
Сокращения, приведенные на указанных рисунках расшифрованы в списке сокращений.
2.7. Аппаратурная реализация функциональных блоков сетей SDH
2.7.1. Схемная реализация и характеристики синхронных мультиплексоров
Синхронные мультиплексоры разрабатываются различными зарубежными компаниями и имеют определенные различия характеристик и возможностей, однако в силу высокого уровня стандартизации технологии SDH они в значительной степени унифицированы по основным параметрам. Чтобы понять их внутреннюю структуру, ниже для примера рассмотрены блок-схемы трех мультиплексоров различных уровней: STM-1 (компании Model), STM-4 (компании GPT) и уровней STM-4/16 (компании Alcatel). Приведенные спецификации соответствуют, как правило, спецификациям, указанным в фирменной документации.
2.7.1.1. Реализация мультиплексоров STM-1
Структурная схема мультиплексора STM-1 типа TN-1X компании Nortel (Northern Telecom) приведена на рис.2-41. Мультиплексор смонтирован на стойке и состоит из следующих основных блоков [48]:
- четырех грибных интерфейсных блоков TIU с 16 электрическими портами 2 Мбит/с для ввода/вывода до 63 входных потоков;
- двух (основного и резервного) менеджеров полезной нагрузки - устройств для формирования и управления полезной нагрузкой (различные типы полезной нагрузки в виде VC-n, TU-n, TUG-2, TUG-3 см. выше). Он, например, управляет операциями ввода/вывода каналов доступа (трибов), мультиплексированием и внутренней коммутацией потоков, производит сортировку (grooming) на уровне трибных блоков TU-n, формирует полезную нагрузку до уровня агрегатных блоков AU-n и передает ее на интерфейсы агрегатных блоков;
- двух оптических или электрических агрегатных блоков AU А и В с выходными портами 155 Мбит/с (STM-1) "восток" и "запад" для формирования выходных потоков;
- двух (основного и резервного) блоков питания (на схеме не показаны);
- одного контроллера и локальной панели оператора (на схеме не показаны).
Он также обеспечивает мультиплексирование до шестидесяти трех входных потоков 2 Мбит/с, подаваемых на входные порты трибных интерфейсных блоков, в один или два потока по 155 Мбит/с, формируемых на выходе электрических или оптических агрегатных блоков.
TN-1X может быть использован (сконфигурирован) для работы в качестве:
- терминального мультиплексора ТМ с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме "основной/резервный" для создания защиты типа 1+1 агрегатных портов;
- мультиплексора ввода/вывода с двумя агрегатными блоками (портами "восток" - "запад") для работы в сетях с топологией "кольца" и защитой типа 1+1, создаваемой при организации двойного кольца со встречными потоками (рис. 2-33), или "последовательной линейной цепи" (рис. 2-29);
- мультиплексора ввода/вывода с одним агрегатным блоком для работы в качестве ТМ без защиты в сетях с топологией "точка - точка" или в сетях с топологией "последовательная линейная цепь".
Мультиплексор и его блоки имеют следующие характеристики:
Интерфейсные входы и выходы трибов:
- скорость передачи данных на входе - 2048 кбит/с;
- линейный код - HDB3;
- входной импеданс - 75 Ом (коаксиальный вход), 120 Ом (симметричный вход);
- амплитуда импульса на выходе - ±2.37 В (75 Ом) и ±3.0 В (120 Ом);
- номинальная длительность импульса - 244 не;
- максимально допустимые потери в кабеле - 6 дБ;
- максимально допустимые потери на отражение на входе/выходе - 18/8 дБ;
- соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.703.
Оптические входы и выходы агрегатных блоков:
- выходная мощность - 1 мВт;
- чувствительность приемника - -34 дБ (при коэффициенте ошибок 10~10);
- максимально допустимые потери на секцию - 28 дБ;
- длина волны - 1310 нм;
- тип волокна оптического кабеля - одномодовый;
- соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.957 (для STM-1).
Электрические входы и выходы агрегатных блоков:
- линейный код - CMI;
- входной импеданс - 75 Ом;
- максимально допустимые потери на отражение на входе/выходе - 15 дБ;
- максимально допустимые потери в кабеле на входе - 12.7 дБ;
- амплитуда выходного импульса - 1.0 В;
- соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.703.
2.7.1.2. Реализация мультиплексоров STM-4
Структурная схема мультиплексора STM-4 типа SMA-4 компании GPT приведена на рис.2-42. Мультиплексор смонтирован на двойной стандартной стойке (980x450x280 мм) и состоит из следующих основных блоков:
- трибных блоков с набором электрических портов для приема входных потоков различной скорости (от 1.5 и 2 до 140 и 155 Мбит/с);
- двух пар (основной и резервной) мультиплексоров и коммутаторов для мультиплексирования, локальной коммутации и управления потоками;
- двух оптических агрегатных блоков с выходными портами 622 Мбит/с (STM-4) "восток" и "запад" для формирования выходных потоков;
- двух (основного и резервного) блоков питания (на схеме не показаны);
- интерфейсами контроля и управления, служебным каналом.
Он обеспечивает мультиплексирование различных входных потоков, подаваемых на входные электрические порты трибных интерфейсов: до 252 или 504 потоков 1.5 Мбит/с или 2 Мбит/с, или до 12 или 24 потоков 34 Мбит/с или 45 Мбит/с, или до 4 или 8 потоков 140 Мбит/с, или до 6 или 12 частично заполненных потоков 155 Мбит/с (при суммарном потоке не выше 252 или 504 потоков 2 Мбит/с) а один или два потока 622 Мбит/с, формируемых на выходе оптических агрегатных блоков.
SMA-4 может быть использован (сконфигурирован) для работы в качестве:
- терминального мультиплексора (ТМ) с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме: "основной/резервный" - для создания защиты типа 1 + 1 агрегатных портов для схемы "точка-точка" или защиты типа 1:п для потоков 1.5 или 2 Мбит/с, осуществляемой блоком резервирования трибов (рис. 2-42) при наличии соответствующего резерва входных портов;
- мультиплексора ввода/вывода с двумя агрегатными блоками (портами "восток" - "запад") для работы в сетях с топологией "кольцо" и защитой типа 1+1, создаваемой при организации двойного кольца со встречными потоками (рис. 2-33), или с топологией "последовательная линейная цепь" по схеме на рис. 2-29;
- мультиплексора ввода/вывода с одним агрегатным блоком для работы в качестве ТМ без защиты в сетях с топологией "точка - точка" или в сетях с топологией "последовательная линейная цепь";
- оптического концентратора (хаба) для осуществления функций консолидации и сортировки в качестве центрального узла в топологии "звезда", на вход которого подаются потоки STM-1 (до 12 частично заполненных STM-1 потоков могут консолидироваться на уровне VC-12 в один или два STM-1 или STM-4 потока);
- небольшого коммутатора, функционирующего самостоятельно или способного объединить до четырех колец 622 Мбит/с.
Мультиплексор и его блоки имеют следующие характеристики:
Интерфейсные входы и выходы трибов:
- скорость передачи данных на входе - 1.5, 2, 34, 45 и 140 Мбит/с, по стандарту - ITU-T Вес. G.703 или 155 и 622 Мбит/с по стандарту ITU-T Rec. G.709 [18];
- входной импеданс - 75 Ом (коаксиальный вход) – для 1.5 – 140 Мбит/с, 120 Ом (симметричный вход) - для 1.5 и 2 Мбит/с.
Оптические входы и выходы трибов и агрегатных блоков:
- длина волны - 1310 нм - для коротких и средних оптических секций, 1550 нм - для длинных секций;
- максимально допустимые потери на секцию:
- STM-4 - 12/12/24 дБ - для коротких, средних и длинных секций при 1310 нм и 24 дБ - для длинных секций при 1550 нм;
- STM-1 - 18/18/28 дБ - для коротких, средних и длинных секций при 1310 нм и 28 дБ - "для длинных секций при 1550 нм;
- тип волокна оптического кабеля - одномодовый;
- оптические соединители - FC, PC или DIN;
- соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.709 [18] и ITU-T Rec. G.957 [24].
Электрические входы и выходы блоков с STM-1:
- линейный код - CMI;
- входной импеданс - 75 Ом;
- соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.703 [14].
Одной из особенностей мультиплексоров SMA-4 является развитая система защиты, реализуемая путем резервирования различного типа:
- типа 1:1 - для любой пары портов и агрегатных блоков;
- типа 1:п, где n ? 8, для 2 Мбит/с трибов;
- дублирование блоков коммутатора, контроллера мультиплексора, связи и питания;
- использование обеих ветвей "восток" - "запад" с выбором лучшего по качеству сигнала, получаемого приемным блоком, для автоматической защиты трибных блоков;
- автоматическое переключение на обходной путь основного потока (4xVC-4) в случае неисправности мультиплексора.
Другой особенностью является преемственность: SMA-4, являясь членом семейства мультиплексоров для уровней STM-1, STM-4 и STM-16, путем простой замены блоков может быть модифицирован в SMA-16 для работы на скорости 2.5 Гбит/с.
2.7.1.3. Реализация мультиплексоров STM-4/16
Рассмотрим еще один пример мультиплексора уровня STM-4, позволяющего производить его модификацию до уровня STM-16. Это мультиплексор ввода-вывода 1651 SM компании Alcatel. На рис.2-43 приведена его структурная - схема, которая выглядит компактной и модульной [57].
Мультиплексор 1651 SM может быть использован для работы в качестве:
- линейного терминального (одинарного или двойного) мультиплексора с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме "основной/резервный" для создания защиты типа 1 + 1 агрегатных портов;
- мультиплексора ввода/вывода с двумя или четырьмя агрегатными блоками (портами "восток" - "запад") для работы в сетях с топологией обычного или сдвоенного кольца и в линейной цепи с защитой типа 1 + 1 или без защиты;
- линейного регенератора, работающего по схемам с защитой 1 + 1 или без нее;
- концентратора (хаба) для осуществления функций центрального узла в топологии "звезда";
- коммутатора, функционирующего в рамках мультиплексора и самостоятельно с максимальной емкостью до 16 STM-1 портов.
Мультиплексор и его блоки имеют следующие характеристики: Трибные интерфейсы:
- скорость передачи данных на входе - 2, 34, 45 и 140 или 155 Мбит/с (электрические) или 155 Мбит/с (оптический);
- входной импеданс - 75 Ом (коаксиальный вход) - для всех трибов, 120 Ом (симметричный вход) - для 2 Мбит/с.
Оптические входы агрегатных блоков:
- 622 Мбит/с (STM-4) и 2488 Мбит/с (STM-16);
Оптические интерфейсы (табл.2-1):
- для STM-1: S-1.1, L-1.1, L-1.2;
- для STM-4: S-4.1, L-4.1, L-4.2, L-4.1 JE, L-4.2 JE;
- для STM-16: S-16.1, L-16.1, L-16.2, L-16.2 JE;
- оптические соединители - FC, PC;
- соответствие стандартам - ITU-T Rес. G.709 [18], Rec. G.957 [24], Rec. G.958 [25].
Особенности режимов ввода/вывода и возможности кросс-коммутации:
максимальное число трибов. коммутируемых без блокировки:
- 8 - для трибов 140 Мбит/с и 155 Мбит/с;
- 24 - для грибов 34 Мбит/с или 45 Мбит/с;
- 63 - для грибов 2 Мбит/с.
дополнительное число коммутируемых 2 Мбит/с трибных портов ввода/вывода:
- 189 на каждую полку (кассету) типа 1641SM-D, установленную на стойке, типы кросс-коммутации:
- на уровне виртуальных контейнеров VC-4:
- линия-линия (агрегатный блок-агрегатный блок) - сквозная кросс-коммутация;
- линия-триб - внутренняя кросс-коммутация;
- триб-триб - локальная кросс-коммутация.
- на уровне виртуальных контейнеров VC-3 и VC-12:
- 8 VC-4 эквивалентов в режиме обхода узла - байпасная кросс-коммутация;
- 8 VC-4 эквивалентов в режимах сквозной, внутренней и локальной кросс-коммутации.
Особенности режимов защиты:
защита сети:
- типа 1 + 1, 1:1 - для мультиплексных секций любого вида линейной сети (на уровне агрегатных блоков и SDH трибов);
- защита маршрута (тракта) линейной сети в целом;
- типа самовосстанавливающегося двунаправленного двухволоконного кольца с выбором лучшего по качеству сигнала, получаемого приемным блоком;
- типа самовосстанавливающихся взаимодействующих колец со сдвоенными узлами.
защита оборудования:
- типа 1+1 - для любого общего блока (коммутатора, контроллера мультиплексора, связи и блоков питания и др.);
- типа 1+N, где N = 3 - для трибов 2 Мбит/с;
- типа 1+1, 1+N - для других типов трибов.
Особенности системы управления:
интерфейсы систем управления:
- Qx, Qвз, Qecc - Q-интерфейсы - для доступа по сети Ethernet типа 10BASE2 на уровне менеджера сети NM в соответствии с стандартами ITU-T Rec. G.773 [89], Rес. G.784 [23];
- RS-232 (разъем DB-9) - для модемного доступа (9600 бит/с) к NM через крафт-терминал СТ;
- Е1/Е2 - для доступа по служебным цифровым каналам EOW (DTMF с внутриполосной сигнализацией);
- G.703 (сонаправленный интерфейс) - для организации служебных (DSO) каналов данных 3x64 или 6x64 кбит/с;
- G.703 (G.704, G.736) - для организации служебных (Е1) каналов данных 4x2 Мбит/с;
- V.11 - разнонаправленный интерфейс - для организации служебных каналов передачи данных (3x9600 бит/с).
управление передачей данных:
- SОН (байты D1-D3 и D-4-D-12) - для управления регенераторами на уровне NM;
- 8 входов/7 выходов - для осуществления операций тестирования и сбора данных.
оперативное управление:
- дистанционный сбор учетных (инвентарных) данных на уровне интерфейсных карт;
- загрузка программного обеспечения без прерывания трафика;
- контроль ошибок и параметров настройки в соответствии со стандартами ITU-T Rec. G.784 [23], G.826 [75].
Синхронизация:
внутренняя:
- +/- 4.6*10-6 с дрейфом не хуже 0.37x10-6 в день;
внешняя:
- 2048 кГц в соответствии с G.703.10 (импеданс: 120 Ом - симметричное подключение и 75 Ом - коаксиальный кабель);
- трибы 2 Мбит/с;
- линейный сигнал STM-N.
выходы:
- 2048 кГц (импеданс: 120 Ом - симметричное подключение и 75 Ом - коаксиальный кабель) в соответствии с ITU-T Rec. G.703.10.
Выбор типа синхронизации осуществляется в соответствии с установленными приоритетами или по алгоритму, использующему сообщения о статусе синхронизации SSM.
Особенностью мультиплексора является его преемственность: SMA-4, являясь членом семейства мультиплексоров для STM-1, STM-4 и STM-16, может использовать интерфейсные карты STM-1, а также путем простой замены блоков может быть модифицирован в компактный вариант мультиплексора SMA-16 для работы на скорости 2.5 Гбит/с путем установки 2 агрегатных карт STM-16. Такой вариант мультиплексора с возможностью ввода-вывода потоков 2 Мбит/с соответствует модели 1661 SM-C. Другой особенностью является наличие специального входа системы синхронизации, на который подается радиосигнал с глобальной системы определения местоположения GPS, позволяющий подстраивать источник синхронизации по мировому скоординированному времени UCT (см. п.3.4.3).
Схема размещения интерфейсных карт и модулей в корпусе полки, устанавливаемой на стойке S9 (Alcatel), соответствующей стандартной стойке ETS300119, приведена на рис.2-44. Таких полок в стойке может быть две. Блоки используют печатную плату европейского стандарта (233x220 мм). Верхняя часть полки используется для панели межсоединений (интерфейсы кабельной связи). Средняя часть полки (верхняя кассета) имеет 16 слотов (разъемов): 3 (SW1-4, SW1-10, SW6-9) - для коммутации интерфейсных карт, 10 - для трибных интерфейсных карт, два матричных коммутатора (стопроцентное резервирование), один блок питания. Нижняя часть полки (нижняя кассета) имеет 10 слотов: 4 (WA, ЕВ, ЕА, WB) линейных агрегатных блока и два таймера (для всех стопроцентное резервирование), два блока питания (резервирование 50% с учетом блока на верхней кассете), один контроллер и один блок для внешних подключений (AUX).
Рис-2-44. Схема размещения интерфейсных карт и модулей на стандартной стойке
2.7.2. Обзор аппаратной реализации оборудования сетей SDH
В предыдущих параграфах 2.7.1 - 2.7.2 были приведены функциональные блоки и описана архитектура сетей SDH. Указанные в них примеры реализации мультиплексоров уровня STM-1,4 дают, в целом, представление о структуре и характере используемых в мультиплексорах блоках. Вместе с тем интересно провести обзор аппаратурной реализации функциональных блоков SDH сетей, производимых не только компаниями Nortel, GPT и Alcatel, но и другими компаниями, оперирующими на российском рынке. Этот материал как нам кажется, будет интересен не только проектировщикам сетей, но и всем, вовлеченным в процесс принятия решений о закупке SDH оборудования. Это естественно, т.к. всегда хочется иметь информацию об оборудовании всех возможных его поставщиков, чтобы оценить все его многообразие, а также возможные различия его характеристик. Для помощи в этом в обзоре приводятся данные, собранные у различных фирм-поставщиков.
На рынке SDH можно выделить группу из 12 наиболее крупных поставщиков оборудования SDH, а именно: Siemens, GPT, Alcatel (Aicatel N.V.), AT&T (новое имя части компании, занимающейся производством оборудования SDH - Lucent Technologies), LME (Ericson), PKI (Philips Kommunications Industrie - компания продала свой SDH бизнес), NEC, Nortel (новое название компании Northern Telecom), ECI, Nokia, Marconi и Fujitsu. Практически все они, за исключением, быть может, двух последних, представлены на Российском рынке. Этот рынок в последнее время становится все более насыщенным оборудованием SDH различного класса. Это связано с разнообразием и масштабностью осуществляемых совместно с этими компаниями проектов, в которых оперируют уже сотнями комплектов оборудования SDH. Достаточно привести пример радиорелейной линии Москва-Хабаровск, использующей технологию SDH (режим многоканальной (6+2) передачи потоков STM-1), торжественно открытой 14 марта 1996г., на которой установлено несколько сот мультиплексоров компании Siemens, связанных радиорелейными станциями Siemens и NEC.
Все разнообразие этого оборудования можно представить в виде пяти групп:
- синхронные мультиплексоры - SMUX или SM;
- оборудование линейных трактов - SL;
- синхронные кросс-коммутаторы - SXC;
- синхронные радиорелейные линии (РРЛ) - SR;
- системы управления оборудованием SDH.
Подробное рассмотрение всех типов оборудования задача большая и трудоемкая, учитывая, что не все указанные выше компании публикуют или готовы предоставить нужную информацию. В нашем обзоре представлены компании, материалами которых располагает автор: Siemens, GPT, Alcatel, AT&T, Philips, NEC, Nokia, Nortel и ECI.
Из указанного оборудования наиболее широко используются синхронные мультиплексоры, которые, как было указано выше, применяются и в линейных трактах, и как кросс-коммутаторы, поэтому мы и ограничимся, в основном, их рассмотрением. Другое оборудование, выпускаемое указанными компаниями, будет кратко перечислено в номенклатурных списках оборудования. Все характеристики и параметры оборудования приведены в большинстве случаев так, как они представлены в проспектах компаний.
2.7.2.1. Технические характеристики оборудования
Основные характеристики мультиплексного оборудования сведены в таблицу 2-2 отдельно для синхронных мультиплексоров различных уровней SDH - STM-1, STM-4 и STM-16. В верхней части таблицы указан ряд параметров мультиплексного оборудования, тогда как в нижней части таблицы указаны другие общие для всех мультиплексоров характеристики, относящиеся к системам управления элементами сети и сетью в целом.
Некоторые из этих характеристик требуют комментариев.
Каналы доступа грибных интерфейсных карт. Для трибов PDH стандартный набор каналов 2, 34, 140 Мбит/с соответствует европейской иерархии (ЕС), но не включает 8 Мбит/с (см. 2.2.4). Ряд мультиплексоров имеют трибы 1.5 и 45 Мбит/с {или 6 Мбит/с - оговариваемая опция) для совместимости с американской иерархией (АС). Для мультиплексоров уровня STM-1 SDH триб может быть электрическим или оптическим, для уровней STM-4,16 используются только оптические SDH трибы. Наличие таких трибов позволяет использовать мультиплексоры в качестве регенераторов в линейных трактах SDH, а также в схемах соединения колец разного уровня (рис.2-36).
Число портов на грибной интерфейсной карте. До недавнего времени для трибов 2 Мбит/с на карте имелось обычно 16 портов, что требовало, например, 4 карты (16x4=64 потенциально возможных каналов) для максимального использования возможностей мультиплексоров уровня STM-1 по обработке каналов 2 Мбит/с (63 канала). Современное оборудование позволяет иметь 21 порт на карте, что дает возможность использовать только 3 карты для обработки того же потока (63 канала), экономя 1 слот для других трибов или для увеличения числа максимально обрабатываемых каналов 2 Мбит/с (STM-4,16). Обычное число портов для других трибов: 3 - для 34 или 45 Мбит/с и 1 - для 140 или 155 Мбит/с.
Число грибных интерфейсных карт и тип защищенного режима по входу. В первой позиции, в скобках даны числа основных и резервных карт, причем число резервных карт должно соответствовать схеме защиты трибов, приведенной во второй, из указанных, позиций. Например, если в типе защищенного режима по входу указано "1:4", то для защиты 4-х карт используется только одна резервная карта (резервирование 25%), если указано "1:3", то на три основных используется одна резервная карта (резервирование 33%), если "1:1", то резервирование 100% на уровне трибов.
Максимальная нагрузка на мультиплексор (в защищенном режиме). Данная характеристика указывает максимальное число обслуживаемых каналов по каждому типу триба в отдельности. Эта характеристика, как правило, связана с возможностями кросс-коммутации и системы управления.
Тип локальной коммутации каналов доступа. Здесь указаны три возможных варианта: триб-линия (т-л), триб-триб (т-т) и линия-линия (л-л) (рис.2-22, 2-23).
Возможности неблокируемой кросс-коммутации. Эта возможность обычно характеризуется эквивалентным числом коммутируемых потоков STM-N, или потоков 2 Мбит/с, или же дается в виде уровня коммутируемых виртуальных контейнеров. Обычно она согласуется с максимальной нагрузкой на мультиплексор и характеризует возможности кросс-коммутации самого мультиплексора. Однако при блочном построении мультиплексора, характерного для современных систем, она может характеризовать возможности матрицы кросс-коммутатора как блока. Как правило возможности кросс-коммутации в два (а для мультиплексоров, допускающих переход на следующий уровень иерархии и в четыре) раза выше максимально-возможного числа коммутируемых каналов 2 Мбит/с: для мультиплексоров STM-1 -126 (2x63) каналов, для STM-4/16 - 504 (2x4x63) или 1008 (4x4x63) каналов.
Варианты использования оборудования. Приведенные мультиплексоры могут быть, как известно, сконфигурированы для использования в различных вариантах. Они могут быть терминальными мультиплексорами (ТМ), концентраторами (Н), регенераторами (R), мультиплексорами ввода/вывода (ADM), используемыми, в свою очередь, в линейных трактах (л) или в топологии "кольцо" (к). Некоторые разработки мультиплексоров уровня STM-16, могут использоваться только в вариантах ТМ и R или не могут быть использованы в топологии типа "кольцо".
Размеры компактных блоков в стойке. Это обычно размеры полок с однорядными или же двухрядными "кассетами", устанавливаемых на полку в стойку для компактных модификаций (индекс "С") мультиплексоров, или же блоков, вставляемых в слоты кассеты (см. например, рис.2-44, а также ниже пункт "Тип стойки и номенклатура блоков").
PC интерфейс F. Интерфейс F (см. гл. 4) используется для подключения локального терминала доступа оператора, в качестве которого обычно используется обычный или портативный (блокнотного типа) PC. С его помощью можно осуществлять функции контроля текущего состояния и анализа потока аварийной сигнализации или контроля/управления конфигурацией синхронного мультиплексора. Для подключения к мультиплексору обычно используется модемный канал, использующий последовательный порт с интерфейсом V.24/RS-232C и скоростью передачи 9.6 кбит/с или 19.2 кбит/с.
LAN интерфейсы. Эти интерфейсы используются в центре управления для связи мультиплексоров с элемент менеджером ЕМ (ЭМ) системы управления сетью NMS. Эта связь осуществляется по локальной сети Ethernet (10 Мбит/с) или сети с коммутацией пакетов Х.25, через так называемый Q-интерфейс (общее обозначение Qх (QB2, QB3, Q3 - версии интерфейса, поддерживающие различные стеки протоколов, см. 3.3.4) - для центральных (непосредственно связанных с LAN) мультиплексоров и QECC - для удаленных мультиплексоров, использующих встроенный канал управления ЕСС, реализуемый при использовании байтов D4-D12 секционного заголовка SОН (см. гл. 4). Если нет более конкретных данных, то указываются соответствующие рекомендации ITU-T, которым по данным разработчика удовлетворяет указанный интерфейс.
Служебные каналы. Служебные каналы (см. гл. 4) организуются путем использования соответствующих байтов секционного заголовка ЗОН. Формально могут быть использованы байты D1-D12, Е1-Е2, Z1-Z2 и другие резервные байты. Каждый байт, используемый для этой цели, эквивалентен, как известно, формированию канала 64 кбит/с (учитывая частоту повторения фрейма 8000 Гц). Обычно для этой цели используются либо байты D4-D12, позволяющие сформировать до 4-х каналов общей пропускной способностью не выше 576 кбит/с с интерфейсом V. 11, конфигурируемых по требуемой пропускной способности на 64, 192, 256, 512 или 576 кбит/с, либо байты Е1-Е2, позволяющие сформировать два служебных аналоговых канала с двухпроводным интерфейсом и возможностью подключения обычных телефонных аппаратов. Кроме того возможно формирование до 4-х каналов с интерфейсом G.703, конфигурируемых на 64 кбит/с или 2 Мбит/с. Весь этот набор возможных каналов помечен в таблице как блок доступа к заголовку ОНА с указанием на компанию - производителя оборудования (например, блок ОНА-АТ&Т - блок доступа к заголовку компании AT&T), учитывая различия в конкретной реализации этих блоков.
Максимальное число мультиплексоров, управляемых ЕМ. Обычно это число не публикуется в проспектах, но является важной эксплуатационной характеристикой. Оно зависит от многих факторов, в том числе от емкости оперативной памяти PC системы управления и допустимого объема базы данных оборудования, создаваемой ЕМ.
Тип используемой синхронизации. Учитывая важность синхронизации для синхронных сетей SDH мультиплексоры имеют различные дублирующие источники синхронизации. Обычно используются четыре типа источников сигнала синхронизации:
- внутренний таймер (в.т.), в качестве которого используется внутренний генератор синхросигнала 2048 кГц;
- сетевой таймер (с.т.), в качестве которого используется внешний генератор синхросигнала 2048 кГц;
- сигнал трибного интерфейсного блока (т.е.), в качестве которого обычно используется сигнал с триба 2048 кбит/с;
- линейный сигнал (л.с.), в качестве которого может использоваться сигнал с любого SIU (любой STM-N).
Тип стойки и блоков. Стойка, как отмечалось выше, обычно имеет одну или две полки для размещения компактных блоков или кассет с оборудованием типа сменных блоков, вставляемых в слоты. Размеры стоек, как правило, стандартизованы, хотя число используемых типоразмеров все же достаточно велико, так как только для ETSI, как отмечается ниже, существует три возможных типоразмера по ширине и как минимум два по высоте. У американских производителей их даже больше.
Если SDH оборудование выпускается со стойками европейского стандарта ETSI (например, стойка ETS300119 - 19 дюймов), то размеры стойки: 2200x600x30Омм (Высота х Ширина х Глубина), если северо-американского - то ширина как правило 17 или 19 дюймов (эквивалент IEC-297). Блоки делятся на две части. Верхняя часть (иногда, но реже, это нижняя часть) представляет собой специальную область интерфейсов связи, где размещены внешние интерфейсные карты. Нижняя часть (иногда, но реже, верхняя) с одной или двумя полками (однорядная или двухрядная) служит для размещения сменных блоков. В таблице приведены, как правило, данные для однорядной конструкции стандарта ETSI. Конструкция мультиплексоров блочная, причем все сменные блоки осуществляют взаимодействие через внутреннюю шину. Сменные блоки делятся обычно на 5 категорий (здесь за основу взято деление блоков в аппаратуре компаний Philips, Nortel, Lucent Technologies):
- синхронные интерфейсные блоки (или блоки линейных или агрегатных выходов) SIU;
- трибные интерфейсные блоки TIU;
- центральные блоки CCU, BSD, MCU;
- коммутирующие и согласующие блоки BBU, CMU, PPU;
- специализированные блоки, например, блок доступа к секционному заголовку OAU. Обычно в комплекте со сменными блоками используются 5 типов интерфейсных карт:
- карта SCI для связи каналов данных с блоками SIU и проведения тестирования;
- карты TCI, используемые как внешний интерфейс между каналами доступа (трибами) и блоками TIU;
- карты MCI для связи портов синхронизации с блоком центрального генератора синхросигнала CCU, а также PC и LAN портов для связи с блоком управления и связи MCU;
- карты OAI для связи между каналами данных и блоком OAU;
- карты OWI для связи служебных каналов с блоком OAU.
Все расшифровки указанных сокращений помещены в списке сокращений.
Общее число сменных блоков в стойке. Учитывая стандартные размеры стоек ETSI, число размещаемых сменных блоков зависит от конструкции стоек, конструктивных особенностей самих блоков, а также номенклатуры блоков у разных производителей. Например, увеличение числа портов на карте 2 Мбит/с трибных блоков с 16 до 21 или использования автономных блоков питания непосредственно на картах, вместо централизованного блока питания, уменьшает требуемое число гнезд для установки основных блоков. Для стоек стандарта ETSI обычно используют два варианта - 19 или 17 дюймов (последний обычно имеет меньшую ширину, но больше места для размещения кабелей), и они могут вмещать не более 17 гнезд для сменных блоков, хотя есть и вариант для размещения 18 сменных блоков. Размеры некоторых блоков таковы, что могут занимать два гнезда, например, оптические линейные агрегатные блоки, или блоки питания, что приводит к различному общему числу размещаемых блоков. В качестве примера, на рис.2-44 показан вариант размещения блоков в стойке ETSI (19 дюймов) для мультиплексора 1651 SM компании Alcatel - 16 блоков на верхней кассете, 10 блоков на нижней кассете.
2.7.2.2. Новые технологические решения
Наряду с улучшением оптоэлектронной элементной базы, позволяющей совершенствовать отдельные модули оборудования, увеличивая, например, число портов 2 Мбит/с на интерфейсной карте, или позволяя устанавливать автономные блоки питания на интерфейсные карты, компании - производители SDH оборудования ищут новые технологические решения, позволяющие принципиально или существенно улучшить характеристики оборудования SDH. К таким решениям относится использование оптических усилителей, позволяющих существенно улучшить характеристики, и методов мультиплексирования с разделением по длине волны, позволяющих провести оптическое (спектральное) уплотнение каналов в несколько раз, максимально (на данный момент) - до шестнадцати.
Использование оптических усилителей. Большинство компаний стали использовать оптические усилители для увеличения возможностей мультиплексоров уровней STM-4, STM-16 и STM-64, включая их в список основных блоков. Эти усилители позволяют увеличить длину оптической регенераторной секции линейных сетей SDH до 110-160 км при длине волны лазерного источника 1550 нм практически вдвое уменьшая число требуемых регенераторов. Достоинством таких усилителей является отсутствие необходимости оптоэлектронных и электроннооптических преобразований сигнала при усилении. При использовании в других топологиях оптический усилитель позволяет повысить надежность приема/передачи при повышенных потерях в волоконно-оптическом кабеле (ВОК). Существующие оптические усилители позволяют обеспечить усиление (в зависимости от типа накачки) на уровне 9, 12 или 16 dBm и работают как со стандартным ВОК, так и с ВОК со сдвигом дисперсии. Конструктивно оптические усилители могут быть оформлены как блоки, устанавливаемые на отдельной стойке (AT&T), так и как стандартные блоки, устанавливаемые на той же стойке (Philips).
Использование мультиплексирования с разделением по длине волны. Обычно мультиплексоры в сетях SDH используют технологию временного разделения каналов и ориентированы на применение стандартного одномодового ВОК. В этом случае по одному волокну можно передавать один канал (полудуплексный или полнодуплексный, если используются оптические ответвители). Современный уровень технологии и применение оптических усилителей позволяет использовать мультиплексирование с разделением по длинам волн WDM или спектральное уплотнение каналов.
Учитывая, что спектральная характеристика ВОК имеет определенную ширину непрерывной полосы пропускания, в ней можно разместить несколько оптических несущих (каналов), отличающихся длиной волны настолько, чтобы уверенно разделяться приемной аппаратурой. Минимальный вариант такого мультиплексирования позволяет передавать два достаточно широко разнесенных канала по одному ВОК (1550 нм) со сдвигом дисперсии. При использовании же оптимизированного по дисперсии одномодового волокна (1550 нм), например, TrueWave компании AT&T, можно реализовать так называемое высокоплотное мультиплексирование с разделением по длинам волн DWDM, позволяющее передавать по одному волокну 4, 8 и даже 16 каналов [50]. Использование такой технологии особенно перспективно для увеличения пропускной способности линейных оптических SDH систем.
2.7.2.3. Номенклатура аппаратуры SDH компаний-производителей
Ниже приведен список оборудования SDH различных производителей, как мультиплексоров различных уровней, помещенных в таблице 2-2, так и оборудования другого типа, указанного в начале раздела 2.7.2. Список этот не претендует на полноту, так как автор ориентировался только на информацию из доступных ему каталогов. Аппаратура в списке размещена по группам, а внутри групп в порядке номеров моделей. Последними в перечне указаны системы управления.
Alcatel
Аппаратура SDH представлена серией Alcatel 16xx (мультиплексоры/кросс-коммутаторы), 96хх (радиорелейные системы) и 13хх (системы управления).
1631 FX - волоконно-оптический расширитель; имеет 3 входных модуля 4x2 Мбит/с и линейный оптический выход 51.84 Мбит/с (уровень SONET ОС-1) для стыковки с дополнительным входом ОС-1 у мультиплексоров 1641 SM и 1651 SM;
1641 SM - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-1 SDH, дополнительно к указанным имеет вход ОС-1;
1641 SM/C - компактный вариант мультиплексора 1641 SM для узлов с малым числом каналов 2 Мбит/с (карты 8х2Мбит/с);
1651 SM - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4 SDH;
1651 SM/C - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4 SDH, который может быть оборудован 2 интерфейсными платами уровня STM-16 с возможностью обработки половины потока с пропуском без обработки другой половины потока;
1661 SM - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-16 SDH;
1661 SM/C - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-16 SDH (с трибами PDH нижнего уровня - VC-12), имеет мощные встроенные средства кросс-коммутации;
1664 SM/C - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-16 SDH, аналогичен 1661 SM, но оптимизирован для работы на 4-волоконных кольцевых магистралях;
1674 SM/C - мультиплексор ввода/вывода уровня STM-64 SDH;
1654 SL - линейная система передачи, рассчитанная на работу с потоком STM-4 SDH (4 триба PDH 140 Мбит/с, или 4 триба SDH STM-1, или их комбинация);
1664 SL - линейная система передачи, рассчитанная на работу с потоком STM-16 SDH (16 трибов PDH 140 Мбит/с или 4 триба SDH STM-1 или их комбинация);
1641 SX - синхронный кросс-коммутатор класса DXC-4/3/1 потоков 1.5/2, 34/45, 140, 155 и 622 Мбит/с с максимальной производительностью эквивалентной коммутации 192 потоков STM-1;
1644 SX - электронный кросс-коммутатор потоков уровня 140 Мбит/с PDH или 155 Мбит/с SDH - позволяет осуществить неблокируемую кросс-коммутацию до 512 потоков 140/155 Мбит/с;
96хх - радиорелейная (микроволновая) система SDH, включающая следующие модификации; LH - система уровня STM-1 с длинными межстанционными секциями; UH - система уровня STM-1 для работы в городских условиях; LM - система уровня ОС-1 для работы с сетями доступа; UM - система уровня ОС-1 для работы в городских условиях;
9667 ТН - транспортная радиорелейная система уровня STM-1;
1353 RM - региональный менеджер систем SDH на уровне управления сетью (управляет 1353 SH);
1353 SH - менеджер элементов для систем SDH, рассчитан на работу со скоростями STM-1, 4, 16;
1353 WX - менеджер элементов для кросс-коммутаторов, рассчитанных на работу как с PDH, так и SDH трибами.
1354 NN - менеджер национальной сети для систем передачи PDH и SDH (управляет 1354 RM);
AT&T (Lucent Technologies)
Аппаратура SDH представлена серией 2000 мультиплексоров и линейных систем.
ISM-2000 - базовый мультиплексор, который может быть сконфигурирован как терминальный и линейный мультиплексор, регенератор и мультиплексор ввода/вывода SDH каналов уровня STM-1, как терминальный и линейный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4 и как терминальный мультиплексор уровня STM-16;
SLM-2000-4 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный и линейный мультиплексор, регенератор и мультиплексор ввода/вывода с четырьмя трибами уровня VC-4/STM-1; он может использоваться в качестве мультиплексора ввода/вывода и в топологии "кольцо";
SLM-2000-16 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как терминальный и линейный мультиплексор, регенератор и мультиплексор ввода/вывода с 16 трибами уровня VC-4/STM-1; он может использоваться в качестве мультиплексора ввода/вывода и в топологии "кольцо";
DACS-VI-2000-неблокирующий кросс-коммутатор общего вида класса DXC-4/1, допускающий максимально 32 интерфейса, эквивалентных STM-1;
ITM-SC - элемент-менеджер для управления оборудованием SDH сетей;
ITM-XM/NM - сетевой менеджер для управления сетями SDH.
Возможно расширение номенклатуры изделий в связи с тем, что AT&T приобрела бизнес, связанный с производством оборудования SDH у компании Philips.
ECI
Аппаратура SDH представлена сериями SYNCOM SDM-xx и SLX-xx., SLR-xx.
SDM-1 - базовый мультиплексор уровня STM-1, может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или мультиплексор ввода/вывода;
SDM-1m - малогабаритный базовый мультиплексор уровня STM-1;
SDM-4 - базовый мультиплексор уровня STM-4, может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор или как мультиплексор ввода/вывода;
SDM-4/16 - базовый мультиплексор уровня STM-16 (совмещенный на уровне съемных блоков с уровнем STM-4), может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или как мультиплексор ввода/вывода;
SDM-16 - базовый мультиплексор уровня STM-16, может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или как мультиплексор ввода/вывода;
SDM-16F - базовый мультиплексор уровня STM-16 с трибами нижнего уровня, начиная с 2 Мбит/с, может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или как мультиплексор ввода/вывода;
SLR-4 - синхронный линейный регенератор уровня STM-4;
SLR-16 - синхронный линейный регенератор уровня STM-16;
SLX-4 - синхронный линейный мультиплексор ввода/вывода уровня STM-4 с трибами Е4/T4 и STM-1;
SLX-16 - синхронный линейный мультиплексор ввода/вывода уровня STM-16 с трибами нижнего и верхнего уровней (Е4/T4 и STM-1);
T::DAX - широкополосный кросс-коммутатор общего назначения класса DXC-4/3/1, поддерживающий стандарты Async, PDH, SDH, SONET, допускающий максимально 64 интерфейса, эквивалентных STM-1;
PSM-1 - система связи (шлюз) между сетями SDH и PDH с полноформатным преобразованием сигнала и возможностью организации связи двух сетей SDH через сегмент сети PDH;
SDH-Radio- радиорелейные системы SDH уровня STM-1 и STM-4;
еЕМ - элемент-менеджер для управления оборудованием сетей SDH;
eNM - сетевой менеджер для управления сетями SDH;
eRMS - система контроля и дистанционного мониторинга для подключения к центральным управляющим рабочим станциям сети SDH.
GPT
Аппаратура SDH представлена сериями SL-xx и SMA-xx.
SMA-1 - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, оптический концентратор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-1c - компактный вариант базового терминального мультиплексора SMA-1;
SMA-4 - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, оптический концентратор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-4c - компактный вариант базового терминального мультиплексора SMA-4;
SMA-16 - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-16C - компактный вариант базового терминального мультиплексора SMA-16;
SL-4 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как регенератор (SLR-4), терминальный мультиплексор (SLT-4) или линейный мультиплексор ввода/вывода (SLA-4);
SL-16 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как регенератор (SLR-16), терминальный мультиплексор (SLT-16) или линейный мультиплексор (SL-16);
EM-OS - элемент-менеджер регионального уровня для управления элементами оборудования SDH сетей;
SMN-OS - сетевой менеджер национального уровня для управления сетями SDH.
GPT и Siemens используют ряд общих разработок оборудования SDH и систем управления (см. Аппаратуру фирмы Siemens).
NEC
Аппаратура SDH представлена серией SMS-xxx.
SMS-150 - базовый мультиплексор уровня STM-1, выпускаемый в четырех модификациях: A, L, R, Т;
SMS-150A - мультиплексор ввода/вывода с защитой 1 + 1 уровня STM-1;
SMS-150L - линейный мультиплексор уровня STM-1;
SMS-150R - регенератор уровня STM-1;
SMS-150T - терминальный мультиплексор с защитой 1 + 1 уровня STM-1;
SMS-600 - базовый мультиплексор уровня STM-4, выпускаемый в трех модификациях R, T, W;
SMS-600R - регенератор (оптический ретранслятор) уровня STM-4;
SMS-600T - терминальный мультиплексор с защитой 1+1 уровня STM-4;
SMS-600W - широкополосный мультиплексор ввода/вывода с защитой 1 + 1 уровня STM-4;
SMS-2500 - базовый мультиплексор уровня STM-16, выпускаемый в двух модификациях R, Т;
SMS-2500R- регенератор (оптический ретранслятор) уровня STM-16;
SMS-2500T- терминальный мультиплексор с защитой 1+1 уровня STM-16;
SDH MRS - радиорелейная система передачи сигналов SDH уровня STM-1 или сигналов PDH 140 М бит/с;
ACT NET-X- система управления элементами оборудования сетей SDH.
Nokia
Аппаратура SDH представлена серией SYNFONET STM-N мультиплексорами и системой управления TMS. Особенностью является блочная структура построения мультиплексоров с отдельными коммутаторными блоками двух типов и расширителем трибных интерфейсов.
STM-1 - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный (ТМ) или мультиплексор ввода/вывода (ADM);
STM-1E - расширитель трибных интерфейсов до 126 каналов 2 Мбит/с;
STM-4 - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный (ТМ) или мультиплексор ввода/вывода (ADM);
STM-16 - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или регенератор;
DXC - неблокируемый цифровой кросс-коммутатор с коммутирующим эквивалентом 16xSTM-1;
TMS-OS - система управления элементами оборудования сетей SDH и PDH.
Nortel
Аппаратура SDH представлена серией TN-xx.
TN-1C - компактный синхронный мультиплексор уровня STM-1, имеющий 16 портов 2 Мбит/с или один порт 34 Мбит/с;
TN-1X - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, регенератор, оптический концентратор или мультиплексор ввода/вывода;
TN-4X - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, регенератор, оптический концентратор или мультиплексор ввода/вывода;
TN-16X - базовый синхронный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как терминальный или линейный мультиплексор, или регенератор.
TN-MS - система управления элементами оборудования сетей SDH.
Philips
Аппаратура SDH представлена серией PHASE-FNS, включающей четыре возможных типа сетевых элемента: ADM, LR, LXC, ТМ для трех уровней SDH - STM-1, STM-4, STM-16.
ADM-1/1 - мультиплексор ввода/вывода с защитой 1 + 1 уровня STM-1 и связью на уровне VC-12;
ADM-4/1 - мультиплексор ввода/вывода с защитой 1 + 1 уровня STM-4 и связью на уровне VC-12;
ADM-4/4 - мультиплексор ввода/вывода с защитой 1 + 1 уровня STM-4 и связью на уровне VC-4;
ADM-16/4 - мультиплексор ввода/вывода с защитой 1 + 1 уровня STM-16 и связью на уровне VC-4;
LR-1 - линейный регенератор уровня STM-1;
LR-4 - линейный регенератор уровня STM-4;
LR-16 - линейный регенератор уровня STM-16;
LXC-1/1 - локальный кросс-коммутатор уровня STM-1 и связью на уровне VC-12;
LXC-4/1 - локальный кросс-коммутатор уровня STM-4 и связью на уровне VC-12;
LXC-4/4 - локальный кросс-коммутатор уровня STM-4 и связью на уровне VC-4;
LXC-16/4 - локальный кросс-коммутатор уровня STM-16 и связью на уровне VC-4;
ТМ-1/1 - терминальный мультиплексор с защитой 1 + 1 уровня STM-1 и связью на уровне VC-12;
ТМ-4/1 - терминальный мультиплексор с защитой 1 + 1 уровня STM-4 и связью на уровне VC-12;
ТМ-4/4 - терминальный мультиплексор с защитой 1 + 1 уровня STM-4 и связью на уровне VC-4;
ТМ-16/4 - терминальный мультиплексор с защитой 1+1 уровня STM-16 и связью на уровне VC-4;
PHAMOS-SDH -усовершенствованная система управления и администрирования элементов SDH сетей компании Philips; используется как региональный элемент-менеджер, так и национальный сетевой менеджер.
Siemens
Аппаратура SDH представлена сериями: SMA-xx, SXC-xx, SL-xx.
SMA-1 - базовый блочный синхронный мультиплексор уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-1-R2 - базовый блочный синхронный мультиплексор 2-го поколения уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-4 - базовый блочный синхронный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-4-R2 - базовый блочный синхронный мультиплексор 2-го поколения уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-16 - базовой блочный синхронный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор или мультиплексор ввода/вывода;
SMA-16-R2- базовый блочный синхронный мультиплексор 2-го поколения уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор или мультиплексор ввода/вывода;
SMT-1D - двухтерминальный синхронный мультиплексор 2-го поколения уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, концентратор или мультиплексор ввода/вывода;
SL-1 - линейная SDH система уровня STM-1 (линейные мультиплексоры ввода/вывода, регенераторы - SLR-1) или терминальные мультиплексоры SLT-1;
SL-4 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как регенератор (SLR-4), терминальный мультиплексор (SLT-4), линейный мультиплексор ввода/вывода (SLA-4);
SL-16 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-16, который может быть сконфигурирован как регенератор (SLR-16), терминальный мультиплексор (SLT-16) или линейный мультиплексор (SL-16);
SL-64 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-64 (10 Гбит/с), который может быть сконфигурирован как регенератор (SLR-64), терминальный мультиплексор (SLT-64) или линейный мультиплексор (SL-64);
SRT1x155 - синхронный радиотранк для передачи каналов STM-1 общей емкостью от 4 до 24 каналов;
SRT2x155 - сдвоенный синхронный радиотранк для передачи каналов STM-1 общей емкостью от 2x4 до 2x12 каналов;
SXC-4/1 - синхронный модульный кросс-коммутатор, который может быть использован для коммутации без блокировки PDH (Е1, E3, Е4) и SDH (STM-1) сигналов с эквивалентной максимальной нагрузкой до 16384 портов (2 Мбит/с), старое обозначение - ССМ2;
SXC-4/4 - синхронный модульный кросс-коммутатор, который может быть использован для коммутации без блокировки PDH (E4) и SDH (STM-1) сигналов с эквивалентной максимальной нагрузкой до 1024 портов (140/155 Мбит/с), старое обозначение - СС155;
EM-OS - элемент-менеджер регионального уровня для управления элементами оборудования SDH сетей;
SMN-OS - сетевой менеджер национального уровня для управления сетями SDН.
Кроме указанных на европейский рынок поставляется мультиплексор SMA-64-R2, аналогичный SMA-16-R2, но рассчитанный на уровень STM-64 SDH.
2.7.3. Практический пример расчета сети SDH
Широкое распространение сетей SDH в последнее время связано не только со строительством новых, преимущественно линейных или кольцевых, сетей, но и с модернизацией старых телефонных сетей, в том числе и тех, которые используют достаточно современные, особенно для России, PDH сети на основе ВОК. В ряде случаев такие станции для обеспечения связи друг с другом в пределах одного района связывались в так называемое технологическое кольцо. Если потоки на различных участках такого технологического кольца значительно отличаются, то использование характерных кольцевых SDH топологий бывает не всегда оправдано, так как приводит к завышению необходимого числа каналов, циркулирующих по кольцу, и, как следствие, к необходимости использовать SDH мультиплексоры ввода/вывода более высокого уровня. В этих случаях может оказаться, что дешевле использовать сети с ячеистой структурой, основанные на топологиях "точка-точка" и "звезда", тем более, что современные мультиплексоры позволяют использовать последнюю топологию с достаточно большим числом лучей за счет использования более гибких схем кросс-ком мутации в центральном узле.
Рассмотрим достаточно типичное Техническое Задание на проектирование сети SDH:
- в районе построено 6 цифровых АТС;
- предполагается использовать технологию SDH, связав все станции в единую сеть;
- цифровая коммутация АТС позволяет использовать как основные цифровые каналы (ОЦК) со скоростью 64 кбит/с, так и каналы с первичной скоростью иерархии PDH - 2 Мбит/с;
- каналы имеют интерфейсы G.703 и могут быть состыкованы с РРЛ или ВОК линиями магистральной связи;
- сеть предполагается построить в два этапа: первый - осуществляется, например, в 1997г., а второй - в 1998г.;
- существующий и предполагаемый в 1998г. сетевой трафик, пересчитанный на число каналов 2 Мбит/с, представлен в таблице 2-3 числами слева от главной диагонали ABCDEF (за основу для примера принята схема трафика, приведенная в [58]);
- часть каналов должны иметь 100% резервирование, т.е. защиту типа 1+1 (в терминологии SDH сетей), они представлены числами в той же таблице, справа от диагонали ABCDEF.
Требуется выбрать топологию и необходимое оборудование.
Схема решения включает следующие этапы:
· выбор топологии,
· выбор требуемого уровня и числа мультиплексоров,
· выбор поставщика оборудования и изучение номенклатуры сменных блоков,
· конфигурация мультиплексорных узлов и составление спецификации оборудования.
Выбор топологии
Не вдаваясь подробно в анализ ситуации, можно предложить три возможные топологии: кольцевую, радиально-кольцевую и ячеистую.
Кольцевая топология, объединяя все шесть станций в кольцо, требует использования мультиплексоров уровня STM-4 с суммарным потоком до 252 (4x63=252) каналов 2 Мбит/с, так как общий поток по кольцу, определямый максимальным потоком на одном из его участков, равен 212 каналов 2 Мбит/с (см. таб.2-3 - поток через узел А в 1998г.). Преимуществом такого решения может быть только стопроцентное резервирование всех, а не только требуемых, каналов.
Радиально-кольцевая топология. Так как только два узла; Е и F имеют потоки меньше 63 каналов - 27 и 31 соответственно (см. таб.2-3), то кольцо должно состоять из 4 мультиплексоров уровня STM-4 и одной радиальной ветви (если Е и F связаны между собой непосредственно) или двух радиальных ветвей (если они подключаются к кольцу порознь: Е к С, а F к D и не связаны между собой непосредственно). Радиальные ветви требуют топологии "точка-точка" типа уплощенного кольца (рис.2-28), если нужна защита, где "точка", контактирующая с кольцом (рис.2-34) или мультиплексор связи должен быть типа ADM, а не ТМ, для организации перегрузки потока с кольцевого узла на радиальный. В первом варианте решения поэтому потребуется 4 мультиплексора уровня STM-4 и три - уровня STM-1, во втором - на один мультиплексор уровня STM-1 больше. В ряде случаев (наличие свободных слотов для кросс-коммутатора) роль мультиплексора связи может играть мультиплексор кольцевого узла, что уменьшает надежность сети, но приводит к экономии одного (первый вариант) или двух (второй вариант) мультиплексоров связи.
Ячеистая топология может иметь вид, приведенный на рис.2-45. Ячеистая сеть состоит из двух квадратных ячеек и содержит шесть узлов. Каждый из них на практике соответствует мультиплексору уровня STM-N, установленному на цифровой АТС. В нашем случае в узлах А, В, С, D - мультиплексоры уровня STM-4, а в узлах Е и F - уровня STM-1 (потоки между С и Е, Е и F, D и F несут меньше 63 каналов).
Эта схема приводит к минимальному числу требуемых мультиплексоров различных уровней и с этой точки зрения она оптимальна, однако сложности возникают при необходимости организации защиты выделенных каналов. Вопросы защиты решаются здесь как и в обычных сетях путем направления выделенного канала по двум маршрутам с совпадающими конечными точками, например, по маршрутам А®В и А®С®D®B. Такая схема защиты "по разнесенным маршрутам" (1:1) иногда более предпочтительна, чем схема защиты 1:1 в кольце SDH. Однако она требует более тщательного расчета числа потоков, проходящих по отдельным ветвям сети, для того, чтобы убедиться, что оно не превышает возможности кросс-коммутатора узлового мультиплексора, прежде чем ответить на вопрос о том, какого уровня мультиплексор может быть использован в данном узле.
Рассмотрим эту проверку более подробно, основываясь на информации из таб.2-3. В результате получим следующую таблицу 2-4, дающую сводную информацию о потоках, проходящих по ВОК между узловыми мультиплексорами на станциях (защищаемые каналы, проходящие по резервным маршрутам, помечены буквой "р"). Число каналов дано по годам 1997/1998. В последней строке помещены итоговые суммы на последнем этапе.
В качестве резервных были выбраны следующие маршруты:
- основной А®В, резервный А®С®D®В;
- основной А®С, резервный А®В®D®С;
- основной В®D, резервный В®А®С®D;
- основной С®D, резервный С®А®В®D;
- основной С®Е, резервный С®D®F®Е;
- основной D®F, резервный D®С®Е®F;
- основной Е®F, резервный Е®С®D®F.
Заметим, что резервные маршруты в этой топологической структуре выбираются в пределах одной ячейки.
Выбор требуемого уровня и числа мультиплексоров. Полученная таблица подтверждает правильность выбора уровней мультиплексоров в узлах A-F и может служить показателем эффективности использования коммутационной способности узлов. В результате данного краткого обзора возможных топологий можно рекомендовать для использования ячеистую сеть с топологией на рис.2-45 как оптимальную, так как она при минимальном числе мультиплексоров (4 - уровня STM-4 и 2 - уровня STM-1) удовлетворяет поставленным условиям по резервированию определенных указанных каналов.
Выбор требуемого оборудования. Для конфигурации узлов, составления спецификации сменных модулей и прорисовки блок-схемы соединений сменных блоков всех узлов, кроме топологии сети (рис.2-45) и той информации, которая содержится в таблицах 2-3, 2-4, нужно иметь номенклатуру функциональных сменных блоков (неплохо также иметь ясное понимание их назначения и функциональных возможностей). Для этого необходима привязка к оборудованию конкретного производителя. Для нашего примера выбрано оборудование компании Nokia. Учитывая два этапа развития сети, следует указать какие блоки будут установлены на первом и какие на втором этапах.
Номенклатура сменных блоков SDH компании Nokia, используемых в примере:
- 2М - трибный интерфейсный блок 2 Мбит/с - интерфейсная карта на 16 портов 2 Мбит/с без терминального адаптера (ТА), функционирует только при наличии сменного блока 2МТА (до трех карт 2М на одну карту 2МТА);
- 2МТА - трибный интерфейсный блок 2 Мбит/с - интерфейсная карта на 16 портов 2 Мбит/с с терминальным адаптером (ТА);
- STM-1 - линейный оптический агрегатный блок 155 Мбит/с;
- STM-1E - линейный электрический агрегатный блок 155 Мбит/с;
- STM-4 - линейный оптический агрегатный блок 622 Мбит/с;
- SSW - блок системного кросс-коммутатора - центральный блок кросс-коммутатора типа DXC-4/4/1 с эквивалентной емкостью коммутации 16xAU-4 для коммутации VC-4, VC-12;
- TSW1 - терминальный блок системного кросс-коммутатора - блок синхронизации AU-12 и AU-4 на входе для осуществления кросс-коммутации;
- CU - блок управления и синхронизации;
- SPIU - блок питания полки (кассеты);
- SU - блок обслуживания интерфейсов.
Конфигурация мультиплексорных узлов и составление спецификации оборудования
Конфигурация узлов с мультиплексорами STM-1. Для работы любого SDH мультиплексора уровня STM-1 при минимальной конфигурации (1 трибная интерфейсная карта - 16 каналов 2 Мбит/с) требуется следующий набор блоков: 2xSTM-1, SSW, 2MTA, CU, SPIU, SU. Следовательно, для узлов Е и F (обслуживающих на первом этапе 15 и 14 каналов, а на втором этапе 27 и 31 канал соответственно) достаточно иметь минимальную конфигурацию на первом этапе с добавлением по одному блоку типа 2М на втором этапе. Так как узлы Е и F соединяются с узлами С и D оптическим каналом уровня STM-1, то никаких других блоков преобразования не требуется (рис.2-46, узлы Е и F).
Конфигурация узлов с мультиплексорами STM-4. Для работы SDH мультиплексора уровня STM-4 при минимальной конфигурации (1 трибная интерфейсная карта - 16 каналов 2 Мбит/с) требуется следующий набор блоков: 2xSTM-4, SSW, 2xTSW1, 2MTA, CU, SPIU, SU, если данный мультиплексор связан с другим таким же мультиплексором по оптическому каналу уровня STM-4 (как например мультиплексор узла В).
Для мультиплексора узла В, обслуживающего на первом этапе 50, а на втором - 112 каналов соответственно, следовательно, достаточно иметь на первом этапе минимальную конфигурацию с добавлением 1 блока 2МТА и 2 блоков типа 2М, а на втором этапе добавить еще 4 блока 2М.
Для мультиплексоров узлов С и D, работающих фактически в режиме концентраторов и дающих доступ потокам ячейки уровня STM-1 к ячейке уровня STM-4 (являющейся по сути "технологическим" кольцом STM-4), нужно предусмотреть по одному блоку STM-1 для связи с мультиплексорами Е и F соответственно на уровне оптического триба STM-1. Дополнительно они должны быть укомплектованы необходимым числом трибных интерфейсных блоков 2 Мбит/с, учитывая, что на первом этапе С и F должны обрабатывать 39 и 36 каналов, а на втором - 77 и 81 канал соответственно, необходимо максимально 5 карт для узла С и 6 - для D, 2 из которых должны быть типа 2МТА, (рис.2-46, узлы С и О).
Для мультиплексорного узла А, работающего в режиме мультиплексора ввода/вывода в технологическом кольце A®B®D®C, требуется обслуживать 110 каналов на первом и 212 каналов на втором этапах. Это требует 9 (7 типа 2М + 2 типа 2МТА) трибных интерфейсных блоков на первом и 14 (10 типа 2М + 4 типа 2МТА) на втором этапах. Учитывая, что возможность кросс-коммутации узла STM-4 минимально составляет 252 (4x63) канала 2 Мбит/с, а возможность размещения большого числа трибных интерфейсных блоков на одной полке ограничена, предлагается использовать дополнительные полки (помечаемые как узлы А1, А2, A3), связанные с основной полкой на уровне электрических три-бов STM-1 (на рис.2-46 приведено одно из возможных решений узла А).
Учитывая вышесказанное и рис.2-46, на котором для простоты не показаны блоки SPIU и SU, можно составить спецификацию на оборудование, необходимое для формирования указанной сети.
2.8. Особенности реализации радиорелейных линейных SDH систем
Технология SDH не ограничивает использование в качестве среды передачи только ВОК. В последнее время широкое распространение получило и использование радиоканалов для организации радиорелейных линейных сетей SDH. Мы уже упоминали выше об одной такой сети (SDH РРЛ Москва-Хабаровск), использующей уровень STM-1 SDH. Радиорелейные каналы имеют большие перспективы для применения в следующих целях:
- для замены радиорелейных PDH систем для возможности более эффективного взаимодействия с существующими SDH системами;
- организации альтернативных путей передачи SDH сигналов в ячеистых сетях;
- резервирования существующих волоконно-оптических SDH линий;
- связи SDH колец;
- решения оперативных задач при замыкании колец SDH или на сложных для прокладки ВОК участках.
Магистральные SDH РРЛ до последнего времени использовали уровень STM-1 или скорость передачи 155 Мбит/с. При необходимости обеспечить большую емкость использовались N каналов STM-1. В последнее время в связи с принятием новых версий рекомендаций ITU-T G.7xx (Белая книга) появилась возможность использовать нулевой уровень SDH - STM-0 (соответствующий уровню SONET ОС-1). Он больше известен не как новый уровень SDH, а как особый формат STM-RR синхронного транспортного модуля STM со скоростью передачи 51.840 Мбит/с, который не может использоваться на интерфейсах кабельных сетевых узлов SDH [12].
Рекомендованная структура фрейма STM-RR, описанная в [17, Annex А], приведена на рис.2-47.
На этом рисунке показана структура используемого для этой цели виртуального контейнера VC-3 (столбцы 30 и 59 - фиксированный наполнитель). Этот контейнер используется в качестве нагрузки административного блока AU-3, который и формирует структуру модуля STM-RR, как это показано на обобщенной схеме, представленной на рис.2-48. В публикации [12] этот модуль называется "субпервичным", а схема его формирования, приведенная в соответствии со стандартом ETSI, не содержит ветви VC-11 -- TU-11, вместо которой используется ветвь VC-11 -- TU-12.
В той же публикации [12] указана схема перехода от модуля STM-RR к модулю STM-1, приведенная ниже на рис.2-49. Эта схема перехода рекомендуется для использования на интерфейсах сетевых узлов российских сетей. Она осуществляет демультиплексирование STM-RR до уровня TUG-2 или СЗ и последующее мультиплексирование по схеме TUG-2^TUG-3 или по схеме СЗ -> VC-3 -> TU-3 -> TUG-3, а далее в обоих случаях по стандартной схеме: TUG-3 -» VC-4 -^ AU-4 -> AUG -> STM-1.
Следует заметить, что модуль STM-0 уже используется в качестве триба SDH нулевого уровня в аппаратурных реализациях мультиплексоров SDH новой генерации [57], давая возможность реализовать простую и гибкую связь между РРЛ SDH, использующими скорость 51.840 Мбит/с, и стандартными сетями SDH.
Как видно из обзора, приведенного выше в п.2.7.2., многие компании, производящие SDH оборудование, такие как: Alcatel, ECI, NEC, Siemens, имеют и SDH РРЛ системы. Две из них - NEC и Siemens, использовали его в России на линиях SDH Москва-Хабаровск и Москва-Новороссийск. Соответствующее оборудование указанных фирм перечислено в номенклатурных списках, приведенных в 2.7.2.3.
2.9. Интерфейс G.703
Использование современных систем телекоммуникаций возможно только при наличии соответствующих стандартных интерфейсов в терминальных устройствах (устройствах приема и передачи сигналов). Ряд таких интерфейсов хорошо известны ввиду их универсальности, например, RS-232 (или V.24), другие - менее известны в силу своей ориентации на определенные технологии телекоммуникаций, например, V.35, G.703. Если назначение и схема разводки сигналов одних интерфейсов, например, V.24, V.35, приводится практически во всех специализированных справочниках и приложениях к каталогам телекоммуникационного оборудования, то информацию о других, например, об интерфейсе G.703, приходится черпать из описания регламентирующих их стандартов.
В связи с широким распространением технологий цифровой передачи данных, например таких как PDH и SDH, пользователи каналов 64 кбит/с и 2 Мбит/с столкнулись с необходимостью обеспечить стыковку уже имеющейся терминальной аппаратуры с новым для них интерфейсом G.703, применяемым в этих технологиях. Информацию об этом интерфейсе можно почерпнуть, в основном, из довольно объемного описания рекомендации ITU-T Rec. G.703 [14J. Большинству пользователей для понимания того, что это за интерфейс и в каких случаях его нужно использовать, такого исчерпывающего описания, необходимого, как правило, разработчикам аппаратной реализации самого интерфейса, не нужно. Поэтому ниже дано краткое описание особенностей самого интерфейса и его использование.
Интерфейс G.703 не новичок в мире телекоммуникаций. Он был впервые описан в упомянутой рекомендации G.703 ("Физические и электрические характеристики иерархических цифровых интерфейсов") еще в 1972 году, однако окончательно сформировался в редакциях этого стандарта 1984 и 1988 годов и был дополнен в 1991 году. Переиздан в "Белой книге" стандартов ITU-T 1993 года как рекомендация 1991 года.
Формально стандарт G.703 в редакции 1991 года основан на трех стандартах ITU-T:
- G.702 - "Скорости передачи цифровой иерархии" ([13], редакции 1984, 88, 90 гг.);
- G.704 - "Структура синхронных фреймов, основанных на первичном и вторичном иерархических уровнях" ([15], редакции 1984, 88, 90 гг.);
- I.430 - "Пользовательский интерфейс сети ISDN, использующий основную скорость - 1-ый уровень спецификации (Протокол сигнализации D-канала)" (1988 год, рекомендация переиздана в 1993 году).
Однако фактически интерфейс обслуживает сети с иерархией как PDH, так и SDH (заметим, что скорость передачи 155.520 Мбит/с была внесена только в редакцию стандарта 1991 года), хотя исходно разрабатывался как основной интерфейс, используемый системами с импульсно-кодовой модуляцией.
2.9.1. Физические и электрические характеристики интерфейса G.703
Физические и электрические характеристики данного интерфейса регламентированы стандартом ITU-Т G.703 для обеспечения возможности соединения различных элементов цифровых сетей с целью формирования международных линий связи или соединений.
В соответствии с этим описаны характеристики интерфейсов для скоростей передачи данных, соответствующих скорости основного цифрового канала (ОЦК) передачи данных 64 кбит/с, а также скоростям, порождаемым цифровыми PDH иерархиями: американской - 1544, 6312, 32064, 44736 кбит/с, европейской - 2048, 8448, 34368, 139264 кбит/с, а также частично японской, первые два уровня скоростей передачи которой совпадают с американской (таб. 1-2), третий - не используется, а четвертый - соответствует скорости 97728 кбит/с. Дополнительно (в п. 12) описаны характеристики электрического интерфейса для скорости, соответствующей первому уровню SDH иерархии, 155.52 Мбит/с (оптический интерфейс для скоростей всех уровней SDH иерархии описан в стандарте ITU-T G.957 [24]).
Для сигналов со скоростями n х 64 кбит/с (n = 2,3, ... ,31), проходящими через оборудование, специфицированное для первичного уровня 2048 кбит/с, характеристики интерфейса те же, что и для 2048 кбит/с. Если же оборудование специфицировано для 1544 кбит/с, то характеристики интерфейса для таких сигналов (но с п = 2,3, ... ,23) те же, что и для 1544 кбит/с.
Стандарт не регламентирует характеристики интерфейсов для сигналов не относящихся к указанным категориям.
Основными характеристиками интерфейса являются:
• тип организации взаимодействия аппаратуры интерфейса три типа, см. ниже;
• скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала указана выше;
• тип кода или алгоритм его формирования зависит от скорости, см. ниже;
• форма (маска) импульса и соответствующее поле допуска зависит от скорости, см. G.703;
• тип используемой пары для каждого направления передачи коаксиальная/симметричная;
• нагрузочный импеданс:
- для коаксиального кабеля 75 ом (активный);
- для симметричной пары 100-120 ом (активный);
• номинальное пиковое напряжение импульса 1.0 В (нормируемое), 1 - 3 В (фактическое);
• пиковое напряжение при отсутствии импульса 0 ± 0.1 В (нормируемое), 0.1 - 1 В (фактическое);
• номинальная ширина импульса зависит от скорости, см. ниже
• отношение амплитуд положительного и отрицательного импульсов 0.95 - 1.05;
• отношение ширины положительного и отрицательного импульсов 0.95 - 1.05;
• максимальное дрожание фазы на выходном порту соответствует ITU-T G.823.
Как видно из этого перечня, ряд характеристик зависят от скорости передачи, а тип кода, как указано в стандарте, зависит еще и от типа организации взаимодействия аппаратуры интерфейса. Рассмотрим более подробно некоторые из этих характеристик.
Тип организации взаимодействия аппаратуры интерфейса
Эта характеристика регламентирована для скорости 64 кбит/с, при которой через интерфейс передаются три типа сигналов: информационный сигнал 64 кбит/с, и два синхронизирующих, или тактовых сигнала, 64 кГц и 8 кГц.
Стандартом предусмотрено три типа организации взаимодействия терминальной (управляющей-управляемой или приемной-передающей) аппаратуры между двумя терминальными устройствами: сонаправленный (СНИ), разнонаправленный (РНИ), с центральным тактовым генератором (ЦГИ).
Сонаправленный тип интерфейса (codirectional interface) - тип, при котором как информационный, так и тактовый (синхронизирующий) сигналы направлены в одну сторону: терминалы равноправны и симметричны: оба указанных сигнала передаются от каждого терминала к каждому (рис. 2-50).
Разнонаправленный тип интерфейса (contradirectional interface) - тип, при котором терминалы неравноправны и делятся на управляющий и управляемый; здесь тактовые сигналы направлены только от управляющего терминала к управляемому, а информационный сигнал как и раньше симметричен и может передаваться от каждого терминала к каждому (рис.2-51).
Интерфейс с центральным тактовым генератором (centralized clock interface) - тип, при котором тактовые сигналы направлены от центрального тактового генератора к обоим терминалам, а информационный сигнал как и раньше симметричен и может передаваться от каждого терминала к каждому (рис.2-52).
Скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала
Скорости передачи данных, указанные в стандарте, в основном соотвествуют иерархии PDH. Тактовый (синхронизирующий) сигнал, использумый для синхронизации, может передаваться от отдельного источника, либо формироваться из передаваемого информационного сигнала. Частота тактового сигнала может в таких случаях совпадать или не совпадать с приведенной выше скоростью передачи данных и, в последнем случае, она* может быть в 2, 4, 8 раз меньше в зависимости от применяемого метода кодирования данных. Например, для скорости 64 кбит/с номинальной является тактовая частота 64 кГц, но может использоваться и частота 8 кГц (октетная синхронизация).
Тип кода или алгоритм его формирования
Тип кода зависит не только от скорости передачи данных, но и от типа организации аппаратуры интерфейса, например, для скорости 64 кбит/с. Если код не стандартизован, то описание алгоритма его формирования дается в самом стандарте, как например, для скорости 64 кбит/с при использовании сонаправленного интерфейса. Если же код стандартизован, как например, AMI, то указывается его название или дается краткое описание его особенностей.
Форма импульса и соответствующее поле допуска (маска импульса)
Форма импульса и соответствующее поле допуска (маска импульса) приведены в стандарте отдельно для каждой скорости передачи и типа организации взаимодействия аппаратуры интерфейса для скорости 64 кбит/с. Маска одиночного импульса для скорости 64 кбит/с и сонаправленного интерфейса, приведена на рис.2-53 [14] лишь для иллюстрации, так как маски представляют интерес только для разработчиков подобных интерфейсов.
Тип используемой пары и нагрузочный импеданс
Как указано, могут использоваться либо коаксиальный кабель, либо симметричная пара, либо то и другое {таб.2-5, позиция "импеданс"). Тестируемый нагрузочный импеданс при использовании симметричной пары зависит от используемой скорости передачи и варьируется в пределах 100-120 ом.
Максимальные напряжения импульса и уровень сигнала в паузе
Эти параметры зависят от ряда факторов, в том числе от скорости передачи и относительного уровня шума, которые могут быть указаны специально. Порядок значений возможных при этом уровней сигналов и шума можно оценить по рис.2-53.
Ширина импульса
В стандарте указаны либо две ширины, соответствующие ширине импульса данных и ширине тактового импульса, либо указана ширина кодированных импульсов, либо только номинальная ширина импульса данных (см. пояснения к таб. 2-5).
Остальные характеристики ясны из комментариев, указанных выше.
2.9.2. Реализация интерфейса G.703
Скорости передачи данных и соответствующие им типы кода, тип используемой пары и нагрузочный импеданс, номинальное напряжение импульса (амплитуда сигнала), напряжение при отсутствии импульса (амплитуда паузы) и номинальная ширина импульса приведены в таб. 2-5.
Из этой таблицы ясно, что полная реализация интерфейса G.703 для всех возможных скоростей и типов организации взаимодействия аппаратуры - дело весьма трудоемкое, поэтому производители ограничиваются реализацией указанного стандарта для конкретно используемой скорости передачи, например, для скорости 2048 кбит/с в случае SDH канала 2 Мбит/с. Для скорости 64 кбит/с производители в большинстве случаев указывают и тип организации взаимодействия аппаратуры интерфейса, например, сонаправленный. Для сигналов со скоростями передачи nх64 кбит/с, характерных для систем ISDN и передаваемых через мультиплексирующее оборудование иерархий, порожденных первичными скоростями 1544 и 2048 кбит/с, интерфейс, как отмечалось выше, должен иметь те же физические и электрические характеристики, что и соответствующий интерфейс 1544 кбит/с (для n=2, ... ,23) или интерфейс 2048 кбит/с (для n=2, ... ,31).
В заключение дадим некоторые пояснения к таблице 2-5 (в соответствии со ссылочными номерами, указанными для определенных параметров):
1 - цифровой двухчастотный двоичный код, преобразуемый в двухполярный трехуровневый код путем последовательного изменения полярности каждого двоичного блока с отменой изменения на каждом восьмом блоке (октетное кодирование - пятишаговая процедура кодирования описана в стандарте G.703 [14]);
2 - большее значение соответствует ширине двойного импульса (логическая "1"), меньшее - ширине одинарного импульса (логический "О");
3 - большее значение рекомендуется использовать в случае повышенного уровня шума;
4 - большее значение соответствует ширине импульса данных, меньшее - ширине тактового импульса;
5 - код B8ZS рекомендуется применять при использовании коаксиального кабеля, код B6ZS - при использовании симметричной пары;
6 - большее значение соответствует допуску на область после среза импульса, меньшее - на область перед фронтом импульса;
7 - приблизительное значение, соответствующее области после среза импульса на 1Т от центра (допуск задается экспоненциальными кривыми);
8 - большее значение соответствует использованию симметричной пары, меньшее - коаксиальному кабелю;
9 - используется симметричное поле допуска.
Заметим так же, что ширина импульсов приведена в мкс для скорости 64 кбит/с и в не для остальных скоростей.
Пользователь должен так же иметь ввиду, что указанные типы кода относятся только к интерфейсу, а не к линии в целом. Для электрических линий связи эти коды могут совпадать, для оптических -коды, как правило, не несовпадают в силу невозможности непосредственного использования биполярных кодов в оптическом кабеле. Например, при использовании кода HDB3 в оптических линиях связи в качестве интерфейсного могут использоваться также коды CMI, MCMI или код типа nBmB.
2.9.3. Подключение сети с интерфейсом G.703 к аппаратуре пользователя
Схема подключения сети, рассчитанной на использование интерфейса G.703, к аппаратуре пользователя зависит от наличия у пользователя входа с интерфейсом G.703, типа используемой среды распространения (электрический или оптический кабель) и от кабеля - его импеданса (75 или 100-120 ом) и типа (коаксиальный кабель или симметричная пара проводов).
Эта схема наиболее проста, если используется электрический кабель, а пользователь имеет вход с интерфейсом G.703. Тогда подключение осуществляется либо коаксиальным кабелем с разъемом RG-59 (импеданс 75 ом), либо симметричной парой проводов (импеданс 100-120 ом) на коммутационную панель "под винт" - без специального разъема, либо с помощью разъемов DB-15, RJ-11, RJ-48X. Как видно из таб. 2-5 симметричная пара используется только для частот не выше 6312 кбит/с. Если импеданс кабеля (пары проводов) пользователя не согласуется с импедансом линии, используется согласующий трансформатор (например, 120-симметричная пара/75-коаксиальный кабель).
Если в качестве среды распространения используется оптический кабель, то оптический сигнал преобразуется в электрический на входе аппаратуры пользователя и наоборот - на выходе аппаратуры пользователя. Преобразование осуществляется с помощью специального опто-электронного/электронно-оптического преобразователя - оптического модема (например, типа FLC - компании ADC Telecommunications). При этом на оптических входах/выходах используются специальные оптические разъемы (соединители) различного типа, например, SC, SMA, ST.
Если же аппаратура пользователя не имеет входа с интерфейсом G.703, а имеет входы с другими интерфейсами, то пользователь должен быть достаточно внимательным к указанной в документации конкретной спецификации интерфейса (если она есть), чтобы избежать проблем совместимости терминальной аппаратуры. В этом случае нужно использовать специальные конвертеры интерфейсов, которые позволяют состыковывать, например, локальные сети (LAN) с интерфейсами V.24, V.35, Х.21 с глобальными сетями (WAN) с интерфейсами G.703.
Такие конвертеры производят ряд компаний. Наиболее известной из них на нашем рынке является компания RAD Data Communications. Ограничимся, для примера, рассмотрением ее конвертеров, чтобы показать возможности преобразования интерфейсов [59]. Из набора производимых этой компанией конвертеров интерфейсов в таб.2-6 представлены те, что имеют G.703 на одной из сторон: стороне DСЕ (выходы WAN - верхние входы таб.2-6) или DTE (входы LAN - левые боковые входы таб.2-6). Ясно, что при использовании таких конвертеров для соединения с аппаратурой пользователя применяются соответствующие разъемы.
В заключение дадим некоторые пояснения к таб.2-6:
1 - большинство конвертеров, указанных в таблице, являются не только конвертерами интерфейсов, но и конвертерами скоростей, согласующими скорости на входе со скоростями, требуемыми на выходе. Здесь вход соответствует стороне DTE, а выход - DСЕ;
2 - для конвертера FCD-20, осуществляющего "обратное" конвертирование интерфейса G.703 в V.35 или в Х.21, суммарный поток входных каналов пх64 на стороне G.703 не должен превышать 512 кбит/с. Такое конвертирование может потребоваться для стыковки мультиплексоров, имеющих выход G.703, с аппаратурой спутниковой связи, имеющей, например, только интерфейсы V.35 или Х.21.
Подводя итог сказанному о технологии SDH, можно констатировать, что в системах, использующих SDH устраняются практически все недостатки PDH. Системы SDH позволяют:
- использовать в качестве входных каналов практически все {кроме DS0) основные каналы доступа, используемые в PDH;
- определять положение любого стандартного канала доступа, инкапсулированного в соответствующий виртуальный контейнер, транспортируемый модулем STM-1, а также осуществлять его ввод/вывод в/из транспортного потока модулей STM-N без необходимости его сборки/разборки, в отличие от того, как это делалось в PDH;
- использовать эффективную систему маршрутизации, позволяющую автоматически управлять движением контейнеров между пунктами назначения;
- повысить надежность передачи не только за счет использования оптических линий передачи, но и путем создания резервного канала, с автоматическим переключением на него при выходе из строя основного канала или путем обхода поврежденного узла сети;
- организовать в структуре фрейма внутренние служебный каналы с развитой системой сигнализации.