Лекция 12 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Современная первичная цепь

Лекция 12 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ • Современная первичная цепь может строиться на основе трех технологий: • PDH – плезиохронная цифровая иерархия • Plesiochronous Digital Hierarchy • SDH – синхронная цифровая иерархия • Synchronous Digital Hierarchy • (SONET - это североамериканский эквивалент SDH. ) • ATM – асинхронный режим передачи

PDH В мировой практике существует 3 стандарта скоростей: - японский - североамериканский (США, Канада) - европейский

• • • Технология PDH обладает рядом недостатков: - сложный ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах; - отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления; - многоступенчатое восстановление синхронизма требует достаточно большого времени; - наличие трех различных иерархий.

Выделение потока Е 1 из потока Е 4

• Сложность ввода/вывода потоков низшего порядка заключается в том, что при необходимости выделения потока Е 1 из потока Е 4 приходится проводить пошаговое демультиплексирование, а затем пошаговое мультиплексирование. Это объясняется тем, что добавление выравнивающих импульсов КСС делает невозможным вывод потока 2 Мбит/с или ОЦК 64 кбит/с из потока Е 4 со скоростью 140 Мбит/с.

• SDH • Технология SDH определяется как набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования определенных объемов информации, и реализуется как комплексный процесс переноса информации, включая функции контроля и управления. • Системы передачи SDH рассчитаны на транспортирование цифровых потоков PDH различных стандартов и уровней, а также широкополосных сигналов, связанных с внедрением новых услуг электросвязи.

• • • Достоинства SDH: - возможность разработки эффективных и гибких сетей связи; - позволяет выделить сигнал любого уровня без демультиплексирования основного сигнала; - стандартные интерфейсы обеспечивают совместимость оборудования различных фирм; - обеспечивает лучшее управление сетью, даже из одного центра. На каждом уровне SDH стандартизированы скорости передачи группового сигнала и структуры циклов. • В качестве основного формата сигнала в SDH принят синхронный транспортный модуль STM, имеющий скорость передачи 155, 52 Мбит/с. • STM-1 несет основную информационную нагрузку, например поток Е 4 со скоростью 140 Мбит/с, и дополнительные сигналы, обеспечивающие функции контроля, управления, обслуживания, поэтому скорость увеличивается до 155 Мбит/с.

Скорости передачи SDH • • Уровень SDH Скорость передачи STM-1 155, 520 Мбит/с STM-4 622, 080 Мбит/с STM-8 1244, 160 Мбит/с STM-12 1866, 240 Мбит/с STM-16 2488, 320 Мбит/с (2, 5 Гбит/с) STM-64 9953, 280 Мбит/с (10 Гбит/с) STM-256 39813, 120 Мбит/с (40 Гбит/с)

• В SDH используется принцип контейнерных перевозок. • Подлежащие транспортированию сигналы предварительно размещаются в контейнер С. • Все операции с контейнерами производятся независимо от их содержания. • Имеются контейнеры 4 уровней

• Уровень контейнер Скорость передачи PDH • 1 С-11, С-12 1, 5 Мбит/с • 2 С-2 8 Мбит/с • 3 С-3 34 Мбит/с • 4 С-4 140 Мбит/с 2 Мбит/с

Процессы загрузки/выгрузки цифрового потока. Процесс загрузки цифрового потока в транспортные модули представлен схематически на рисунке. В STM-1 может размещаться 63 VC-12.

Расчет скорости цифрового потока в STM-1 • Исходная информация Е 1 (32 байта) размещается в контейнер С – 12 после добавления выравнивающих бит • 32 + 2 = 34 байт • Для формирования виртуального контейнера VC к полезной нагрузке добавляется РОН – трактовый заголовок, который обеспечивает контроль качества тракта и передачу аварийной и эксплуатационной информации. Адрес – это маршрут движения от одного пользователя к другому. Он состоит из последовательности портов мультиплексора (коммутатора), через которые проходит контейнер. Прочитав заголовок РОН, мультиплексор переправляет контейнер С из одного порта в другой, независимо от его содержания. • Виртуальный контейнер формируется и расформировывается в точках окончания тракта. • 34 + 1 = 35 • C + POH = VC

• • • Путем добавления указателя PTR виртуальный контейнер трансформируется в транспортный (трибутарный) блок TU • 35 + 1 = 36 • VC + PTR = TU PTR указывает, где внутри фрейма STM-1 находятся начальные позиции циклов, что позволяет легко производить ввод/вывод потоков. TU нужны для преобразования разнородной нагрузки в стандартные мультиплексируемые блоки данных. Цифра в обозначении блока указывает номер уровня. Три TU-12 мультиплексируются в TUG-2. TUG – это группа трибутарных блоков. • 3 х 36 = 108 • 3 х. TU-12= TUG-2 Семь TUG второго уровня мультиплексируются в TUG третьего уровня • 7 х 108 + 18 = 774 • 7 х TUG-2 + (NPI + FS) = TUG-3 NPI – индикатор нулевого указателя FS – индикатор фиксированного пустого поля NPI + FS составляют PTR трибутарного блока. Три TUG третьего уровня мультиплексируются в VC-4 • 3 х 774 + (9+18) = 2349 • (3 х TUG-3) + РОН = VC-4

• • Путем добавления указателя PTR VC-4 трансформируется в административный блок АU • 2349 + 9 = 2358 • VC-4 + PTR = AU-4 формально с коэффициентом равным 1 мультиплексируется в AUG. Если формируетcя STM-N, то Nх. AU = AUG. После добавления секционных заголовков SOH группа административных блоков AUG размещается в синхронный транспортный модуль STM-1. • 2358 + 27 + 45 = 2430 байт • AUG + RSOH + MSOH = STM-1 RSOH – заголовок регенерационной секции. Передается между соседними регенераторами, где осуществляется восстановление потока и устранение ошибок. MSOH – заголовок мультиплексорной секции. Передается между пунктами, где формируется и расформировывается STM При цикле Тц = 125 мксек и m = 8 (1 байт = 8 бит) Скорость передачи STM-1 равна = 155, 52 Мбит/с

Формат STM Таблица STM-1 имеет 9 рядов и 270 столбцов. Каждая клетка соответствует скорости передачи 64 кбит/с, а вся таблица 9*270*64=155520 кбит/с.

Архитектура сетей большой протяженности • Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше того расстояния, которое рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ должны быть установлены регенераторы для восстановления затухающего сигнала. • Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G. 957 и ITU-T G. 958. • На участках регенерационной секции осуществляется восстановление потока и устранение ошибок, на мультиплексной секции где формируется и расформировывается STM.

Сегментация участка сети SDH

СИНХРОНИЗАЦИЯ СЕТИ SDH • • В цифровой сети важной проблемой является сетевая синхронизация. Синхронизация сети SDH строится по иерархическому принципу. Верхний уровень иерархии занимает первичный эталонный генератор ЗГ, который вырабатывает хронирующий сигнал с отклонением частоты не более чем 10. От него производится принудительная синхронизация всех остальных ведомых ЗГ. Синхронизация производится передачей хронирующего сигнала от одного ЗГ к следующему. Для синхронизации требуется, чтобы передающая сторона в определенной позиции (тайм-слоте) передала тактовый импульс, а принимающая сторона имела возможность извлечь и интерпретировать данный импульс с тем, чтобы гарантировать нормальную передачу информации между двумя сторонами. Функция тактовых источников заключается в том, чтобы обеспечить корректный ввод/вывод информации в определенной временной позиции приемником/передатчиком. Аппаратура SDH позволяет строить надежные и живучие сети, организуя резервирование на сетевом уровне.

Режимы синхронизации • • • I. Режим псевдосинхронизации. В этом режиме все модули в цифровой сети имеют независимые тактовые источники, характеризующиеся высокой точностью и стабильностью. В качестве тактовых источников используются цезиевые атомные часы. Используется в международных сетях. II. Режим ведущий/ведомый. В сети имеется узел с высокоточным тактовым источником и все элементы сети работают под контролем данного узла. Т. е. элементы сети используют тактовый источник данного узла вместо собственного ЗГ. Тактовые сигналы от сетевого элемента верхнего уровня передаются сетевому элементу нижнего уровня посредством специальных трактов – каналов синхронизации. Сетевой элемент нижнего уровня выделяет тактовые сигналы, стабилизирует собственный источник и генерирует собственные тактовые сигналы, используемые как эталонные. Тем временем он передает собственные тактовые сигналы сетевым элементам более низкого уровня. Если элемент не принимает эталонный тактовый сигнал, посылаемый сетевым элементом верхнего уровня, то функцию тактового источника выполняет встроенный генератор. Используется для национальных и Зоновых сетей. III. Режим синхронизации от внешнего источника. Режим предусматривает установку на важнейших узлах сети приемников GPS (Global Positioning System), которые обеспечивают прием высокоточных тактовых сигналов. Сетевые элементы нижнего уровня используют режим ведущий/ведомый, когда в качестве эталонного тактового источника используется высокоточный тактовый источник GPS.

ЛОГИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ • • • SDH Терминальный мультиплексор Это двухпортовое устройство. Линейный порт вводит/выводит сигнал STM -N. Трибутарный порт может вводить/выводить множество низкоскоростных трибутарных сигналов. Используется на оконечных станциях.

Синхронный мультиплексор • Наличие двух оптических линейных выходов (каналов приема/передачи) используется для создания режима 100%-го резервирования или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надежности. Эти выходы называются основным и резервным при линейной топологии сети или восточным и западным при кольцевой топологии. Западный – по кольцу влево (W), восточный – по кольцу вправо (Е). • Используется в топологии «точка-точка» , «последовательная линейная цепь» .

Мультиплексор ввода/вывода • • Это трехпортовое устройство. Имеется 2 линейных порта и 1 трибутарный порт. ADM позволяет вводить/выводить низкоскоростные трибутарные сигналы из линейного сигнала, получаемого с линейного порта W или E и осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях. Используется в топологии «кольцо» , «звезда» .

Регенератор • • Существует 2 типа REG: - оптический – используется как усилитель оптической мощности для увеличения дальности передачи - электрический - используется для восстановления формы импульса, ликвидации накапливания линейного шума REGобрабатывает RSOH в фрейме STM и осуществляет сквозную коммутацию от W до E или от E до W.

Коммутатор • Коммутатор DXC – позволяет установить связь между различными каналами, ассоциированными с определенными пользователями сети, путем организации временной связи между ними. Возможность такой связи позволяет осуществить маршрутизацию в сети SDH на уровне виртуальных контейнеров VC, управляемую сетевым менеджером (управляющей системой) в соответствии с заданной конфигурацией сети. • • а – условное обозначение, б-коммутационное поле

Концентратор • позволяет объединить несколько однотипных потоков, поступающих от удаленных узлов сети в один распределительный узел сети SDH, связанный с основной транспортной сетью.

Топология "точка-точка". • Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH. Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы

Топология "последовательная линейная цепь". • Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа.

Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

Топология "звезда", реализующая функцию концентратора. • В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный с центром коммутации или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удалённым узлам

Топология "кольцо".

Резервирование сети • К современной цифровой первичной сети предъявляются повышенные требования в части параметров ее надежности. В связи с этим современные первичные сети строятся с использованием резервных трактов и коммутаторов, выполняющих оперативное переключение в случае неисправности на одном из каналов. • В случае значительного ухудшения качества передачи в мультиплексной секции выполняется оперативное переключение на резервную мультиплексную секцию. Причём при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основном маршруте используется ВОК, то на резервном – РРЛ, или наоборот.

Линейная защита G. 783 • Используется на магистральных сетях, построенных на топологии «точка-точка» . Переключение выполняется коммутаторами с архитектурой 1+1 и 1: n • Архитектура 1+1 • На каждую рабочую линию отводится одна резервная. При обнаружении потери сигнала на рабочей линии оборудование на обоих концах автоматически переключается на резервную.

Кольцевая защита G. 841 • В однонаправленном конце все данные передаются по одному оптическому волокну в одном направлении. Вторая жила рассматривается как резервная .

Схема резервирования в двунаправленном кольце • В двунаправленном кольце обе оптические жилы используются для передачи и приема сигналов между элементами сети. При разрыве кольца на концах поврежденного сегмента потоки коммутируются на резервную рабочую линию в обход этого сегмента.