Первичные сети и транспортные технологии 1 Единая

Первичные сети и транспортные технологии 1

Единая автоматизированная сеть связи (ЕАСС) Первичная сеть электросвязи • Магистральная • Внутризоновая • Местная Основное связующее звено системы передачи (с ЧРК, ВРК, ИКМ). Основной типовой канал – канал ТЧ Каналы первичной сети – основа для построения вторичных сетей Вторичные сети электросвязи Разделяются по виду передаваемой информации • Телефонная сеть • Телеграфная сеть • Сеть передачи данных • Сеть распределения TV программ • Сеть распределения программ радиовещания • Сеть передачи газет 2

3

4

5

Транспорт и транспортные технологии 6

Цифровые иерархии • В целях унификации и стандартизации оборудования МСЭ рекомендовал использовать иерархический принцип В телекоммуникациях • Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) • Синхронная цифровая иерархия (SDH/SONET) • Методы асинхронной передачи (ATM) 7

Плезиохронная цифровая иерархия PDH 8

Плезиохронная цифровая иерархия PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). 9

Основные принципы PDH • В технологии PDH в качестве входного используется сигнал основного цифрового канала (ОЦК), а на выходе формируется поток данных со скоростями n × 64 кбит/с. • К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла. • В начале 80 -х годов было разработано 3 таких системы (в Европе, Северной Америке и Японии). Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. • Описание стыков этих интерфейсов и уровней мультиплексирования дано в рекомендации G. 703. 10

Структура кадра Е 1 11

Канал Е 1 • Каналы Е 1 = 2 Мбит/с • Каждый кадр Е 1 содержит 256 бит, разделенных на 32 тайм-слота: – Тайм-слот 0 – сигнализация. Функции: • Передача вспомогательной информации (housekeeping). В каждом кадре без FAS (нечетные кадры) нулевой тайм-слот содержит вспомогательную информацию, включающую: • Бит 1 называется international (I) и служит главным образом для обнаружения ошибок с использованием функции CRC-4. • Бит 2 всегда имеет значение 1 – этот факт используется алгоритмами выравнивания кадров. • Бит 3 используется для индикации удаленной тревоги (remote alarm indication или RAI) и сообщает оборудованию на другом конце канала, что в локальном оборудовании потеряно выравнивание кадров или отсутствует входной сигнал. – Тайм-слоты 1 -31 – пользовательские 12

Плезиохронная иерархия цифровых систем передачи. Внимание: отличие на 1 -ом уровне иерархии американской и европейской систем, т. к. позднее разработанная европейская система, использовав более высокую скорость 2048 мбит/с, по максимуму задействовала возможности городских телефонных кабелей, пригодных к передаче цифровой информации со скоростью 2 мбит/с. Уровень иерархии Европа (Ex) Северная Америка (Tx) Япония (DSx) Jx Скорость Мбит/с Коэфф. мультиплекс. 0 0, 064 - 0, 064 - 1 2, 048 30 1, 544 24 1, 544 24 2 8, 448 4 6, 312 4 3 34, 368 4 44, 736 7 32, 064 5 4 139, 264 4 97, 728 3 13

Схема мультиплексирования PDH Для извлечения потока более низкого уровня из потока более высокого уровня необходимо провести полное демультиплексирование Е 0 … 32 x. E 0 E 1= 2048 кбит/с E 2= 8448 кбит/с Каналы ИКМ 64 кбит/с 4 x. E 1 E 3= 34368 кбит/с 4 x. E 2 4 x. E 3 E 4= 139264 кбит/с или 155, 52 Мбит/с 14

Синхронная цифровая иерархия SDH/SONET 15

Синхронная цифровая иерархия СЦИ: англ. SDH — Synchronous Digital Hierarchy) — это система передачи данных, основанная на синхронном способе объединения потоков со скоростями 155, 52 Мбит/с и выше Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. 16

Структура кадра SDH (синхронного транспортного модуля STM 1) 9 261 FAS 3 RSOH 1 5 Pointer Поле полезной нагрузки MSOH FAS – сигнал синхронизации кадра RSOH – заголовок регенерационного участка МSOH – заголовок мультиплексорного участка Pointer – указатель начала полезной нагрузки 17

Формирование SDH (синхронная цифровая иерархия) • • • STM 0 = 51. 84 Mбит/с STM 1 = 3 х STM 0 = 155. 52 Mбит/с STM 4 = 4 х STM 1 = 622. 08 Mбит/с STM 16 = 4 х STM 4 = 2488. 32 Mбит/с STM 64 = 4 х STM 16 = 9953. 28 Mбит/с Кадр – совокупность символов, переданных за время, равное периоду дискретизации. Основная единица – байт (а не бит как в асинхронных системах). Структура кадра: 9 х270 = 2430 байт. Байты передаются построчно. Для извлечения потоков более низкого уровня из потоков более высокого уровня надо знать только номер потока (k, l, m) и алгоритм мультиплексирования. 18

Поддерживаемая технологией SDH/SONET иерархия скоростей SDH SONET (Американская система) Скорость STS– 1, OC– 1 51, 840 Мбит/с STM– 1 STS– 3, OC– 3 155, 520 Мбит/с STM– 3 STS– 9, OC-9 466, 560 Мбит/с STM– 4 STS– 12, OC– 12 622, 080 Мбит/с STM– 6 STS– 18, OC– 18 933, 120 Мбит/с STM– 8 STS– 24, OC– 24 1, 244 Гбит/с STM– 12 STS– 36, OC– 36 1, 866 Гбит/с STM– 16 STS– 48, OC– 48 2, 448 Гбит/с 19

Асинхронный способ передачи данных ATM 20

Асинхронный способ передачи данных) • ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) —сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байтов используется под заголовок. • В отличие от синхронного способа передачи данных (STM — Synchronous Transfer Mode), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом. 21

Структура ячейки АТМ • Пакеты АТМ называются ячейками и имеют фиксированный размер: 53 байта Заголовок 5 байт Данные 48 байт Цифровая информация от источников заполняет ячейки (фиксированной длины!). Потоки ячеек объединяются методом временного мультиплексирования. Для того, чтобы знать, куда направляется МАП-ячейка, в ее заголовке выделяется 2 байта под идентификацию виртуального канала VCI, 12 бит – под идентификацию виртуального пути (VPI) 22

Виртуальные пути и виртуальные каналы Виртуальные каналы (VC) Путь передачи Виртуальные пути (VP) 23

Скорости передачи для ATM Витая пара Оптоволокно Скорость STS-1 OC-1 51. 84 Мб/с STS-2 OC-3 155. 520 Мб/с OC-9 466. 560 Мб/с OC-12 622. 080 Мб/с OC-18 933. 120 Мб/с OC-24 1. 244 Гб/с OC-36 1. 866 Гб/с OC-48 2. 488 Гб/с 24

Технология оптического мультиплексирования с разделением по длине волны WDM 25

Технология WDM обеспечивает физический интерфейс для выхода на физический уровень и далее в оптическую среду передачи 26

Система многоканальной оптической связи • • Пер. - передающей сторона ОЛТ – оптический линейный тракт ОУ – оптический усилитель Пр. - приемная сторона (Пр. ) . 27

Методы повышения пропускной способности магистральной ВОСП 1. Метод временного мультиплексирования (TDM) 3. Уплотнение по поляризации (PDM) – сложная реализация PDM — Polarization Division Multiplexing ТDM – Time Division Multiplexing, TDM 2. Метод спектрального уплотнения (WDM) WDM – wavelength division multiplexing, WDM _________ WDM может использоваться параллельно с TDM для повышения ее эффективности, оставляя практически без изменений большую часть имеющегося оборудования. Плоскость поляризации каждой несущей должна быть расположена под своим углом. Мультиплексирование осуществляется с помощью специальных оптических призм, например, призмы Рошона. Поляризационное мультиплексирование возможно только тогда, когда в среде передачи отсутствует оптическая анизотропия, т. е. волокно не имеет локальных неоднородностей и изгибов. Это одна из причин весьма ограниченного применения данного метода уплотнения 28

Метод спектрального (волнового) уплотнения • WDM позволяет увеличить скорости передачи информации в ВОЛС за счет одновременной передачи по одному волокну нескольких TDM каналов на различных длинах волн. 29

Основные элементы ВОСП • оптический кабель (ОК) • оптический передатчик (ОПер) • оптический приемник (ОПр). ___________________ Передатчик (лазерный излучатель/светодиод) выполняет роль преобразователя электрического сигнала в оптический, Приемник (фотодетектор/фотодиод) обеспечивает обратное преобразование оптического сигнала в электрический 30

ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАТЧИК Наряду с лазерами в качестве источника оптического излучения могут применяться светодиоды. Светодиод является таким же люминесцентным полупроводником типа р-п из арсенида галия, но не имеет резонансного усиления. В отличие от лазера, обладающего остронаправленным когерентным лучом, в светодиоде излучение происходит спонтанно (самопроизвольно) и луч имеет меньшую мощность и широкую направленность. • Ширина спектра лазера (1), светодиода (2) 31

ОПТИЧЕСКИЙ ПРИЁМНИК В качестве приемного устройства, преобразующего свет в электричество, применяется фотодиод. • Используется эффект Столетова, состоящий в том, что при воздействии света на активный материал, например полупроводник, изменяются его электрические свойства и возникает электрический сигнал • Наиболее распространены в ВОСП два типа фотодетекторов - pinфотодиод и лавинный фотодиод (APD). 32

На длинных трассах через каждые 40 – 60 километров располагается контейнер с оборудованием. Оптический линейный тракт содержит усилители и регенераторы оптического сигнала • R – от англ. Regeneration – восстановление: 1 R – Re-amplification – усиление; 2 R – Re-amplification & Re-shaping (восстановление формы), 3 R – Re-amplification, Re-shaping & Re-timing (восстановление синхронизации) 33

Классификация систем WDM Распределение длин волн по диапазонам согласно рек. G. 694. 2 34