Технологии SDH

SDH-кроссы и узловые сети

SDH-кольцевые сети получили широкое развитие из-за их способности обеспечить постоянное обслуживание даже при наличии повреждений. Однако кольцевые сети весьма трудно модернизируются при росте сети. При росте нагрузки отдельные участки кольца начинают испытывать перегрузку. К сожалению, модернизация одного участка кольца требует модернизации всех МВВ. Такое усовершенствование влечет большие расходы Альтернативным методом при увеличении нагрузки является создание параллельных кольцевых сетей. Этот метод совместим с системами передачи WDM, которые обеспечивают создание требуемых параллельных каналов в одиночном оптическом волокне. Однако и в этом случае не избежать больших расходов. Для создания параллельных колец для пропускания дополнительной нагрузки на каждом узле кольцевой сети, которая переносит уплотненный сигнал для каждой длины волны, должен быть предусмотрен отдельный МВВ. Для передачи нагрузки между МВВ на узле нагрузка должна быть выведена, подключена к коммутатору и затем добавлена в МВВ для пер едачи к пункту назначения. По указанной выше причине большое внимание уделяется SDH-системам кроссовой коммутации (SDH — Cross Connect Systems). Системы кроссовой коммутации на входе принимают оптические сигналы, комплектуют их в зависимости от портов, в которые они направлены, и комбинируют их в SDH-трибы (OC-n). Системы кроссовой коммутации совместно с оптическими линиями образуют узловую сеть, предназначенную для передачи SDH-сигналов (см рис. 9.25).

Рис. 9.25. Узловая сеть, использующая системы кроссовой коммутации. Штриховые линии представляют собой пути защиты для путей, показанных исходящими из данного узла сплошными линиями

Узловая сеть имеет преимущества перед кольцевой сетью в случае возрастания нагрузки. В этом случае наращивается только перегруженный сегмент сети. Узловая сеть занимает меньше ресурсов сети для защиты, чем кольцевая, но требует более сложных схем и программ защиты для восстановления сети при повреждениях. Например, показанные на рис. 9.25штриховые линии представляют собой пути защиты для путей, показанных исходящими из данного узла сплошными линиями.

Оптические транспортные сети

Оптическая транспортная сеть обеспечивает связь между подключенными пользователями, используя разделения по длине волны. Существует множество похожих путей переноса SDH-сигналов с помощью оптического кабеля. Разделение по длине волны — это один из них. Оптический мультиплексор ввода/вывода (ОМВВ) применяется для WDM-систем.ОМВВ принимает многоволновой сигнал на входе оптического кабеля, выбирает один или несколько сигналов на заранее согласованных длинах волн и добавляет один или несколько сигналов на заданных длинах волн в многоволновый сигнал, после чего передает его на выход в оптический кабель. Волны, на которых переносится транзитная нагрузка, "проходят насквозь" МВВ. При идеальной обработке сигналов в ОМВВ стараются избежать оптико-электрического преобразования. ОМВК может применяться в линейной и кольцевой топологиях. Предполагаемый маршрут с использованием разделения по длине волны может применяться для создания сетей с различными виртуальными топологиями. При этой топологии маршрут пор ождается между двумя терминалами путем добавления информации источника на назначенной длине волны. Далее он "проходит насквозь" промежуточные ОМВВ узлов, и информация выделяется на терминале узла назначения. На рис. 9.26 показана условная цепь оптических мультиплексоров ввода/вывода, которые соединены одномодовым оптическим кабелем. Каждый оптический кабель содержит группу из четырех волн, в которые вставляется информация, чтобы обеспечить однонаправленную связь.

На рис. 9.26 мы видим, что благодаря такой конфигурации можно установить соединения: от узла a к узлам b, c, d, от узла b к узлам c, d и от узла c к узлу d.

На рис. 9.27 показано, как с помощью оптических мультиплексоров ввода/вывода создается конфигурация из трех узлов, эквивалентная топологии "каждый-с-каждым". В этом примере используется три длины волны, на каждом узле с помощью оптического мультиплексора ввода/вывода выводится информация из двух и на освободившееся место вводится информация от данного узла. Очевидно, что, используя различное распределение информации по длинам волн, можно получить различные логические конфигурации сетей. Разделение по длинам волн и оптические мультиплексоры ввода/вывода в сети добавляют абстрактный логический уровень между оптическим кабелем и логической топологией, который может учитывать нагрузку, проходящую через сеть.

Рис. 9.26. Конфигурация сети, использующая разделение по длине волны

Физическая топология, содержащая некоторое количество ОМВВ и оптических кабелей, может управлять потоком нагрузки, создавая различные топологии с освобождением загруженных участков.

Рис. 9.27. Конфигурация из трех узлов, использующая разделение по длине волны, эквивалентная топологии "каждый с каждым"

Оптический коммутатор и кросс

Оптические узловые сети базируются на применении оптических кроссов и оптических коммутационных системах и нашли широкое применение в транспортных сетях. Цель оптических коммутаторов — доставить многоволновой сигнал от входного порта к выходному без демультиплексирования. рис. 9.28показывает принцип взаимодействия между оптическим коммутатором и кроссом. Оптический сигнал, который переносится по принципу разделения по длине волны, достигает входа узла. Оптические сигналы, которые предназначены для этого узла, коммутируются к местному кроссу; оптические сигналы, которые проходят только транзитом, коммутируются дальше через узел. Оптические сигналы, которые поступают на вход кросса, демультиплексируются до необходимых компонентов. Сигналы, предназначенные для данного узла, выводятся. После этого генерируются в волновую форму сигналы, которые предназначены для ввода и передачи на другую станцию. Выход оптического кросса передает их на вход мультиплексора и далее на вход оптического комму татора, коммутирующего его к исходящему оптическому кабелю. Заметим: система кроссовой коммутации должна гарантировать, что сигналы, входящие в мультиплексор, имеют соответствующую длину волны. Для этого могут понадобиться специальные средства (например, лазеры с настройкой).

Рис. 9.28. Оптический коммутатор и кросс

Оптические сети упрощают сохранение нормальной работы сети при увеличении объема нагрузки. Они позволяют производить коммутацию без демультиплексирования. Стоимость мультиплексирования WDM-сигналов объемом сотни гигабит и обработка их компонентов в электронном виде чрезвычайно высока. С экономической точки зрения WDM-сигнал при транзитах лучше сохранять в оптическом виде. Комбинация магистральной оптической передачи с оптическим коммутатором, который позволяет проключение "насквозь" транзитных сигналов, позволяет свести к минимуму преобразование "оптика—электроника" и обратно.

Краткие итоги

• В плезиохронную цифровую иерархию входит аппаратура цифровой передачи, имеющая три ряда скоростей: европейская, содержащая ИКМ-30 — E1, ИКМ-120 — E2, ИКМ-480 —E3, ИКМ-1920 — E4, ИКМ-7680 — E4, Североамериканская, которая включает в себя 24 канала DS-1, 96 каналов, DS-2, 672 канала DS-3, 4032 канала DS-4, и Японская, содержащая 24 канала DS-1, 96 каналов, DS-2, 480 канала DSJ-3, 1440 каналов DSJ-4.
• Системы передачи, входящие в плезиохронную цифровую иерархию, имеют следующие недостатки: многообразие систем передач с различными скоростями; противоречие между выпуском экономически выгодных систем, рассчитанных на большое число каналов, и массовыми потребностями на аренду малого числа каналов; небольшой объем передаваемой служебной информации.
• Для устранения этих недостатков была разработана единая версия синхронной цифровой иерархии — SONET/SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
• В системе SONET/SDH определяется три участка передачи и соответственно им — три вида оборудования: секционное (регенераторное) оборудование; линейное (мультиплексное) оборудование; маршрутное оборудование.
• Модули разделаются по уровням, в системе SDH известны следующие уровни: STM-1 (Synchronous Transport Module) — синхронный транспортный модуль первого уровня; STM-4 — синхронный транспортный модуль четвертого уровня; STM-N — синхронный транспортный модуль уровня , где .
• Принцип передачи сигналов заключается в том, что каждые 125 мкс передается стандартный транспортный синхронный модуль STM (Synchronous Transport Module).
• Из нескольких циклов, составляющих формат модуля STM-1 (в данном случае это цикл нижнего уровня), может быть составлен мультицикл (сверхцикл), содержащий несколько циклов нижнего уровня. Для объединения нескольких модулей используется конкатенация (сцепление). Каждый из модулей нижнего уровня, входящий в модуль высокого уровня, имеет байты для определения его места как компонента более высокоскоростного канала. 2 заголовка: транспортный и маршрутный. Транспортный заголовок (Section Over Head — SOH) разделяется на секционный заголовок (Regeneration SOH — RSOH), линейный заголовок (заголовок мультиплексной секции, Multiplexer SOH — MSOH).
• Размещение информации в контейнерах и блоках структуры SDH подчиняется схемам, которые предложены международными организациями. В настоящее время имеется только один путь формирования модуля STM-1 из триба .
• — контейнеры, позволяющие инкапсулировать цифровые каналы американской иерархии PDH. —контейнеры, позволяющие инкапсулировать цифровые каналы европейской иерархии PDH.
• Каждому из контейнеров соответствует виртуальный контейнер . Он состоит из полезной нагрузки (PL — Payload) и маршрутного заголовка (POH — Path Overhead).
• Трибный блок (Tributary Unit — TU) включает в себя несколько виртуальных контейнеров.
• Преобразование последовательности виртуальных контейнеров (VC) в трибный блок TU может проводиться в двух режимах: фиксированном и плавающем.
• При организации трибного блока в плавающем режиме применяется указатель трибного блока — TU-PTR.
• Фиксированный режим (иногда его называют асинхронным) использует механизм вставки битов. Поток битов контейнера непосредственно вставляется в информационные поля.
• Если потоки виртуальных контейнеров имеют различные скорости, то они мультиплексируются с помощью концепции согласование скоростей.
• Группы трибных блоков формируются с помощью трибных блоков нижнего уровня TU-2. Блоки TUG-2 путем мультиплексирования трех блоков TU-12 преобразуются в группу TUG-2, и далее группы блоков TUG-2 — в группу блоков TUG-3.
• Положение поля полезной нагрузки определяется значениями указателей административного блока AU-PTR. Маршрутный заголовок виртуального контейнера VC-4 рассматривается как начало — первый столбец поля полезной нагрузки. Это , ; они вместе содержат 2 байта и позволяют указать на любой байт полезной нагрузки.
• Одно из преимуществ сети SDH заключается в том, что она может передавать мультиплексированные потоки с большим объемом информации без полного демультиплексирования при выделении каналов на транзитных участках.
• Плезиохронные системы использовали выравнивающие биты для выравнивания скоростей. При этом терялась информация, которая указывала на начало каждого трибутарного блока низшего порядка. Поэтому для выделения одного трибутарного блока требовалось полное демультиплексирование всего потока.
• SDH обеспечивает значительное уменьшение стоимости аппаратуры благодаря установке мультиплексора ввода/вывода — МВВ ( Add Drop Multiplexer — ADM), который может "распаковывать" или замещать информацию в потоке без демультиплексирования потока.
• Транспортные сети с использованием SDH МВВ могут быть линейными или кольцевыми. Мультиплексоры ввода/вывода позволяют создавать виртуальные топологии сетей.
• SDH-стандарты определяют схемы автоматической защитной коммутации — АЗК. Защита осуществляется на уровне линии связи (мультиплексорная секция) или на уровне маршрута.
• Терминальный мультиплексор (ТМ) является мультиплексором и одновременно оконечным устройством SDH-сети.
• SDH-кольца могут выполняться с возможностью самовосстановления (self-hearing — самолечение) при возникновении ошибок или повреждений. Самовосстановление кольца можно обеспечить на уровне линейной секции, а также осуществлять защиту на уровне маршрута.
• При методе однонаправленного коммутируемого кольца (Unidirectional Path Switched Ring — UPSR) каждый узел следит за сигналами, приходящими по двум маршрутам, и выбирает лучший из них.
• Метод однонаправленного коммутируемого кольца (Unidirectional Path Switched Ring — UPSR) обеспечивает быструю защиту, но неэффективен в смысле использования пропускной способности каналов, поскольку задействует для одного и того же сигнала два пути.
• Двунаправленное кольцо с защитным переключением линейных сегментов восстанавливает связь, переключая основные и рабочие линии на линии защиты между узлами. Этот тип восстановления назван переключением по участкам (span switching).
• Если двунаправленное кольцо с защитным переключением линейных сегментов использует для передачи участок линии защиты, направленный в другую сторону от поврежденного узла, и информация между узлами проходит несколько участков, удаленных от смежных узлов по резервной линии, то такой способ называется переключением по кольцу.
• Двунаправленное кольцо с защитным переключением линейных сегментов более эффективно, чем однонаправленное кольцо с переключением маршрута, поскольку трафик может быть переключен по самому короткому пути, чтобы не загружать кольцо, которое может в этом случае поддерживать передачу большой нагрузки.
• Кольцевые сети весьма трудно модернизируются при росте сети. Модернизация одного участка кольца требует модернизации всех МВВ. Такое обновление влечет за собой большие расходы.
• SDH-система кроссовой коммутации (SDH — Cross Connect Systems) с оптическими линиями образуют узловую сеть, предназначенную для передачи SDH-сигналов. Узловая сеть имеет преимущества перед кольцевой сетью в случае возрастания нагрузки. В этом случае наращивается только перегруженный сегмент сети.
• ОМВВ принимает многоволновой сигнал на входе оптического кабеля, выбирает один или несколько сигналов на заранее согласованных длинах волн и добавляет один или несколько сигналов на заданных длинах волн в многоволновый сигнал, после чего передает его на выход в оптический кабель. Волны, на которых переносится транзитная нагрузка, "проходят насквозь" МВВ.
• • Разделение по длинам волн и оптические мультиплексоры ввода/вывода в сети добавляют абстрактный логический уровень между оптическим кабелем и логической топологией, который может учитывать нагрузку, проходящую через сеть.
• Комбинация магистральной оптической передачи с оптическим коммутатором, который позволяет проключение "насквозь" транзитных сигналов, позволяет свести к минимуму преобразование "оптика—электроника" и обратно.

Задачи и упражнения

1. Сколько речевых каналов может разместиться в модулях STM-1, STM-4 и STM-16?
2. Для согласования скоростей используется положительная или отрицательная вставка бита в блок полезной нагрузки один бит на 16 кадров. Рассчитайте минимальную и максимальную скорости полезной нагрузки с учетом включения (исключения) в полезную нагрузку этого бита.
3. Определите процент полезной нагрузки в кадре STM -1.