Функциональные модули сетей sdh

2. Функциональные модули сетей sdh.

2.1. 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 он 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 кон­
тейнеры 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;

Рекомендуемые материалы

- 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 9xm (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;

- РОН - поле, размером не более 9 байт, формат которого имеет двумерную структуру вида
1хп (например, формат 1x9 байт для VC-4 или VC-32 и формат 1x6 байт для VC-31); это поле
составлено из различных по назначению байтов.

 - 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, где PTR - указатель грибного 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 hTU-12;

-  TU-2 разбивается на TU-21 и TU-22;

-  TU-3 разбивается на TU-31 и TU-32.

-  TUG-n - группа грибных блоков уровня n (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 ней для трибов дополнительно используются обозначения, соответствующие принятым для высокоскоростных каналов широкополосной ISDN - B-ISDN (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 Н11, соответствующий американской ветви иерархии, т.е. Н11 = Т1 = 1,5 Мбит/с, и канал Н12, 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. 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 9x65 бай­тов - для VC-31, и поля формата 9x85 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 9x261 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 9x1 байтов, соответствующее четвертой строке поля секционных за­головков SOH 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 (4x9 байтов), а при размещении TUG-21 - восемь столбцов (8x9 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, 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 9x9 байтов, PL - полезная нагрузка,

формируемая из группы административных блоков AUG.

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.

2.2. 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 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, 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 "деюре" стандартизованы в последней версии ITU-T Rec. G.707.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как каскадно: 4x1 — 4, 4x4 — 16, 4x16 — 64, 4x64 — 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 шестнадцатеричном исчислении 0, 1, 2, ... D, E, F) на входе мультиплексора STM-16 генерируют шестнадцать байт-последовательностей: b₀b₀b₀…, b₁b₁b₁… , b₂b₂b₂… , ..., b_Db_Db_D… , b_Eb_Eb_E… ,

 b_Fb_F b_F… , то в результа­те мультиплексирования на выходе STM-16 формируется байт-последовательность: b₀b₁b₂... b_Db_Eb_Fb₀b₁b_2… . 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  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 в связи с различиями схем мультиплексирова­ния ETSI и SONET/SDH 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 {bⁱ_j}(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.

2.3. 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.2.1. 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 заголовков SOH формата 3x9 и 5x9 байтов, поля указателя AU-4 формата 1x9 байтов и поля полезной нагрузки формата 9x261 байтов.

Рис. 2.1 Структура фрейма STM-1 и фрагменты отображения AU-4 на STM-1

Согласно рис. 1.2 и рис. 1.3 существует единственная возможность фиксированного отображе­ния группы административных блоков AUG на общее поле, составленное из поля указателя AU-n (AU-n PTR - строка размером 1x9) и поля полезной нагрузки (9x261). 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. 2.1) или трех AU-3, мультиплекси­рованных по схеме байт-интерливинга (рис. 2.2). При этом строка указателей AU-n PTR содержит либо AU-4 PTR для блока AU-4, либо три AU-3 PTR для AU-3.

Рис. 2.2. Мультиплексирование трех AU-3 при формировании STM-1

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 9x261 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 J1 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 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 - BIP-8 код, контролирующий ошибки четности в предыдущем контейнере;

- байт С2 - указатель типа полезной нагрузки контейнера, например, TUG, C-3, фиксированный TU, ATM, MAN, FDDI и др.;

- 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 мультифреймов, 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 9x260 байтов), либо три TUG-3 (формата 9x86 байтов), мультиплексированные по схеме на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Мультиплексирование трех TUG-3 в один VC-4 при формировании STM-1

Группы TUG-3, в свою очередь, могут быть сформированы из семи групп TUG-2, либо одного виртуального контейнера VC-3, имеющего формат 9x85 байтов и точно вписывающегося в поле полезной нагрузки (рис.2.4). Структура заголовка VC-3 РОН такая же, как и y VC-4 POH.

Первый столбец группы TUG-3 состоит из указателей Н1, Н2, НЗ (по 1 байту) и фиксированного наполнителя FS (6 байтов).

Рис. 2.4. Мультиплексирование одного VC-3 в TUG-3 при формировании STM-1

Мы описали только основные структуры фреймов и варианты их мультиплексирования (вложения), более подробно см. рекомендацию G.709.

2.4. Структура заголовков фреймов STM-N

Заголовок SOH (рис.2.5), состоит из двух блоков: RSOH - заголовка регенераторной секции раз­мером 3x9=27 байтов и MSOH - заголовка мультиплексной секции размером 5x9=45 байтов. Он отвечает за структуру фрейма STM-1 и его связи с мультифреймом в случае мультиплексирования нескольких модулей STM-1.

Рис. 2.5. Структура заголовков SOH фрейма STM-1

На рис. 2.5 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 байтов Z1, используемых для сообщений о статусе синхронизации;

- 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 SOH фрейма STM-1, байты которого могут быть определены двумя ко­ординатами: строка а - столбец b. Байты заголовка SOH фрейма STM-N, учитывая особенности муль­типлексирования (прямое или каскадное), описанные выше, определяются тремя координатами (рис. 2.6): а, b, с, где а (а=1-9) - номер строки (как и раньше), b (b=1-9) - номер мультистолбца, объединяющего несколько столбцов, с (с=1,2         …N) - глубина интерливинга, т.е. номер тайм-слота при мультиплексировании.

Рис. 2.6. Размещение байтов заголовка SOH для фреймов STM-N

В результате мы получаем расширенную матрицу (рис. 2.6), новые координаты которой (row, col) могут быть вычислены по а, b, с: row = a, col = N(b-1) + с.

Структура заголовка SOH фрейма STM-4, полученная с соблюдением указанных правил, имеет формат 9x36 байтов и приведена на рис. 2.7, а аналогичная структура SOH фрейма STM-16 имеет формат 9x144 байта и приведена на рис. 2.8. Структуры заголовка SOH для других скоростей фор­мально не стандартизованы, хотя STM-64 уже используется на практике. Она, очевидно, будет иметь формат 9x576 байтов, а внутренняя структура может быть реконструирована на основе общих правил формирования row, col, проиллюстрированных на рис. 2.6.

Рис. 2.7. Структура заголовков SOH фрейма STM-4

Рис. 2.8. Структура заголовков SOH фрейма STM-16

2.5. 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 рассматривать 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.

2.5.1. 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 помощью
оконечного оборудования - различных согласующих устройств, например, конвертеров ин­терфейсов, конвертеров скоростей, конвертеров импедансов и т. д.

2.5.2 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. 2.9). 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.

Рис. 2.9. Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор (ТМ) или мультиплексор ввода/вывода   (ADM)

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. 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. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резерв­ными (линейная топология, см. ниже рис. 2.15) или восточными и западными (кольцевая тополо­гия). 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". 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. 2.9). 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.

2.5.3. 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. 2.10).

Этот узел может также иметь не два, а три, четыре или больше линейных портов типа STM-N или STM-N-1 (рис. 2.10а,б,в) и позволяет организовать ответвление от основного потока или кольца (рис. 2.10а), или, наоборот, подключение двух внешних ветвей к основному потоку или кольцу (рис. 2.106) или, наконец, подключение нескольких узлов ячеистой сети к кольцу SDH (рис. 2.10в). 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.

Рис. 2.10. Синхронный мультиплексор (SMUX) в режиме концентратора

2.5.4. 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. 2.11).

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.

Рис. 2.11. Мультиплексор в режиме регенератора

Более точно это расстояние определяется отношением допустимых для секции регенератора суммарных потерь к затуханию на 1 км длины кабеля.

2.5.5. 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, 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. 2.12, 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. 2.13), 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. 2.13).

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. 2.14). 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.

Рис. 2.12. Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора

Рис. 2.13. Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора

Рис. 2.14. Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов

Существуют несколько типов коммутаторов SDXC в зависимости от того, какие виртуальные контейнеры они могут коммутировать. Их обозначение в общем случае имеет вид SDXC п/т, где п означает номер виртуального контейнера, который коммутатор может принять на вход, am- 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.

2.5.6. Функции, выполняемые коммутатором

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором. Они иллюстрируются

рис. 2.15:

• 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.

 Рис. 2.15. Схемы реализации функций, выполняемых коммутатором Штриховкой указаны блоки, участвующие в данной схеме реализации конкретной функции.

2.5.7. 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 (trib). Ядром такого коммутатора является неблокируемая, полно­доступная (в общем случае с трех сторон - in, out, trib) матрица размера n x n (рис. 2.16). 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, trib-trib.

Рис. 2.16. Схема матричного кросс-коммутатора

Первые два типа (in-out, out-in) относятся к классу проходных соединений, следующие четыре (in-trib, trib-in, trib-out, out-trib) - к классу внутренних и последнее (trib-trib) - к классу локальных. Как правило, допускаются соединения типа "точка-точка" - отображение одного входа/выхода на один выход/вход; "точка-мультиточка" - отображение одного входа на несколько выходов (называемое иногда  мультикастинг), например, входа 2 на трибные выходы n-2, n-1, n; "точка - все точки" (отображение, называемое иногда бродкастинг или вещание).

Емкость кросс-коммутаторов может быть достаточно большой до 4096 х 4096 (или 4032 х 4032) соединений. Например, коммутатор компании Siemens, входящий в состав мультиплексоров SM-1/4, имеет емкость 1008x1008 неблокируемых соединений.

Мультиплексоры, имеющие такие мощные коммутаторы, дают возможность осуществлять два ти­па взаимодействия в сети SDH. Во-первых, осуществить связь двух колец SDH с перегрузкой трафика с одного кольца на другое. Причем, два кольца могут быть связаны как с помощью одного, так и двух мультиплексоров. Во-вторых, мультиплексор, рассматриваемый как автономный узел сети, может осу­ществлять функции концентратора с перегрузкой потоков на три (трехлучевая звезда) или на четыре (четырехлучевая звезда) направления. Это позволяет использовать их в сетях с ячеистой структурой, характерной для телефонных сетей общего пользования, где кольцевые схемы иногда менее эффектив­ны ввиду большого различия потоков в сегментах замкнутого маршрута, называемого "технологическим кольцом", чтобы отличать его от топологического кольца SDH, где число потоков во всех сегментах оди­наково. Для осуществления таких типов соединений можно использовать блоки коммутаторов, вставля­емые в стойку центрального узла (в топологии "звезда"). Для мультиплексоров уровня STM-4 это могут быть, например, 2 дополнительных коммутатора уровня STM-1, способных коммутировать порядка 126-252 первичных цифровых каналов по 2 Мбит/с каждый, как показано на рис. 2.10б.

В лекции "3 Интерполяционный многочлен Лагранжа" также много полезной информации.

Другим важным примером применения кросс-коммутаторов является организация связи не только различных сегментов сети SDH, но и связи в единую сеть сегментов сетей, различных по тех­нологии, например сетей PDH, SONET и SDH. Характерным примеров таких коммутаторов (класса SDXC 4/3/1), выпускаемых, как правило, в виде отдельных устройств, являются T::DAX компании ECI и 1641SX компании Alcatel.

Коммутатор T::DAX поддерживает европейские стандарты PDH и SDH и американские стандар­ты Async и SONET и позволяет осуществлять форматные преобразования PDH, SDH и SONET фрей­мов, обрабатывая следующий набор трибов PDH, SDH и SONET: 1,5 или 2 Мбит/с, 34 или 45 Мбит/с; STM-1; STS-1,3; ОС-3. Его эквивалентная коммутирующая емкость: основная - 1792x2 Мбит/с, рас­ширенная - 3584x2 Мбит/с.

Коммутатор 1641SX также поддерживает стандарты трех основных технологий PDH, SDH и SONET и позволяет локально или дистанционно обрабатывать потоки с суммарным эквивалентом STM-1 портов: 48, 112 или 192 с квадратной матрицей коммутации или с эквивалентом STM-1 пор­тов: 224 или 560 со специальной матрицей. В конфигурации с эквивалентом 48 STM-1 портов он поз­воляет, например, коммутировать: 448 каналов 2 Мбит/с, 24 канала 34 Мбит/с и по 16 каналов 140 Мбит/с и STM-1. Коммутатор может широко использоваться в различных топологиях типа "звезда" (рис. 2.17). Либо как шлюз между сетями PDH и SDH (рис. 2.17а) или между сетями SDH и SONET (рис. 2.176), либо вместо мультиплексоров более высокого уровня (рис. 2.17в), либо как мно­гопортовый концентратор для связи с узловыми мультиплексорами ячеистой сети (рис. 2.17г).

Рис. 2.17. Схемы использования коммутатора Alcatel 1641SX

Используя описанные выше функциональные элементы SDH, можно построить различные сети SDH, отличающиеся топологией, выбираемой в соответствии с целями и задачами, которые требует­ся решить.