Вопросы и ответы к экзамену, страница 5

Волновод-пластина

Дифракционная структура на основе массива волноводов

1. Основные процедуры формирования STM-N кадров в сети SDH.

Рассмотрим основные элементы кадра STM-N на примере кадра STM-1.

Кадр обычно представляют в виде матрицы, состоящей из 270 столбцов и девяти строк. Первые 9 байт каждой строки отводятся под служебные данные заголовков, а из последующих 261 байт 260 заняты полезной нагрузкой (данные таких структур, как AUG, AU, TUG, TU и VC), а один байт каждой строки содержит заголовок тракта, что позволяет контролировать соединение «из конца в конец».

Заголовок регенераторной секции RSOH (строки 1-3) содержит:

• синхронизирующие байты;

• байты контроля ошибок для регенераторной секции;

• один байт служебного аудиоканала (64 Кбит/с);

• три байта канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 192 Кбит/с;

• байты, зарезервированные для использования по усмотрению национальных операторов связи.

Строка 4 заголовка – указатель административного блока.

Остальные байты заголовка зарезервированы национальными операторами связи, либо не используются.

Механизм работы указателя H1-H2-H3 рассмотрим на примере кадра STM-1 с контейнером VC-4. Указатель занимает 9 байт четвертого ряда кадра, причем под каждое из полей H1, H2 и H3 в этом случае отводится по 3 байт. Разрешенные значения указателя находятся в диапазоне 0–782; указатель отмечает начало контейнера VC-4 в трехбайтовых единицах. Например, если указатель имеет значение 27, то первый байт VC-4 находится на расстоянии 27 x 3 = 81 байт от последнего байта поля указателей, т. е. является 90-м байтом (нумерация начинается с единицы) в четвертой строке кадра STM-1.

Указатель может задавать не только фиксированное смещение, но и учитывать рассогласование тактовой частоты мультиплексора с тактовой частотой устройства, от которого поступают пользовательские данные. Для компенсации этого эффекта значение указателя периодически наращивается или уменьшается на единицу.

Если скорость поступления данных контейнера VC-4 меньше, чем скорость отправки STM-1, то у мультиплексора периодически (этот период зависит от величины рассогласования частоты синхронизации) возникает нехватка пользовательских данных для заполнения соответствующих полей виртуального контейнера. Поэтому мультиплексор вставляет три «холостых» (незначащих) байта в данные виртуального контейнера, после чего продолжает заполнение VC-4 «подоспевшими» за время паузы данными. Указатель наращивается на единицу, что отражает запаздывание начала очередного контейнера VC-4 на 3 байт. Эта операция над указателем называется положительным выравниванием. В итоге средняя скорость отправляемых пользовательских данных становится равной скорости их поступления, причем без вставки дополнительных бит в стиле PDH.

Если же скорость поступления данных VC-4 выше, чем скорость отправки кадра STM-1, то у мультиплексора периодически возникает потребность вставки в кадр «лишних», т. е. преждевременно пришедших байт, для которых в поле VC-4 нет места. Их размещение происходит при помощи трех младших байтов указателя, т. е. поля H3 (само значение указателя умещается в байты полей H1 и H2). Указатель при этом уменьшается на единицу, поэтому такая операция носит название отрицательного выравнивания.

То, что выравнивание контейнера VC-4 происходит с дискретностью в 3 байт, объясняется достаточно просто. В кадре STM-1 может переноситься или один контейнер VC-4, или три контейнера VC-3. Каждый из контейнеров VC-3 имеет в общем случае независимое значение фазы относительно начала кадра, а также собственную величину рассогласования частоты. Указатель VC-3, в отличие от указателя VC-4, состоит уже не из 9, а из 3 байт: H1, H2, H3 (каждое из этих полей — длиной 1 байт). Последние помещаются в те же байты, что и указатель VC-4, но по схеме с чередованием байт (byte interleaving), т. е. в порядке H1-1, H1-2, H1-3, H2-1, H2-2, H2-3, H3-1, H3-2, H3-3 (второй индекс — это принадлежность определенному VC-3). Значения указателей VC-3 интерпретируются в байтах, а не трехбайтовых единицах. При отрицательном выравнивании контейнера VC-3 лишний байт помещается в соответствующий байт H3-1, H3-2 или H3-3 — в зависимости от того, над каким из контейнеров VC-3 проводится эта операция.

Размер смещения для контейнеров VC4 был выбран для унификации этих операций над контейнерами любого типа, размещаемыми непосредственно в группе административных блоков (AUG) кадра STM-1. Выравнивание контейнеров более низкого уровня всегда происходит с шагом в 1 байт.

При объединении блоков TU и AU в группы выполняется их последовательное побайтное расслоение, так что период следования пользовательских данных в кадре STM-N совпадает с периодом их следования в трибутарных портах, что исключает необходимость в их временной буферизации — поэтому говорят, что мультиплексоры SDH передают данные в реальном масштабе времени.

1. Особенности построения синхронной иерархии SONET/SDH

Рассмотрим общие особенности построения синхронной цифровой иерархии. Сети SONET/SDH, несмотря на их очевидные преимущества перед сетями PDH, не имели бы такого успеха, если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов PDH обеих иерархий – американского и европейского.

Так, мультиплексоры сетей SONET/SDH, через которые осуществляется доступ в сеть, рассчитаны на поддержку только тех каналов доступа, скорость передачи которых соответствует объединенному стандартному ряду АС и ЕС иерархий PDH, а именно: 1,5; 2; 6; 34; 45; 140 Мбит/с, или Т1, Е1, Т2, Е3, Т3, Е4. Цифровые потоки сигналов, скорость передачи которых соответствует этому ряду, будем называть трибами PDH или компонентными сигналами, а сигналы, скорость передачи которых соответствует стандартному ряду скоростей SONET/SDH – трибами SONET/SDH. Из трибов PDH был исключен триб Е2, а триб Т2, хотя и остался в общей схеме мультиплексирования, поддерживается только версией ITU-T и исключен из версии ETSI.

Итак, первая особенность иерархии SONET/SDH – поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов PDH и SONET/SDH.

Другая особенность – процедура формирования структуры фрейма.

Два правила относятся к разряду общих:

1. при наличии иерархии структур структура верхнего уровня может строиться из структур нижнего уровня,

2. несколько структур того же уровня могут быть объединены в одну более общую структуру.

Остальные правила отражают специфику технологии. Например, если на входе мультиплексора имеем трибы PDH, которые должны быть упакованы в модуль STM-N так, чтобы их можно было вывести в нужном месте, то модуль должен иметь вид контейнера стандартного размера (в силу синхронности сети его размеры не должны меняться), имеющего сопровождающую документацию – заголовок, где собраны все необходимые для его управления и маршрутизации сведения, и внутреннюю емкость достаточную для размещения полезной нагрузки – однотипных контейнеров меньшего размера, которые также должны иметь 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 наклеиваться 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.

В результате возможных различий в типе составляющих контейнеров и временных флуктуаций в процессе загрузки фрейма положение контейнеров внутри мультифрейма может быть, строго говоря, меняться, что может привести к ошибке при вводе/выводе контейнера. 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 задержек, 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, а 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 стыковки контейнеров (составление нескольких контейнеров вместе в одну структуру, называемую составным контейнером или сцепкой). Составной контейнер отличается от основного наличием индекса С и рассматривается (с точки зрения размещения нагрузки) как один большой контейнер. Указанная возможность позволяет, с одной стороны, оптимизировать использование имеющейся номенклатуры контейнеров для размещения нестандартной полезной нагрузки, с другой – позволяет легко приспособить технологию к передаче новых типов нагрузок, не известных на момент ее разработки.

Итак, четвертая особенность иерархии SDH – несколько контейнеров одного уровня могут быть составлены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер.

Пятая особенность иерархии SDH состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного поля заголовков размером 9х9=81 байт. Хотя перегруженность общим заголовком невелика и составляет всего 3,33%, он достаточно большой, чтобы разместить необходимую управляющую 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 заголовка соответствует организации потока служебной информации, эквивалентного 5,184 Мбит/с.

При построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый (порождающий) член ряда. Для SDH его значение было получено с учетом того, что его полезная нагрузка должна была вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC-4, формируемый при инкапсуляции триба 140 Мбит/с. Поэтому с учетом поля заголовков размер синхронного транспортного модуля STM-1 составил 9х270=2430 байт, что при частоте повторения 8000 Гц дало скорость порождающего члена ряда иерархии SDH: 19440х8000=155.52 Мбит/с. Остальные скорости были выбраны кратными коэффициенту мультиплексирования 4 (стандартному для ЕС иерархий). Таким образом, стандартный ряд приближенных значений скоростей SDH иерархии состоит из 5 скоростей: 155 и 622 Мбит/с, 2,5; 10 и 40 Гбит/с, точные значения указаны в нижнем ряду табл. 2, где помещены для сравнения также реализованные уровни оптической несущей ОС, используемые в технологии SONET.

В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы кадров для этих уровней) имеют общее название: Synchronous Transport Module level N (STM-N).

В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: Synchronous Transport Signal level N (STS-N) в случае передачи данных в виде электрического сигнала, и Optical Carrier level N (OC-N) в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю.