Общая характеристика технологии SDH

Траспортная сеть SDH.

Лекция 5.

Вопросы к лекции 4

1. Что такое разделяемая среда?

2. Какова физическая природа коллизии?

3. Почему вводится ограничение снизу на длину кадра?

4. Чем отличается мост от коммутатора?

5. Из каких частей состоит МАС-адрес?

6. Требуется ли в сети Ethernet синхронизация?

7. В локальных сетях Ethernet используется дуплексная или полудеплексная связь?

8. Если сеть построена на разделяемой сред со скоростью 10 Мбит/с и состоит из 100 узлов. С какой скоростью могут обмениваться данными два узла в сети?

SDH (СЦИ) позволяет организовать универсальную многоканальную телекоммуникационную систему, охватывающую все участки сети и выполняющую функции как передачи информации, так контроля и управления. Она рассчитана на передачу сигналов PDH (ПЦИ), а также всех действующих и перспективных служб, в том числе и широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО), или B-ISDN в англоязычной литературе, использующей асинхронный режим переноса информации – метод ATM (Asynchronous Transfer Mode).

В SDH (СЦИ) использованы последние достижения современной науки и техники. Применение SDH (СЦИ) позволяет существенно сократить объем и удельную стоимость аппаратуры, эксплуатационные расходы, сократить сроки монтажа и настройки оборудования. В то же время значительно повышаются надежность и живучесть сетей, их гибкость, качество связи.

В SDH (СЦИ) используется принцип синхронизации от центрального таймера с точностью не хуже 10^-11. В этой ситуации необходимость выравнивания фреймов или мультифреймов стоит не так остро, а диапазон выравнивания значительно уже. Более того, ситуация с выделением определенного фрагмента потока упрощается, если ввести указатели начала этого фрагмента в структуре инкапсулирующего его фрейма. Использование указателей позволяет гибко компоновать внутреннюю структуру контейнера-носителя. Сохранение указателей в неком буфере (заголовке фрейма или мультифрейма) и их дополнительная защита кодами с коррекцией ошибок позволяет получить исключительно надежную систему локализации внутренней структуры передаваемой по сети полезной нагрузки (фрейма, мультифрейма или контейнера).

Поэтому синхронные сети имеют ряд преимуществ перед асинхронными, основные из них:

- упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода, позволяя непосредственно вывести (или ввести), например, сигнал Е1 (2 Мбит/с) из фрейма (или в фрейм) STM-1 (155 Мбит/с), заменяет целую "гирлянду" мультиплексоров PDH, давая экономию не только в оборудовании (его цене и номенклатуре), но и в требуемом месте для размещения, питании и обслуживании;

- надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися;

- гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа достаточно широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления с уровнями сетевого и элементного менеджмента, а также возможностью автоматического дистанционного управления сетью из одного центра, включая динамическую реконфигурацию каналов и сбор статистики о функционировании сети;

- выделение полосы пропускания по требованию – сервис, который раньше мог быть осуществлен только по заранее (например, за несколько дней) спланированной договоренности (например, вывод требуемого канала при проведении видеоконференции), теперь может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;

- прозрачность для передачи любого трафика – факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи графика, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDN и АТМ;

- универсальность применения – технология может быть использована как для создания глобальных сетей или глобальной магистрали, передающей из точки в точку тысячи каналов cо скоростью до 40 Гбит/с, так и для компактной кольцевой корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей;

- простота наращивания мощности – при наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

Линейные сигналы SDH (СЦИ) организованы в так называемые синхронные транспортные модули STM (Synchronous Transport Module).

Первый из них – STM-1 – соответствует скорости 155 Мбит/с. Каждый последующий имеет скорость в 4 раза большую, чем предыдущий, и образуется побайтным синхронным мультиплексированием. Сектором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) Рекомендацией G.707 стандартизированы скорости передачи STM-1 (155,52 Мбит/с), STM-4 (622,08 Мбит/с), STM-16 (2488,32 Мбит/с), ожидается принятие и STM-64 (9953,28 Мбит/с). В дальнейшем будем в основном оперировать округленными значениями скоростей, указанными в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Скорость передачи уровней SDH (СЦИ)

Уровень SDH (СЦИ)	Тип модулей	Скорость передачи
	STM-1	155 Мбит/с
	STM-4	622 Мбит/с
	STM-16	2,5 Гбит/с
	STM-64	10- Гбит/c

Как уже отмечалось, основной направляющей средой передачи для SDH (СЦИ) являются ВОЛС. Возможно также использование радиорелейных линий связи (РРЛ). В тех случаях, когда пропускная способность РРЛ недостаточна для STM-1, может применяться субпервичный транспортный модуль STM-RR со скоростью передачи 52 Мбит/с (втрое меньше, чем у STM-1). Однако STM-RR не является уровнем SDH (СЦИ) и не может использоваться на интерфейсах сетевых узлов.

В сети SDH (СЦИ) используется принцип "контейнерных перемещений". Подлежащие передаче сигналы предварительно размешаются в стандартных контейнерах С (Container). По типоразмеру контейнеры делятся на 4 уровня, соответствующие уровням PDH (см. таблицу 1.2). 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.

Уровень контейнера	Тип контейнера	Скорость сигнала ПЦИ, Мбит/с
	С-11	1.5
С-12
	С-2
	С-3	34 и 45
	С-4

Таблица 1.2. Типы контейнеров.

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.

Из-за возможных различий в типе составляющих фрейм контейнеров и непредвиденных временных задержек в процессе загрузки фрейма положение контейнеров внутри мультифрейма может быть, строго говоря, не фиксировано, что может привести к ошибке при вводе/выводе контейнера, учитывая общую нестабильность синхронизации в сети. 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 флуктуаций, но при этом гарантирует, что он не будет потерян.

Несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки.

Естественно, что при построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый (порождающий) член ряда. Если для PDH значение DSO (64 кбит/с) вычислялось достаточно просто, то для SDH значение первого члена ряда можно было получить только после определения структуры фрейма и его размера. Схема логических рассуждений достаточно проста. Во-первых, поле его полезной нагрузки должно было вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC-4, формируемый при инкапсуляции потока нагрузки 140 Мбит/с. Во-вторых, его размер: 9х261=2349 байт и определил размер поля полезной нагрузки STM-1, а добавление к нему поля заголовков определило размер синхронного транспортного модуля STM-1:

9х261 + 9х9=9х270=2430 байт или 2430х8=19440 бит, что при частоте повторения 8000 Гц позволяет определить и порождающий член ряда для иерархии SDH: 19440х8000=155.52 Мбит/с.

Важной особенностью сети СЦИ является ее деление на три функциональных слоя, которые подразделяются на подслои (таблица 1.3.). Каждый слой обслуживает вышележащий слой и имеет определенные точки доступа. Слои имеют собственные средства контроля и управления, что упрощает операции по ликвидации последствий отказов и снижает их влияние на вышележащие слои. Независимость слоев позволяет внедрять, модернизировать или заменять их, не затрагивая другие слои.

Таблица 5.3. Слои СЦИ

Слои СЦИ	Подслои СЦИ
Каналы
Тракты	Низшего порядка
Высшего порядка
Среда передачи	Секции	Мультиплексные
Регенерационные
физическая среда

.

Самый верхний слой образует сеть каналов, обслуживающих конечных пользователей. Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков (средний слой). Групповые тракты организуются в линейные тракты, относящиеся к нижнему слою среды передачи. Он подразделяется на слой секций (мультиплексных и регенерационных) и слой физической среды. Взаимосвязь и расположение некоторых слоев показаны на рис.5.1.

физическая среда

Окон-чание тракта

Окон-чание тракта

Оконча .мультип-лексной секции  

Окончан .мультип-лексной секции  

Регенератор Регенератор

мультиплексная секция

Регенерационная секция

Тракт

Рис.5.1. Слои СЦИ.

Схема преобразований в информационные структуры SDH

Сложность общей схемы преобразований обусловлена тем, что она фактически объединяет две схемы; европейскую и американскую (SONET); Если выделить схему, принятую Европейским институтом стандартизации телекоммуникаций (European Telecommunication Standard Institute - ETSI), то получится более простая и стройная система, представленная на рис.1.2. Именно она предусмотрена "Регламентом СЦИ для сети связи России", который утвержден Государственной комиссией по электросвязи (ГКЭС) в качестве технической правовой базы применения СЦИ на общегосударственной сети России.

Далее будет рассматриваться именно европейская схема.

Информационные структуры

В этой обобщенной схеме мультиплексирования используются следующие основополагающие обозначения: С-n - контейнеры уровня n (n=1,2,3,4); VC-n - виртуальные контейнеры уровня n (n=1,2,3,4), TU-n (Tributary Unit) - нагрузочные блоки уровня n (n=1,2,3), TUG-n (Tributary Unit Group) - группы нагрузочных блоков уровня n (n=2,3), AU-n (Administrative Unit) - административные блоки уровня n (n=3,4); AUG (Administrative Unit Group) - группа административных блоков и, наконец, STM-1 - синхронный транспортный модуль, используемые в SDH технологии.

Контейнеры С-n служат для инкапсуляции (размещения с целью последующего переноса) соответствующих сигналов каналов доступа, питающих их входы. Уровни контейнера n соответствуют уровням PDH иерархии, т.е. n=1,2,3,4, а число типоразмеров контейнеров N должно быть равно числу членов объединенного стандартного ряда.

Для организации трактов используются виртуальные контейнеры VC (Virtual Container). Они образуются добавлением к соответствующему контейнеру заголовка тракта POH (Path Over Head), т.е. условно можно записать:

VC=C+POH

Виртуальные контейнеры формируются и расфасовываются в точках окончания трактов. Заголовок тракта позволяет осуществлять контроль качества трактов «из конца в конец» и передавать аварийную и эксплуатационную информацию.

Тракты, соответствующие виртуальным контейнерам 1-го и 2-го уровней VC-11, VC-12 и VC-2, относятся к трактам низшего порядка, а виртуальным контейнерам 3-го и 4-го уровней VC-3 и VC-4 –высшего.

При мультиплексировании циклы различных компонентных потоков могут не совпадать как между собой, так и с циклом агрегатного потока. В ПЦИ этому не придается значения, именно поэтому операции ввода-вывода там столь громоздки. Для разрешения указанной проблемы в СЦИ служат указатели PTR. Они указывают, где именно внутри цикла синхронного транспортного модуля STM-1 находятся начальные позиции циклов компонентных потоков. Это позволяет легко производить ввод-вывод потоков.

Нагрузочные блоки – элементы структуры мультиплексирования SDH, формат которых прост и определяется формулой:

TUn = VCn + TU_PTR (n=1, 2, 3)

PTR – указатель нагрузочного блока (TU-n PTR), относящийся к соответствующему виртуальному контейнеру, например,

TU-1 = (TU-1 PTR) + VC-1

Нагрузочные блоки уровня n, как и виртуальные контейнеры, делятся на нагрузочные блоки подуровней nm, т.е. TU-nm, а именно: TU-1 разбивается на TU-11 и ТU-12.

Один или несколько нагрузочных блоков формируются в группу нагрузочных блоков уровня n называемую TUG-n. Группы определены так, чтобы получить возможность образования смешанной нагрузки из модулей разных уровней для увеличения гибкости транспортной сети. К примеру, TUG-2 – группа нагрузочных блоков уровня 2 – элемент структуры мультиплексирования SDH, формируемый путем мультиплексирования нагрузочных блоков TU-1,2 со своими коэффициентами мультиплексирования.

Виртуальные контейнеры 4-го уровня уровней вместе с соответствующими указателями образуют административный модуль AU (Administrative Unit). Таким образом,

AU-4 = VC-4 + AU_PTR

Один или несколько административных модулей, занимающих определенные фиксированные позиции в нагрузке STM, называются группой административных модулей AUG (Administrative Unit Group). В европейской схеме она состоит из одного AU-4.

Наконец, синхронный транспортный модуль STM-1 образуется добавлением к группе административных модулей AUG заголовка участка SOH (Section OverHead) и регенерационного участков RSOH (Regenerator Section OverHead). Эти заголовки служат для контроля, управления и ряда других функций. При этом RSOH передается между соседними регенераторами, а MSOH – между пунктами, где формируются и расформировываются STM, проходя регенераторы транзитом.

STM-1 = AUG + SOH, где SOH = RSOH + MSOH

Таким образом, каждая из описанных выше информационных структур служит для транспортирования информации на определенном слое сети СЦИ или согласования между собой двух смежных слоев. Соответствие между слоями или межслоевыми взаимодействиями и информационными структурами показано в таблице 5.4.

Таблица5.4. Соответствие между слоями или межслоевыми взаимодействиями и информационными структурами.

Слои	Информационные структуры
Каналы	Контейнеры С
Тракты	Низшего порядка	Виртуальные контейнеры VC-12, VC-2
	Субблоки TU и их рабочие группы TUG
Высшего порядка	Виртуальные контейнеры VC-3, VC-4
	Административный блок AU
Среда Передачи	Секции	Синхронные транспортные модули STM
Физическая среда

Схема преобразования для более глубокого понимания нуждается в некоторых пояснениях и замечаниях.

Шаг 1. Все начинается с формирования контейнера С-12, наполняемого из канала доступа Е1. Его поток 2,048 Мбит/с, для удобства последующих рассуждений, лучше представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, циклически повторяющейся с частотой 8 кГц, т.е. с частотой повторения фрейма STM-1 (это так, если учесть, что 2048000/8000=256 бит или 32 байта).

К этой последовательности в процессе формирования С-12 возможно добавление выравнивающих бит, а также других фиксирующих, управляющих и упаковывающих бит (условно показанных блоком "биты"). Ясно, что емкость С-12 должна быть больше 32 байт, фактически она в зависимости от режима преобразования VC-12 в TU-12 (см. ниже) будет больше или равна 34 байтам. Для простоты последующих рассуждений примем размер контейнера С-12 равным 34 байтам.

Шаг 2. Далее к контейнеру С-12 добавляется маршрутный заголовок VC-12 РОН длиной в один байт (обозначаемый V5) с указанием маршрутной информации, используемой, в основном, для сбора статистики прохождения контейнера. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт.

Шаг 3. Формально добавление указателя TU-12 PTR длиной в один байт к виртуальному контейнеру VC-12, превращает его в нагрузочный блок TU-12 длиной 36 байт. Логически это удобнее представить в виде двумерной таблицы (матрицы) или фрейма 9х4 байтов, учитывая, что окончательная структура - модуль STM-1 - также представляется в виде фрейма 9х270 байтов с 9 строками и 270 столбцами.

Шаг 4. Последовательность нагрузочных блоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования 3:1 превращается в группу нагрузочных блоков TUG-2 с суммарной длиной последовательности 108 байтов (36х3 = 108). Логически структуру TUG-2 также удобнее представить в виде фрейма 9х12 байтов.

Шаг 5. Последовательность TUG-2 подвергается повторному байт-мультиплексированию 7:1, в результате которого формируется группа нагрузочных блоков TUG-3 – фрейм длиной 756 байтов (108х7 = 756), соответствующий фрейму 9х84 байта.

Шаг 6. Полученная последовательность вновь байт-мультиплексируется 4:1, в результате чего формируется последовательность блоков TUG-4 с суммарной длиной 2322 байта (774х3 = 2322).

Шаг 7. Происходит формирование виртуального контейнера верхнего уровня VC-4 в результате добавления к полученной последовательности маршрутного заголовка VC-4 РОH длиной 9 байтов, что приводит к фрейму длиной в 2331 байтов (2322+9 = 2331).

Шаг 8. На последнем этапе происходит формирование синхронного транспортного модуля STM-1. При этом сначала формируется AU-4, путем добавления указателя AU-4 PTR длиной 9 байт, а затем группа административных блоков AUG путем формального, в данном конкретном случае, мультиплексирования 1:1 AU-4. К группе AUG добавляется секционный заголовок SОН, окончательно формируя синхронный транспортный модуль SТМ-1, представляемый в виде кадра, имеющего длину 2430 байтов, или в виде фрейма 9 х 270 байтов, что при частоте повторения в 8 кГц соответствует скорости передачи 155,52 Мбит/с.

Форматы циклов

Рассмотрим логическую структуру модуля STM-1, представленную в виде цикла STM-1 с его заголовками. Модуль STM-1 имеет скорость 155 Мбит/с. Кроме информационной нагрузки модуль STM-1 имеет избыточные сигналы (OH), обеспечивающие автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания (ОАМ) и вспомогательные функции. Такие избыточные сигналы называются «заголовками». Поскольку STM используется в сетевом слое секций, его заголовок называется секционным (SOH). Он подразделяется на заголовки регенерационной (RSOH) и мультиплексной (MSOH) секций. RSOH передаётся между регенераторами, а MSOH между пунктами, в которых формируется и расформировывается STM, проходя регенераторы транзитом. RSOH – выполняет функции цикловой синхронизации, контроля ошибок, указания порядка синхронизируемого модуля, а также создаёт каналы передачи данных, служебной связи и пользователя. MSOH – выполняет функции контроля ошибок и создаёт каналы управления системой автоматического переключения на резерв, передачи данных и служебной связи. Структура цикла модуля STM-1 приведена на рис.5.4.

Цикл STM-1 имеет период повторения 125 мкс. Обычно цикл представляется в виде двумерной структуры (матрицы), формат которой: 9 строк на 270 однобайтных столбцов (9´270=2430 элементов). Каждый элемент соответствует одному байту (8 бит) информации и скорости 64 кбит/с. Весь цикл STM-1 имеет скорость передачи равную 64´2430=155520 кбит/с. Цикл STM-1 состоит из трёх групп полей: поле секционных заголовков – регенерационной секции (RSOH) формата 3´9 байтов и мультиплексной секции (MSOH) формата 5´9 байтов; поле указателя AU-4 формата 1´9 байтов; поле полезной нагрузки формата 9´261 байтов.

Блок AU-4 служит для переноса одного виртуального контейнера VC-4, имеющего свой маршрутный (трактовый) заголовок POH (левый столбец размером 9 байтов). Основное назначение РОН – обеспечить целостность связи на маршруте от точки сборки виртуального контейнера до точки его разборки.

270

STM-1

9 261

261

B3

1

		C2
		G1
		F2

5 9

		H4
		Z3
		Z4
		Z5

POH

5.4. Структура цикла STM-1 и VC-4

Байты заголовка имеют следующие значения:

- байт J1 – используется для передачи в циклическом режиме 64´8 битовых структур для проверки целостности связи;

- байт B3 – BIP-8 код, контролирующий ошибки чётности в предыдущем контейнере;

- байт C2 – указатель типа полезной нагрузки. Несёт информацию о наличии полезной нагрузки;

- байт G1 – указатель состояния маршрута. Используется для передачи информации о состоянии линии к удалённому терминалу (например, о наличии ошибок или сбоев на дальнем конце);

- F2, Z3 – байты, которые могут быть задействованы пользователем данного маршрута для организации канала связи;

- H4 – обобщённый индикатор положения нагрузки, используется для организации мультифреймов;

- Z4 – байт зарезервирован для возможного развития системы;

- Z5 – байт оператора, зарезервирован для целей администрирования сети.

Рассмотрим структуру заголовков цикла STM-1. Заголовок SOH (рисунок 1.4) состоит из двух блоков: RSOH – заголовка регенераторной секции размером 3´9=27 байт и MSOH – заголовка мультиплексной секции размером 5´9=45 байт.

Заголовки RSOH и MSOH содержат следующие байты рис.1.5:

- байты А1, A1, А1, А2, А2, А2 являются идентификаторами наличия цикла STM-1 в цикле STM-N (A1=11110110, А2=00101000);

- байт В1 и три байта В2 формируют две кодовые последовательности, используемые для проверки на чётность 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 трёх В2;

- байт С1 определяет значение третьей координаты «с» – глубину интерливинга 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 управлением автоматическим переключением на исправный канал при работе в защищённом режиме – APS;

- байты Z1, Z2 являются резервными за исключением бит 5-8 байтов Z1, используемых для сообщений о статусе синхронизации;

- байт S1 – байт SSM – Сигнал маркера синхронизации. В нём передаётся информация о качестве источника синхронизации;

- шесть байтов, помеченных знаком D, могут быть использованы как поля определённые средой передачи;

- байты, помеченные звёздочками, не подвергаются (в отличие от остальных) процедуре шифрования заголовка;

- все непомеченные байты зарезервированы для последующей международной стандартизации.

R SOH  

  с т р о к  

Z1  

Z2  

D11  

Z2  

D8  

Z1  

S1  

D10  

D7  

D4  

D5  

Z2  

E2  

D12  

D9  

D6  

K2  

K1  

B2  

9 байт

	Указатель AU-n
		M SOH

Рис.5.5. Структура заголовков SOH цикла STM-1.

- байты, зарезервированные для локального использования.

-

*  

не шифруемые байты. Они не должны содержать конфиденциальную информацию.

-

D  

байты, зависимые от передачи

Дата добавления: 2014-01-05