Каналообразующее оборудование SDH

Синхронные иерархии SONET/SDH. Информационные структуры и схемы преобразования в SDH. Особенности применения аппаратуры SDH. Базовые топологии сетей SDH.

Синхронная цифровая иерархия (SDH) — технология широкополосных транспортных сетей, которые являются инфраструктурой для подключения пользователя к широкому спектру услуг. Сети SDH позволяют передавать информационные потоки на скоростях до 10 Гбит/сек, предоставляют широкий диапазон скоростей доступа, в том числе совместимых с плезиохронной цифровой иерархией, прозрачны для трафика любой природы (голос, данные, видео). Заложенная в структуру SDH сигнала служебная информация обеспечивает возможность централизованного управления сетевыми устройствами и сетью в целом, позволяя гибко и оперативно обслуживать сеть и предоставлять пользователям необходимые потоки, а также реализует механизмы защиты информационных потоков в сети от возможных аварий.

На сегодняшний день имеется три таких иерархии: Североамериканская, Японская и Европейская (Рис.1).

Эти иерархии получили название плезиохронные цифровые иерархии (PDH — Plesiochronous Digital Hierarchy), т.к. мультиплексируемые потоки не были синхронными, их скорости могли различаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов, формирующих битовые последовательности, каждого из них. Поэтому при мультиплексировании таких потоков, необходимо производить вставку либо исключение бит для согласования скоростей.

Наличие в PDH потоках выравнивающих битов, делает невозможным прямое извлечение из потока, составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока 140 Мбит/сек (Е4) поток 2 Мбит/сек (Е1) необходимо демультиплексировать Е4 на четыре потока 34Мбит/сек (Е3), затем один из Е3 на четыре потока 8 Мбит/сек (Е2), и только после этого можно вывести требуемый Е1. А для организации ввода/вывода требуется трехуровневое демультиплексирование, а затем трехуровневое мультиплексирование (Рис.2). Понятно, что использование систем PDH в сетях передачи данных, требует большого количества мультиплексоров, что значительно удорожает сеть и усложняет ее эксплуатацию.

Рис.2 Операция ввода/вывода потока в PDH.

К недостаткам PDH следует, также, отнести слабые возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и полное отсутствие средств маршрутизации низовых мультиплексированных потоков, что крайне важно для использования в сетях передачи данных.

Желание преодолеть указанные недостатки PDH привели к разработке в США иерархии синхронной оптической сети (SONET), а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии (SDH), предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи.

Целью разработки, в обоих случаях, было создание иерархии, которая позволила бы:

§ вводить/выводить исходные потоки без необходимости производить сборку разборку;

§ разработать структуру кадров, позволяющую осуществлять развитую маршрутизацию и управление сетями с произвольной топологией;

§ загружать и переносить в кадрах новой иерархии кадры PDH иерархии и других типов трафика (АТМ, IP);

§ разработать стандартные интерфейсы для облегчения стыковки оборудования.

В итоге разработчиками SONET и SDH был принят окончательный вариант, названный SONET/SDH.

Три основополагающие рекомендации по SDH были опубликованы в 1989 году — Rec. G.707, G.708 и G.709..

В качестве формата основного сигнала первого уровня в иерархии SDH был принят синхронный транспортный модуль STM-1 с размером кадра 2430 байт и стандартным периодом повторения кадров 125 мксек, что дает скорость передачи 155.52 Мбит/сек. Мультиплексирование с коэффициентом кратности 4 дает следующий ряд скоростей SDH иерархии: STM-4, STM-16, STM-64 или соответственно 622.08, 2488.32, 9953.28 Мбит/сек. Ряд скоростей SONET начинается с сигнала ОС-1, имеющего скорость 51.84 Мбит/сек, а далее сигналы ОС-3, ОС-12, ОС-48 совпадают по скорости с STM-1, STM-4, STM-64.

Модель SDH

SDH может быть также представлена в виде транспортных сетевых уровней, которые напрямую соотносятся к топологии сети (Рис. 3).

Рис. 3 Многоуровневая модель SDH.

Самый низкий — физический уровень, представляющий передающую среду.

Секционный уровень отвечает за сборку синхронных модулей STM-N и траспортировку их между элементами сети. Он подразделяется на регенераторную и мультиплексорную секции.

Маршрутный уровень отвечает за доставку сигналов, предоставляемых сетью для конечного пользователя (PDH, ATM и др.), и упакованных в полезной нагрузке STM-N. Согласно терминологии SDH, эти сигналы называют компонентными или трибутарными сигналами, а предоставляемые пользователю интерфейсы доступа к сети — трибутарными интерфейсами.

Передача сигнальной информации для каждого уровня в SDH осуществляется при помощи механизма заголовков. Каждый STM-N кадр имеет секционный заголовок SOH (Section OverHead), состоящий из двух частей: заголовка регенераторной секции RSOH (Regenerator Section OverHead) и мультиплексорной секции MSOH (Multiplex Section OverHead).

Для упаковки и транспортировки в STM-N трибутарных сигналов предложена технология виртуальных контейнеров. Виртуальный контейнер состоит из поля полезной нагрузки — контейнера, на которое отображается трибутарный сигнал, и маршрутного заголовка POH (Path OverHead), который указывает тип контейнера и служит для сбора статистики о прохождении контейнера по сети.

Структура кадра STM-N

Кадр STM-1 представляют в виде матрицы байт из 9 строк и 270 столбцов (Рис.4). Передача кадра производится построчно, начиная с байта в левом верхнем углу и кончается правым нижним байтом. Кадр повторяется каждые 125 мксек. Каждый байт кадра эквивалентен 64 Кбит/сек каналу.

Рис. 4 Формат кадра STM-1

Первые девять столбцов — секционный заголовок. Оставшиеся 261 столбец — байты полезной нагрузки.

Первые три строки секционного заголовка — RSOH, последние пять строк — MSOH. Назначение байт заголовка указано на Рис. 4. Более подробно о некоторых из них будет рассказано ниже.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как каскадно: 4xSTM-1 = STM-4, 4xSTM-4 = STM-16, 4xSTM-16 = STM-64, так и непосредственно: 4xSTM-1 = STM-4, 16xSTM-1 = STM-16, 64xSTM-1 = STM-64. Следовательно STM-N можно представить, как матрицу из 9 строк и 270xN столбцов, где первые 9xN столбцов — секционный заголовок.

Схема мультиплексирования низкоскоростных потоков в STM-N.

Базовый модуль для переноса трибутарного сигнала — контейнер. Для каждого PDH сигнала отводится определенный контейнер С-n, размер которого больше размера кадра переносимого им сигнала. Избыточная емкость используется для частичного выравнивания временных неточностей в PDH сигналах. Контейнер C-n с добавленным к нему маршрутным заголовком POH образует виртуальный контейнер VC-n. Виртуальный контейнер — логический блок, который передается по сети из конца в конец. Следующий шаг к формированию содержимого STM-N сигнала — добавление указателя на начало POH. Блок, образованный из указателя и виртуального контейнера называется административным блоком (AU-n) или трибутарным блоком (TU-n). Мультиплексирование с байт-интерливингом нескольких однотипных трибутарных блоков образует группу трибутарных блоков (TUG-n), которые затем собираются в виртуальный контейнер более высокого уровня. Один или более AU формируют группу административных блоков (AUG). И, наконец, добавление к AUG секционного заголовка дает STM-N. Объединенная схема мультиплексирования SONET/SDH согласно Рекомендации G.707 ITU-T приведена на Рис.5. Пару слов скажем о так называемом сигнале sub-STM или STM-0, указанном на этой схеме. Этот интерфейс используется при связях сетей SONET и SDH, а также в радиорелейных и спутниковых соединениях.

Рис.5 Схема мультиплексирования SONET/SDH

Одна из особенностей схемы мультиплексирования SDH — использование указателей. Например, указатель административного блока AU-4, расположенный в четвертой строке секционного заголовка, фиксирует положение VC-4. Благодаря наличию этого указателя VC-4 может начинаться в любом месте поля полезной нагрузки и в общем случае пересекает границу кадра. Все TU-n занимают целое количество 9-ти байтовых столбцов в поле полезной нагрузки VC-4. Указатели TU-n занимают первый байт первого столбца (для TU-12) или первые три байта первого столбца (для TU-3). Следовательно все указатели трибутарных блоков, составляющих VC-4, располагаются на фиксированных позициях. Используя цепочку указателей, можно легко найти положение любого трибутарного сигнала в синхронном транспортном модуле и, при необходимости, извлечь его “на лету” не прибегая к демультиплексированию в несколько стадий, как в PDH.

Еще одно из преимуществ использования указателей — передача асинхронных, по отношению к сети SDH, трибутарных потоков или виртуальных контейнеров, что может иметь место в соединениях, проходящих через сети разных операторов связи. Например, при передаче VC-4, указатель административного блока в каждом четвертом кадре может содержать индикацию на наличие 3 байтового сдвига. Если VC-4 более медленный, по отношению к STM-N, то следующие за таким указателем три байта игнорируются (положительное выравнивание). Если VС-4 имеет большую скорость, то последне три байта указателя используются байтами полезной нагрузки VC-4 (отрицательное выравнивание). Для виртуальных контейнеров нижнего уровня, например для VC-12, указатель трибутарного блока которого состоит из одного байта, рассматривается мультифрейм с частотой повторения 500 мксек. За счет одного из байт указателя в составе этого мультифрейма, внутри него могут «плавать» VC-12.