Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Основные принципы Синхронной Цифровой Иерархии

В. А. Нетес

В последнее время были опубликованы статьи, посвященные Синхронной Цифровой Иерархии — СЦИ (в англоязычном написании SDH) [1, 2], которые вызвали большой интерес у специалистов по связи, поскольку публикаций по этой тематике на русском языке не так уж много.

К сожалению, упомянутые статьи содержат ряд недостатков. В первую очередь, как отмечено в [3], в них использована неудачная русскоязычная терминология. Кроме того, имеются фактические ошибки, неточности, недосказанности, а некоторые важные аспекты технологии СЦИ и вовсе не отражены.

В настоящей статье излагаются основные принципы технологии СЦИ, а также даются необходимые дополнения и исправления к материалу [1]. Попутно рассматриваются и некоторые положения Плезиохронной Цифровой Иерархии — ПЦИ (английский эквивалент PDH). Дело в том, что системы СЦИ являются следующим после ПЦИ поколением Цифровых Систем Передачи (ЦСП), при создании которого старались преодолеть основные недостатки ПЦИ, но обе системы еще долго будут сосуществовать на сетях связи, и основной нагрузкой для СЦИ будут сигналы ПЦИ.

Другие важные вопросы, связанные с применением СЦИ (основные виды аппаратуры, архитектура сетей, управление сетями, синхронизация), предполагается обсудить позже.

Государственная комиссия по электросвязи (ГКЭС) в качестве правовой базы для внедрения, разработки, закупки и сертификации средств СЦИ в России приняла РТМ [4]. Поэтому при написании этой статьи автор в основном придерживался той терминологии, которая используется в этом официальном документе.

Принципы цифровой передачи и недостатки ПЦИ

Внедрение ЦСП началось в начале 70-х годов. По сравнению с ранее применявшимися аналоговыми системами передачи (АСП) они существенно облегчают организацию передачи данных, обеспечивают более высокие качество передачи и экономическую эффективность, а также обладают рядом других преимуществ.

Для преобразования аналоговых сигналов, передающих, например, человеческую речь, в цифровую форму используют импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ). Суть ее состоит в том, что аналоговый сигнал подвергается временноўй дискретизации, затем квантованию по амплитуде, а результирующие квантованные значения амплитуды кодируются в двоичном коде (рис. 1).

Поскольку максимальная частота спектра телефонного сигнала равна 3,4 кГц, а для восстановления аналогового сигнала частота дискретных импульсов должна быть, по крайней мере вдвое больше, то частота дискретизации была принята равной 8 кГц. Для удовлетворительного качества речи достаточно 256=28 дискретных уровней амплитуды, для представления которых необходимы 8 бит, т. е. 1 байт. Таким образом, для цифровой передачи стандартного телефонного сигнала методами ИКМ требуется скорость 8 бит ґ 8 кГц = 64 Кбит/с.

Это значение скорости передачи является нулевым уровнем всех цифровых иерархий, в том числе и американской, где соответствующий сигнал обозначается DS0. В [1] ошибочно указано, что в США и Канаде его скорость составляет 56 Кбит/с. В действительности такова предоставляемая пользователям скорость передачи данных по коммутируемым цифровым каналам службы DDS (Dataphone Digital Service) компании AT&T (8 Кбит/с используются в служебных целях. — Прим. ред.).

Отметим также, что частота повторения циклов 8 кГц и соответствующая ей длина цикла 125 мкс сохраняются в качестве основных как при построении систем ПЦИ более высоких порядков, так и при переходе к СЦИ.

В многоканальных ЦСП используется временноўе, а не частотное, как в АСП, разделение каналов (рис. 2). На первом уровне производится синхронное побайтное (а не побитное, как ошибочно указано в [1]) мультиплексирование 32 (европейская иерархия) или 24 сигналов (американская и японская иерархии) по 64 Кбит/с.

На последующих уровнях иерархии объединение компонентных потоков в агрегатный производится уже не побайтно, а побитно. При этом скорости компонентных потоков выравнивают, как указывалось в [1], вставляя в компонентные потоки с меньшей скоростью передачи специальные биты, которые удаляются на стороне приема при демультиплексировании (всю эту процедуру называют положительным стаффингом). Информация о том, какие именно биты вставлены и подлежат удалению, передается по служебному каналу в составе того же группового сигнала.

Помимо распространенного в большинстве стран положительного стаффинга существуют также процедуры отрицательного и двустороннего стаффинга. При отрицательном стаффинге из каналов с боўльшей скоростью передачи некоторые биты изымаются и передаются по служебному каналу. Двусторонний стаффинг сочетает как добавление, так и изъятие битов. В частности, именно он реализован в отечественной ЦСП 2-го уровня ПЦИ ИКМ-120.

Существенными недостатками ПЦИ являются наличие нескольких иерархий (европейской, американской и японской) и плезиохронный характер мультиплексирования, обуславливающий трудность ввода и вывода каналов в промежуточных пунктах [1, рис. 2]. Кроме того, при нарушении синхронизации группового сигнала в ПЦИ сравнительно много времени требуется для многоступенчатого восстановления синхронизации компонентных потоков.

Однако наиболее серьезный недостаток ПЦИ (в [1] он объяснен недостаточно четко) — почти полное отсутствие средств сетевого автоматизированного контроля и управления, без которых невозможно создать надежную сеть связи с высоким качеством обслуживания. В небольшом объеме такие средства существуют в ПЦИ лишь на уровне линий передачи, но они не стандартизированы, поэтому разработанные различными производителями системы контроля и управления линейными трактами ПЦИ несовместимы. Они не способны управлять групповыми трактами “из конца в конец”, а тем более, всей сетью.

Преодолеть эти недостатки в рамках ПЦИ невозможно. Поэтому в середине 80-х годов, когда волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) существенно увеличили скорость передачи, микропроцессоры повысили “интеллект” аппаратуры, а цифровые коммутационные станции позволили создать полностью цифровые синхронные сети, и начался переход к СЦИ.

Транспортная система

СЦИ позволяет организовать универсальную транспортную систему, охватывающую все участки сети и выполняющую функции как передачи информации, так и контроля и управления. Она рассчитана на транспортирование сигналов ПЦИ, а также всех действующих и перспективных служб, в том числе широкополосной цифровой сети с интеграцией услуг (В-ISDN), использующей асинхронный способ переноса (АТМ).

В сети СЦИ применен принцип контейнерных перевозок. Подлежащие транспортировке сигналы предварительно размещаются в стандартных контейнерах С (Container). Все операции с контейнерами производятся независимо от их содержания, чем и достигается прозрачность сети СЦИ, т.е. способность транспортировать различные сигналы ПЦИ, потоки ячеек АТМ или какие-либо новые, еще не известные сигналы.

Фактически, средства СЦИ позволяют построить три сети:

· информационную, т. е. несущую полезную нагрузку;

· управляющую в соответствии с принципами TMN (Telecommunications Management Network);

· синхронизирующую, т. е. передающую сигналы синхронизации.

Схемы преобразований и информационные структуры

Линейные сигналы СЦИ организованы в так называемые синхронные транспортные модули STM, описанные в [1]. Основной средой передачи для СЦИ являются ВОЛС. Возможно также использование радиолиний. Если пропускная способность радиолиний недостаточна для STM-1, то может применяться субпервичный транспортный модуль STM-RR со скоростью передачи 51,84 Мбит/с, соответствующей скорости передачи в OC-1 американской системы SONET, т. е. втрое меньшей, чем у STM-1. Однако STM-RR не является уровнем СЦИ и не может использоваться на интерфейсах сетевых узлов.

Общая схема преобразований СЦИ приводится в [1] в том же виде, в каком она была дана в Рекомендации МСЭ-Т (ранее МККТТ) G.709 редакции 1989 г. В новой редакции этой Рекомендации 1993 г. схема преобразований приняла более четкую структуру (рис. 3).

Однако и эта достаточно сложная схема допускает неоднозначность преобразований, поскольку фактически объединяет в себе две схемы: европейскую и американскую (SONET). Если вычленить схему, принятую Европейским институтом стандартов электросвязи (European Telecommunications Standards Institute — ETSI) [5], то получится более простая и стройная система, уже не допускающая этой неоднозначности (рис. 4). Именно она предусмотрена “Регламентом СЦИ для сети связи России”, который является неотъемлемой частью РТМ [4]. Проверка на соответствие этой схеме преобразований является важной частью процедуры сертификации аппаратуры СЦИ, для использования на общегосударственной сети России. Далее будет рассмотрена именно эта европейская схема.

Выше уже обсуждались информационные структуры, фигурирующие на входе и выходе схемы преобразований: контейнеры С и синхронные транспортные модули STM. Ниже указываются промежуточные структуры и дан пример цепочки преобразований потока 2,048 Мбит/с в STM-N (рис.5). Подобная цепочка описана в [1], однако приведенный там пример лишен практического смысла. Дело в том, что скорость 2,048 Мбит/с характерна для европейской иерархии, и ей соответствует единственно возможный путь преобразований (см. рис. 4): C-12 ® VC-12 ® TU-12 ® TUG-2 ® TUG-3 ® VC-4 ® AU-4 ® AUG ® STM-N, который не совпадает с рассмотренным в [1].

Поступающий сигнал ПЦИ 2,048 Мбит/с размещается на определенных позициях цикла контейнера C-12. (Поскольку в современных сетях связи широко и разнообразно используется поток 2,048 Мбит/с, предусмотрены различные варианты его размещения в контейнере С-12, которые здесь не рассматриваются.)

Для организации трактов используются виртуальные контейнеры VC (Virtual Container). Они образуются с помощью добавления к соответствующему контейнеру трактового заголовка РОН (Path OverHead), что условно можно записать как VC = C + РОН. Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов. Трактовый заголовок позволяет контролировать качество трактов “из конца в конец” и передавать аварийную и эксплуатационную информацию.

Следует отметить, что в европейский стандарт не включен контейнер С-2. Соответствующий виртуальный контейнер VC-2 предназначен для транспортировки не сигналов ПЦИ, а новых сигналов с неиерархическими скоростями (например, ячеек АТМ). Поэтому прямой ввод в аппаратуру СЦИ сигнала ПЦИ 8,448 Мбит/с невозможен.

При мультиплексировании циклы различных компонентных потоков могут не совпадать как между собой, так и с циклом агрегатного потока. Для разрешения указанной проблемы в СЦИ служат указатели PTR (pointer). Они указывают, где именно внутри цикла синхронного транспортного модуля STM находятся начальные позиции циклов компонентных потоков. Это позволяет динамично компенсировать изменения скорости и фазы нагрузки блоков (соответствующая процедура названа корректированием) и легко производить ввод и вывод потоков. Виртуальный контейнер 1-го, 2-го или 3-го уровня вместе с соответствующим указателем образуют субблок TU (Tributary Unit), а контейнер 4-го уровня с указателем — административный блок AU (Administrative Unit).

Таким образом, TU-12 = VC-12 + TU-12_PTR; AU-4 = VC-4 + AU_PTR.

Один или несколько субблоков, занимающих определенные фиксированные позиции в нагрузке виртуального контейнера высшего порядка, называются группой субблоков TUG (Tributary Unit Group). Группы определены таким образом, чтобы для увеличения гибкости транспортной сети появилась возможность получения смешанной нагрузки из субблоков разных уровней.

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

Наконец, для формирования синхронного транспортного модуля STM-1 к группе административных блоков AUG добавляется секционный заголовок SOH (Section OverHead), который состоит из заголовков мультиплексной MSOH (Multiplexer Section OverHead) и регенерационной секции RSOH (Regenerator Section OverHead). Эти заголовки служат для контроля, управления и выполнения других функций. RSOH передается между соседними регенераторами, а MSOH — между пунктами, где формируются и расформировываются STM, проходя регенераторы транзитом. Таким образом, STM-1 = AUG + SOH, где SOH = RSOH + MSOH.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N, вопреки сказанному в [1], вовсе не обязательно происходит каскадно. Возможно и прямое мультиплексирование STM-N в STM-M с M > N+1 (например, 16 потоков STM-1 в STM-16). При этом для обеспечения независимости структуры агрегатного потока от способа его формирования в рекомендации G.708 установлено следующее правило: при мультиплексировании потоков STM-N происходит чередование блоков, состоящих из N байтов.

Именно, при мультиплексировании STM-1 осуществляется чередование одиночных байтов, STM-4 — групп из четырех байтов и т. д. На рис. 6 показано, как происходит формирование сигнала STM-16 из STM-1 и STM-4.

Формат цикла STM-1

Структура цикла STM-1 достаточно подробно описана в [1], однако и здесь требуются некоторые коррективы и дополнения. В первую очередь, заметим, что общеупотребительным термином является “цикл”, а не “фрейм”.

Для боўльшей наглядности циклы основных информационных структур СЦИ принято изображать графически в виде прямоугольных таблиц [1, рис. 6]. Каждая клеточка такой таблицы соответствует одному байту. Порядок передачи байтов — слева направо, сверху вниз (так же, как при чтении текста на странице). Первый байт цикла размещается в левом верхнем углу таблицы, последний — в правом нижнем.

Продолжительность цикла STM-1 составляет 125 мкс, т. е. он повторяется с частотой 8 кГц. Таким образом, каждая клеточка соответствует скорости передачи 8 бит ґ 8 кГц = 64 Кбит/с, а вся таблица, имеющая 9 рядов и 270 столбцов, — скорости STM-1: 9ґ270ґ64 Кбит/с = 155 520 Кбит/с.

Поясним назначение некоторых байтов в составе секционного заголовка [1, рис. 7]: Е1 и Е2 — служебные каналы для регенерационной и мультиплексной секций соответственно; F1 — так называемый пользовательский канал, который позволяет создавать временные телефонные соединения и передавать данные для специальных эксплуатационных нужд; D1-D3 и D4-D12 — каналы передачи данных для регенерационной и мультиплексной секций.

Именно эти встроенные в циклы каналы передачи данных вместе с входящими в аппаратуру микропроцессорными контрольно-управляющими устройствами, интерфейсами и программным обеспечением и составляют физическую основу системы управления СЦИ. Эти каналы обычно обозначаются DCC (Data Communications Channel) или ECC (Embedded Control Channel) с индексами R для регенерационной и M для мультиплексной секций.

Напомним, что каждая клеточка в таблице соответствует скорости передачи 64 Кбит/с. Поэтому служебные и пользовательский каналы имеют именно такую скорость, DCCR — скорость 3ґ64 Кбит/с = 192 Кбит/с, DCCM — 9ґ64 Кбит/с = 576 Кбит/с.

В структуре заголовка предусмотрены также байты, доступные для организации дополнительных каналов, которые могут использоваться для обслуживания сетевых элементов, не входящих в сеть СЦИ (например, ЦСП ПЦИ или коммутационных станций). Таким образом, развертывание средств СЦИ облегчает создание современной общесетевой системы управления.




  

 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх