Опишем основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Эти модули могут быть связаны между собой в сеть SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей - топологию, или архитектуру сети SDH.

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяеться 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 семента 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 растояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов;

сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих, устройств, например, конверторов интерфейсов, конверторов скоростей, конверторов импедансов и т.д.

2. Функциональные модули сетей sdh

Мультиплексор.

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. они являются универсальными и гибкими устройствами, позволяющие решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказываеться возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рис. 6). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рис. 6). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал предачи еа обоих сторонах ("восточный" и "западный") 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. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Рисунок 5.1 - Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM.

Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рис. 7). Он используется для увеличения допустимого растояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это растояние составляет 15 - 40 км. для длины волны порядка 1300 нм или 40 - 80 км. - для 1500 нм.

Рисунок 5.2 - Мультиплексор в режиме регенератора

Концентраторы

Концентратор (хаб) 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.

Этот узел может также иметь не два, а три, четыре или больше линейных портов типа STM-N или STM-N-1 (рис. 5.3) и позволяет организовать ответвление от основного потока или кольца (рис. 5.3а), или, наоборот, подключение двух внешних ветвей к основному потоку или кольцу (рис.5.3) или, наконец, подключение нескольких узлов ячеистой сети к кольцу SDH (рис. 5.3в). 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.

Рисунок 5.3 – Синхронный мультиплексор в режиме концентратора

Коммутатор .Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рис. 8, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возиожность коммутировать собственные каналы доступа, (рис. 9), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами (рис. 9).

В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рис.3.5). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладываетограничений на процесс обработки других групп TU. такая коммутация называется неблокирующей.

Рисунок 8 - Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

Рисунок 9 - Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рисунок 10 - Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором:

Маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера;

Консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора/хаба;

Трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка - мультиточка";

Сортировка или перегрупировка (drooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания несколких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;

Доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования;

Ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода;

Oсновным элементом сети SDH является мультиплексор (см. Рисунок 1). Обычно он оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH: например, портами PDH на 2 и 34/45 Мбит/с и портами SDH STM-1 на 155 Мбит/c и STM-4 на 622 Мбит/c. Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные. Трибутарные порты часто называют также портами ввода/вывода, а агрегатные - линейными. Эта терминология отражает типовые топологии сетей SDH, где имеется ярко выраженная магистраль в виде цепи или кольца, по которой передаются потоки данных, поступающие от пользователей сети через порты ввода/вывода (т. е. втекающие в агрегированный поток: tributary дословно означает «приток»).

Мультиплексоры SDH обычно делят на терминальные (Terminal Multiplexor, TM) и ввода/вывода (Add-Drop Multiplexor, ADM). Разница между ними состоит не в составе портов, а в положении мультиплексора в сети SDH. Терминальное устройство завершает агрегатные каналы, мультиплексируя в них большое количество каналов ввода/вывода (трибутарных). Мультиплексор ввода/вывода транзитом передает агрегатные каналы, занимая промежуточное положение на магистрали (в кольце, цепи или смешанной топологии). При этом данные трибутарных каналов вводятся в агрегатный канал или выводятся из него. Агрегатные порты мультиплексора поддерживают максимальный для данной модели уровень скорости STM-N, значение которой служит для характеристики мультиплексора в целом, например мультиплексор STM-4 или STM-64.

Иногда различают так называемые кросс-коннекторы (Digital Cross-Connect, DXC) - в отличие от мультиплексоров ввода/вывода, они выполняют коммутацию произвольных виртуальных контейнеров, а не только контейнера из агрегатного потока с соответствующим контейнером трибутарного потока. Чаще всего кросс-коннекторы реализуют соединения между трибутарными портами (точнее - виртуальными контейнерами, формируемыми из данных трибутарных портов), но могут применяться кросс-коннекторы и агрегатных портов, т. е. контейнеров VC-4 и их групп. Последний вид мультиплексоров пока встречается реже, чем остальные, так как его применение оправдано при большом количестве агрегатных портов и ячеистой топологии сети, а это существенно увеличивает стоимость как мультиплексора, так и сети в целом.

Большинство производителей выпускает универсальные мультиплексоры, которые могут использоваться в качестве терминальных, ввода/вывода и кросс-коннекторов - в зависимости от набора установленных модулей с агрегатными и трибутарными портами. Однако возможности использования таких мультиплексоров в качестве кросс-коннекторов весьма ограничен, поскольку производители часто выпускают модели мультиплексоров с возможностью установки только одной агрегатной карты с двумя портами. Конфигурация с двумя агрегатными портами является минимальной, обеспечивающей работу в сети с топологией кольцо или цепь. Такая конструкция мультиплексора не слишком дорога, но способна усложнить проектирование сети, если требуется реализовать ячеистую топологию на максимальной для мультиплексора скорости.

Кроме мультиплексоров в состав сети SDH могут входить регенераторы, они необходимы для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами, зависящих от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания волоконно-оптического кабеля. Регенератор преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, восстанавливая при этом форму сигнала и его временные параметры. В настоящее время регенераторы SDH применяются достаточно редко, так как стоимость их ненамного меньше стоимости мультиплексора, а функциональные возможности несоизмеримы.

Стек протоколов SDH состоит из протоколов четырех уровней.

• Физический уровень, названный в стандарте фотонным (photonic), имеет дело с кодированием бит информации с помощью модуляции света.
• Уровень секции (section) поддерживает физическую целостность сети. Под секцией в технологии SDH подразумевается каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, посредством которого пара устройств SONET/SDH соединяется между собой, например мультиплексор и регенератор, регенератор и регенератор. Ее часто называют регенераторной секцией, имея в виду, что от оконечных устройств не требуется выполнение функций этого уровня мультиплексора. Протокол регенераторной секции имеет дело с определенной частью заголовка кадра, называемой заголовком регенераторной секции (RSOH), и на основе служебной информации может проводить тестирование секции и поддерживать операции административного контроля.
• Уровень линии (line) отвечает за передачу данных между двумя мультиплексорами сети. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STS-n для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. Он осуществляет также проведение операций реконфигурирования линии в случае отказа какого-либо ее элемента - оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора. Линию часто называют мультиплексной секцией.
• Уровень тракта (path) контролирует доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт (путь) - это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять поступающие в пользовательском формате данные, например формате E1, и преобразовать их в синхронные кадры STM-N.

«Транспорт-S1» - полнофункциональный SDH-мультиплексор, предназначенный для построения транспортных сетей SDH уровня STM-1. Мультиплексор может работать по одному или двум одномодовым или многомодовым оптическим волокнам.

Основные особенности.

Надежность - средний срок наработки на отказ более 20 лет, гарантия - 3 года.

Блоки питания и тракты E1 выдерживают разряды статического электричества 50 кВ, без изменения параметров.

Удобство монтажа - все разъемы, включая предохранители и болт заземления, выведены на переднюю панель.

Реализация трактов E1 обладает пониженным значением джиттера, что обеспечивает соблюдение норм для E1, при дрейфе синхронизации и даже при нарушении синхронизации системы SТМ-1 . Система коммутации сохраняет работоспособность даже при нарушении синхронизации. Например, вполне работоспособным будет вариант из нескольких пунктов связи, в каждом из которых изделие будет работать со своей частотой.

Возможно конструктивное исполнение мультиплексора для работы по одному волокну.

Технические характеристики.

Характеристика оптического интерфейса STM-1 в соответствии с рек. ITU-T G.957 и G.958 (работа по 2-м оптическим волокнам).

Характеристика оптического интерфейса STM-1 с модулем WDM (работа по одному оптическому волокну)

Состав оборудования. Конструктивное исполнение. Назначение.

Гарантия.

Гарантийный срок в России: 3 года с момента отгрузки.

В течение этого срока мы гарантируем бесплатный ремонт вышедшего из строя оборудования и бесплатное обновление программного обеспечения.

Известно, что широко распространенная технология мультиплексирования ИКМ-30 (ИКМ - импульсно-кодовая модуляция ) использует принципы образования группового тракта, который позволяет в течение 125 мкс передать информацию 32 каналов (30 пользовательских и 2 служебных). Однако по мере роста потребностей набор типов аппаратуры расширялся, и увеличивались скорости, достигаемые при передаче по физическим каналам. Появились устройства, способные за то же время 125 мкс передавать информацию для 120 каналов (ИКМ -120), 480 (ИКМ - 480), 1920 (ИКМ-1920) и 7680 каналов (ИКМ -7680). В международных документах они имеют следующие обозначения: ИКМ-30 - E1, ИКМ -120 -E2, ИКМ - 480 -E3, ИКМ-1920- E4, ИКМ -7680-E4. Для Северной Америки и Канады принята другая иерархия : 24 канала - DS-1 , 96 каналов - DS-2 , 672 канала - DS-3 , 4032 канала - DS-4 . Для Японии принята следующая иерархия : 24 канала - DS-1 , 96т каналов - DS-2 , 480 канала - DSJ-3, 1440 каналов - DSJ-4.

Эти ряды, перечисляющие возможные иерархии цифровой аппаратуры передачи информации, называются плезиохронной цифровой иерархией ПЦИ (PDH - Plesiochronous Digital Hierarchy) .

• секционное (регенераторное) оборудование;
• линейное (мультиплексное) оборудование;
• маршрутное оборудование.

Рис. 9.1.

• STM-1 - синхронный транспортный модуль первого уровня,имеет скорость 155,52 Мбит/с. Этот модуль является основой системы SDH. Путем мультиплексирования нескольких модулей STM-1 получаются модули более высоких уровней.
• STM- 4 - синхронный транспортный модуль четвертого уровня,имеет скорость 622,08 Мбит/с.
• В рекомендациях ITU определен модуль STM-N - синхронный транспортный модуль уровня N, где N = 1, 4, 16, 256,с соответствующим этим коэффициентам увеличением скорости.
• В России на радиорелейных линиях применяется STM-0 синхронный транспортный модуль нулевого уровня. Он имеет скорость 51,84 Мбит/с> и не входит в иерархию SDH.

В рамках системы SONET основная единица иерархии - синхронный транспортный сигнал STS1 (Synchronous Transport Signal) уровня 1 . Остальные синхронные транспортные сигналы более высоких уровней получаются мультиплексированием и увеличением скорости в n раз. Это число может принимать 14 значений:

Сигналы выше уровня 3 принято обозначать [ 27 ] как OC ( Optical Carrier ) - оптическая несущая иерархии SONET . При этом сигналы выше 9-го уровня считаются гипотетическими электрическими синхронными транспортными сигналами. Это название указывает на проблемы с реализацией таких сигналов в электрической форме.

Принципы мультиплексирования в иерархии SDH/SONET

Принцип передачи сигналов заключается в том, что каждые 125 мс передается стандартный синхронный модуль ( рис. 9.2), который называется " синхронный транспортный модуль " ( STM - Synchronous Transport

Module ). Рассмотрим детальнее модуль STM1 [ [ 79 ] При передаче в канал он содержит 9 временных положений [ 2 ] в каждом, из которых содержатся 270 байтов (8 битовые единицы). Таким образом, требуемая скорость равна

Из нескольких циклов, составляющих формат модуля STM-1 (в данном случае это цикл нижнего уровня), может быть составлен мультицикл (сверхцикл), содержащий несколько циклов нижнего уровня. Для объединения нескольких модулей используется

Цифровые мультиплексоры представляют собой логические комбинированные устройства, которые созданы для управляемой передачи инфы от нескольких источников данных в единый выходной канал. На самом деле, таковой прибор представляет собой несколько цифровых позиционных тумблеров. Соответственно, можно прийти к выводу, что цифровой мультиплексор является коммутатором входных сигналов в одну выходную линию. В этой статье будет рассматриваться отдельный тип устройств - оптические мультиплексоры SDH.

Такие приборы созданы для работы с потоками данных с помощью световых пучков, которые различаются амплитудной либо фазовой дифракционной решеткой, также длиной волны. Мультиплексоры SDH передают информацию по каналам Е1 и линиям Ethernet в транспортных оптоволоконных сетях. Они работают по одному либо двум оптическим волокнам (одномодовым либо многомодовым) со скоростью 155, 520 Мбит/с при длине волны 1550/1310 нм. Мультиплексоры SDH позволяют воплотить до 126 пт связи.

К плюсам таких устройств можно отнести устойчивость к наружным воздействиям, техно безопасность, защиту от взлома передаваемой инфы.

SDH-мультиплексоры просто масштабируются за счет включения в основной модуль до 3-х дополнительных модулей передачи каналов Ethernet, потоков Е1, служебной связи, также канала ТЧ.

Эти устройства характеризуются высочайшей «живучестью» сети. Реализация потоков Е1 обладает низким значением джиттера, благодаря этому соблюдаются нормы для Е1 во время дрейфа синхронизации, также при нарушении синхронизации системы STM-1. Характеристики интерфейса позволяют отследить ошибку в канале связи и выполнить переключение на запасной канал. Оптический тракт и электропитание зарезервированы по схеме 1+1. Другими словами при работе по одному оптоволоконному каналу, в случае повреждения кабеля, связь меж абонентами сохраняется.

Мультиплексоры SDH просто совмещаются с другим оборудованием типа SDH. Они могут работать как в синхронных, так и в асинхронных режимах, допускается внедрение многомодового и одномодового оптоволокна. Мультиплексор SDH поддерживает функцию удаленного конфигурирования и управления по протоколу TCP/IP, 10/100 BaseT.

Такие коммутирующие устройства обычно делят на два типа: терминальные и ввода/вывода. Отличие этих типов заключается не в составе портов, а в размещении прибора в сети SDH. Терминальный мультиплексор завершает агрегатные каналы, коммутируя посреди их огромное количество каналов вывода и ввода. 2-ой тип устройств транзитом передает агрегатные полосы, занимая на магистрали среднее положение. При всем этом информация трибутарных каналов выводится из агрегатного потока либо вводится в него.

Большая часть производителей выпускают универсальные мультиплексоры типа SDH, которые употребляются в качестве ввода/вывода, терминальных, также кросс-коннекторов – зависимо от установленных в их модулей с трибутарными и агрегатными портами.

В заключение добавим, что оптоволоконные мультиплексоры набирают все огромную популярность в связи с насыщенным развитием этого вида связи. Будущее за оптоволоконными технологиями.