Реферат: Цифровая первичная сеть - принципы построения и тенденции развития
Радиально-кольцевая
архитектура.
Пример радиально-кольцевой
архитектуры SDH сети приведён на рис.3.11. Эта сеть фактически построена на
базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная
линейная цепь".
Рис. 3.11.Радильно-кольцевая
сеть SDH.
Другое часто используемое в
архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо".
Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней
иерархии SDH. На рис.3.12 показана схема соединения двух колец одного уровня -
STM-4, а на рис.3.13 каскадная схема соединения трёх колец - STM-1, STM-4,
STM-16.
Рис. 3.12.Два
кольца одного уровня.
Рис. 3.13.Каскадное
соединение трёх колец.
Для линейных сетей большой
протяженности растояние между терминальными мультиплексорами больше или много
больше того растояния, которое может быть рекомендованно с точки зрения
максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае
на маршруте между ТМ (рис.3.14) должны быть установленны кроме мультиплексоров
и проходного коммутатора ещё и регенераторы для востановления затухающего
оптического сигнала. Эту линеёную архитектуру можно представить в виде
последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях
ITU-T G.957 и ITU-T G.958.
Рис. 3.14.Сеть
SDH большой протяженности со связью типа "точка-точка" и её
сегментация.
В процессе развития
сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных, для
глобальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone)
или магистральной сети в виде ячеистой (mush) структуры, позволяющей
организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае
возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному
пути. Это наряду с присущими сетям SDH внутренним резирвированием, позволяет
повысить надёжность всей сети в целом. Причём при таком резервировании на
альтернативных маршрутах могут быть использовнны альтернативные среды
распространения сигнала. Например, если на основном маршруте используется ВОК,
то на резервном - РРЛ, или наоборот.
4.
Построение SDH
Рассмотрим процессы, связанные с
загрузкой и выгрузкой цифрового потока в транспортный модуль системы SDH
(транспортный модуль STM-N). Процесс загрузки цифрового потока в транспортные
модули представлен схематически на рис. 4.1.
Рис. 4.1.Процесс загрузки цифрового потока
в синхронные транспортные модули (STM-N)
В качестве примера рассмотрим
процесс формирования синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока
Е1 (рис.4.2).
Рис.4.2.Формирование синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки
потока Е1.
Как видно из рисунка, в процессе формирования синхронного
транспортного модуля к нагрузке сначала добавляются выравнивающие биты, а также
фиксированные, управляющие и упаковывающие биты. Ниже более подробно
остановимся на процессе выравнивания скорости нагрузки при формировании
контейнера С-n (процессе стаффинга в системе SDH). К сформированному контейнеру
С-12 добавляется заголовок маршрута VC-12 РОН (Path Overhead), в результате
формируется виртуальный контейнер.
Добавление к виртуальному контейнеру 1 байта указателя (PTR)
превращает первый в блок нагрузки (TU). Затем происходит процедура
мультиплексирования блоков нагрузки в группы блоков нагрузки (TUG) различного
уровня вплоть до формирования виртуального контейнера верхнего уровня VC-4. В
результате присоединения заголовка маршрута VC-4 РОН образуется
административный блок (AU), к которому подсоединяется секционный заголовок SОН
(Section Overhead). Учитывая разделение маршрута на два типа секций (рис.
3.14), SОН состоит из заголовка регенераторной секции (RSOH) и заголовка
мультиплексорной секции (MSOH). К структуре заголовка еще вернемся при
рассмотрении форматов заголовков, где будут рассмотрены значения байтов SОН.
Как видно, процесс загрузки
цифрового потока связан с использованием процессов выравнивания (битового
стаффинга), активностью указателей, а также с использованием заголовков РОН и
SOH. В этом разделе мы рассмотрим процессы выравнивания скорости загружаемого
цифрового потока и их влияние на параметры цифровой нагрузки.
Известно, размер контейнера в
системе передачи SDH стандартизирован. Его размер несколько больше размера,
необходимого для загрузки потока PDH соответствующего уровня иерархии с учетом
максимально допустимой вариации скорости загружаемого потока. При загрузке
цифрового потока производится процедура выравнивания его скорости методом
битового стаффинга, для этого используется часть контейнера.
<LH>Различают два тида битового
стаффинга:</LH>
- <div
align=justify>плавающее выравнивание
предусматривает не только компенсацию разницы в скоростях загружаемых
цифровых потоков, но и ее вариацию. В этом случае полезная нагрузка в
контейнере может гибко увеличиваться и уменьшаться, давая возможность
грузки в контейнер потока с вариацией скорости. Для обеспечения плавающего
выравнивания в нескольких частях контейнера предусматриваются поля
переменного стаффинга. Периодически повторяемые индикаторы стаффинга
определяют, является ли бит в поле переменного стаффинга информационным
или битом выравнивания и подлежит уничтожению в процессе выгрузки;</div>
- <div
align=justify>фиксированное выравнивание
предусматривает добавление в состав контейнера дополнительных битов для
того, чтобы его размер соответствовал стандартному. В отличие от процесса
плавающего выравнивания, где стаффинговые биты идентифицируются
индикаторами, в процессе фиксированного выравнивания индикаторы не
используются. Место расположения стаффингового поля определено структурой
контейнера.</div>
В процессе загрузки и выгрузки
цифрового потока в синхронный транспортный модуль обычно используются оба вида
выравнивания.
В качестве примера рассмотрим
загрузку потока 140 Мбит/с в транспортный модуль STM-1 (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Загрузка потока 140 Мбит/с в
синхронный транспортный модуль
Как видно из рисунка, в процессе
загрузки потока 140 Мбит/с в синхронный транспортный модуль используются
процедуры фиксированного выравнивания (биты R) и плавающего выравнивания (биты
S, индикаторы С). Процедура фиксированного стаффинга используется чаще и
связана с полями X, Y и Z. Процедура плавающего выравнивания связана с
использованием полей Х и Z, причем непосредственно стаффинговые биты плавающего
выравнивания передаются в поле Z. Поле Х содержит индикатор стаффинга,
передаваемый периодически (до появления поля Z индикатор передается 5 раз).
Процедура выравнивает вариацию
скорости. Допустимые значения вариации скорости загружаемых потоков иерархии
PDH представлены в табл. 4.1.
Скорость цифрового
потока, Мбит/с
|
Максимально допустимая
вариации скорости, ppm
|
Скорость цифрового потока
в контейнере, Мбит/с.
|
Название
контейнера.
|
1,5444 |
50 |
1,600 |
C-11 |
2,048 |
50 |
2,176 |
C- 12 |
6,312 |
30 |
6,784 |
C- 2 |
34,368 |
20 |
48,384 |
C- 3 |
44,736 |
20 |
48,384 |
C- 3 |
139,260 |
15 |
149,760 |
C- 4 |
Таблица 4.1.
Допустимые значения вариации скорости загружаемого
потока и оазличные типы контейнеоов
В качестве второго примера
рассмотрим загрузку потока 34 Мбит/с (ЕЗ), представленную на рис. 4.4.
Рис. 4.4.Загрузка потока E3 (34 Мбит/с).
Как следует из рисунка, загрузка
потока ЕЗ в трибутарную группу TUG-3 во многом аналогична загрузке потока Е4,
представленной на рис.4.2. И в том, и в другом случае используются виртуальные
контейнеры высокого уровня - VC-3 и VC-4 соответственно. В обоих случаях
используется процедура стаф-финга, причем как фиксированного (биты R), так и
плавающего или переменного (биты S). Для идентификации битов переменного
стаффинга используются индикаторы стаффинга (биты С). Существенно, что на рис.
4.3 помимо процедуры стаффинга представлена также структура заголовков, в
частности заголовок маршрута высокого уровня VC-3 РОН. Ниже рассмотрены
основные информационные поля, входящие в этот заголовок.
В качестве примера виртуального
контейнера низкого уровня рассмотрим асинхронную загрузку потока 2 Мбит/с -
наиболее часто используемый вариант загрузки цифрового потока (рис.4.5). На
рис.4.5 представлена побайтовая структура загруженного в синхронный
транспортный модуль потока головка РОН (V5, J2, N2 и К4). Как видно пользуются
процедуры фиксированного и плавающего выравнивания.
Рис. 4.5.Асинхронная загрузка потока 2 Мбит/с в синхронный транспортный
модуль.
Процедуры
мультиплексирования внутри иерархии SDH.
Наиболее важными потоками
иерархии SDH являются потоки STM-1, STM-4 и STM-16. Рассмотрим процедуры
мультиплексирования между этими уровнями, схематически представленные на рис.4.6.
Рис. 4.6.Синхронное мультиплексирование внутри иерархии SDH.
Как следует из рисунка, внутри
иерархии SDH мультиплексирование выполняется синхронно, без процедуры
выравнивания скоростей. В результате обеспечивается основное преимущество
концепции SDH как технологии построения цифровой первичной сети - возможность
загрузки и выгрузки потоков любого уровня иерархии PDH из любого потока
иерархии SDH вне зависимости от скорости передачи.
Для удобства реализации
синхронного мультиплексирования с использованием современных логических
устройств, мультиплексирование выполняется байт-синхронно в отличие от
бит-ориентированных процедур, используемых в иерархии PDH. В результате
использования байт-ориентированных процедур мультиплексирования значительно повышается
производительность процессоров, в результате достигается высокая скорость
передачи в первичной сети.
Использование в концепции SDH
байт-синхронного мультиплексирования позволило также увязать динамику развития
пропускной способности в цифровых системах передачи с динамикой развития
производительности современных процессоров, что было важно, поскольку на этапе
технологии PDH наметилось некоторое отставание.
Рассмотрим теперь структуру
заголовка маршрута и секционного заголовка и те информационные поля, которые
входят в их состав.
Заголовок маршрута РОН выполняет
функции контроля параметров качества передачи контейнера. Он сопровождает
контейнер по маршруту следования от точки формирования до точки
расформирования. Структура и размер заголовка РОН определяются типом
соответствующего контейнера. Следовательно, различаются два основных типа
заголовков:
--- заголовок маршрута высокого уровня (High-order РОН - НО-РОН), используемый
для контейнеров VC-4/VC-3;
--- заголовок маршрута низкого уровня (Low-order РОН - LO-POH), используемый
для контейнеров VC-3/VC-2/VC-1.
Рассмотрим подробно структуру заголовка маршрута высокого
уровня. Структура заголовка НО-РОН представлена на табл.4.2.
J1 |
Индикатор маршрута |
B3 |
Мониторинг качества (код BIP-8) |
C2 |
Указатель типа полезной нагрузки |
G1 |
Подтверждение ошибок передачи |
F2 |
Сигналы обслуживания |
H4 |
Индикатор сверхцикла |
F3 |
Автоматическое переключение |
K3 |
Подтверждение ошибок передачи |
N1 |
Мониторинг взаимного соединения (ТСМ) |
Тавлица 4.2.Структура
заголовка HO - POH.
Поле идентификатора маршрута (J1) передается в 16-ти
последовательных циклах и состоит из 15-байтовой последовательности
идентификаторов маршрута и 1 байта суммы CRC-7 для идентификации ошибок в
трассе маршрута. Идентификаторы маршрута представляют собой последовательность
ASCII-символов в формате, соответствующем ITU-T E.164, и используются для того,
чтобы принимаемый терминал получал подтверждение о связи с определенным
передатчиком (идентификация точки доступа к маршруту). Структура J1
схематически представлена на табл.4.3.
Байты J1, номера битов |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1
0
0
|
C
X
X
|
C
X
X
|
C
X
X
|
C
X
X
|
C
X
X
|
C
X
X
|
C
X
X
|
Байт 1
Байт 2
.
.
Байт 16
|
|
ССССССС - контрольная сумма CRC-7
предыдущего цикла
XXXXXXX - идентификатор точки
доступа к маршруту
(кодирование ASCII).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.3.Структура
информационного поля J1 с цикловой структурой.
Рассмотрим основные
информационные поля в составе НО-РОН.
Байт BЗ используется для контроля четности (процедура ВIР - 8). Более
подробно об этом будет сказано ниже.
Указатель типа полезной нагрузки С2 определяет тип полезной нагрузки,
передаваемой в контейнере. Основные типы полезной нагрузки определены в ITU-T
G.707, кроме того, ITU-T определил несколько дополнительных рекомендаций,
связанных с передачей в системе SDH нагрузки ATM и FDDI). Значения байта С2 и
соответствующие типы нагрузки приведены в табл.4.4.
Бинарный вид
|
HEX
|
Значение
|
00000000
00000001
00000010
00000011
00000100
00010010
00010011
00010100
00010101
11111110
11111111
|
00
01
02
03
04
12
13
14
15
FE
FF
|
контейнер не загружен
контейнер загружен, нагрузка не специфицирована
структура TUG
синхронный TU-n
асинхронная загрузка 34 или 45 Мбит/с
асинхронная загрузка 140 Мбит/с
загрузка ATM
загрузка MAN (DQDB)
загрузка FDDI
тестовый сигнал по O.181
VC - AIS в случае поддержки ТСМ
|
Таблица 4.4.Значения
указателя типа полезной нагрузки.
Байт G1 служит для
передачи сигналов подтверждения ошибок передачи, обнаруженных в конце маршрута.
Предусмотрено использование байта G1 для передачи данных об ошибках двух
категорий (рис.4.7.)
FEBE (Far End Block Error) - наличие блоковой ошибки на удаленном конце;
сигнал, посылаемый в ответ на получение на удаленном конце ошибки четности по
BIP-8;
FERF (Far End Receive Failure) -наличие неисправности на удаленном конце;
сигнал, посылаемый в случае возникновения на удаленном конце нескольких
неисправностей.
Рис. 4.7.Значения байта G1.
Байты F2 и F3 используются
оператором для решения внутренних задач обслуживания системы передачи и образуют
выделенный служебный канал.
Байт Н4 является указателем и используется при организации сверхциклов
SDH, например, он указывает на номер цикла VC-1, VC-2 в сверхцикле TU-1, TU-2.
Этот байт также используется в процедуре смещения указателей, что будет описано
ниже.
Индикатор автоматического переключения (Automatic Protection Switching -
APS) КЗ используется для оперативного резервирования в системе SDH.
Индикатор обеспечивает передачу команды перехода на резерв даже в случае
отсутствия системы самодиагностики SDH. Более подробно механизмы резервного
переключения рассмотрены в разделе, посвященном процедурам резервного
переключения.
Байт мониторинга взаимного соединения (Tandem Connection Monitoring - ТСМ)
N1 был впервые определен в 1996 г. в рекомендациях ITU-T. Необходимость
введения процедуры ТСМ была связана с тем, что байт ВЗ, обеспечивающий контроль
четности, устанавливается только для начала и конца маршрута и обеспечивает
контроль качества сквозного соединения. В случае, если маршрут проходит через
несколько секций, принадлежащим различным операторам, требуется не только
сквозной, но и посекционный мониторинг параметров качества. До последнего
времени средства секционного мониторинга не обеспечивали этих функций, поэтому
была введена дополнительная процедура - ТСМ. Согласно этой процедуре сетевой
узел обеспечивает контроль четно- сти по НО-РОН и LO-POH (контроль BIP-N), а
затем передает информацию об ошибках предыдущему узлу в байте N1 (для
заголовков высокого уровня) или N2 для заголовков низкого уровня.
Рассмотрим более подробно состав
заголовка SOH (рис.4.8).
Рис. 4.8.Структура заголовка SOH.
Как видно из рисунка, информация
о цикловой синхронизации (А1, А2) повторяется три раза, что связано с
объединением стандартов SDH и SONET.
Байты D1-D12 создают канал передачи данных, который может использоваться
встроенными системами самодиагностики и системами TMN. Например, использование
служебного канала передачи данных, образованного байтами D, позволяет выполнять
реконфигурирование сети из единого центра.
Трасса регенераторной секции выполняет те же функции, что и байт J1 в заголовке
РОН.
Важным для проведения тестирования систем SDH является служебный канал F1, в
котором передается информация о результатах контроля четности и обнаружения
ошибок. В состав байта F1 входят идентификаторы регенераторов RI и
информационные биты S, где передается информация об ошибках (рис.4.9).
Байты К1 и К2 заголовка ЗОН также имеют большую важность при анализе работы
системы SDH. Эти байты обеспечивают резервное переключение и оперативную
реконфигурацию сети. В настоящее время получила широкое распространение
концепция самозалечивающихся сетей, механизм действия которых связан с
оперативной реконфигурацией и переходом на резервный ресурс. Именно эти
процедуры обеспечиваются байтами К1 и К2. Поэтому их анализ обеспечивает
тестирование работоспособности процессов резервирования.
Рис.4.9.Структура канала управления F1.
Байт S1 определяет параметр
качества источника синхронизации узла генерации транспортного модуля.
Информация о параметре качества источника синхронизации передается комбинацией
битов 5-8 в составе байта S1. Возможные значения параметров качества источника
синхронизации приведены в табл.4.5. Передача информации о качестве источника синхронизации
позволяет избежать проблем, связанных с нарушениями в структуре системы
синхронизации. Учитывая, что система передачи на основе SDH использует принципы
синхронной передачи и мультиплексирования, параметры синхронизации в SDH
чрезвычайно важны. С увеличением разветвленности сети, использованием концепций
резервирования и самозалечивающихся сетей, повышается вероятность возникновения
проблем, связанных с системой синхронизации. Так, например, в процессе
реконфигурации или гибкого переключения на резерв, система синхронизации должна
также реконфигурироваться. Передача информации о качестве источника
синхронизации конкретного узла дает возможность авторегулирования процессов в
системе синхронизации, например, сигнал от источника плохого качества не используется
для распределения по сети и синхронизации от него других узлов.
Параметр
|
Приоритет при использовании
|
Значение параметра
|
0010 |
Наиболее высокий |
G.811 первичный источник синхронизации (PRC) |
0100 |
|
G.812 вторичный источник синхронизации транзитного узла |
1000 |
|
G.812 вторичный источник синхронизации оконечного узла |
1011 |
|
Источник синхронизации цифрового оборудования |
1111 |
Наиболее низкий |
Не использовать для внешней синхронизации. |
0000 |
|
Качество не определено |
Таблица 4.5.Возможные
значения параметра источника синхронизации.
Назначение
указателей.
Указатели выполняют в технологии
SDH две основные функции:
• обеспечение быстрого поиска и доступа к нагрузке;
• обеспечение процедур выравнивания и компенсации рассинхронизации передаваемых
потоков.
Первая функция указателей
является наиболее важной, поскольку именно с ней связано основное преимущество
технологии SDH - отсутствие необходимости пошагового мультиплексирования/
демультиплексирования. Указатели административных блоков AD PTR и блоков нагрузки
TU PTR обеспечивают прямой доступ к загруженному в синхронный транспортный
модуль потоку на любом уровне (рис.4.10). Как видно из рис.4.10, в системах
передачи SDH используются два типа указателей - административной (AU-PRT) и
трибутарной групп (TU-PTR). Указатели образуются байтами Н, описанными в
предыдущем разделе.
Рис.4.10.Механизм организации прямого доступа к нагрузке.
Механизм формирования указателей
- обратный к механизму поиска нагрузки, представленной на рис.4.10.
Схематически его можно представить рис.4.11.
Рис.4.11.Структура присвоения/поиска, формирование сигнала SDH.
5. Методы контроля чётности и определения ошибок в
системе SDH
В системе SDH используется метод
контроля параметров ошибки без отключения канала, который получил название
метода контроля четности (Bit Interleaved Parity - В1Р). Этот метод, также как
и CRC, является оценочным, но он дает хорошие результаты при анализе систем
передачи SDH. Алгоритм контроля четности достаточно прост (рис.5.1). Контроль
четности выполняется для конкретного блока данных цикла в пределах групп данных
по 2, 8 и 24 бита (BIP-2, BIP-8 и В1Р-24 соответственно). Эти группы данных
организуются в столбцы, затем для каждого столбца рассчитывается его четность,
т.е. четное или нечетное количество единиц в столбце. Результат подсчета
передается в виде кодового слова на приемную сторону. На приемной стороне
делается аналогичный расчет, сравнивается с результатом и делается вывод о
количестве ошибок четности. Результат сравнения передается в направлении,
обратном передаче потока.
Рис.5.1.Алгоритм контроля чётности.
Метод контроля четности является
оценочным, поскольку несколько ошибок могут компенс ровать друг друга в смысле
контроля четности, однако этот метод дает приемлемый уровень оценки качества цифровой
системы передачи. Поскольку технология SDH предусматривает создание секционных
заголовков и заголовк пути, метод контроля четности дает возможность
тестирования параметров цифровой системы передачи от секции к секции и от
начала до конца маршрута. Для этого используются специальные байты (см. выше) в
составе заголовков SОН и РОН. Например, количество ошибок, обнаруженно в канале
В3 передается в байте G1 РОН VC-4 следующего цикла. На рис.5.2 представлена
cxема посекционного мониторинга параметра ошибки BIP. Используемые для контроля
четности байты связанные с ними участки цифровой системы передачи приведены в
табл.5.1.
Рис.5.2.Посекционный мониторинг параметров цифровой передачи.
Байт
|
Заголовок
|
Длина
|
Секция мониторинга
|
B1 |
RSOH |
BIP - 8 |
STM - 1 |
B2 |
MSOH |
BIP - 24 |
STM - 1 без RSOH |
B3 |
POH VC - 3/4 |
BIP - 8 |
VC - 3/4 |
V5 |
POH VC - 1/2 |
BIP - 2 |
VC - 1/2 |
Таблица 5.1.Байты,
используемыедля контроля чётности и участки SDH.
6.
Резервирование
К современной цифровой первичной
сети предъявляются повышенные требования в части параметров ее надежности. В
связи с этим современные первичные сети строятся с использованием резервных
трактов и коммутаторов, выполняющих оперативное переключение в случае
неисправности на одном из каналов. В этом случае в состав системы передачи
включаются цепи резервирования мультиплексорной секции (Multiplex Section
Protection - MSP). Как было показано выше, в сети SDH осуществляется постоянный
мониторинг параметров ошибки (процедура контроля четности BIP) и параметров
связности. В случае значительного ухудшения качества передачи в
мультиплексорной секции выполняется оперативное переключение (APS) на резервную
мультиплексорную секцию. Это переключение выполняется коммутаторами. По типу
резервирования различаются коммутаторы APS с архитектурой 1+1 и 1:n (рис.6.1).
Для управления резервным
переключением используются байты К1 и К2 секционного заголовка. В байте К1
передается запрос на резервное переключение и статус удаленного конца тракта. В
байте К2 передается информация о параметрах моста, используемого в APS с
архитектурой 1:n, данные по архитектуре MSP и сообщения о неисправностях,
связанные с APS. Различные варианты архитектуры MSP используются в различных
схемах резервирования. Наибольшее распространение имеют две схемы,
непосредственно связанные с кольцевой топологией сетей SDH -схема
"горячего резервирования" (рис.6.2а) и схема распределенной нагрузки
(рис.6.2b). В первом случае трафик передается как в прямом, так и в резервном
направлении. В случае повреждения происходит реконфигурация и создается
резервный канал. В схеме распределенной нагрузки половина графика передается в
прямом, половина - в обратном направлении. В этом случае при возникновении
неисправности происходит переключение на уровне ресурсов.
Согласно ITU-T G.841 время резервного
переключения не должно превышать 50 мс.
Рис.6.1.Архитектура MSP.
Рис.6.2.Схемы резервирования в системах SDH.
Литература
1.И.Г.Бакланов
"Технологии измерений первичной сети. Часть 1. Системы Е1,PDH, SDH.";
ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000
2.Н.Н.Слепов "Синхронные цифровые сети SDH."; ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999
|