Синхронные транспортные модули
ХАБАРОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОКОММУНИКАЦИЙ
(ФИЛИАЛ)
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
БЮДЖЕТНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Учебное пособие часть 2
Хабаровск 2014
К621 391 037
Кудашова Л.В., Е.В.Брокаренко
Учебное пособие может быть использовано студентами дневного и заочного обучения специальности «Многоканальные телекоммуникационные системы», «Сети связи и системы коммутации», «Защищенные системы связи» при изучении дисциплин : « Многоканальные телекоммуникационные системы электросвязи», «Многоканальные цифровые системы передачи». Квалификация выпускника - бакалавр. Учебное пособие содержит теоретический материал, составленный в пределах программы курса: «Многоканальные телекоммуникационные системы» и «Многоканальные цифровые системы передачи».
Составили: Кудашова Л В, Брокаренко Е В г. Хабаровск, ХИИК ФГОБУ ВПО СибГУТИ, 2014
Рецензент: ст. преподаватель ХИИК ФГОБУ ВПО СибГУТИ Т.В. Стулова.
Утверждено Советом ФЗО ХИИК ФГОБУ ВПО СибГУТИ и рекомендовано к изданию, протокол №7 от 23.04. 2014 г.
ХИИК ФГОБУ ВПО СибГУТИ, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
|
|
|
Стр.
| 1 Плезиохронная цифровая иерархия | 4 |
| 2 Синхронная цифровая иерархия | 8 |
| 2.1 Синхронные транспортные модули | 8 |
| 2.1.1 Формирование модуля STM-1 | 9 |
| 2.2 Принципы организации сети SDH | 11 |
| 2.2.1 Основные понятия в системах SDH | 11 |
| 2.2.2 Функциональные слои сети SDH | 12 |
| 3 Элементы транспортной сети | 14 |
| 3.1 Реализация терминального мультиплексора | 14 |
| 3.1.1 Модуль LOJ | 14 |
| 3.1.2 Модуль LPC | 15 |
| 3.1.3 Модуль LCS | 15 |
| 3.1.4 Модуль НОА | 15 |
| 3.1.5 Модуль НРС | 15 |
| 3.1.6 Модуль HCS | 16 |
| 3.1.7 Модуль TTF | 16 |
| 3.1.8 Модуль HOI | 16 |
| 3.2 Функции мультиплексоров | 16 |
| 4 Архитектура транспортных сетей | 19 |
| 4.1 Элементарные схемы транспортной сети | 19 |
| 4.1.1 Точка-точка | 19 |
| 4.1.2 Линейная цепь | 20 |
| 4.1.3 Звезда | 21 |
| 4.1.4 Кольцо | 21 |
| 4.2 Архитектура транспортной сети | 23 |
| 5 Синхронизация транспортной сети | 24 |
| 6 Спектральное уплотнение каналов | 25 |
| 6.1 Виды WDM систем | 26 |
| 6.2 Мультиплексоры и демультиплексоры | 27 |
| Список литературы | 29 |
Плезиохронная цифровая иерархия
|
|
|
|
|
|
Цифровые системы передачи создают во всем мире. Коммуникации связи не знают государственных границ. Каждая страна должна выпускать аппаратуру, согласовывая ее со стандартами, принятыми в других странах. Государства должны договориться, на каких принципах строить аппаратуру. С этой целью создан межгосударственный орган - Международный союз электросвязи (МСЭ). Он рекомендует строить цифровые системы передачи по иерархическому принципу.
Прежде необходимо было выбрать некоторую единицу измерения - «элементарную» скорость цифрового потока, единую для всех стран и предприятий, выпускающих аппаратуру систем передачи, и позволяющую измерять скорость суммарных цифровых потоков. Такая «единичная» скорость во всем мире - скорость передачи цифровой речи, равная, как вы помните, 64 кбит/с. Выбор этой величины в качестве единицы объединения цифровых потоков связан, скорее, с традициями, нежели с какими-то другими соображениями.
|
|
|
Канал, в котором биты передаются со скоростью 64 000 бит/с, получил название основного цифрового канала. Возможности любой цифровой системы передачи оцениваются числом организованных с ее помощью именно таких стандартных каналов. а на какое же число каналов рассчитаны современные системы передачи?
Чем выше ступень иерархии, тем больше организуется каналов и тем мощнее цифровой поток или, другими словами, тем выше его скорость. К системам передачи, стоящим в самом низу иерархической лестницы, относится аппаратура ИКМ-30. У подобных систем передачи сравнительно невысокая скорость цифрового потока (около 2 Мбит/с), что делает их пригодными для организации связи между АТС по обычным городским и сельским кабелям связи, образующим довольно обширную сеть подземных магистралей. Объединение цифровых потоков в этих системах осуществляется, по принципу «чередования кодовых комбинаций». Введение в них синхросигнала и различных служебных символов потребовало дополнительных каналов и привело к тому, что скорость объединенного цифрового потока стала больше суммы скоростей объединяемых потоков.
Скорость передачи по междугородным симметричным кабелям связи может быть увеличена до 8 Мбит/с. С такой скоростью работает система ИКМ-120. Нужно объединять четыре потока 2 Мбит/с.
Более мощные потоки цифровой информации можно получить объединяя четыре потока 8 Мбит/с. Скорость передачи возрастет до 34 Мбит/с. Число каналов в новой системе равно 480, поэтому она получила название ИКМ-480.
Поступая далее аналогичным образом, получаем при слиянии четырех потоков 34 Мбит/с суммарный цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с. Это уже аппаратура ИКМ-1920.
Но на этом иерархия цифровых систем передачи (рисунок 1.2) не заканчивается. Можно продолжать укрупнять потоки и дальше. Принципы построения цифровых систем передачи PDH различных иерархий определены сектором телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) в рекомендациях G.702, G.703 и приведены на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Типы плезиохронных цифровых иерархий
Структура мультиплексирования для европейских потоков El, Е2, ЕЗ, Е4, Е5 приведена на рис.1.2. При этом мультиплексирование при получении потока Е5 осуществляется только в оптическом диапазоне.
Рисунок 1.2 - Структура мультиплексирования СЕРТ PDH
Цифровой поток большой емкости должен быть разъединен (демультиплексирован) на составляющие цифровые потоки малой емкости в приемном оборудовании оконечной станции. Выполнение операций мультиплексирования и демультиплексирования обуславливает необходимость ввода в объединенный цифровой поток специального синхросигнала, при помощи которого будет осуществляться правильное распределение цифровых потоков малой емкости по приемникам информации в приемном оборудовании оконечной станции. Такой синхросигнал называется групповым цикловым синхросигналом (ЕЦСС), и в обязательном порядке должен быть введен в состав объединенного (группового) цифрового сигнала.
Другим типом вспомогательных сигналов, которыми принципиально дополняется групповой сигнал, являются цифровые сигналы для контроля мгновенных изменений скоростей передачи объединяемых цифровых потоков. Необходимость ввода этих сигналов обусловлена тем обстоятельством, что в общем случае тактовые частоты всех четырех объединяемых цифровых потоков вырабатываются независимыми генераторами и отличаются друг от друга. Устройства временного группообразования (ВГ) должны работать с более высокой тактовой частотой превышающей суммарное значение тактовых частот объединяемых систем, чтобы обеспечить передачу цифровой информации без потерь, например, при объединении всех четырех первичных потоков и при условии, что отклонения тактовой частоты 2048 кбит/с в сторону увеличения не будут превышать допустимого значения по рекомендации МЭС-1 (допустимая нестабильность тактовой частоты 2048 кГц в ЦСП PDН должна быть не хуже 5x10-5). Технология контроля и изменения скоростей передачи объединяемых потоков будет рассмотрена далее.
В общем случае можно отметить, что мультиплексированный (объединенный) цифровой поток с большим числом каналов включает в себя:
- символы цифровых потоков объединяемых систем с малым числом каналов;
- символы группового циклового синхросигнала;
- символы сигналов для контроля и управления мгновенными изменениями скоростей передачи объединяемых цифровых потоков. Таким образом, скорость передачи ВΣ объединенного (мультиплексированного) цифрового потока в ЦСП PDH будет всегда выше, чем суммарная скорость передачи Вкомп объединяемых (компонентных) цифровых потоков и согласно рекомендации МСЭ-Т должна удовлетворять следующему условию:
В=N∙Bкомп+Nдоп∙64 кбит/с, (1.1)
где N- число объединяемых систем;
Nдоп-количество служебных каналов
64 кбит/с - скорость передачи ОЦК.
Для систем передачи европейской плезиохронной цифровой иерархии (PDH) при N = 4 принято следующее ниже обозначение и количество дополнительных каналов N доп при мультиплексировании:
Е1, В = 2048 кбит/с;
Е2, В = 4·2048 +4·64 = 8448 кбит/с, N доп = N = 4;
ЕЗ, В = 4·8448 + 9·64 = 34368 кбит/с, N доп = 9 > N = 4;
Е4, В = 4·34368 + 28·64 = 139264 кбит/с, N доп = 28 > N= 4.
При этом, число каналов ТЧ или ОЦК - полезной нагрузки или, другими словами, трафика в каждом последующем мультиплексированном потоке возрастает ровно в 4 раза и указывается в технических данных соответствующей аппаратуры с ИКМ. Способы объединения подробно описаны в большом количестве источников [3].
Таким образом, иерархическое построение цифровых систем передачи PDH позволяет стандартизировать оборудование, входящее в состав аппаратуры типа ИКМ и удовлетворить по объему передаваемой полезной информации - трафика потребности всех участков цифровой сети.
Плезиохронная цифровая иерархия была разработана в начале 80-х годов прошлого столетия. На системы передачи данной иерархии возлагались большие надежды. Однако она оказалась очень негибкой: чтобы вводить в цифровой поток высокоскоростной или выводить из него низкоскоростные потоки, необходимо полностью «расшивать», а затем снова «сшивать» высокоскоростной поток. Это требует установки большого числа мультиплексоров и демультиплексоров. Ясно, что делать эту операцию часто весьма дорого. На рисунке 1.3 показана операция выделения потока со скоростью 2 Мбит/с из PDH потока со скоростью 140 Мбит/с.
В этом случае пришлось один поток со скоростью 140 Мбит/с демультиплексировать в четыре потока со скоростями 34 Мбит/с; затем один поток в 34 Мбит/с - в четыре потока 8 Мбит/с и только после этого «расшить» один поток 8 Мбит/с на четыре потока со скоростями 2 Мбит/с. Только таким сложным путем можно вывести или ввести поток пользователя в PDH-системах передачи.
Рисунок 1.3 – Выделение сигнала со скоростью 2 Мбит/с из плезиохронного цифрового потока 140 Мбит/с
Недостатком систем передачи плезиохронной цифровой иерархии является также то, что при нарушении синхронизации группового сигнала восстановление синхронизации первичных цифровых потоков происходит многоступенчатым путем, а это занимает довольно много времени. В настоящее время среди систем передачи PDH «выживают» только системы первого уровня иерархии, снабженные новой аппаратурой так называемого гибкого мультиплексирования, которая обеспечивает кроссовые соединения каналов 64 кбит/с; выделение и ввод отдельных каналов 64 кбит/с в любом наборе; пользовательские интерфейсы от двухпроводных окончаний для телефона до окончаний базового доступа в цифровую сеть с интеграцией услуг; видео-конференцсвязь и многое другое. Можно сказать, что гибкие мультиплексоры немного продлили жизнь PDH систем.
Но самое главное, что заставило уже в середине 80-х годов XX в. искать новые подходы к построению цифровых иерархий систем передачи, это почти полное отсутствие возможностей автоматически контролировать состояние сети связи и управлять ею. А без этого создать надежную сеть связи с высоким качеством обслуживания практически невозможно. Все эти факторы и побудили разработать еще одну цифровую иерархию.
Синхронная цифровая иерархия
Синхронные транспортные модули
Новая цифровая иерархия была задумана как скоростная информационная автострада для транспортирования цифровых потоков с разными скоростями. В этой иерархии объединяются и разъединяются потоки со скоростями 155,520 Мбит/с и выше. Поскольку способ объединения потоков был выбран синхронный, то данная иерархия получила название синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH).
|
|
Для транспортирования цифрового потока со скоростью 155 Мбит/с создается синхронный транспортный модуль (Synchronous Transport Module) STM-1. Его упрощенная структура дана на рисунке 2.1. Модуль представляет собой фрейм (рамку) 9 • 270 = 2430 байт. Кроме передаваемой информации (называемой в литературе полезной нагрузкой), он содержит в 4-й строке указатель (Pointer, PTR), определяющий начало записи полезной нагрузки.
Рисунок 2.1 – Структура синхронного транспортного модуля STM-1
Чтобы определить маршрут транспортного модуля, в левой части рамки записывается секционный заголовок (Section Over Head -SOH). Нижние 5 • 9 = 45 байтов (после указателя) отвечают за доставку информации в то место сети, к тому мультиплексору, где этот транспортный модуль будет переформировываться. Данная часть заголовка так и называется: секционный заголовок мультиплексора (MSOH). Верхние 3 • 9 = 27 байтов (до указателя) представляют собой секционный заголовок регенератора (RSOH), где будут осуществляться восстановление потока, «поврежденного» помехами, и исправление ошибок в нем.
Один цикл передачи включает в себя считывание в линию такой прямоугольной таблицы. Порядок передачи байтов - слева направо, сверху вниз (так же, как при чтении текста на странице). Продолжительность цикла передачи STM-1 составляет 125 мкс, т.е. он повторяется с частотой 8 кГц. Каждая клеточка соответствует скорости передачи 8 бит • 8 кГц = 64 кбит/с. Значит, если тратить на передачу в линию каждой прямоугольной рамки 125 мкс, то за секунду в линию будет передано 9 • 270 • 64 Кбит/с = 155520 Кбит/с, т.е. 155 Мбит/с.
Для создания более мощных цифровых потоков в SDH-системах формируется следующая скоростная иерархия (таблица 2.1):
- 4 модуля STM-1 объединяются путем побайтового мультиплек-сирования в модуль STM-4, передаваемый со скоростью 622,080 Мбит/с;
- 4 модуля STM-4 объединяются в модуль STM-16 со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с;
- 4 модуля STM-16 могут быть объединены в высокоскоростной модуль STM-64 со скоростью 9953,280 Мбит/с.
Таблица 2.1 – Синхронная цифровая иерархия
| Уровень иерархии | Тип синхронного транспортного модуля | Скорость передачи, Мбит/с |
| 1 2 3 4 | STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 | 155,520 622,080 2488,320 9953,280 |
Формирование модуля STM -1
В сети SDH применены принципы контейнерных перевозок. Подлежащие транспортировке сигналы предварительно размещаются в стандартных контейнерах (Container - С). Все операции с контейнерами производятся независимо от их содержания, чем и достигается прозрачность сети SDH, т.е. способность транспортировать различные сигналы, в частности, сигналы PDH.
Наиболее близким по скорости к первому уровню иерархии SDH (155,520 Мбит/с) является цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с, образуемый на выходе аппаратуры плезиохронной цифровой иерархии ИКМ-1920. Его проще всего разместить в модуле STM-1. Для этого поступающий цифровой сигнал сначала «упаковывают» в контейнер (т.е. размещают на определенных позициях его цикла), который обозначается С-4.
Рамка контейнера С-4 содержит 9 строк и 260 однобайтовых столбцов. Добавлением слева еще одного столбца - маршрутного или трактового заголовка (Path Over Head - РОН) - этот контейнер преобразуется в виртуальный контейнер VC-4.
Наконец, чтобы поместить виртуальный контейнер VC-4 в модуль STM-1, его снабжают указателем (PTR), образуя таким образом административный блок AU-4 (Administrative Unit), а последний помещают непосредственно в модуль STM-1 вместе с секционным заголовком SOH (рисунок 2.1, 2.2).
Синхронный транспортный модуль STM-1 можно загрузить и плезиохронными потоками со скоростями 2,048 Мбит/с. Такие потоки формируются аппаратурой ИКМ-30, они широко распространены в современных сетях. Для первоначальной «упаковки» используется контейнер С-12. Цифровой сигнал размещается на определенных позициях этого контейнера. Путем добавления маршрутного, или транспортного, заголовка (РОН) образуется виртуальный контейнер VC-12. Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончаниях трактов.
Рисунок 2.2 – Размещение контейнеров в модуле STM-1
В модуле STM-1 можно разместить 63 виртуальных контейнера VC-12. При этом поступают следующим образом. Виртуальный контейнер VC-12 снабжают указателем (PTR) и образуют тем самым транспортный блок TU-12 (Tributary Unit). Теперь цифровые потоки разных транспортных блоков можно объединять в цифровой поток 155,520 Мбит/с (рисунок 2.3). Сначала три транспортных блока TU-12 путем мультиплексирования объединяют в группу транспортных блоков TUG-2 (Tributary Unit Group), затем семь групп TUG-2 мультиплексируют в группы транспортных блоков TUG-3, а три группы TUG-3 объединяют вместе и помещают в виртуальный контейнер VC-4. Далее путь преобразований известен.
На рисунке 2.3 показан также способ размещения в STM-1 трех потоков от аппаратуры плезиохронной цифровой иерархии ИКМ-480 (34,368 Мбит/с).
Плезиохронные цифровые потоки всех уровней размещаются в контейнерах С с использованием процедуры выравнивания скоростей (положительного, отрицательного и двухстороннего).
Наличие большого числа указателей (PTR) позволяет совершенно четко определить местонахождение в модуле STM-1 любого цифрового потока со скоростями 2,048; 34,368 и 139,264 Мбит/с. Выпускаемые промышленностью мультиплексоры ввода-вывода (Add/Drop Multiplexer -ADM) позволяют ответвлять и добавлять любые цифровые потоки.
|
|
Рисунок 2.3 – Ввод плезиохронных цифровых потоков
в синхронный транспортный модуль STM-1
Важной особенностью аппаратуры SDH является то, что в трактовых и сетевых заголовках помимо маршрутной информации создается много информации, позволяющей обеспечить наблюдение и управление всей сетью в целом, дистанционные переключения в мультиплексорах по требованию клиентов, осуществлять контроль и диагностику, своевременно обнаруживать и устранять неисправности, реализовать эффективную эксплуатацию сети и сохранить высокое качество предоставляемых услуг. Формирование синхронно-транспортного модуля выполняется мультиплексором.
Дата добавления: 2019-08-30; просмотров: 389; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!