Современные транспортные технологии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ Кафедра систем связи Кузнецов М.В. СОВРЕМЕННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Конспект лекций Самара, ПГУТИ, 2014 1 Содержание Глава 1. Основы синхронной цифровой иерархии ……………………….... 1.1 Назначение SDH ………………………………………………….. 1.2 Структура кадра STM-1 ………………………………………….. 1.3 Основные элементы STM-1 ……………………………………... 1.4 Принципы размещения блоков в STM-1 ……………………….. 1.5 Указатели …………………………………………………………. 1.5.1 Функции указателей ………………………………………... 1.5.2 Типы и структура указателей ……………………………… 1.5.3 Адресные схемы указателей ……………………………….. 1.5.4 Выравнивание по указателю ………………………………. 1.6 Заголовки …………………………………………………………. 1.6.1 Секционный заголовок SOH ……………………………….. 1.6.2 Структура SOH STM-N …………………………………….. 1.6.3 Структура заголовка POH ………………………………….. 1.7 Контроль и управление в SDH …………………………………... 1.7.1 Общий принцип обнаружения ошибок ……………………. 1.7.2 Код BIP-N …………………………………………………… 1.7.3 Секции контроля ……………………………………………. 1.7.4 Сигналы аварийных состояний ……………………………. 1.8 Синхронизация сети SDH ………………………………………... 1.9 Способы обеспечения безотказной работы …………………….. 1.9.1 Защита оборудования (EPS) ……………………………………........... 1.9.2 Защита карт (CP) ……………………………………………………….. 1.9.3 Защита мультиплексорной секции (MSP) ……………………………. 1.9.4 Защита соединения (SNC-P) ………………………………………….. 1.9.5 Разделяемая защита кольца (MS-SPRing) ……………………………. Глава 2. Технологии широкополосного доступа …………………………… 2.1 Принципы широкополосности …………………………………... 2.2 Методы расширения спектра ……………………………………. 2.3 Пассивные оптические сети (PON) ……………………………... 2.4 Оптические транспортные сети сети (OТN) ……………………. 2.5 Беспроводной широкополосный доступ ………………………... 2 3 3 6 12 18 31 31 32 37 39 43 43 43 46 52 52 52 53 54 56 62 62 62 63 65 66 70 70 71 74 80 87 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Глава 1 Синхронная цифровая иерархия 1.1 Назначение SDH Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана компанией Bellcore под названием "Синхронные оптические сети" – Synchronous Optical NETs, SONET. Эта технология явилась развитием технологии PDH (Plesiachronous Digital Hierarchy), которая появилась в 60-е годы для построения качественных и относительно недорогих цифровых каналов между телефонными станциями. Технология PDH долгое время хорошо справлялась со своими магистральными обязанностями, предоставляя пользователям каналы DS-1 (1,5 Мбит/с) – DS-3 (45 Мбит/с) в американском варианте технологии, или каналы E1 (2 Мбит/с) – E3 (34 Мбит/с) – E4 (140 Мбит/с) в европейском и международном вариантах. Быстрое развитие телекоммуникационных технологий привело к необходимости расширения иерархии скоростей PDH и использовании всех возможностей, которые предоставляла новая среда – волоконно-оптические линии связи. Одновременно с повышением линейки скоростей нужно было освободится от недостатков PDH, которые выявились за время эксплуатации этих сетей. Одним из основных недостатков PDH является принципиальная невозможность выделения отдельного низкоскоростного потока из высокоскоростного без полного демультиплексирования всего группового потока. Сам термин "плезиохронный", то есть "почти" синхронный, говорит о причине такого явления – отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Для выравнивания скоростей нескольких низкоскоростных каналов, обладающих некоторым рассогласованием тактовой частоты между собой, технология PDH использует технику вставки нескольких дополнительных бит между кадрами каналов с относительно меньшими скоростям. Затем эти кадры с одинаковыми скоростями мультиплексируются с чередованием бит в мультикадр второго и более высоких уровней иерархии. В результате для извлечения пользовательских данных конкретного канала из магистрального потока необходимо полностью демультиплексировать кадры объединенного потока. Если сеть PDH используется только в качестве транзитной магистрали между двумя крупными узлами, то операции мультиплексирования и демультиплексирования выполняются только в этих узлах и проблем не 3 возникает. Но если возникает потребность выделения одного или нескольких абонентских каналов в промежуточном узле сети PDH, то эта задача простого решения не имеет. Например, если требуется получить данные одного абонентского канала 64 кбит/с из кадров канала E4 (рис.1.1), необходимо произвести демультиплексирование этих кадров до уровня кадров E3, затем – до уровня кадров E2, затем – до уровня кадров E1, а затем уже демультиплексировать и сами кадры E1. Один из вариантов решения – установка двух мультиплексоров уровня E4 и ниже в каждом узле сети. Первый мультиплексор выполняет полное демультиплексирование потока и отвод части низкоскоростных каналов абонентам, а второй вновь собирает оставшиеся каналы вместе с вновь вводимыми в выходной высокоскоростной поток. При этом количество требуемого станционного оборудования удваивается. Рис. 1.1 Ввод/вывод потока Е1 из Е4 в системе PDH Кроме этого, в технологии PDH не были предусмотрены встроенные средства обеспечения отказоустойчивости и управления сетью. Все эти недостатки были учтены и преодолены разработчиками технологии SONET. Первый вариант стандарта технологии SONET появился в 1984 году. Затем эта технология была стандартизована комитетом T1 ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) и CCITT, совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии. Основной целью разработчиков международного стандарта было создание такой технологии, которая бы позволяла передавать трафик всех существующих цифровых каналов уровня PDH (как американских DS-1÷DS-3, так и европейских E1÷E4) в рамках высокоскоростной магистральной сети, использующей волоконно-оптические кабели и обеспечила бы иерархию скоростей, продолжающую иерархию технологии PDH до скорости в несколько Гбит/с. 4 В результате длительной работы удалось разработать международный стандарт Synchronous Digital Hierarchy (рекомендации ITU-T G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812 и ETSI – ETS 300 147). Стандарты SONET также были доработаны так, что аппаратура и сети SDH и SONET являются совместимыми и могут мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH – и американского, и европейского. Каналы SDH относятся к классу полупостоянных – формирование канала происходит по инициативе оператора сети SDH, пользователи же лишены такой возможности, поэтому каналы SDH обычно применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Из-за полупостоянного характера соединений в технологии SDH чаще используется термин "кросс-коннект" (cross-connect), а не коммутация. Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM), при котором информация от отдельных абонентов адресуется относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов. Сети SDH обладают многими преимуществами, по сравнению с сетями PDH, главными среди которых являются: 1) Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне. Это обеспечивает полную совместимость оборудования разных производителей. 2) Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков. Возможность вводить в магистральный канал и выводить из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости, не демультиплексируя магистральный поток в целом – а это означает не только гибкость, но и экономию оборудования (Рис.1.2). Рис. 1.2 Ввод/вывод потока Е1 из S1 в системе SDH 3) Отказоустойчивость сети. Сети SDH обладают высокой степенью "живучести" – технология предусматривает автоматическую реакцию 5 оборудования на такие типичные отказы как обрыв кабеля, отказ порта, выход из строя мультиплексора или отдельной его карты, направляя трафик по резервному пути или переходя на резервный модуль. Согласно требованиям стандарта, время перехода на резервный путь не должно превышать 50 мс. 4) Мониторинг и управление сетью. В заголовках кадров на определѐнных позициях размещается информация о качестве прохождения сигнала, уровне синхронизации и состоянии защитного резервного переключения. Это обеспечивает обязательный уровень управляемости сети, не зависящий от производителя оборудования, и создает основу для наращивания функций менеджмента в фирменных системах управления. 5) Высокое качество транспортного обслуживания. Техника мультиплексирования TDM, лежащая в основе SDH, обеспечивает каждому абоненту постоянную гарантированную полосу пропускания для трафика любого типа – голосового, видео и передачи данных. Сети SDH добились прочного положения в телекоммуникационном мире – сегодня они составляют фундамент практически всех крупных сетей – региональных, национальных и международных. Укрепляет это положение и то, что технология SDH может легко интегрироваться с технологией WDM, обеспечивающей передачу информации по оптическим магистралям с еще более высокими скоростями – сотни гигабит в секунду и выше – за счет мультиплексирования с разделением по длине волны. В магистральных сетях с ядром WDM сети SDH будут играть роль сети доступа, то есть ту же роль, которую играют сети PDH по отношению к SDH. В настоящее время разработаны мультиплексоры, которые в составе пассивных оптических сетей (PON) являются оборудованием «последней мили» и могут размещаться в конкретных подъездах жилых зданий, обеспечивая абонентов широкополосным доступом как к сети интернет и телефонии, так и к каналам телевидения высокой чѐткости (HDTV). Такая интеграция принципов коммутации каналов и пакетов обуславливает лѐгкость построения масштабируемых мультисервисных сетей на базе технологии SDH. 1.2 Структура кадра STM-1 Любая цифровая система передачи с временным разделением каналов характеризуется циклической организацией выходного агрегатного потока. Первичным цифровым потоком SDH является синхронный транспортный модуль STM-1, имеющий скорость передачи 155,52 Мбит/с. Период повторения 6 STM-1 составляет 125 мкс, что соответствует частоте дискретизации 8кГц. Каждый байт в модуле соответствует одному цифровому каналу со скоростью передачи 64 кбит/с. Полезной нагрузкой для SDH являются любые групповые цифровые потоки образованные как PDH от Е1 (2,048 Мбит/с) до Е4 (139,264 Мбит/с), так и любой уровень Ethernet (10Е, FE, GE, 10GE). Для синхронизации всех входных потоков в структуре технологии SDH периодически на определѐнных позициях в кадре размещается служебная информация (секционный заголовок – SOH (Section Overhead), который используется для синхронизации, контроля и управления сетью SDH, а так же для организации размещения полезной нагрузки). Рис. 1.1 Цифровой поток модуля STM-1. Цифровой поток STM-1 можно условно разделить на 9 интервалов по 270 байт в каждом (рис. 1.1). Первые 9 байт каждого интервала несут сигналы контроля и управления, а в оставшиеся 261 байт размещается соответствующим образом полезная нагрузка и стаффинг. Модуль STM-1 состоит из 2430 байт и обычно для более простого и наглядного понимания при изображении STM-1 используют двухмерный массив размером 9 строк по 270 байт. Байты STM-1 передаются, начиная с левого верхнего угла слева направо, сверху вниз. Рис. 1.2 Двухмерная структура модуля STM-1. 7    STM-1 содержит три основные блока (рис. 1.2): секционный заголовок SOH (Section Overhead); указатель PTR (pointer); блок нагрузки (payload). Блок секционного заголовка SOH размером 89 байт несет служебную информацию, в том числе синхросигнал, байты для обслуживания, контроля и управления. Подразделяется на заголовок регенерационной секции (RSOH – Regenerator SOH) и заголовок мультиплексной секции (MSOH – Multiplex SOH). Сигналы нагрузки (от 2 до 140 Мбит/с в соответствии с G.702) транспортируются в области нагрузки размером 9261 байт. Эти сигналы объединяются в модуль STM-1 в соответствии с определенными правилами, строго регламентированными в рекомендациях ITU-T. Начальное положение размещѐнной в модуле STM нагрузки фиксируется в указателе − PTR. Это позволяет в результате обработки указателя получить возможность доступа к одиночным каналам без необходимости полного демультиплексирования STM-1. Высокоскоростные потоки SDH организуются побайтным мультиплексированием нескольких STM-1 и называются синхронными транспортными модулями уровня N – STM-N. Скорость STM-N всегда кратна скорости STM-1 и составляет Nх155,52 Мбит/с. В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: STS-N – Synchronous Transport Signal level N, употребляемое для случая передачи данных электрическим сигналом и OC-N – Optical Carrier level N, употребляемое в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Стандартизированные скорости передачи приведены в табл. 1.1. Далее сосредоточимся на технологии SDH. Таблица 1.1. 8 Скорость SDH SONET STM-RR STS-1, OC-1 51,84 Мбит/с STM-1 STS-3, OC-3 155,52 Мбит/с (STM-3) OC-9 466,56 Мбит/с STM-4 OC-12 622,08 Мбит/с (STM-6) OC-18 933,12 Мбит/с (STM-8) OC-24 1,244 Гбит/с (STM-12) OC-36 1,866 Гбит/с STM-16 OC-48 2,488 Гбит/с STM-64 OC-192 9,953 Гбит/с STM-256 OC-768 39,813 Гбит/c В России для технологии SDH в настоящее время комитетом МСЭ-Т стандартизированы уровни STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 и для радиорелейных систем передачи – STM-RR. STM-1 – 155,52 Мбит/с; STM-4 – 4х155,52 Мбит/с = 622,08 Мбит/с; STM-16 – 16х155,52 Мбит/с = 2,48832 Гбит/с; STM-64 – 64х155,52 Мбит/с = 9,95328 Гбит/с; STM-256 – 256х155,52 Мбит/с = 39,81312 Гбит/с; STM-RR (STM-0) – 155,52 / 3 Мбит/с = 51,84 Мбит/с. Структура кадра STM-N соответствует структуре STM-1, с тем отличием, что передаются Nх9х270 байт за те же 125 мкс. Байты заголовков, указателей и нагрузки объединяются в аналогичные три блока (рис 1.3). При мультиплексировании байты нагрузки объединяемых STM-1 объединяются побайтно в нагрузку STM-N без буферизации. Как N модулей STM-1 могут быть объединены в один модуль STM-N, так и M модулей STM-N могут быть объединены в один модуль STM-M*N. Действует следующее основное правило: если объединяются M модулей STM-N в модуль STM-M*N, то из каждого объединяемого потока STM-N берется по N байт, т.е. применяется N-байтное мультиплексирование. Следует отметить, что не зависимо от уровня иерархии и количества объединяемых кадров каждый модуль STM-N передаѐтся за те же 125мкс, как и первичный модуль STM-1. 9 Рис. 1.3 Формат модуля STM-N Рис. 1.4 Формат кадров STM-1÷16 Соответственно, по одному байту от каждого STM-1 объединяются в STM-N. Аналогично объединяются по 4 байта от каждого STM-4 при образовании STM-16. Достоинством данной процедуры является то, что высокоскоростные потоки могут быть получены последовательным мультиплексированием. Например, можно получить поток STM-16, побайтно объединяя 16 модулей STM-1. В тоже время, STM-16 может быть получен поэтапно из четырех модулей STM-4, каждый из которых собран из 4 модулей STM-1. Выходной групповой поток в обоих случаях будет совершенно одинаковый. 10 Рис. 1.5 Последовательное мультиплексирование 16 STM-1 в 4 STM-4 и в 1 STM-16. Рис. 1.6 Прямое мультиплексирование 16 STM-1 в STM-16. Кадры STM-N имеют достаточно сложную структуру, позволяющую агрегировать в общий магистральный поток кадры SDH и PDH различных скоростей, а при использовании виртуальных и смежных сцепок обеспечивается возможность загрузки высокоскоростных потоков Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. При этом все операции ввода-вывода любого нагрузочного сигнала выполняются непосредственно без полного демультиплексирования магистрального потока. 11 1.3 Основные элементы STM-1 В качестве примера рассмотрим процесс формирования синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока Е1 (рис. 1.7). Рис. 1.7 Формирование синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока Е1 Схема мультиплексирования SDH предоставляет разнообразные возможности по объединению пользовательских потоков PDH. Например, для кадра STM-1 можно реализовать такие варианты:  1 поток E4;  1 поток Fast Ethernet;  3 потока E3/DS-3;  2 потока Е3 и 21 поток Е1;  1 поток E3 и 42 потока E1;  63 потока E1;  12 потоков Ethernet;  21 поток Е1 и 8 потоков Ethernet;  42 потока Е1 и 4 потока Ethernet; и другие. Контейнер "C " Для транспортировки в составе модуля STM-1, любой исходный цифровой поток сначала должен быть размещен в соответствующий контейнер. Термин "контейнер" (Container) описывает информационную структуру синхронной сети определенной емкости, требуемую для передачи данного 12 исходного цифрового потока. Размер контейнера указывается в байтах. Все байты контейнера передаются за 125 мкс. Принятые размеры контейнеров соответствуют цифровым потокам PDH (табл. 1.2). 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. Таблица 1.2. Обозначение контейнера Передаваемый поток, кбит/с С-11 DS-1 – 1 544 С-12 E1 – 2 048 С-3 E3 – 34 368 DS-3 – 44 736 С-4 E4 – 139 264 При использовании транспортной системы SDH для коммутации пакетов технологии АТМ следует учесть, что каждый пакет уже имеет свой «заголовок», который по сути является аналогом трактового заголовка РОН. Поэтому 6-мегабитные потоки пакетов АТМ могут размещаться в структуре модуля сразу как виртуальные контейнеры VC-2 без упаковки в контейнер С-2. Контейнер содержит: 1. Собственно передаваемую нагрузку (цифровой поток PDH/Ethernet). 2. Фиксированные байты и биты выравнивания (фиксированная вставка). Эти байты (или биты) никогда не переносят нагрузки и используются только для увеличения скорости передачи до скорости передачи соответствующего контейнера. 3. Биты точного выравнивания. В этих битах по необходимости могут размещаться биты нагрузки или биты вставки. 13 4. Биты управления выравниванием показывают приемнику, что именно в данный момент располагается в битах точного выравнивания: биты нагрузки или биты вставки. Различают два вида стаффинга:  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 загрузки 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 игнорированию в процессе выгрузки;  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 (байты фиксированной вставки) определено структурой контейнера. В процессе загрузки и выгрузки цифрового потока в синхронный транспортный модуль обычно используются оба типа выравнивания. Процедура выравнивает вариацию скорости. Допустимые значения вариации скорости загружаемых потоков иерархии PDH представлены в табл. 1.3. Таблица 1.3 Скорость Максимально Скорость цифрового допустимая цифрового потока Название потока, вариации в контейнере, контейнера Мбит/с скорости, ppm Мбит/с 1,544 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 14 Виртуальный контейнер "VC" К каждому контейнеру «С» добавляется трактовый заголовок «POH» (Path OverHead). Эта совокупность называется виртуальным контейнером «VC» (Virtual Container) и передается через сеть как неизменяемая единица. В трактовом заголовке содержится служебная информация, позволяющая отслеживать надежность транспортировки контейнера через сеть от источника к получателю, а так же информация для контроля и управления сетью. POH добавляется в начале тракта при формировании VC и устраняется в конце тракта при расформировании контейнера. Различают виртуальные контейнеры высшего уровня VC-HO (high-order) и низшего уровня VC-LO (low-order). Если положение виртуального контейнера адресуется непосредственно при обработке указателя в секционном заголовке, то есть контейнеры переносятся самостоятельно в модуле STM-1, то они относятся к высшему уровню (HO). VC-4 – всегда контейнер высшего уровня. То же относится и к VC-3, если он адресуется непосредственно указателем в 4 стороке секционного заголовка. Все малые контейнеры, передаваемые в составе одного большого, относятся к низшему уровню (LO). Контейнерами низшего уровня всегда являются VC-11, VC-12 и VC-2, а так же VC-3, если этот контейнер передается в составе VC-4. Нагрузочный блок "TU" Нагрузочным блоком TU (Tributary Unit) называется информационная структура, состоящая из виртуального контейнера низшего уровня VC-LO и соответствующего указателя (TU-pointer – TU-PTR), который адресует начальный байт полезной нагрузки размещѐнной в контейнере (см. рис. 1.7). Загружаемые потоки полезной нагрузки могут произвольно размещаться с любой позиции внутри контейнера, то есть цикл передачи нагрузки (например потока Е1) может быть произвольно смещѐн внутри цикла системы передачи (соответственно - нагрузочного блока TU-12). Величина рассогласования (задержки) отражена в значении соответствующего указателя TU-PTR. А так как циклы следуют друг за другом непрерывно, то начало размещаемого потока находится в одном TU, а окончание – в следующем, что не нарушает непрерывности загрузки и транспортировки исходных сигналов. Стандартизированы нагрузочные блоки TU-11, TU-12, TU-2, TU-3. 15 Группа нагрузочных блоков "TUG" Так как в модуле STM-1 размещается виртуальный контейнер VC-4, что соответствует 4 уровню иерархии PDH, то необходимо оптимально полностью использовать его ѐмкость для передачи информации. Для повышения уровня иерархии размещаемых в контейнер высшего уровня потоков, несколько однотипных нагрузочных блоков TU побайтно объединяются в одну группу. Такая группа называется группой нагрузочных блоков TUG (Tributary unit group) (см. рис. 1.7). Определены TUG-2 и TUG-3. Административный блок " AU " Виртуальные контейнеры высшего уровня VC-4 и VC-3 могут транспортироваться непосредственно в STM-1. В этом случае указатели (блок AU-PTR) в составе STM-1 отражают рассогласование циклов передачи между модулем и соответствующим виртуальным контейнером высшего уровня в поле нагрузки. Та часть модуля STM-1, в пределах которой может ―плавать‖ VC, называется административным блоком AU (Administrative Unit). Соответствующий указатель, называемый указателем AU-PTR, рассматривается как часть AU. Трехбайтные указатели AU всегда помещаются в первые 9 байт четвертой строки модуля STM-1. Различают AU-4 и AU-3. В модуле STM-1 можно передавать один AU-4 или три AU-3. Передача VC-3 возможна непосредственно (через AU-3) в STM-1 или через AU-4. Во втором случае три VC-3 должны быть объединены в один VC-4 (см. рис. 1.7). Группа административных блоков "AUG" Несколько AU могут быть побайтно объединены в одну группу административных блоков (AUG – AU group). AUG представляет собой информационную структуру, соответствующую STM-1 без секционного заголовка SOH. AUG в STM-1 может состоять из одного AU-4 или трех AU-3. При формировании модуля уровня STM-4, AUG содержит 4 AU-4. 16 Общая характеристика элементов STM Рис 1.9 Европейская схема преобразования структур SDH при формировании STM-1 Основные параметры элементов модуля STM-1 приведены в табл. 1.4. Контейнер размер, байты скорость, кбит/с Виртуальный контейнер размер, байты скорость, кбит/с Нагрузочный блок размер, байты скорость, кбит/с Группа нагрузочных блоков размер, байты скорость, кбит/с Административный блок размер, байты скорость, кбит/с Группа административных блоков размер, байты скорость, кбит/с С-12 34 2176 VC-12 35 2240 TU-12 36 2304 VC-2 107 6848 TU-2 108 6912 TUG-2 108 6912 С-3 756 48384 VC-3 765 48960 TU-3 768 49152 TUG-3 774 49536 AU-3 786 50304 Таблица 1.4 С-4 2340 149760 VC-4 2349 150336 AU-4 2358 150912 AUG 2358 150912 17 1.4 Принципы размещения блоков в STM-1 Административная группа AU Административный блок AU-4. Один контейнер VC-4 транспортируется в AU-4. AU-4 – это синхронная структура, состоящая из 9х261+9 байт и соответствующая модулю STM-1 без секционного заголовка SOH. VC-4 разработан для передачи потока PDH со скоростью 140 Мбит/с. VC4 содержит один контейнер С-4 (9х261 байт) и один столбец трактового заголовка POH VC-4 (9 байт). Рис. 1.10. Размещение VC-4 в модуле STM-1 VC-4 может плавать внутри AU-4. Указатель AU-4 содержит позицию (адрес) первого байта (J1) трактового заголовка POH. Указатель AU-4 может адресовать каждый третий байт кадра, поэтому VC-4 должен начинаться только с каждого третьего столбца кадра. 18 Рис. 1.11. Размещение AU-4 в модуле STM-1 Административный блок AU-3. В STM-1 могут непосредственно передаваться три VC-3 в трех AU3. VC-3 разработан для передачи одного из потоков PDH со скоростями 34 Мбит/с или 45 Мбит/с. VC-3 содержит один контейнер С-3 (9х84 байт) и один столбец трактового заголовка POH VC-3 9 байт (рис. 1.12). Рис. 1.12. Размещение трѐх AU-3 в STM-1 19 AU-3 – это синхронная структура, состоящая из 9х87+9 байт, внутри которой может плавать VC-3. Емкость AU-3 (87 столбцов) больше, чем требуется для передачи VC-3 (85 столбцов), поэтому добавляются два столбца фиксированной вставки (рис. 1.13). Рис. 1.13. Выравнивание VC-3 в AU-3 Три AU-3 побайтно мультиплексируются в модуле STM-1, включая трехбайтные указатели AU-3 (рис. 1.14). Каждый из этих трех указателей адресует соответствующий VC-3, показывая на первый байт POH соответствующего VC-3. Рис. 1.14. Мультиплексирование трѐх AU-3 в STM-1 20 AUG в STM-1 AUG – это синхронная структура, состоящая из 9х261+9 байт. Модуль STM-1 образуется добавлением к AUG секционного заголовка SOH. AUG может состоять из одной AU-4 (рис. 1.13а) или из трех побайтно объединенных AU-3 (рис. 1.15б). Рис. 1.15а. Размещение AU-4 в AUG Рис. 1.15б. Мультиплексирование трѐх AU-3 в AUG 21 Нагрузочный блок TU TU-3. Три VC-3 могут быть побайтно объединены в один VC-4, который затем будет передаваться в AU-4 (рис. 1.16). Рис. 1.16. Формирование TU-3. В результате такого непрямого преобразования получаются два уровня указателей:  Указатель AU-4 в блоке SOH указывает позицию VC-4 в модуле STM-1.  Три указателя TU-3 (по 3 байта каждый) фиксируются в VC-4 и содержат значение позиции одного из VC-3 в VC-4. Каждый из VC-3 может плавать внутри VC-4. TU-3 состоит из VС-3 и соответствующего указателя и имеет размер 9х85+3 байт. 22 TU-11/12, TU-2. Определены следующие три базовых виртуальных контейнера:  VC-11 – разработан для транспортирования цифрового потока ПЦИ со скоростью передачи 1,5 Мбит/с. Состоит из контейнера С-11 (25 байт) и POH VC-11 (1 байт)  VC-12 – разработан для транспортирования цифрового потока ПЦИ со скоростью передачи 2 Мбит/с. Состоит из контейнера С-12 (34 байт) и POH VC-12 (1 байт)  VC-2 – разработан для транспортирования цифрового потока ПЦИ со скоростью передачи 6 Мбит/с. Состоит из контейнера С-2 (106 байт) и POH VC-2 (1 байт) Рис. 1.17. Формирование TU-11, TU-12 и TU-2 VC-11/12 и VC-2 могут быть переданы в VC-4 или VC-3 побайтным мультиплексированием. При передаче этих контейнеров через VC-3 предусмотрен путь только через AU-3. Указатель VC-11,12 и VC-2 занимает фиксированную позицию в высшей структуре. TU-11/12 и TU-2 образуются добавлением к VC-11/12 и VC-2 соответствующих указателей (рис. 1.17). 23 В отличие от передачи виртуальных контейнеров высшего уровня (VC3/4) VC-11/12 и VC-2 передаются с помощью сверхцикла длительностью 500 мкс (4х125 мкс) (рис.1.18). Рис. 1.18. Сверхцикл TU-12 (500 мкс) За подцикл длительностью 125 мкс передается только один байт указателя VC-11/12 и VC-2. Этот байт занимает фиксированную позицию в высшей структуре (VC-4 или VC-3). Передача всего указателя осуществляется последовательно. Весь трехбайтовый указатель передается за три подцикла. Назначение четвертого байта, переносимого четвертым подциклом сверхцикла 500 мкс, пока не определено. 24 Группа нагрузочных блоков TUG TUG-2. Несколько TU-11/12 должны быть объединены в одну группу для их транспортирования в контейнерах высшего порядка (VC-4 или VC-3). Такая группа называется группой нагрузочных блоков TUG-2 и организуется побайтным мультиплексированием соответствующих TU-11/12 (рис. 1.19 1.21). В тоже время в группе TUG-2 может содержаться только один блок TU-2. Рис. 1.19. Различные TUG-2. Рис. 1.20. Объединение TU-11 и TU-12 в TUG-2. 25 Рис. 1.21. Мультиплексирование TU-12 в TUG-2. Таким образом, TUG-2 может состоять из (рис. 1.19):  одного TU-2;  четырех TU-11;  трех TU-12. TUG-3 TUG-3 может состоять или из одного TU-3 (рис. 1.22) или семи TUG-2 (рис. 1.23) при побайтном мультиплексировании. Размер TUG-3 составляет 9х86 байт. Если TUG-3 содержит один TU-3, то первый столбец содержит трехбайтовый указатель и 6 байт фиксированной выравнивающей вставки. Однако, если TUG-3 состоит из семи TUG-2, то указатель TUG-3 не выполняет ни какой функции, поскольку индивидуальные указатели в составе TUG-2 адресуют конкретные VC-11/12 или VC-2. В этом случае указатель имеет специальный вид и называется индикацией нулевого указателя NPI (null pointer indication). 26 Рис. 1.22. Преобразование TU-3 в TUG-3 Рис. 1.23. Преобразование TUG-2 в TUG-3 27 Рис. 1.24. Различные TUG-3 Три TUG-3 могут быть побайтно объединены в один VC-4 для передаче в блоке AU-4 (рис. 1.25). Рис. 1.25. Объединение TUG-3 в VC-4 28 Принцип формирования TUG-3 из TU-12 с использованием TUG-2 показан на рис. 1.26. Рис. 1.26. TU-12 через TUG-2 в TUG-3 Применение сцепок Кроме сигналов PDH существует необходимость передавать другие сигналы, скорость которых плохо согласуется со скоростями VC. Такие сигналы передают в специальных структурах, называемыми сцепками (concatenation). Под сцепкой понимают процедуру объединения нескольких VC, в результате которой их совокупная емкость может быть использована как один контейнер, в котором обеспечивается целостность последовательности бит. Имеется два вида сцепок – смежные (contiguous) и виртуальные (virtual). Сцепки обоих видов образуют тракт с пропускной способностью, в X раз большей, чем скорость у одиночного контейнера C, но различаются процессами передачи между точками окончания тракта. Сцепки имеют следующее обозначение: 29 VC-n-Xs, где: VC-n – объединяемый VC уровня n; X – коэффициент сцепки (число объединяемых VC); s – вид сцепки (c – смежная, v – виртуальная). Емкость сцепки (скорость передачи информационной нагрузки) определяется по формуле: VS=Vm·X , где Vm – емкость объединяемых VC При смежной сцепке тракт с требуемой пропускной способностью создается по всей трассе, в каждом сетевом элементе. Смежные сцепки определены для виртуальных контейнеров VC-4 и VC-2. Нагрузка размещается в X соседних блоках AU-4 (для VC-4) или TU-2 (для VC-2). Указатель PTR первого из объединенных блоков обозначает начало сцепки, а указатели остальных блоков сообщают о принадлежности данных блоков к сцепке. Трактовый заголовок POH первого блока обслуживает всю сцепку. В сцепках VC-4-Xc значение X=N, где N=4,16,64,256, что соответствует уровням иерархии STM. Емкость смежных сцепок исходя из формулы 2.1 может быть от VS= 149.760·4=599.040 кбит/с при X=4 до VS=149.760·64 = 438.338.560 кбит/с при X=256. В сцепках VC-2-Xc значение X=2÷7, à емкость, соответственно, изменяется от VS=6784·2=13.568 кбит/с при X=2 до VS=6784·7=47.448 кбит/с при X=7. Функцией таких сцепок является заполнение ―бреши‖ между VC-2 и VC-3 ступенями по 6784 кбит/с. При виртуальной сцепке нагрузка разделяется и передается по отдельным VC. Затем она вновь объединяется в конечном пункте. Таким образом, функции сцепки нужны только в окончаниях тракта. Виртуальные сцепки определены для всех VC-n. Каждый из X виртуальных контейнеров, в которых размещается нагрузка сцепки, имеет стандартный POH. Поскольку время передачи по сети отдельных VC-n может различаться, при восстановлении сигнала на конце тракта необходимо компенсировать разности задержек контейнеров и расставить их по местам в сцепке. Емкость виртуальных сцепок VC-4-Xv и VC-3-Xv равна 149.760·X кбит/с и 48.384·X кбит/с соответственно, где X=2÷256. Емкость виртуальных сцепок VC-2-Xv, VC-12-Xv и VC-11-Xv равна 6784·X; 2176·X; 1600·X кбит/с соответственно, где X=2÷64. 30 1.5 Указатели 1.5.1 Функции указателей Указатели выполняют в технологии SDH две основные функции:  обеспечение быстрого поиска и доступа к нагрузке;  обеспечение процедур побайтного выравнивания циклов передачи и кадров 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 AU-PTR и нагрузочных блоков TU-PTR совместно с сигнальными метками обеспечивают прямой доступ к загруженному в синхронный транспортный модуль потоку на любом уровне. Байты указателя располагаются на фиксированных позициях и содержат адрес первого байта VC (первый байт POH) в кадре. Рис. 1.25. Механизм организации прямого доступа к нагрузке. Использование указателей позволяет вставлять нагрузочные потоки, упакованные в виртуальные контейнеры, в кадры высшего уровня без преобразования и буферизации. Любое изменение начала загрузки или скорости передачи может быть скомпенсировано изменением значения указателя совместно с побайтным положительным или отрицательным выравниванием. 31 1.5.2 Типы и структура указателей Доступ к виртуальным контейнерам высшего уровня (VC-HO) возможен непосредственно после обработки указателя AU-PTR. Для доступа к виртуальным контейнерам низшего уровня (VC-LO) необходимо обработать дополнительные указатели TU-PTR. Существуют два типа указателей: 1. Указатель AU-PTR (всегда стоит в 4 строке SOH); 2. Указатель TU-PTR (расположен внутри составного VC-HO, групп TUG-3 и TUG-2, или нагрузочных блоков TU). Использование указателей позволяет производить ввод/вывод индивидуальных каналов (или кадров более низкого уровня) без демультиплексирования всего потока. 1.5.3 Указатели административных блоков (AU-PTR) Определены следующие указатели AU:  указатель AU-4;  указатель AU-3. Указатели AU-3/4 обеспечивают выравнивание и доступ к виртуальным контейнерам VC-3/4 в соответствующих кадрах AU-3/4. Это соответствует прямому размещению нагрузки (VC-НО) в модуле STM и выравниванию относительно секционного заголовка SOH этого модуля. В четвѐртой строке секционного заголовка может быть размещѐн, либо 1 указатель AU-4, либо 3 указателя AU-3. Структура любых указателей практически идентична и состоит в основном из 3 байт. Первые два (Н1 и Н2) управляющие, а последний Н3 служебный. Рис. 1.26. Структура байт указателей AU-3/4 и TU-3. В байтах H1 и H2 содержатся: - флаг новых данных (биты N – NDF – New Data Flag); - тип указателя (биты SS – AU-3, AU-4 и TU-3); 32 - значение указателя (адрес POH контейнера) или биты выравнивания. Флаг новых данных может находиться в одном из двух состояний:  0110 – пассивном, когда 10 бит значения указателя адресуют первый байт размещѐнного блока нагрузки;  1001 – активном, когда требуется выравнивание скоростей передачи цикла и нагрузки. При этом для индикации положительного выравнивания инвертируются 5 инкриментных бит (I), а для индикации отрицательного – инвертируются 5 декриментных бит (D). После чего происходит изменение значения указателя в нужную сторону. Во время процесса выравнивания само значение указателя не учитывается до перехода флага новых данных в пассивное состояние. Два бита SS предназначены для указания типа AU-3/4 или TU-3. При комбинации бит SS – 10 указатель адресует административные блоки AU, а комбинация SS – 01 соответствует нагрузочному блоку TU-3. Байт Н3 предназначен для размещения полезной нагрузки при отрицательном выравнивании. Указатель AU-4. При передаче в области нагрузки VC-4 первые 9 байт четвѐртой строки модуля STM-1 содержат указатель AU-4, который адресует первый байт трактового заголовка. Рис. 1.27 Область действия указателя AU-4. 33 Рис. 1.28 Структура указателя AU-4. В байтах указателя Н1 и Н2 содержится его значение (7 и 8 биты в Н1 и 8 бит байта Н2 – всего 10 бит), которое может изменяться в диапазоне от 0 до 782 и адресует начало трактового заголовка VC-4. Изменение значения указателя на «1» приводит к «скачку» начала VC-4 на 3 байта, так как адресуется только первый из каждых трѐх столбцов в поле размещения нагрузки, поэтому указатель AU-4 содержит 3 байта Н3. Байт «Y» имеет заданную структуру – 1001SS11, где SS – сигнальная метка, характеризующая тип размещѐнной в контейнере нагрузки. Байты «1» содержат единицы во всех 8 разрядах. Байты «Н3» предназначены для размещения полезной нагрузки на момент отрицательного выравнивания. Указатель AU-3 В четвѐртой строке SOH могут содержаться 3 побайтно объединѐнных указателя AU-3. При этом трѐхбайтная структура указателей сохраняется. Рис. 1.27. Структура указателя AU-3 В байтах указателя Н1 и Н2 содержится его значение (7 и 8 биты в Н1 и 8 бит байта Н2 – всего 10 бит), которое может изменяться аналогично указателю AU-4 в диапазоне от 0 до 782, так как адресуется только свой из каждых трѐх столбцов в поле размещения нагрузки. Поэтому значения указателей AU-3 34 могут совпадать. Изменение значения указателя на «1» так же приводит к «скачку» на 3 байта. Указатель TU-PTR. Контейнер VC-3 может передаваться в модуле STM-1 в составе контейнера VC-4. В этом случае контейнеры VC-3 с помощью указателей TUPTR образуют TU-3 и выравниваются с кадром VC-4. Три VC-3 могут переноситься в одном VC-4 и адресоваться с помощью трех указателей TU-3. Контейнер VC-4 в свою очередь выравнивается с модулем STM-1 с помощью указателя AU-4. Структура указателя TU-3 полностью идентична структуре указателя AU3 и состоит из 3 байт – Н1, Н2 и Н3, выполняющих те же функции. Диапазон значений указателя TU-3 от 0 до 764. Указатель TU-11/12 и TU-2. Для адресации виртуальных контейнеров низшего уровня определены следующие указатели:  указатель TU-11  указатель TU-12  указатель TU-2 Указатели TU-11/12 и TU-2 обеспечивают прямой доступ к нагрузке, а так же выравнивание скорости передачи виртуальных контейнеров VC-11/12 и VC-2 и соответствующих кадров высшего уровня. VC-11/12 и VC-2 передаются с помощью сверхцикла, поэтому за один субцикл длительностью 125 мкс передается только один байт указателей TU11/12 и TU-2. За три субцикла передаются все три байта указателя, а в четвертом субцикле передается резервный байт указателя. Для передачи TU-11/12 и TU-2 несколько TU объединяются в группу TUG, которая затем поэтапно преобразуется в VC-4. Структура указателей TU-11/12 и TU-2 35 Рис.1.30. Общая структура указателей TU-11,12 и TU-2 Значение бит SS определяет тип нагрузки, размещѐнной в адресуемом контейнере. При SS равном 11 – адресуется VC-11 в диапазоне значений от 0 до 103. При SS равном 01 – адресуется VC-12 в диапазоне значений от 0 до 139. При SS равном 00 – адресуется VC-2 в диапазоне значений от 0 до 427. Специальные случаи указателей (CI, NPI). Для передачи высокоскоростного сигнала, например Gigabit Ethernet, не существует стандартного контейнера. Для организации более широкополосных потоков в SDH используются сцепки, которые представляют собой объединение определѐнного числа стандартных контейнеров в единый широкополосный канал. Для описания размещѐнного в нескольких контейнерах одного модуля STM-N высокоскоростного потока служит индикатор конкатенации CI (Concatenation Indication). В этом случае стандартный указатель устанавливается в STM-1 №1, а CI устанавливается в STM-1 №2 и так далее (рис. 1.31а). Значение указателя, состоящего из одних «1», сообщает о том, что это не самостоятельный контейнер, а продолжение предыдущего. 36 Рис. 1.31. Специальные случаи указателей Кроме того, в случае составных нагрузочных блоков для доступа к «вложенным» применяется индикация нулевого указателя NPI (Null Pointer Indication). Если при считывании адреса первого байта загруженного потока значение указателя состоит из 5 «1» и 5 «0», это говорит о том, что данный блок составной и, в зависимости от значения бит SS, вслед за NPI размещается определѐнное количество указателей для более низших структур (рис. 1.31б). 1.5.3 Адресные схемы указателей Диапазон значений указателей составляет: AU-4 0...782, AU-3 – 0..782, TU-3 0..764, TU-11 – 0..103, TU-2 – 0..427. Соответствующая нумерация байт нагрузки в STM. Рис. 1.32. Нумерация указателя AU-4 37 Рис. 1.33. Нумерация указателя AU-3 Рис. 1.34. Нумерация указателя ТU-11, ТU-12, ТU-2 38 Рис. 1.35. Нумерация указателя ТU-3 1.5.4 Выравнивание по указателю При размещении виртуального контейнера в кадре высшего уровня необходимо компенсировать различия скоростей передачи и начальных фаз с помощью побайтного положительного, нулевого и отрицательного выравнивания. Например, это необходимо при совместной обработке в одном сетевом узле нескольких несинхронизированных с сетью модулей STM-1. Так, при объединении нескольких STM-1 в один модуль STM-N необходимо адаптировать контейнеры высшего уровня каждого из STM-1 к кадру STM-N. Нулевое выравнивание. Если внедряемый в кадр высшего порядка VC синхронен, то выравнивания не требуется. Фазовое различие между кадром и началом VC (фиксируемое в значении указателя) остается неизменным. Это называется нулевым выравниванием. Положительное выравнивание. Если скорость передачи VC ниже скорости передачи кадра, то при необходимости для выравнивания скоростей на определенных позициях кадра передаются 3 байта выравнивания (не содержащих информации). Это соответствует операции положительного выравнивания. Начало VC (первый байт POH) задерживается на 3 байта относительно кадра. Значение указателя должно быть увеличено на 1. 39 Рис. 1.36. Положительное выравнивание AU-4 40 Рис. 1.37. Положительное выравнивание AU-3 Отрицательное выравнивание. Если скорость передачи VC выше скорости передачи кадра, то при необходимости, соответствующая пропускная способность должна быть обеспечена в самой структуре кадра. Для этого предусмотрены байты точного выравнивания указателя, в которых могут размещаться 3 байта содержимого VC. Фазовое различие между кадром и VC уменьшается на 3 байта и значение указателя должно быть уменьшено на 1. Коррекция указателя может производиться в каждом четвертом кадре, т.е. должно быть по меньшей мере 3 последовательно следующих кадра с одним и тем же значением указателя между двумя сменами его значения. 41 Рис. 1.38. Отрицательное выравнивание AU-4 Рис. 1.39. Отрицательное выравнивание AU-3 42 1.6. Заголовки 1.6.1 Функции заголовков Заголовки выполняют следующие функции:      Формирование кадра Обнаружение ошибок Локализация ошибок Мониторинг состояния Обеспечение функционирования и управления Структура модулей STM-1 и STM-N такова, что заголовок всегда отделен от пользовательской информации. В результате возможно анализировать, менять и добавлять байты заголовков отдельных каналов в любое время без демультиплексирования всего модуля. Различают секционные заголовки SOH (Section Overhead) и трактовые заголовки POH (Path Overhead) различного уровня. Рис. 1.40. Область действия заголовков 1.6.2 Секционный заголовок SOH Блок SOH состоит из восьми строк по 9 байт. Первые три строки содержат заголовок регенерационной секции RSOH, пять последних – 43 заголовок мультиплексорной секции MSOH. В четвертой строке расположен указатель AU (pointer – PTR), который не является компонентом секционного заголовка. При формировании STM-N его секционный заголовок составляется из столбцов SOH отдельных STM-1. Доступ к SOH возможен сразу после установления синхронизма по синхросигналу STM-N. Байты RSOH используются для контроля и управления регенерационных секций. Эти байты создаются в каждом регенераторе и, при необходимости, транслируются в следующую секцию. Для этого регенератор должен синхронизироваться по принимаемому сигналу STM. Байты MSOH действуют от мультиплексора до мультиплексора и не изменяются регенераторами. Рис. 1.41. Секционный заголовок SOH Структура SOH STM различного уровня Байты SOH имеют следующее назначение. А1, А2 – Синхросигнал. В первых шести байтах кадра расположен синхросигнал вида: А1 => 11110110, А2 => 00101000. Синхросигнал из всех модулей STM-1 включается в состав STM-N. Соответственно, в STM-4 для синхросигнала предусмотрено 4х6 = 24 байта, а в STM-16 – 16х6 = 96 байт. D1-D12 – Каналы передачи данных. 12 байт (D1-D12) заголовка предусмотрены для передачи управляющей информации и называются DCC (data communication channels). Различают DCCR 44 с общей скоростью передачи 192 кбит/с (D1-D3) и DCCM с общей скоростью передачи 576 кбит/с (D4-D12). В составе STM-N используются DCC только первого STM-1. 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. J0 – Идентификация трассы (на уровне регенерационной секции). В этом байте содержится информация о передающем мультиплексоре, так что приѐмник имеет возможность непрерывно проверять соединение с нужным передатчиком. Если на приѐме информационное сообщение не совпало, значит принят не свой сигнал, следовательно, срабатывает сообщение об ошибке. E1, E2 – Служебные каналы. Эти байты предназначены для организации служебной связи, в том числе голосовой. Обеспечивается передача речи между регенераторами (Е1) или между узлами (Е2). Определены только для STM-1 №1. F1 – Пользовательский канал. Байт F1 зарезервирован для использования оператором сети. Может использоваться для проверки специфических функций сети. Определен только для STM-1 №1. B1 – Контроль прохождения сигнала (BIP-8). Байт В1 используется для обнаружения ошибок в модуле STM-N на регенерационной секции. Один байт В1 предусмотрен в заголовке RSOH каждого модуля STM-1. При передаче STM-N используется только байт В1 модуля STM-1 №1. Обнаружение ошибок производится в соответствии с процедурой контроля четности BIP. В случае контроля сигнала STM-N процедура BIP-8 выполняется для всего скремблированного модуля. Результат – 8-битное кодовое слово – помещается в байт В1 последующего модуля STM-N до скремблирования. В1 пересчитывается в каждом регенераторе и мультиплексоре. 3 байта В2 – Контроль прохождения сигнала (BIP-24). Для контроля ошибок на мультиплексорной секции предусмотрены три байта В2. Результатом выполнения процедуры BIP-24 является 24-битное кодовое слово, которое вставляется в три байта В2 модуля STM-1. Все байты В2 (Nх 3хВ2) используются при передаче сигнала STM-N. 45 В STM-1 процедура BIP-24 выполняется для всего содержимого нескремблированного модуля за исключением первых трех строк SOH, а результат вставляется в байты В2 нескремблированного последующего кадра. Первые три строки SOH (RSOH) не записываются в B2, чтобы возможные изменения RSOH регенераторами не оказывали влияние на B2. K1, K2 – Каналы APS. Эти байты обеспечивают резервное переключение и оперативную реконфигурацию сети, а так же предназначены для сигнализации об автоматической защитной коммутации APS (automatic protection switching) К1 и К2 определены только в STM-1 № 1 в составе STM-N. S1 – Тип синхронизации. Данный байт несет информацию о типе источника синхронизации для приходящего STM-N. Может индицироваться один из 4 уровней синхронизации, определенных ITU-T или то, что качество синхронизации неизвестно или она не может использоваться. Определен только в модуле STM1 №1 в составе STM-N. М0, М1 – количество обнаруженных ошибок на приѐме. Байт М1 содержит число ошибочных блоков, обнаруженных с помощью кода BIP-24 (B2). Возможные значения для STM-1 от 0 до 24, для STM-4 от 0 до 96. Байт М0 используется начиная с уровня STM-64 и выше. В составе модуля STM-N байты М0 и М1 передаются один раз. Z1, Z2 – Резерв: Эти байты SOH зарезервированы для будущего международного использования и определены во всех STM-1 в составе STM-N. 1.6.3. Структура заголовка POH. Заголовок маршрута РОН (трактовый заголовок) 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:  Трактовый заголовок высшего уровня (High-order РОН – НО-РОН), используемый для контейнеров VC-4/VC-3;  Трактовый заголовок низшего уровня (Low-order РОН – LO-POH), используемый для контейнеров VC-3/VC-2/VC-1n. 46 Структура трактового заголовка высшего уровня НО-РОН. Таблица 1.5 Байты РОН 1 J1 2 B3 3 C2 4 G1 5 F2 6 H4 7 F3 8 K3 9 N1 Назначение Индикатор маршрута контейнера Мониторинг качества (код BIP-8) Указатель типа полезной нагрузки Подтверждение ошибок передачи Канал пользователя тракта Индикатор сверхцикла Канал служебной связи Автоматическое переключение Мониторинг взаимного соединения (ТСМ) J1 – Поле идентификатора маршрута 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). Байт BЗ – используется для контроля четности (процедура ВIР-8). С2 – Указатель типа полезной нагрузки определяет тип полезной нагрузки, передаваемой в контейнере. Основные типы полезной нагрузки определены в ITU-T G.707. Некоторые значения байта С2 и соответствующие типы нагрузки приведены в табл. 1.6. Таблица 1.6. Бинарный вид 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0011 0000 0100 0001 0010 0001 0011 HEX 00 01 02 03 04 12 13 Значение контейнер не загружен контейнер не используется (нагрузка не определена) структура TUG-2 байт-синхронный TU-n асинхронная загрузка Е3 или DS-3 асинхронная загрузка Е4 загрузка ATM 47 0001 0100 0001 0101 0001 0110 0001 0111 0001 1000 0001 1001 0001 1010 0001 1100 1111 1110 1111 1111 14 15 16 17 18 19 1А 1С FE FF загрузка MAN DQDB загрузка FDDI сигнал HDLC/PPP SDL с самосинхронизирующимся скремблером SDH сигнал сигнал HDLC/LAPS SDL с устанавливаемым/сбрасываемым скремблером Ethernet 10Gb кадры оптического канала 10 Гбит/с тестовый сигнал по рек.O.181 VC – AIS в случае поддержки ТСМ 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. 1.43) REI – Remote Error Indication (ранее 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; RDI – Remote Defect Indication (ранее FERF – Far End Receive Failure) – наличие неисправности на удаленном конце; сигнал, посылаемый в случае потери сигнала на удаленном конце. Рис. 1.43.Значения байта G1. Байты F2 и E3 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-11/12, VC-2 в сверхцикле TU-11/12, TU-2. Этот байт также используется в процедуре смещения указателей. 48 КЗ – Индикатор автоматического переключения (Automatic Protection Switching – APS) используется для оперативного резервирования в системе SDH. Индикатор обеспечивает передачу команды перехода на резерв даже в случае отсутствия системы самодиагностики SDH. N1 – Байт мониторинга взаимного соединения (Tandem Connection Monitoring – ТСМ) 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 четности 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. Структура трактового заголовка низкого уровня LО-РОН. В плавающем режиме передачи VC-11/12 и VC-2 четыре байта POH (V5, J2, N2, K4) передаются за 500 мкс. При этом байты POH VC-11/12 и VC-2 имеют назначение: Байт V5 выполняет функции:  контроль ошибок  сигнальная метка  индикация состояния тракта Биты 1 и 2 используются для контроля ошибок в тракте VC-11/12 и VC-2. Применяется процедура BIP-2. Значение BIP-2 подсчитывается по всем битам соответствующих VC в сверхцикле, включая байты POH, но не включая биты указателей TU-11/12 и TU-2 (исключение составляет байт V3 указателя в случае отрицательного выравнивания). 49 Бит 3 является индикатором ошибки низкого уровня LO-FEBE и возвращается к началу тракта VC-11/12 и VC-2. При обнаружении (при помощи BIP-2) одной и более ошибок устанавливается в ―1‖. Рис. 1.43. Структура байта V5. Таблица 1.7 Сигнальная метка (байта V5) Бит 5 Бит 6 Бит 7 Тракт не установлен Тракт установлен, но не определен 1 Асинхронный плавающий режим 1 Байт-синхронный плавающий режим 1 Тракт определен, но не используется 1 1 J2 – Идентификатор трассы контейнера используется для передачи метки тракта, позволяющей отслеживать проключение тракта. N2 – Контроль тандемного соединения. Аналогичен байту N1 трактового заголовка виртуального контейнера высшего уровня. K4 – Автоматическое защитное переключение. Используется для оперативного резервирования в системе SDH на уровне VC-LO, обеспечивает передачу команды перехода на резерв даже в случае отсутствия системы самодиагностики SDH. 50 Общая схема указателей и сигнальных меток для различных структур STM-1. Рис. 1.45. Указатели и сигнальные метки 51 1.7. Контроль и управление в SDH 1.7.1. Общий принцип обнаружения ошибок Байты заголовков В1,В2,В3 предназначены для обнаружения ошибок. Подсчет числа ошибок позволяет отслеживать качество передачи сигнала. На передающей стороне, за время передачи всего кадра, в соответствии со стандартным алгоритмом для текущего битового потока формируется кодовое слово длиной N бит. Это кодовое слово переносится в заголовке отдельно от пользовательской информации в следующем кадре. На приемной стороне за время приѐма по тому же битовому потоку и аналогичному алгоритму также формируется кодовое слово. Сформированное кодовое слово сравнивается с принятым проверочным словом из следующего кадра. Любое различие кодовых слов говорит о наличии ошибок в тракте передачи. Статистика появления неверных кодовых слов позволяет судить о качестве передачи сигнала. Рис. 1.46. Контроль прохождения сигнала 1.7.2. Код BIP-N (четность чередующихся бит Bit-interleaving parity) Каждый битовый поток (например, STM-N, VC) разбивается на блоки по n бит. Все первые биты блоков суммируются по модулю 2, а результат помещается в первый бит кодового слова BIP-N. Аналогично обрабатываются остальные биты до n-ого. 52 Рис.1.47 Алгоритм формирования кодового слова BIP-N 1.7.3. Секции контроля В SDH для контроля прохождения сигнала и локализации мест возникновения ошибок в различных индивидуальных секциях и трактах используются различные коды BIP-N. Рис. 1.48 Секции контроля 53 Регенерационная секция: В1 в RSOH Для контроля ошибок используется однобайтное кодовое слово BIP-8. Это слово подсчитывается по всем битам модуля STM-N. Байт BIP-8 вставляется в соответствующую позицию B1 в RSOH последующего модуля. Этот байт подсчитывается и регенерируется в каждом мультиплексоре и регенераторе. Мультиплексорная секция: В2 в MSOH Для контроля ошибок на каждой мультиплексорной секции используется кодовое слово BIP-Nх24 размером Nх3 байта. Кодовое слово BIP-Nх24 подсчитывается для всего модуля STM-N за исключением первых трех строк SOH и вставляется в Nх3 байта В2, предусмотренных для этого в последующем модуле. Байты В2 не изменяются регенераторами. Тракт VC-3 и VC-4: B3 в POH Байт В3 предназначен для обнаружения ошибок в пути передачи индивидуальных VC-3 и VC-4. Одно кодовое слово BIP-8 (1 байт) подсчитывается по всем битам виртуального контейнера за исключением бит указателя и вставляется в соответствующий байт В3 POH последующего VC. В случае отрицательного выравнивания биты заголовка, несущие пользовательскую информацию, используются для формирования В3. Тракт VC-1 и VC-2: Биты 1 и 2 в байте V5 POH Первые два бита байта V5 POH предназначены для обнаружения ошибок в пути передачи индивидуальных VC-1 и VC-2. Одно кодовое слово BIP-2 (2 бита) подсчитывается по всем битам виртуального контейнера за сверхцикл длительностью 500 мкс и вставляется в соответствующие битовые позиции байта V5 POH последующего VC. 1.7.4 Сигналы аварийных состояний. Сообщение об ошибке блока на приѐме (REI – Remote Error Indication). REI тракта. Если в конце тракта при подсчете кода BIP обнаруживаются ошибки, то в противоположном направлении (к началу тракта) посылается код REI с целью сообщить источнику об обнаруженных ошибках. Для передачи REI виртуальных контейнеров VC-3 и VC-4 используются биты 1-4 байта G1 POH. С помощью кода BIP-8 подсчитывается четность по 8 битовых последовательностей, поэтому может быть обнаружено максимум 8 нарушений четности. Соответственно, значение кода REI может быть от 0 до 8. Прочие значения воспринимаются как 0. 54 Для передачи REI виртуальных контейнеров VC-11/12 и VC-2 используется бит 3 байта V5 POH, который устанавливается в ―1‖, если обнаружено нарушение четности с помощью кода BIP-2. REI секции. Байт M1 заголовка MSOH используется для передачи числа нарушений четности, обнаруженных на дальнем конце с помощью байт В2. Значение байта М1 REI может принимать значения от 0 до Nх24 в зависимости от уровня передаваемого модуля STM-N, а начиная с уровня STM-64 и выше для отражения количества обнаруженных ошибок добавляется байт М0. Сообщение о потере приема (RDI – Remote Defect Indication). RDI тракта. Если при приеме индивидуальных виртуальных контейнеров VC отсутствует собственно принимаемый сигнал или принимается сигнал AIS, то передающая сторона информируется об этом установкой значения ―1‖ в бите 5 байта G1 заголовка POH VC-3 и VC-4. Нормальному приѐму сигнала соответствует значению ―0‖ этого бита. Сигнализация об аварии на дальнем конце RDI для контейнеров VC-1 и VC-2 переносится битом 8 байта V5 POH. RDI секции. Если мультиплексор не принимает сигнала STM-N или принимает сигнал AIS, то в противоположном направлении передается код RDI (комбинация – 110, которая вставляется в биты 6-8 байта K2). Сигнал индикации тревоги AIS (alarm indication signal) При обнаружении ошибки, например пропадании сигнала или потере синхронизации, устройство посылает в прямом направлении сигнал индикации тревоги AIS. Сигнал AIS направляется всем последующим устройствам так же, как до этого передавался рабочий сигнал. Назначением этого сигнала является предотвращение возникновения аварийной сигнализации в последующем оборудовании. Реакция на сигнал AIS (например, блокировка канала) производится только в специальном терминальном оборудовании. Сигнал AIS аналогичен сигналу потери цикловой синхронизации ПЦИ. При наличии сигнала AIS структура модуля STM-1 сохраняется. Различают сигналы AIS тракта и секции. AIS тракта. AIS тракта устанавливается при потере виртуального контейнера. В случае AIS тракта TU весь блок TU-n (n=1,2,3), включая указатель, устанавливается в ―1‖. В случае AIS тракта AU весь блок AU-n (n=3,4), включая указатель, устанавливается в ―1‖. Эти состоящие из одних единиц блоки переносятся в модуле STM-1 как реальная нагрузка. 55 AIS секции. AIS секции устанавливается при потере всего STM-1 или STM-N. Это индицируется в байте К2 установкой бит 6, 7 и 8 в ―1‖. Рис. 1.49 Расположение сигналов аварийных состояний 1.8. Синхронизация сети SDH Устойчивая работа сети SDH во многом зависит от качества синхронизации между ее узлами. В сети SDH применяется иерархический метод принудительной синхронизации с парами "ведущий-ведомый таймер". Мультиплексор SDH может использовать несколько дублирующих источников синхронизации:  Сигнал внешнего сетевого таймера с частотой 2048 кГц, называемого также первичным эталонным генератором (ПЭГ или Primary Reference Clock, PRC) в соответствии с рекомендациями G.811. Его точность должна быть не хуже 1х10-11. Первичный эталонный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы). Его калибруют вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time Coordinated).  Сигнал внутреннего таймера узла SDH. Точность сигналов внутреннего таймера обычно невелика, порядка (1…5) х 10-6 .  Сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейного (или трибутарного) сигнала STM-N. Обычно точность такого источника синхронизации составляет 5 х 10-8.  Сигнал с пользовательского (трибутарного) интерфейса PDH. 56 Так как сигналы трибутарных потоков 2 Мбит/с "плавают" внутри виртуальных контейнеров VC-12, то их использование в качестве источников синхронизации в сетях SDH нецелесообразно. Низкая точность внутреннего таймера мультиплексора также не позволяет добиться хорошей синхронизации передающего и принимающего узлов SDH. Рис. 1.50. Схемы синхронизации мультиплексора SDH Поэтому основными источниками надежной и точной синхронизации являются сигналы первичного эталонного таймера и сигналы, выделяемые из кадров STM-N. "Скрытое" распространение синхросигналов потоками STM-N является отличием сетей SDH от сетей PDH, в которых синхросигналы распространяются прозрачным образом по специально выделенным интерфейсам. Основные синхронизирующие входы и выходы мультиплексора SDH показаны на рис. 1.50. В качестве внешних источников здесь выступают как внешние таймеры, подключаемые к специальным синхронизирующим входам мультиплексора, так и сигналы STM-N линейного входа (и трибутарных, если они поддерживают какой-либо уровень STM, а не PDH). Одна схема мультиплексора осуществляет выбор источника синхронизации для внутренних элементов мультиплексора, а другая – для внешних. В синхронных сетях общего пользования используется иерархия задающих генераторов, в которой уровень сигнала каждого генератора синхронизируется по эталону сигнала более высокого уровня. Иерархия синхронизирующих источников – это сеть, состоящая из нескольких слоев генераторов, называемых также стратум-таймерами (от stratum – слой). Сеть синхронизации содержит один генератор уровня Stratum 1, и несколько генераторов более низких уровней, от Stratum 2 до Stratum 4 (рис. 1.51). 57 Генератор Stratum 1 посылает эталонные сигналы тактовой частоты нескольким генераторам слоя Stratum 2. В свою очередь, последние посылают сигналы другим генераторам слоя Stratum 2 и слоя Stratum 3. Аналогично, генераторы слоя Stratum 3 синхронизируют другие элементы слоев Stratum 3 и Stratum 4. Генератор, фаза которого подстраивается по входному сигналу, полученному от генератора более высокого или того же уровня качества, называется ведомым задающим генератором (ВЗГ, или Secondary Reference Clock, SRC). Ведомый задающий генератор высшего качества занимает вторую ступень в иерархии слоев синхронизации, т. е. соответствует слою Stratum 2, и устанавливается обычно в транзитных узлах сети. Ведомые генераторы третьего уровня качества Stratum 3 работают, как правило, в локальных (терминальных) узлах сети. Рис. 1.51 Уровни Stratum. Генераторы каждого слоя должны удовлетворять требованиям к точности частоты, приведенным в табл. 1.8. стандартным Таблица 1.8 Stratum Минимальная точность 58 Минимальная стабильность удержания 1 ± 1,0 х 10-11 Не применимо 2 ± 1,6 х 10-8 Дрейф – не более 1,0 х 10-10 в сутки 3 ±4,6 х 10-6 ±0,37 х 10-6 в течение первых 24 часов 4 ± 20 х 10-6 Не требуется При потере сигнала синхронизации от генератора более высокого уровня генераторы слоев Stratum 2 и 3 переходят в режим удержания частоты (режим holdover), при этом они должны автономно обеспечивать синхросигналы с указанной в таблице точностью на протяжении хотя бы первых 24 часов после потери связи с эталонным источником более высокого уровня. Для надежной работы сети у каждого мультиплексора SDH должно быть несколько альтернативных источников синхронизации, но использоваться в каждый момент времени должен только один, наиболее точный. Для выбора такого источника используются приоритетные (называемые также иерархическими) списки, задаваемые администратором, а также механизм сообщений о статусе синхронизации – Synchronization Status Messaging, SSM. Сообщения SSM переносятся по сети в заголовках кадров STM-N, в них указывается уровень качества синхронизации (Quality Level, QL) данного сигнала. Переменная QL может принимать 16 значений, от 0 до 15, при этом чем меньше значение QL, тем уровень качества выше (за исключением значения 0, которое обычно интерпретируется мультиплексорами как эквивалент 15). Для кодирования уровня QL чаще всего используется четыре значения кода, соответствующие четырем уровням точности синхросигнала, то есть уровням Stratum1 (QL=2), Stratum2 (QL=4), Stratum3 (QL=8) и Stratum4 (QL=11). Значение QL=0 – синхронизация не определена, а QL=15 считается значением "не использовать для синхронизации", обычно оно используется для того, чтобы ведущий мультиплексор не использовал ведомый в качестве источника синхронизации. Согласно последних изменений в рекомендациях ITU-T, качество синхронизации обозначается буквой Q, при этом значение QL сохраняется: 1. Q1 – ПЭГ - первичный эталонный генератор (PRC), (QL=2); 2. Q2 – ВЗГ-2 - ведомый генератор (транзитный узел SSU-T), (QL=4); 3. Q3 – ВЗГ-3 - ведомый генератор (местный узел SSU-L), (QL=8); 4. Q4 – ВЗГ-4 - собственный генератор оборудования SDH (SEC), (QL=11). 5. Q5 – Уровень качества не определен, (QL=0). 6. Q6 – не использовать для синхронизации, (QL=15) Администратор может использовать и другие значение кодов, если считает это нужным. В режиме по умолчанию сообщение SSM, поступающее в заголовке кадра STM-N, принимается мультиплексором и используется при выборе источника синхронизации, а далее в неизменном виде передается в составе кадра следующему мультиплексору. У администратора имеется возможность изменить (override) значение QL в поступившем кадре, так что отправленный следующему мультиплексору кадр будет иметь новое значение 59 QL. Механизм "QL override" применяется также для внешних источников синхронизации, которые не могут поместить сообщение SSM в кадр. Если у нескольких источников, имеющихся в иерархическом списке, соотношение значений QL противоречат приоритетам этих источников из списка, то предпочтение отдается источнику с лучшим (меньшим) значением QL (а не источнику с более высоким положением в списке). Пример кольца SDH, в котором используются механизмы SSM и приоритетного списка источников приведен на рис.1.52. К кольцу подключено два первичных эталонных генератора – PRC1 и PRC2, при этом за счет соответствующего конфигурирования все мультиплексоры кольца синхронизируются от PRC1 – либо непосредственно , либо косвенно, а генератор PRC2 является резервным. Непосредственно от PRC1 синхронизируется мультиплексор М1 – через порт Ext1 внешней синхронизации, так как он занимает верхнюю строчку в иерархическом списке приоритетов источников для этого мультиплексора. Для источника Ext1 задан режим "QL override" со значением 2, отражающим тот факт, что источник имеет точность Stratum1. Мультиплексор М1 указывает уровень QL=2 в кадрах, которые он передает мультиплексорам М2 и М4. Рис. 1.52. Механизм SSM Мультиплексор M2 синхронизируются от потока STM-N, получаемого по порту P2 (имеющего высший приоритет в списке) от мультиплексора М1, то 60 есть косвенно – от PRC1. В обратном направлении, то есть в направлении к М1, кадры передаются со значением QL=15. Мультиплексор М3 выбирает источником синхронизации порт P2 – он и в списке стоит первым, и качество сигнала от него (QL=2) выше, чем у внешнего порта Ext1 (QL=4). И, наконец, мультиплексор М4 выбирает для синхронизации сигналы с порта P2, потому что этот порт при равенстве качества сигналов с портом P1 стоит выше в иерархическом списке. При отказе генератора PRC1 мультиплексор переходит в режим удержания частоты внутренним генератором. Точность такого генератора соответствует уровню Stratum 4, поэтому в кадрах STM-N мультиплексор М1 указывает значение QL=11. Кадры с этим значением распространяются по сети, но на мультиплексоре М3 этот процесс заканчивается, так как у него в списке есть источник Ext1 с более высоким качеством QL=4. Поэтому источником синхронизации для кольца становится генератор PRC2, при этом мультиплексоры М2 и М1 синхронизируются потоками STM-N, идущими по часовой стрелке, а мультиплексор М4 – против часовой стрелки. При распространении сигналов синхронизации соблюдается определенная иерархия: от сигналов PRC синхронизируется магистральная сеть, от магистральной – внутризоновые, а от магистральной и внутризоновых – местные сети. Максимальное число промежуточных мультиплексоров SDH, через которые в потоке STM-N передаются синхросигналы от первичного генератора PRC, определено в стандартах G.803 – это последовательность из 20 мультиплексоров. При большем числе промежуточных мультиплексоров нужно использовать внешний ведомый задающий генератор, который будет синхронизироваться от первичного и выполнять роль источника синхронизации для остальной части сети. На рис. 2.7 показано несколько ВЗГ, которые синхронизируются от сигналов уровня Stratum 1. Ведомых генераторов, последовательно синхронизирующихся друг от друга, не должно быть более 10. В России операторы связи используют в качестве источника синхронизации для своих сетей первичные эталонные генераторы, входящие в систему тактовой сетевой синхронизации (ТСС) ОАО "Ростелеком". Вся территория России разделена на 5 районов, в которых находятся эталонные атомные генераторы (Москва – центральный район, Санкт Петербург – северный район, Ростов на Дону – южный район, Новосибирск – Сибирь, Хабаровск – Дальний восток). Ведомственные и корпоративные сети связи могут пользоваться как ПЭГ "Ростелеком", так и устанавливать свои собственные ПЭГ (в случае специфических особенностей сети). 61 1.9. Способы обеспечения безотказной работы В технологии SDH применяются различные механизмы обеспечения восстановления работоспособности сети в случае отказа. В SDH используется общий термин Automatic Protection Switching – "Автоматическое защитное переключение", отражающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного. Для обеспечения безотказной работы на всех участках сети SDH используются конкретные виды автоматической защиты, работающие по определѐнным схемам. В SDH применяются схемы защиты 1+1, 1:1 и 1:N. Защита 1+1 означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной. Например, при защите трибутарной карты по схеме 1+1 трафик проходит как через рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную). Защита 1:1 подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа. Защита 1:N предусматривает выделение одного защитного элемента на N защищаемых, при отказе одного из защищаемых элементов его функции начинает выполнять защитный, при этом остальные элементы остаются без защиты – до тех пор, пока не будет заменен отказавший элемент. В оборудовании и сетях SDH применяются следующие основные виды автоматической защиты, отличающиеся типом защищаемого (с помощью резервирования) элемента сети: 1.9.1 Equipment Protection Switching, EPS – защита блоков и элементов оборудования SDH. Применяется для таких жизненно важных элементов мультиплексора как: процессорный блок, блок коммутации (кросс-коннекта), блок питания, блок ввода сигналов синхронизации и т.п. EPS обычно работает по схемам 1+1 или 1:1. 1.9.2 Card Protection, CP – защита агрегатных и трибутарных карт мультиплексора. Позволяет мультиплексору автоматически продолжать работу в случае отказа одной из агрегатных или трибутарных карт. Используется защита по схемам 1+1, 1:1 и 1:N. Защита 1+1 обеспечивает непрерывность транспортного сервиса, так как трафик пользовательских соединений не прерывается при отказе карты. 62 Рис. 1.53. Защита карт (Card Protection) по схеме 1+1 При отказе основной карты (или другом событии, требующем перехода на защитную карту – деградации сигнала, ошибке сигнала, удалении карты) агрегатная карта по команде от блока управления мультиплексором переходит на прием сигнала от защитной трибутарной карты. Одновременно картапереключатель также начинает передавать на выход сигналы drop от защитной карты. Данный способ обеспечивает автоматическую защиту всех соединений, проходящих через защищаемую карту. При установлении CP-защиты конфигурация соединений рабочей карты дублируется для защитной карты. 1.9.3 Multiplex Section Protection, MSP – защита мультиплексорной секции, то есть участка сети между двумя смежными мультиплексорами SDH. Этот вид защиты действует более избирательно по сравнению с защитой карт. Защищается секция между двумя мультиплексорами, включающая два порта и линию связи (возможно, включающую в свою очередь регенераторы – но не мультиплексоры). Обычно применяется схема защиты 1+1. При этом для рабочего канала (верхняя пара портов на рис. 1.53 и 1.54) конфигурируется защитный канал (нижняя пара портов на рис. 1.53 и 1.54). При установлении защиты MSP в каждом мультиплексоре необходимо выполнить конфигурирование, указав связь между рабочим и защитным портами. В исходном состоянии весь трафик передается как по рабочему, так и по защитному каналам. 63 Рис. 1.53. Однонаправленная защита MSP Существует однонаправленная и двунаправленная защита MSP. При однонаправленной защите (рис. 1.53) решение о переключении принимает только один из мультиплексоров – тот, который является приемным для отказавшего канала. Этот мультиплексор после обнаружения отказа (отказ порта, ошибка сигнала, деградация сигнала и т.п.) переходит на прием по защитному каналу (рис. 1.53б). При этом передача и прием ведутся по разным портам. Рис. 1.54. Двунаправленная защита MSP При двунаправленной защите MSP при отказе рабочего канала в какомлибо направлении выполняется полное переключение на защитные порты мультиплексоров (рис. 1.54). Для уведомления передающего (по рабочему 64 каналу) мультиплексора о необходимости переключения принимающий мультиплексор использует протокол "K-байт". Этот протокол указывает в двух байтах заголовка кадра STM-N статус рабочего и защитного каналов, а также детализирует информацию об отказе. Механизм MSP обеспечивает защиту всех соединений, проходящих через защищаемую мультиплексорную секцию. Время переключения защиты MSP, согласно требованиям стандарта, не должно превышать 50 мс. 1.9.4 Sub-Network Connection Protection, SNC-P – защита пути (соединения) через сеть для определенного виртуального контейнера. Обеспечивает переключение определенного пользовательского соединения на альтернативный путь при отказе основного пути. Объектом защиты SNC-P является трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер определенного типа (например, в VC12, VC-3 или VC-4). Используется схема защиты 1+1. Защита SNC-P конфигурируется в двух мультиплексорах – входном, в котором трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер, разветвляется, а также выходном, в котором сходятся два альтернативных пути трафика. В мультиплексоре ADM для виртуального контейнера одно из соединений конфигурируется как рабочее, а второе – как защитное, при этом трафик передается по обоим соединениям. Промежуточные мультиплексоры (для данных соединений) конфигурируются обычным образом. Из двух поступающих на порт потоков выбирается тот, качество которого выше (при равном нормальном качестве выбирается сигнал из агрегатного порта, выбранном при конфигурировании в качестве рабочего). Защита SNC-P является однонаправленной. При конфигурировании мультиплексора по SNC-P разветвление пути задается для входящего из сети в порт трафика, идущего далее через блок кросс-коннекта к другому порту этого же мультиплексора. Для трибутарных портов разветвляется add-трафик или локальный трафик между двумя трибутарными портами, а для агрегатных портов защита SNC-P проявляется в разветвлении drop-трафика. С помощью механизма защиты SNC-P можно избирательно защищать одни соединения, оставляя другие незащищенными, даже в пределах одного и того же трибутарного порта STM-N. Защита SNC-P работает в любых топологиях сетей SDH, в которых имеются альтернативные пути следования трафика, то есть кольцевых и 65 ячеистых. Пример двунаправленной защиты соединения в сети со сложной топологией, состоящей из двух связанных колец, приведен на рис.1.55. M2 M7 A B защитные пути M1 M3 M6 рабочий путь M4 M5 Рис. 1.55 Защитное соединение в сети из двух колец 1.9.5 Multiplex Section Shared Protection Ring, MS-SPRing – разделяемая между пользовательскими соединениями защита путей в кольцевой топологии При соединении мультиплексоров в кольцо можно использовать защиту SNC-P для отдельных или всех соединений (при наличии 4-х волоконного кольца можно также использовать MSP). Однако применение SNC-P уменьшает полезную пропускную способность кольца, так как каждое соединение потребляет удвоенную полосу пропускания вдоль всего кольца. Так, в кольце STM-16 можно установить только 16 защищенных по SNC-P соединений VС-4 (рис. 1.56). Защита с разделением кольца MS-SPRing позволяет использовать пропускную способность кольца эффективно, так как полоса пропускания не резервируется заранее для каждого соединения. Вместо этого резервируется половина пропускной способности кольца, но эта резервная полоса выделяется для соединений динамически, по мере необходимости, то есть после обнаружения факта отказа линии или мультиплексора. 66 Рис. 1.56. Защита SNC-P в кольце Рис. 1.57. Соединения в кольце MS-SPRing до отказа Степень экономии полосы при применении защиты MS-SPRing зависит от распределения трафика. Если весь трафик сходится в один мультиплексор, то есть имеет распределение "звезда", то защита MS-SPRing экономии по сравнению с SNC-P вообще не дает. Пример такой ситуации представлен на рис. 1.57, где центром тяготения трафика является мультиплексор А, а в кольце установлено те же 16 защищенных соединений, что и в примере SNC-P на рис. 1.58. Для защиты соединений резервируется 8 из 16 виртуальных контейнеров агрегатного потока STM-16. 67 Рис. 1.58. Соединения в кольце MS-SPRing после отказа При возникновении неисправности, например, обрыве линии, как это показано на рис. 1.58, трафик в мультиплексорах, между которыми нарушилась связь, "разворачивается" в обратном направлении. Для этого используются резервные виртуальные контейнеры агрегатных портов, с которыми соединяются виртуальные контейнеры пострадавших соединений. В то же время соединения, на которые отказ не повлиял, работают в прежнем режиме, не используя резервные контейнеры. Для уведомления мультиплексоров о реконфигурации кольца используется протокол K-байт. Время переключения на защитные соединения MS-SPRing составляет около 50 мс. При смешанном распределении трафика экономия полосы в кольце MSSPRing может быть значительной. Так, в примере на рис. 1.59 в кольце установлено 36 соединений VC-4, то есть более чем в два раза больше, чем при применении защиты SNC-P. При этом все 36 соединений защищены восемью резервными виртуальными контейнерами. 68 Рис. 1.59. Эффективное использование полосы в кольце MS-SPRing 69 2. Технологии Широкополосного доступа Огромное число технологий, реализующих ШПД, можно разделить на проводные (wireline) и беспроводные (wireless). Отличительный признак первых — доступ посредством соединительного провода (медного, алюминиевого, оптоволоконного), главное преимущество — «воспроизводимость» частотного ресурса. В беспроводных технологиях вместо «провода» — «эфир», поэтому их часто обозначают словом «радиодоступ». Термин «радио» вытеснил термин «беспроводной», используемый на заре развития радиотехники, когда появилось радиовещание, радиолокация, радиотелефония, радионавигация и др. Но затем возникли новые технологии радиосвязи (сотовая телефония, пейджинг, бесшнуровая телефония, абонентский радиодоступ и др.) и термин «беспроводной» обрел вторую жизнь в значении «удаленный доступ к сетевым узлам или серверам по радиоканалам». 2.1. Принцип широкополосности Широкополосной называется система, в которой передаваемый сигнал, занимает полосу частот, значительно превосходящую минимальную ширину полосы частот, требуемой для передачи исходного сигнала. B  F  T Рис. 2.1. Общий принцип расширения спектра 70 2.2. Методы расширения спектра: 1. псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) (англ. FHSS — Frequency Hopping Spread Spectrum). 2. расширение спектра методом прямой последовательности (ПРС) (англ. DSSS — Direct Sequence Spread Spectrum). 3. расширение спектра методом линейной частотной модуляции (ЛЧМ) (англ. CSS — Chirp Spread Spectrum) Классификация основных технологий ШПД на физическом уровне представлена на рисунке. Одной из наиболее удачных технологий проводного ШПД, позволяющей использовать абонентские линии существующей телефонной сети, по праву считается xDSL, где «х» обозначает начальный символ в названии конкретной технологии ШПД. Самая первая — HDSL, в которой использовался алгоритм кодирования 2B1Q (4-уровневая импульсно-амплитудная модуляция, в каждом символе два бита) и механизм эхоподавления, что дало возможность по двумтрем витым парам передавать данные на расстояние до 6 км со скоростью более 2 Мбит/с без регенерации (при диаметре жил кабеля 0,5 мм). По каждой паре осуществлялся дуплексный обмен на скоростях до 1,024 Мбит/с. Принципиально то, что HDSL и ее вариации обеспечили повышение дальности передачи (без потери скорости) за счет повторителей, берущих энергию для работы непосредственно из линии, т. е. при их установке потребности во внешнем источнике питания не возникало. HDSL является симметричной технологией. На начальном этапе ADSL позволяла передавать данные клиенту со скоростью 6 Мбит/с на расстояние до 6 км; скорость данных от абонента 71 ограничивалась 64 кбит/с. Такие характеристики вполне удовлетворяли требованиям услуги «видео по запросу» (VoD), однако она не получила широкого распространения, зато асимметричная технология оказалась весьма востребованной для высокоскоростного доступа в Интернет. Затем появилась технология VDSL, которая отличалась от других симметричных технологий DSL высокой скоростью. Основная область применения VDSL — доставка трафика от оптоволоконных окончаний до абонентов внутри зданий. Полоса частот, в которой находится линейный сигнал DSL, практически освобождает низкочастотный диапазон 0,3—3,4 кГц для традиционной аналоговой телефонии. Верхняя частота линейного спектра DSL-технологий составляет единицы мегагерц. Еще один способ организации проводного ШПД — использование сети электропитания в технологии PLC (Power Line Communication). Электросети доходят практически до каждого помещения, их инфраструктура — одна из самых развитых. Линии электропередач отличаются высоким уровнем шумов, быстрым затуханием высокочастотного сигнала, нестабильностью характеристик линий связи. Параметры таких линий связи (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и т. д.) меняются во времени в зависимости от уровня текущего энергопотребления. Высокий уровень помех и нестабильность накладывают серьезные ограничения на дальность связи (несколько сотен метров) и скорость передачи информации. Однако появление мощных цифровых процессоров обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP) дало возможность реализовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM. Сейчас в технологии PLC используются 84 поднесущие частоты в диапазоне 4—21 МГц. Разновидность PLC — технология PowerPacket — положена в основу единого стандарта HomePlug1.0, в котором определена скорость передачи данных до 14 Мбит/с. Основное применение технологии PLC — доступ в Интернет, малый офис (SOHO) и «умный дом». Возможность использования инфраструктуры кабельного телевидения предоставляет технология передачи данных по коаксиальному кабелюDOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications). Она предусматривает передачу данных абоненту с максимальной скоростью до 42 Мбит/с (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании КАМ-256) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. Технология совершенствовалась, и появилось несколько версий спецификации DOCSIS, отличающихся не только скоростью передачи данных «сверху вниз» (максимальная скорость до нескольких сотен мегабит в секунду) и «снизу вверх» (до 120 Мбит/с), но и полосой частот. 72 Уникальной по скорости доступа является технология FTTx (Fiber to the x) — оптическое волокно до точки «х». Она может иметь различную архитектуру в зависимости от того, до какого места доходит оптоволокно. Влияние относительно высокой стоимости инфраструктуры сети сказалось в том, что первыми появились разновидности FTTN (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла и FTTC (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона. Чем выше скорость доступа и чем больше набор услуг, тем ближе к терминалу должна подходить «оптика»: так возникли технологии FTTB (Fiber to the Building — волокно до здания) и FTTH (Fiber to the Home — волокно до квартиры). Следовательно, самая перспективная — FTTH, обеспечивающая наибольшую полосу пропускания, массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи, скорость доступа для абонента до нескольких гигабит в секунду, что вполне приемлемо на ближайшую перспективу. Для предоставления мультисервисных услуг FTTх хорошо сочетается с xDSL. Разновидностью FTTx является технология пассивных оптических сетей (Passive Optical Network, PON). Основанная на древовидной волоконнокабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, она обеспечивает экономичный способ ШПД. Основные преимущества PON — 73 использование лишь одного приемопередающего модуля для передачи информации множеству абонентских устройств и приема информации от них; частотное разделение потоков (по длине волны: нисходящий поток 1550 нм, восходящий — 1310 нм); множественный доступ с временным разделением (TDMA). В настоящее время используются четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: кольцо, точка-точка, дерево с активными узлами и дерево с пассивными узлами. По числу абонентов, использующих проводной ШПД, первое место в мире сейчас занимают технологии xDSL, второе — DOCSIS и третье — оптоволокно (FTTx). Однако в перспективе, как показывает динамика их развития, лидерство перехватит FTTx. 2.3. Пассивные оптические сети. Пассивные оптические сети – PON (Passive Optical Networking) – это семейство быстро развивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну. Распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности - сплиттеров. Это позволяет снизить стоимость системы доступа, уменьшить объем необходимого сетевого управления, повысить дальность передачи и предотвратить необходимость последующей модернизации распределительной сети. Стандарты PON ITU-T G.983 – APON (ATM Passive Optical Network), BPON (Broadband PON). ITU-T G.984 – GPON (Gigabit PON). IEEE 802.3ah – EPON или GEPON (Ethernet PON). IEEE 802.3av – 10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON). Структурно любая пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов - оптического линейного терминала OLT, расположенного на станции, пассивных оптических сплиттеров и оптического сетевого абонентского терминала или устройства ONT/ONU. Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON. Оборудование OLT служит своеобразным мультиплексором, 74 обслуживающим множество соединений с устройствами ONT. В частности, один GPON-порт этого оборудования способен поддерживать до 64 абонентов (при использовании нескольких сплиттеров с суммарным коэффициентом деления сигнала 1:64). Таким образом, 72-портовое GPON-оборудование OLT может обслуживать до 4608 абонентов. ONT/ONU имеют необходимые интерфейсы для взаимодействия с абонентской стороной. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, используется длина волны 1490 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (нисходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки. Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, мы имеем дело с распределенным демультиплексором. Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из 75 них устанавливается свое индивидуальные расписания по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC. Технология АТМ PON (APON), Broadband PON (BPON) Скорость нисходящего потока, Гбит/с 0,155 или 0,622 1,25 1,25 или 2,5 Скорость восходящего потока, 0,155 или 0,622 1,25 0,155; 0,622; 1,25; 2,5 Особенности Транспортировка мульсервисного трафика (речь, выделенные линии, Ethernet, видео); асимметричный или симметричный режим работы Возможность транспортировки мультисервисного трафика (основное назначение транспортировка трафика Ethernet); симметричный режим работы Транспортировка мультисервисного трафика (речь, выделенные линии, Ethernet, видео); расширенные возможности по передаче IP трафика; асимметричный или симметричный режим работы Стандарт МСЭ G.983 IEEE 802.3ah G.984 Ethernet PON (EPON) Gigabit PON (GPON) Технология PON имеет ряд неоспоримых преимуществ:  Невысокая стоимость построения сети. Технология реализует возможность подключения через одно оптоволокно большого количества абонентских терминалов, что способствует значительной экономии волокон.  Низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети. Преимущество обусловлено использованием пассивного оборудования в распределительной сети.  Возможность постепенного наращивания сети. Ввод новых узлов не оказывает влияния на действующую сеть.  Перспективность создания распределительной инфраструктуры. Строительство оптической распределительной сети закладывает хорошую и долговременную основу для дальнейшего развития и предоставления в будущем любых мультимедийных услуг с практически неограниченной полосой пропускания.  Надежность. Использование меньшего числа активных элементов в 76 сети обеспечивает ее надежность, а кроме того, способствует как снижению чувствительности к влиянию смежных линий связи, так и уменьшению воздействия на них.  Высокая гибкость. Построение распределительной сети по технологии PON требует применения всего лишь одного оптического волокна, а не пучка волокон, как при использовании других оптоволоконных технологий. Благодаря этому можно строить сеть по шинной или древовидной топологии, что весьма выгодно с экономической точки зрения. Гибкость технологии позволяет использовать ее в любых сетевых конфигурациях семейства FTTx. APON/BPON В середине 90-х годов общепринятой была точка зрения, что только протокол ATM способен гарантировать приемлемое качество услуг связи QoS между конечными абонентами. Поэтому FSAN, желая обеспечить транспорт мультисервисных услуг через сеть PON, выбрал за основу технологию ATM. В результате в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON (ATM PON). Далее в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x (x=1–7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, добавляющая новые сущности в стандарт PON: - передачу разнообразных приложений (голоса, видео, данные) – это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONT для подключения к абонентам; - расширение спектрального диапазона – открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например, шировещательное телевидение на третьей длине волны (triple play). За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON). APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг. Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, 77 Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефония (FXS). Из-за шировещательной природы прямого потока в дереве PON и потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со стороны ONT, которому эти данные не адресованы в APON предусмотрена возможность данных в прямом потоке с использованием техники шифрования с открытыми ключами. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора. EPON В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием ―Ethernet на первой миле‖ (EFM, Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализуя тем сам пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA больше изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы – достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17. Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа: EFMC (EFM copper) – решение ―точка-точка‖ с использованием витых медных пар. На сегодняшний день работа по этому стандарту практически завершена. Из двух альтернатив, между которыми развернулась основная борьба – G.SHDSL и ADSL+ - выбор был сделан в пользу G.SHDSL. EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении ―точка-точка‖ по волокну. Здесь предстоит стандартизировать различные варианты: ―дуплекс по одному волокну, на одинаковых длинах волн‖, ―дуплекс по одному волокну, на разных длинах волн‖, ―дуплекс по паре волокон‖, новые варианты оптических приемопередатчиков. Подобные решения уже несколько лет предлагаются рядом компаний как ―proprietary‖. Пришло время их стандартизировать. 78 EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении ―точкамноготочка‖ по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON. В настоящее время разработка стандартов 802.3ah в том числе EFMP находится на завершающей стадии, а принятие ожидается уже в этом году. Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet. GPON Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется как увеличение полосы пропускания сети PON, так и повышение эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года. GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, поддерживает как симметричную битовую скорость в дереве PON для нисходящего и восходящего потоков, так и ассиметричную и базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса (в том числе TDM). Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON. Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структуру кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу. 79 2.4. Оптическая транспортная сеть (OTN) Оптическая транспортная сеть (Optical Transport Network, OTN) - набор оптических сетевых элементов (Optical Network Element, ONE), соединенных оптоволоконными линиями. OTN обеспечивает функции передачи, мультиплексирования, маршрутизации, автоматического обслуживания, живучести. Оптические каналы сети OTN несут сигналы любого формата независимо от их специфики (например, STM, ATM, IP). Появление Оптической Транспортной Сети (OTN) позволило успешно совместить гибкость и надежность технологии SDH с широкой пропускной способностью, гарантируемой системами DWDM. Оптическая транспортная сеть состоит из ряда уровней:  оптических транспортных секций передачи;  оптических секций мультиплексирования;  оптических каналов. Модель сети OTN сходна с моделью SDH. Здесь формируются оптические каналы (OCh), секция мультиплексирования (OMS) и транспортная секция (OTS). Оптическая транспортная секция (Optical Section, OS) – участок между линейными оптическими усилителями или между линейным оптическим усилителем и оптическим мультиплексором/демультиплексором. Оптический канал (Optical Channel, OC) – комплекс технических средств, обеспечивающий передачу оптического сигнала на определенной длине волны (многоканальная передача) или в определенном диапазоне длин волн (одноканальная передача). Оптический канал предназначен для передачи любых сигналов (в частности, образованных в соответствии с технологиями 80 STM (SDH), ATM, IP). Оптический канал характеризуется своей прозрачностью. Прозрачность оптического канала представляет собой свойство, определяющее перенос любого сигнала независимо от его параметров (скорости, структуры цикла, протокола передачи и т.п.). На первых этапах развития сети WDM допускается разрыв оптического канала (например, при использовании электрического регенератора). Синхронный режим переноса (Synchronous Transfer Mode, STM) – режим переноса, основанный на передаче синхронных транспортных модулей STM-N, представляющих собой набор иерархических структур, полученных с помощью мультиплексирования базовых STM-1. Базовый STM-1 имеет скорость передачи 155520 кбит/с. Скорость STM-N кратна по номиналу скорости STM-1. Коэффициент кратности N = 4, 16, 64 и 256. Технология оптического спектрального мультиплексирования (Wavelength Division Multiplexing, WDM) - технология мультиплексирования и передачи сигналов различных длин волн по общему оптическому волокну. Сигналы, передаваемые по системам WDM, могут иметь произвольный формат (например, STM, ATM, IP). Основная часть оптического тракта системы передачи WDM (Main optical path) – оптическое волокно с оптическими усилителями между выходом оптического мультиплексора на передаче и входом оптического демультиплексора на приеме. Технология IP (Internet Protocol Technology) – технология ―Протокола Интернет‖. Интеллектуальная телекоммуникационная технология, базирующаяся на передаче пакетов в соответствии со стеком протоколов TCP/IP. Названа по основному протоколу стека – IP. Основная задача OTN, — совместить мультисервисную передачу пакетизированных данных и системного трафика с не нагружающим сеть управлением и мониторингом любого из существующих оптических каналов. Разработанная специально для OTN функция добавления заголовков к транспортным структурам, называемая Wraped Overhead (WOH) и являющаяся по сути адаптированной к DWDM версией строительства транспортных модулей STM, сделала реальной возможность контроля и управления клиентской сигнальной информацией. Основные характеристики, изначально заложенные в технологию OTN: 1. прозрачность для протоколов передачи информации; 2. обратная совместимость со всеми существующими протоколами; 3. возможность использования прямой коррекции ошибок (FEC); 4. уменьшение затрат на регенерацию сигнала. 81 Передача данных по сети может проходить как на достаточно разнородных участках, так и внутри одного оптического сегмента. Стандарт МСЭ-Т G.709 определяет следующие функции интерфейсов оптической транспортной сети: 1. функционирование заголовков (OH) в многоканальной оптической сети; 2. создание структур оптической транспортной единицы (OTU); 3. обеспечение пропускной способности и возможности для маркировки информации. В Рекомендации МСЭ-Т G.872 описаны два типа интерфейсов для оптических транспортных сетей: IrDI (Inter-Domain Interface) и IaDI (IntraDomain Interface). “Внешний” интерфейс IrDI используется для присоединения сети одного оператора к сети другого или на внутренних стыках различных подсетей одного оператора. “Внутренний” интерфейс IaDI обслуживает только стыки однотипного оборудования одной подсети. Передача полезной нагрузки или клиентского сигнала организована следующим образом 82 К данным (Client) добавляется заголовок (OH), образуя таким образом Единицу нагрузки (OPU — Optical channel Payload Unit). Еще один OH добавляется к OPU, что составляет Единицу данных (ODU — Optical channel Data Unit). Следующий OH и данные для FEC добавляются к ODU. В результате получается транспортная единица оптического канала (OTU — Optical channel Transport Unit). Последующее добавление заголовка создает ―маркированный‖ оптический канал (OCh), передаваемый на несущей определенного ―цвета‖. Дополнительные OH могут быть добавлены к различным оптическим каналам для реализации управления маркированными каналами внутри транспортной сети. После этого формируются секции мультиплексирования (OMS) и передачи (OTS). Результатом процесса формирования становится оптический канал OCh, и содержащий полезную нагрузку (клиентский сигнал), заголовки различных уровней (структуры OH) и корректирующую информацию (FEC). Заголовок, обеспечивающий управление и контроль за OTN, состоит из четырех подструктур: Единицы нагрузки (OPU), Единицы данных (ODU), Транспортной единицы (OTU) и маркера принадлежности кадра (FAS — Frame Alignment signal). Данные (Client) или полезная нагрузка могут быть выражены в форме любого из существующих протоколов: SONET, SDH, Ethernet, IP и т. п. Тип передаваемых данных определяется с помощью OPU, содержащей маркеры различных сигналов. Стандарт G.709 на данный момент поддерживает как синхронный, так и асинхронный режим маркировки. 83 Заголовок единицы нагрузки OPU включает в себя идентификатор структуры данных (PSI — Payload Structure Identifier), имеющий идентификатор типа нагрузки (PT — Payload Type), и остаток заголовка, связанный с маркировкой данных, например, ―биты заполнения‖ (Justification bits), используемые при асинхронной маркировке. Заголовки OPU могут добавляться и убираться только в точке формирования и расформирования единицы. Функции заголовка единицы данных (ODU) : • TCM (Tandem Connection Monitoring) - (контроль взаимного соединения); • PM (Path Monitoring) – (контроль качества передачи на секции и локализация ошибок); • APS\PCC (Automatic Protection Switching and Protection Communication Channel) — управление автоматическим защитым переключением, аналогично сетям SDH; • End-to-End контроль и адаптация. Заголовок секции PM состоит из трех рядов и 10 или 12 колонок данных и включает в себя следующие составляющие: • TTI (Tail Trace Identifier). Поле TTI сходно с байтом J0, применяемым в SDH/SONET. Он используется для идентификации сигнала, передаваемого от источника к приемнику внутри сети; • BIP-8 (Bit Interleaved Parity) используется для обнаружения ошибок. Данный код вычисляется для единицы нагрузки (OPU) целиком и передается на два кадра позже; • BDI (Backward Defect Indication) — этот бит сообщает о наличии проблем с сигналом в восходящем потоке; • BEI/BIAE (Backward Error Indication и Backward incoming alignment error). Данное поле содержит информацию о Interleavedbits (битах перемежения), обнаруженных в ошибках восходящего потока; • STAT (Status bits for indication of maintenance signal) — поле, содержащее информацию о сервисных или измерительных сигналах, присутствующих в сети. 84 Уровни сигналов ODU: 1000Base-X сигнал или поток пакетов (например, Ethernet, MPLS и IP) с использованием Стандартной процедуры инкапсуляции ODU0 1,24416 ODU1 2,5 Транспорт из двух ODU0 сигналов или STS-48/STM-16 сигнала или потока пакетов (например, Ethernet, MPLS и IP). ODU2 10,0 Транспорт до восьми ODU0 сигналов или до четырех ODU1 сигналов или STS-192/STM-64 сигнала или WAN PHY (10GBASE-W) или потока пакетов (например, Ethernet, MPLS и IP). ODU3 40,3 Транспорт до 32 ODU0 сигналов или до 16 ODU1 сигналов или до четырех ODU2 сигналов или STS-768/STM-256 сигнала или транскодированный 40 Gigabit Ethernet. 104, 8 Транспорт до 80 ODU0 сигналов или до 40 ODU1 сигналов или до десяти ODU2 сигналов или до двух ODU3 сигналов или 100 Gigabit Ethernet . ODU4 ODUflex (GFP) С любой Транспорт поток пакетов (например, Ethernet, MPLS и IP) с заданной использованием Стандартной процедуры инкапсуляции скоростью Заголовок транспортной секции (OTU) Транспортная единица, или OTU, может передаваться как по одному, так и по нескольким оптическим каналам, поэтому именно в данном заголовке 85 фигурирует основное поле принадлежности кадра, а также поле корректировки ошибок FEC. Заголовок принадлежности кадра (FAS) является частью заголовка транспортной единицы. Он расположен в первом ряду и занимает с первой по шестую колонку включительно. Так как из ODU можно сформировать мультифреймовую транспортную единицу, то требуется также введение специального подзаголовка и сигнала принадлежности, который занимает седьмую колонку заголовка. Значение MFAS увеличивается с каждым дополнительным кадром. Функция прямой коррекции ошибок (FEC) Использование FEC в оптических транспортных сетях позволяет обнаруживать и исправлять битовые ошибки, возникающие вследствие физического ухудшения параметров среды передачи. Эти ухудшения подразделяются на линейные (затухание, шум, дисперсия) и нелинейные искажения (четырехволновое смешение, фазовая самомодуляция, кроссфазовая модуляция). Функция FEC, применяемая в сети, позволяет принимать оптический сигнал более низкого качества без потери связи. Реализация FEC, предусмотренная Рекомендацией G.709 предполагает использование кодов Рида-Соломона. Здесь строка OTU разбита на 16 подстрок, состоящих в свою очередь из 255 байтов. Подстроки сформированы чередованием байтов, это означает, что первая подстрока состоит из первого байта OH и первого байта полезной нагрузки и т. д. Первый байт FEC вставлен в 240-й байт первой подстроки. Так строятся все 16 подстрок. Из этих 255 байт 239 используются для вычисления суммы четности (FEC), которая передается в байтах с 240 по 255 той же самой подстроки. Код Рида-Соломона позволяет детектировать в подстроке 16-битовые ошибки или исправлять 8-битовые. G.709 определяет стандартные интерфейсы и скорости потоков. Этискорости по сравнению со стандартными уровнями SDH имеют более высокое значение, что определяется дополнительной используемой полосой, необходимой для передачи заголовков и FEC. В результате требуемая полоса для передачи потоков SDH на 7 % больше стандартной полосы синхронных интерфейсов. Несмотря на то, что технология OTN относительно новая, на сегодняшний день уже все основные производители телекоммуникационного оптического оборудования предлагают решения на ее базе, а новые сети с применением волнового мультиплексирования в транспортных потоках строятся исключительно с ее применением. 86 2.5. Беспроводной ШПД Классификация технологий и сетей БШД 87