Мультиплексоры синхронной цифровой иерархии

Системам передачи и сетям плезиохронной цифровой иерархии (PDH) свойственны следующие недостатки:

1. добавление выравнивающих бит делает невозможным идентификацию и вывод, например потоков 64 кбит/с и 2 Мбит/с, зашитых в поток 140 Мбит/с без полного демультиплексирования или «расшивки» этого потока и удаления выравнивающих бит в промежуточных пунктах.

2. тратится много времени на многоступенное восстановление синхронизма при его нарушении

3. громоздкость и малонадежные технические решения

4. увеличение фазовых дрожаний из-за неточности согласования скоростей с увеличением числа ступеней группообразования

5. слабые возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоками в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации низовых мультиплексируемых цифровых потоков.

Указанные недостатки отсутствуют у модулей сетей синхронной цифровой иерархии (SDH). В тоже время они обладают целым рядом преимуществ:

1. упрощение сети, вызванное тем, что в SDH сети один мультиплексор ввода-вывода, позволяя непосредственно вывести, например, сигнал 2 Мбит/с из цикла или ввести в цикл синхронного транспортного модуля STM-1 (скорость передачи 155 Мбит/с), заменяет целую гирлянду мультиплексоров РDH, давая экономию не только в оборудовании и его цене, но и в требуемой площади для размещения, экономию в питании и обслуживании.

2. выделение полосы пропускания по требованию, сервис, который раньше мог быть осуществлен только по заранее спланированной договоренности (за несколько дней). В SDH сети, например, канал для видеоконференций может быть предоставлен в считанные секунды.

3. простота наращивания мощности, переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществлять, просто вынув одну группу блоков и вставив новую.

4. надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленная, во-первых, тем, что сеть использует волоконно-оптические кабели, передача по которым не подвергается действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий альтернативные пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети.

5. гибкость управления сетью, обусловленная наличием достаточно широкополосных каналов управления, а также возможностью автоматического дистанционного управления сетью из одного центра.

Поэтому несомненный интерес представляет изучение архитектуры и функциональных модулей сетей SDH.

Функциональные модули сети sdh

Набор модулей, из которых строятся SDH-сети и мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминальных устройств определяется следующими основными операциями, выполняемыми при передаче данных по сетям:

• сбор входных потоков с помощью каналов доступа (трибов) в агрегатный блок, транспортируемый по сети

• передвижение агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных потоков

• передача виртуальных контейнеров из одного сегмента сети в другой с помощью коммутаторов или кросс-коннекторов (Digital Cross-Connect – DXC)

• объединение нескольких однотипных потоков в распределительном узле-концентраторе

• восстановление формы и амплитуды сигналов, передаваемых на большие расстояния

• сопряжение с сетями пользователей с помощью согласующих устройств-конверторов интерфейсов, скоростей, импедансов и т. д. [2]

Мультиплексор (multiplexer - MUX) – основной функциональный модуль сетей SDH и PDH. Этим термином обозначают устройства сборки (мультиплексирования) высокоскоростного потока из низкоскоростных и разборки (демультиплексирования), т. е. выделения из высокоскоростного низкоскоростных потоков.

SDH-мультиплексоры (SMUX) в отличие от мультиплексоров, используемых в сетях PDH, могут выполнять и функции собственно мультиплексора и устройства терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH-иерархии непосредственно к своим входным портам. К тому же, они способны решать задачи коммутации, концентрации и регенерации вследствие их конструкции. Таким образом, их возможности зависят лишь от системы управления и состава модулей. Различают два типа мультиплексоров: терминальные и ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор (Terminal multiplexer - TM) является оконечным устройством SDH-сети с некоторым числом каналов доступа, соответствующим определенному уровню PDH- и SDH-иерархий. Для мультиплексора четвертого уровня SDH-иерархии (STM-64), имеющего скорость выходного потока 10 Гбит/с, входными каналами могут служить PDH-трибы со скоростью передачи данных 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с и SDH-трибы со скоростью 155, 622 и 2500 Мбит/с (соответствующие STM-1, STM-4, STM-16). Если PDH- каналы являются электрическими, то каналы SDH- могут быть как электрическими (SDH-1), так и оптическими. У мультиплексоров третьего уровня исключается входной канал со скоростью 2500 Мбит/с, второго – еще и канал со скоростью 622 Мбит/с. У мультиплексоров первого уровня входными могут быть только PDH-трибы. Конкретный мультиплексор может и не поддерживать полный набор входных каналов доступа.

Важной особенностью SDH-мультиплексора является наличие двух оптических выходов (каналов приема/передачи) называемых агрегатными, используемых для резервирования или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надежности [3]. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резервными (линейная топология), или восточными и западными (кольцевая топология). Нужно заметить, что термины «восточный» и «западный», применительно к сетям SDH (рис. 17.2.2. в Приложении) используются достаточно широко для указания на два прямо противоположных пути распространения сигнала в кольцевой топологии: один по кольцу влево – «западный», другой – по кольцу вправо – «восточный». Они не обязательно являются синонимами терминов «основной» и «резервный». Если резервирование не применяется, то достаточно одного выхода.

Мультиплексор ввода/вывода (Аdd/Drop Multiplexer - ADM) может иметь тот же набор каналов ввода, что и терминальный мультиплексор и дополнительно такой же набор каналов вывода.

Концентратор – вырожденный случай мультиплексора. Он объединяет однотипные потоки нескольких удаленных узлов сети в одном распределительном узле, связанном с главной транспортной магистралью. Это позволяет уменьшить общее число подключенных непосредственно к ней каналов. Концентратор дает возможность удаленным узлам обмениваться информацией между собой, не загружая основной трафик.

Регенератор (рис. 17.1.1. в Приложении) – это мультиплексор, имеющий один входной канал доступа (как правило, оптический канал STM-n) и один или два (при использовании защиты 1+1) агрегатных выхода. Его применяют, если нужно увеличить расстояние между узлами SDH-сети. Без регенерации для одномодовых волоконно-оптических кабелей оно составляет 15-40 км (при длине волны порядка 1300 нм) или 40-80 км (1500 нм), а с помощью регенератора его можно увеличить до 250-300 км.

Коммутатор – устройство, позволяющее связывать различные каналы, закрепленные за пользователями, путем организации полупостоянного перекрестного соединения между ними. Тем самым становится возможной маршрутизация в SDH-сети на уровне виртуальных контейнеров VC-n, управляемая менеджером сети в зависимости от заданной конфигурации.

Возможность внутренней коммутации каналов физически заложена в SDH-мультиплексоре. Так, если менеджер полезной нагрузки устанавливает логическое соответствие между каналом доступа и трибным блоком TU, как показано на рис. 17.1.2. в Приложении, то это означает установление внутренней коммутации каналов. Коммутация собственных каналов доступа мультиплексора, рис. 17.2.1. в Приложении, носит название локальной коммутации каналов.

Однако обычно используют специально разработанные коммутаторы (Synchronous Digital Cross-Connects - SDXC), осуществляющие не только локальную, но и сквозную (общую) коммутацию высокоскоростных потоков (со скоростью 34 Мбит/с и выше) и синхронных транспортных модулей STM-N.

9