3.1.1. Уровни иерархии sonet

Разработанная структура уровней SONET оказалась очень плотной, так что не все уровни были реализованы аппаратно в мультиплексорном оборудовании SONET. На данный момент реализо­ваны: ОС-l, З, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 96, 192, 768. Однако это не означает, что конкретный мультип­лексор SONET все их поддерживает. Первые два уровня реализуются как для электрической, так и оптической ветви SONET, остальные - только для оптической (однако обозначения типа STS-n используются в схемах мультиплексирования и часто используются как эквиваленты ОС-п).

Часть уровней ОС-п для всех п—3*т, где т=4^р, а/7=0,1,2,3,4, совпадает с уровнями т ие­рархии SDH. Другими словами существует соответствие уровней двух иерархий, показанное в табл. 3-1:

Эти уровни SONET используются наиболее широко, обеспечивая определенную совмес­тимость аппаратуры SONET и SDH. Однако в странах, использующих только иерархию SONET (например, в США) широко используются следующие уровни, приведенные в табл. 3-2 (для справки даны эквивалентные числа транспортируемых каналов :ТЗ (DS-3), Tl (DS-1), OLJ,K(DS-0)).

Из табл. 3-2 видно, что номер уровня SONET в точности соответствует числу эквивалент­ных каналов DS-3, которые могут быть отображены на полезную нагрузку соответствующего фрейма SONET.

3.1.2. Стандарты SONET

Архитектура и процедура обработки сигналов SONET основана на стандартах, разработанных ANSI, ESCA и Bellcore [36, 39-42, 120, 208-210, 366-371]. Кроме того, учитывая взаимосвязь SONET и SDH, к ним, хотя и в разной степени, относятся также стандарты серии G.700-707, раз­работанные ITU-T для SDH [13-16].

В соответствии с указанными стандартами технология SONET, как и технологии Т1 и SDH, оперирует только на физическом уровне модели OSI в отличие, например, от других локаль­ных и глобальных технологий. SONET/SDH имеет, однако, свою многоуровневую модель взаимо­действия, описанную ниже. Используя физический уровень, SONET, как и SDH, может быть ис­пользована для создания транспортной сети, например, для передачи трафика ATM и IP.

Кроме того, в соответствии с теми же стандартами технология SONET была расчитана на использование ВОК (см. табл.3-1): первоначально ММ-волокна, а затем и ОМ-волокна (преиму­щества его использования подробно рассмотрены в гл. 9). Однако это не означает, что нижние уровни SONET (ОС-1 и ОС-3) не могут использовать другие среды для передачи сигнала. Ими мо­гут быть медные кабели, витая пара или радиоэфир.

3.2. Схема мультиплексирования и формирование фрейма sonet

Мы уже отмечали, что фрейм SONET (аналогично SDH) представлен логически в виде двумерной структуры (матрицы) 9 строк на 90 столбцов (см. рис. 3-1). Физически же (при передаче) он разво­рачивается в одномерный кадр длиной 810 байт или 6480 бит. Развертка фрейма в кадр (как и в

SDH) осуществляется построчно, с первого байта верхней (первой) строки фрейма, который явля­ется флагом кадровой последовательности, до последнего байта нижней (девятой) строки.

Структура фрейма SONET отличается от структуры фрейма SDH не только размером, но и числом и расположением полей заголовков. Этих заголовков три: секционный, линейный и мар­шрутный. Вместе они занимают поле 36 байт формата 9 (строк)*4 (столбца).

• Секционный заголовок логически имеет вид матрицы 3*3 = 9 байт и соответствует заголовку регенераторной секции в SDH (см. разд. 2.2.9).

• Линейный заголовок имеет вид матрицы 6*3 = 18 байт и соответствует заголовку мультип­ лексной секции в SDH.

• Маршрутный (или, по аналогии с SDH, трактовый) заголовок имеет вид матрицы 9*1 = 9 байт и формально включается в полезную нагрузку STS-1, соответствуя аналогичному заголовку VC-4 в структуре фрейма STM-1 технологии SDH. Поле указателя административного блока AU-4, фигурирующее в SDH здесь отсутствует, как и само понятие административного блока.

Как указывалось выше, собственно полезная нагрузка, имеющая вид матрицы 9*86 = 774 байта (за вычетом маршрутного заголовка), позволяет осуществлять передачу на скорости 49,536 Мбит/с (774x8x8000=49,536) и отображать трибы DS3 (ТЗ), имеющие скорость 44,736 Мбит/с. Однако она не позволяет отображать трибы PDH верхнего уровня. Для того, чтобы иметь возмож­ность отобразить триб Е4 (140 Мбит/с) приходится использовать конкатенацию трех фреймов STS-1 (фактически конкатенацию SPE, формируя SPE-Зс), не предусмотренную первоначальным стандартом SONET, но позволяющую формировать сигнал STS-3 (см. рис. 3-4), соответствующий модулю STM-1 в технологии SDH (3x51.84=155.52 Мбит/с). В настоящее время стандарт SONET позволяет (с различной степенью эффективности) отображать все стандартные трибы PDH всех трех систем иерархий PDH.

Как и в SDH, здесь также используются два режима отображения полезной нагрузки на поле фрейма: фиксированный и плавающий. При плавающем режиме используются указатели, определяющие позицию первого байта полезной нагрузки. Указатели располагаются в поле ли­нейного заголовка. В целом указанные заголовки несут следующую функциональную нагрузку:

• секционный заголовок - содержит идентификатор (флаг) начала сигнала STS-1 (выполняет функцию фрейминга - синхронизации фрейма), осуществляет контроль ошибок, используется для служебной связи и передачи сигналов аварийного состояния;

• линейный заголовок - содержит указатели положения полезной нагрузки, осуществляет кон­ троль ошибок, используется для служебной связи, диагностики, мониторинга состояния систе­ мы и передачи сигналов аварийного состояния;

• маршрутный заголовок - осуществляет проверку правильности маршрута, типа оборудования и типа полезной нагрузки, а также осуществляет контроль ошибок.

Рассмотрим первоначально упрощенный вариант схемы мультиплексирования сигналов в процессе формирования STS-1 в технологии SONET. Она может быть осуществлена, например, двумя путями, как показано на рис. 3-2 и рис. 3-3.

В схеме на рис. 3-2 на первом этапе используется стандартная схема формирования трибов PDH иерархии. Сначала мультиплексируются 4 сигнала DS1 (Т1), образуя на выходе DS2 (Т2), за­тем мультиплексируются 7 сигналов DS2 (Т2), образуя на выходе DS3 (ТЗ). На втором этапе сиг­нал DS3 с помощью сервисного адаптера SONET SA преобразуется в сигнал STS-1. На тетьем этапе несколько (и) таких сигналов могут мультиплексироваться для образования сигнала STS-n, который преобразуется окончательно в ОС-п.

В схеме, приведенной на рис. 3-3 стандартная процедура формирования трибов PDH ие­рархии не используется. На первом этапе с помощью сервисного адаптер SA входы (например, 28 сигналов DS1, или Т1) преобразуются в виртуальные трибы VT (аналог виртуальных контейне­ров в SDH), которые мультиплексируются, образуя на выходе сигнал STS-1. На втором этапе не­сколько (я) таких сигналов могут мультиплексироваться для образования сигнала STS-n, который преобразуется окончательно в несущую ОС-n. Ниже указанная схема формирования будет рас­смотрена более подробно.

3.2.1. Методы формирования полезной нагрузки фреймов SONET

Обе частные схемы мультиплексирования, а также процедура конкатенации, описанные выше, ис­пользуются в расширенной схеме мультиплексирования (формирования полезной нагрузки в SONET), допускающей на входе шесть различных трибов DSl, El, DS1C, DS2, DS3 и Е4. Эта схе­ма приведена на рис. 3-4.

По схеме обработке, все трибы можно разбить на три группы. Четыре триба: DS1, Е1, DS1C, DS2 относятся к первой группе каналов доступа, триб DS3 - ко второй, триб Е4 - к третьей.

Трибы первой группы на первом этапе преобразуются сервисным адаптером в виртуаль­ные трибы VT-1,5; VT-2; VT-3 и VT-6 соответственно, по одной из схем преобразования, завися­щей от типа входного триба. На втором этапе эти виртуальные трибы мультиплексируются в группы виртуальных трибов VTG с коэффициентами мультиплексирования, зависящими от типа VT, так, чтобы на выходе VTG сформировался единый фрейм 6,912 Мбит/с. Семь таких фреймов далее мультиплексируются и погружаются в оболочку SPE, которая затем инкапсулируется во фрейм STS-1.

Триб второй группы DS3 с помощью сервисного адаптера (в отличие от предыдущего слу­чая) сразу погружается в SPE, а затем инкапсулируется во фрейм STS-1.

Триб третьей группы Е4, в силу своего размера, не может уместиться в SPE, поэтому сер­висный адаптер готовит для него оболочку большего размера SPE-Зс путем соединения (конкате­нации) трех SPE. Далее Е4 погружается в SPE-Зс, а затем инкапсулируется во фрейм STS-3 третьего уровня иерархии SONET.

Полученные сигналы, соответсвующие фреймам STS-1 и STS-3, затем преобразуются из электрической формы (STS-1E, STS-3E) в оптические несущие ОС-1 (STS-1O) и ОС-3 (STS-3O).

На рис. 3-4 приведены также некоторые схемы формирования фреймов STS-n, начиная с STS-3. Схемы их формирования различны. Так, фрейм STS-3 формируется по схеме байт-мультиплексирования трех фреймов SPE. Последующие фреймы формируются по схеме мультип­лексирования либо фреймов STS-1 (как, например, фрейм STS-9), либо фреймов STS-1 или STS-3 (как фрейм STS-12: одноэтапная процедура мультиплексирования использует STS-1, двухэтапная -STS-1 и STS-3). Фреймы других уровней иерархии SONET формируются на основе различных возможных схем. Например, фреймы уровней, совместимых с соответствующими уровнями SDH (STS-48, STS-192 и STS-768), формируются на основе фрейма STS-12 по схеме мультиплексиро­вания с коэффициентом 4 и байт-интерливингом: STS-12 -> STS-48 -> STS-192 -> STS-768.

3.2.1.1. Схемы формирования виртуальных трибов

Схемы формирования виртуальных трибов VT зависят от типов трибов. Рассмотрим их кратко и приведем параметры VT-n.

Виртуальный триб VT-1,5

Трибы DS1 (Т1 - 1544 кбит/с) со входа канала доступа, имеющие формат биполярного ко­да (BI), преобразуются на первом этапе в формат униполярного кода (UNI). На втором этапе к ним добавляются биты флагов и буферные биты, что увеличивает скорость до 1648 кбит/с. На третьем этапе добавляется заголовок виртуального триба VT-1,5 ОН, увеличивая скорость до 1728 кбит/с. В результате мультиплексирования 4 таких VT получаем сигнал 6912 кбит/с (1728x4=6912) на вы­ходе группы VTG. VT-1,5 можно представить в виде кадра длиной 27 байт, или фрейма размером 9x3. Из 27 байт только 24 используются под 24 тайм-слота (каналы ОЦК), используемые в схеме формирования 1 уровня AC PDH иерархии Т1. Три байта (1 строка фрейма 9x3) используются в схеме управления SONET.

Виртуальный триб VT-2

Трибы СЕРТ1 (Е1 - 2048 кбит/с) со входа канала доступа, имеющие формат биполярного кода (BI) преобразуются на первом этапе в формат униполярного кода (UNI). На втором этапе к ним добавляются биты флагов, буферные биты и заголовок виртуального триба VT-2 ОН, увели­чивая скорость до 2304 кбит/с. В результате мультиплексирования 3 таких VT получаем сигнал 6912 кбит/с (2304x3=6912) на выходе VTG. VT-2 можно представить в виде кадра длиной 36 байт, или фрейма размером 9x4.

Виртуальный триб VT-3

Трибы DS1C (3152 кбит/с) со входа канала доступа, имеющие формат биполярного кода (В1) преобразуются на первом этапе в формат униполярного кода (UNI). На втором этапе они де­мультиплексируются (с коэффицентом 2) до уровня DSls, затем к ним добавляются биты флагов и

буферные биты, а на третьем этапе добавляется Заголовок виртуального триба VT-3 ОН, увеличи­вая скорость до 1728 кбит/с. В результате мультиплексирования 4 таких VT получаем сигнал 6912 кбит/с (1728x4=6912) на выходе группы VTG. VT-3 можно представить в виде кадра длиной 54 байта, или фрейма размером 9x6.

Виртуальный триб VT-6

Трибы DS2 (6312 кбит/с) со входа канала доступа, имеющие формат биполярного кода (BI) преобразуются на первом этапе в формат униполярного кода (UNI). На втором этапе они де­мультиплексируются (с коэффициентом 4) до уровня DSls, затем к ним добавляются биты флагов и буферные биты, а на третьем этапе добавляется заголовок виртуального триба VT-3 ОН, увели­чивая скорость до 1728 кбит/с. В результате мультиплексирования 4 таких VT получаем сигнал 6912 кбит/с (1728x4=6912) на выходе группы VTG. VT-6 можно представить в виде кадра длиной 102 байта, или фрейма размером 9x12.

Ниже приведена итоговая табличка, характеризующая структуру и скорость различных трибов и виртуальных трибов.

3.2.1.2. Методы формирования SPE

Рассмотренные выше виртуальные трибы являются основными строительными блоками, поме­щаемыми в оболочку SPE при формировании полезной нагрузки, состоящей из первых четырех трибов. Рассмотрим кратко как она формируется для каждого отдельного типв VT. Оболочка STS-1 SPE для VT-1,5

Согласно рис. 3-4 и определению SPE, собственно поле PL размером 9x86. будет заполне­но 7 группами VTG, каждая из которых занимает поле 4xVT-l,5, или 4x9x3 = 9x12, т.е. будет за­полнено только 84 столбца: 7x9x12 = 9x84. Два столбца, а именно 30 и 59, будут формироваться как резервные (R). Таким образом, структура указанного SPE (по столбцам матрицы 9x87) прини­мает вид (см. также рис. 3-5): 1 - STS-1 POH;

2-29 - 28 байт 28 виртуальных трибов VT-1,5, распределенных тремя группами по 28 байт с ис­пользованием двухуровневой схемы байт-интерливинга: на первом уровне с шагом 4 (мультиплексирование VT), на втором - с шагом 7 (мультиплексирование VTG) так, что первый VT-1,5 располагается в колонках 2, 31, 60, второй - в колонках 3, 32, 61 и т.д. до последнего VT в колонках 29, 58, 87; заметим, что первая строка поля 9х(2-29) (см. п.3.2.1.1.) используется для целей управления; 30 - первый столбец резервных байт R;

31-58 - следующие 28 байт виртуальных трибов - продолжение поля SPE; 59 - второй столбец резервных байт R;

60-87 - последняя группа из 28 байт виртуальных трибов - продолжение поля SPE. Оболочка STS-1 SPE для VT-2

Общая схема распределения столбцов (с выделением 30 и 59 столбцов под резервные) аналогична предыдущему. Разница только в том, что в поле SPE представлены 21 VT-2, распреде­ленные четырьмя группами по 21 байт, а схема интерливинга имеет шаги 3 и 7 (см. рис. 3-5) так,

что первый VT-2 располагается в колонках 2, 23, 45, 67, а последний - в колонках 22, 44, 66, 87; заметим, что первая строка поля 9х(2-22) (см. п.3.2.1.1.) используется для целей управления.

Оболочка STS-1 SPE для VT-3

Общая схема распределения столбцов аналогична предыдущему. Разница только в том, что в поле SPE представлены 14 VT-3, распределенные шестью группами по 14 байт, а схема ин­терливинга имеет шаги 2 и 7 (см. рис. 3-5) так, что первый VT-3 располагается в колонках 2, 16, 31, 45, 60, 74, а последний - в колонках 15, 29, 44, 58, 73, 87; заметим, что первая строка поля 9х(2-15) (см. п.3.2.1.1.) используется для целей управления.

Оболочка STS-1 SPE для VT-6

Общая схема распределения столбцов аналогична предыдущему. Разница только в том, что в поле SPE представлены 7 VT-6, распределенные 12 группами по 7 байт, а схема интерливин­га имеет шаги 1 и 7 (см. рис. 3-5) так, что первый VT-6 располагается в колонках 2, 9, 16, 23, 31, 38, 45, 52, 60, 67, 74, 81, а последний - в колонках 8, 15, 22, 29, 37, 44, 51, 58, 66, 73, 80, 87; заме­тим, что первая строка поля 9х(2-8) (см. п.3.2.1.1.) используется для целей управления.

Окончательно схема распределения столбцов VT при отображении всех четырех типов VT приведена на рис. 3-5 [207]. Для удобства распознавания элементов мультиплексированной струк­туры использованы следующие обозначения: А, В, С, D (для VTG-1,5), X, Y, Z (для VTG-2), М, N (для VTG-3), О (для VTG-6).

3.2.1.3. Структура управляющих заголовков SONET

Как было отмечено выше, фрейм STS-1 имеет три управляющих заголовка: секционный, линейный и маршрутный, состоящие из трех полей размером 3x3, 6x3 и 9x1, соответственно. Кроме этого, для управления передачей VT требуется структура мулыпифрейма, составленного из 4 фреймов (с периодом повторения 125x4=500 мкс), в каждом из которых используется по однобайтному за-

головку. Полученное распределенное 4-х байтное поле может интерпретироваться как заголовок виртуального триба (VT РОН) Байты этих заголовков имеют следующий смысл (см. рис. 3-6) [207, 372].

Секционный заголовок

Al, A2 - байты фрейминга (синхронизации), ис­пользуемые для фиксации начала фрейма. С1- байт (или J0/Z0 байт), используемый для иден­тификации порядкового номера сигнала STS-1, используемого в схеме байт-интерливинга фрей­ма STS-n (JO байт в первом STS-1 и Z0 байт в по­следующих STS-1).

В1- байт, содержащий результат контроля четности процедурой BIP-8, вычисленный на битах секци­онного заголовка предыдущего посланного фрейма, который помещается в заголовке теку­щего фрейма STS-1 (определяется только для первого STS-1 в сигнале STM-N). Е1- байт служебной связи, используется для созда­ ния канала 64 кбит/с голосовой связи с целью обслуживания связи между терминалами, кон­центраторами и регенераторами. F1 - байт, использумый сетевыми операторами для своих нужд и обрабатываемый на границах

секций.

Dl, D2, D3 - байты для формирования служебного канала передачи данных DCC секции емко­стью 192 кбит/с, используемого для управления сигнализацией, передачи сигналов аварийного состояния AIS и других сигналов управления.

Байты секционного заголовка SONET соответствуют байтам 1, 4 и 7 столбцов такого же заголовка SDH, см. рис. 2-20 (гл. 2).

Линейный заголовок

HI, Н2- байты указателя, дающие число байт смещения, на которое отстоит от указателя первый байт SPE, что позволяет ему располагаться в любом месте поля полезной нагрузки фрейма SONET/SDH.

НЗ - байт модификации указателя, применяемый тогда, когда используется отрицательное вы­равнивание.

В2- байт, содержащий результат контроля четности процедурой BIP-8, вычисляемый на битах предыдущего линейного заголовка.

К1.К2-байты, используемые в схеме автоматического аварийного защитного переключения (APS).

D4-D12 - байты для формирования служебного канала передачи данных DCC линейного участка емкостью 576 кбит/с, используемого для тех же целей, что и D1-D3.

S/Z1 - байт, содержащий либо байт S - байт статуса синхронизации (биты 5-8) для STS-1/ОС-1 или первого STS-1 в фрейме STS-n, либо байт Z1 -резервный байт, рассчитанный на последующее использование - во всех остальных случаях.

M/Z2 - байт, содержащий либо байт М (варианты МО и Ml), либо байт Z2 - резервный байт, рас­считанный на последующее использование в тех случаях, когда не используются варианты М. Байт МО определен для STS-1, биты 5-8 МО используются для реализации функции REI-L - ин­дикации ошибки на удаленном конце линии (новый термин, известный раньше как Line FEBE), в них помещаются сигналы ошибки, обнаруженной на уровне LTE. Байт Ml размеща­ется на месте Z2 в третьем STS-1 (в случае использования схемы формирования STS-n).

Е2- байт, формирующий канал 64 кбит/с для голосовой связи персонала между узлами сети SONET.

Маршрутный заголовок

В отличие от двух предыдущих, заголовок маршрута РОН остается с полезной нагрузкой до тех пор, пока она не демультиплексируется в терминальных точках сети. Байты этого заголовка обрабатываются во всех точках маршрута на пути следования SPE в сети SONET/SDH. РОН обес­печивает обработку 4 классов функций:

• Класс А - функции, не зависящие от полезной нагрузки (обеспечиваются всеми типами обору­ дования);

• Класс В - функции, зависящие от характера полезной нагрузки (обеспечиваются только спец­ оборудованием);

• Класс С - функции заголовка, зависящие от пользователя (обеспечиваются только спецобору­ дованием);

• Класс D - функции, зарезервированные для последующего использования.

Ниже рассмотрено назначение байт в заголовке РОН при выполнении функций класса А. Л - байт трассировки маршрута, используется для периодически повторяемой передачи 64-

байтной или 16-байтной (ITU-T Rec. E.I64) строки для мониторинга наличия связи между

мультиплексорами, установленными на данном маршруте. ВЗ- байт, содержащий результат контроля четности процедурой BIP-8 предыдущего заголовка

РОН перед скремблированием. С2- байт, содержащий метку, указывающую тип полезной нагрузки в SPE, например: SMDS.

FDDI и др. G1 - байт статуса маршрута, содержащий информацию о статусе терминирования маршрута и

мониторинга ошибок, в частности BER, посланную мультиплексору, сформировавшему этот

маршрут. При этом биты 1-4 содержат REI-P (известную ранее как Path FEBE), биты 5-7 - RDI-

Р, а бит 8 не определен. F2- байт, зарезервированный для использования оператором сети в рамках обеспечения функций

класса С. Н4 - байт, позволяющий идентифицировать организацию мультифрейма виртуального триба и

определенные типы нагрузки в рамках тех функций, что реализуются в классе В (например,

дать указатель начала загрузки ячеек ATM).

Z3-Z5 - байты, зарезервированные для реализации функций класса D. Заголовок виртуального триба

Этот распределенный заголовок состоит из 4 байт: V5, J2, Z6 и Z7 (обозначаемых также как байты VI, V2, V3 и V4). Этот заголовок обеспечивает связь между точкой сборки VT SPE и точкой его разборки. Причем байт V5(V1) является первым байтом VT SPE (т.е тем байтом, кото­рый содержится в адресе указателя полезной нагрузки VT - VT РР), а байты J2 (V2), Z6 (V3), Z7 (V4) расположены в аналогичных ячейках последующих (2, 3 и 4) фреймах мультифрейма.

Указанные байты имеют следующую структуру:

биты 1,2- содержит результат мониторинга ошибок (процедура BIP-2); бит 3 - содержит указатель ошибки на удаленном конце (функции REI-V, то же, что и Path

FEBE); бит 4 - содержит указатель сбоя на удаленном конце (функция RFI-V) при байт-синхронном

формате отображения DS1 в оболочку VT SPE;

биты 5-7 - содержат метку типа сигнала, погруженного в VT SPE; бит 8 - содержит указатель наличия дефекта на удаленном конце (функция RDI-V).