Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

lektsii_novye_2013.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.07.2025

Размер:

5.5 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 11014 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 > Следующая >>>

2.2.2. Процедура контейнирования нагрузки.

Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH (американской ANSI или европейской ETSI иерархии) создает трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные PDH сначала структурируются (укладываются) в контейнеры (рис. 1.2). Затем к контейнеру добавляются заголовок и указатели, в результате после мультиплексирования контейнеров нижних уровней образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети STM-1 передаются в системе SDH разных уровней STM-N, но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т. е. имеет место мультиплексирование не только контейнеров, но и транспортных модулей. Вся эта процедура называется контейнированием нагрузки.

64 кбит/с

Данные

Контейнер

Мультиплексирование контейнеров

Мультиплексирование транспортных модулей

Рис. 2.4. Общие принципы контейнирования в технологии SDH.

Нагрузка (цифровой поток PDH), которая в аллегории представляет собой товар, преобразуется в структурированные (стандартные по размеру) контейнеры С. Контейнеры – это эквивалент ящиков. Затем к контейнеру присоединяется заголовок маршрута (надпись на ящике), в результате образуется виртуальный контейнер (ящик, подготовленный к загрузке в вагон). Виртуальный контейнер обозначается VC. К виртуальному контейнеру добавляется указатель, в результате чего появляется трибутарный блок TU (рис. 2.5).

Разные по скорости потоки PDH преобразуются в разные контейнеры C-n. Размер контейнеров C-n выбирался в соответствии с допустимой вариацией скорости потока PDH. Например, для передачи потока Е1 (2048 кбит/с) нельзя использовать контейнер С такого же размера, т. к. возможно, что в результате вариации скорости на вход мультиплексора придет не 2048 кбит/с, а 2049 кбит/с и поток не поместится. Обычно все такие отклонения от номинальной скорости передачи связаны с системами синхронизации, поскольку скорость передачи и частота передачи – синонимы. Различают как постоянное отклонение в скорости передачи, так и переменное. Например, портом А и портом В мультиплексора может быть постоянная разница или изменяющаяся во времени. Чтобы компенсировать отклонение в частоте размер контейнера выбирался с запасом на вариацию. Процедура выравнивания скоростей разных потоков при формировании контейнеров C-n называется стаффингом. Стаффинг представляет собой процедуру «дополнения» потока служебными битами. Основной проблемой здесь является создание процедуры распознавания и удаления стаффинговых битов при выгрузке потока из контейнера. Возвращаясь снова к аллегории поезда, стаффинг – это уплотнители, которые мы кладем ящик, чтобы не побить хрупкий товар.

Нагрузка (поток данных PDH)

Контейнер (С)

Виртуальный контейнер (VC)

Трибутарный блок (TU)

Рис. 2.5. От контейнера С до трибутарного блока TU.

Если детально рассмотреть стаффинг, то можно выделить два типа битового стаффинга:

- Плавающее выравнивание предусматривает компенсацию переменной разницы в скоростях загружаемых цифровых потоков. В этом случае полезная нагрузка в контейнере может гибко увеличиваться или 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 уничтожению в процессе выгрузки.

- Фиксированное выравнивание предусматривает добавление в состав контейнера дополнительных битов для того, чтобы его размер соответствовал стандартному (стаффинговые биты «дополнения»). В отличие от процесса плавающего выравнивания где стаффинговые биты идентифицируются индикаторами, в процессе фиксированного выравнивания индикаторы не используются, т. к. место расположения этого стаффингового поля определено структурой контейнера.

В процессе загрузки и выгрузки цифрового потока используются оба типа выравнивания.

В качестве примера рассмотрим загрузку потока 140 Мбит/с в транспортный модуль STM-1 (рис 2.6).

SOH

12 байт

Значения битов:

I IIII IIII C индикатор стаффинга

X CRRR RROO O биты заголовка

Y RRRR RRRR R биты фиксированного стаффинга

Z IIII IISR S стаффинговый или информационный бит

Рис. 2.6. Загрузка потока 140 Мбит/с в синхронный транспортный модуль.

Как видно из рисунка, в процессе загрузки потока 140 Мбит/с в синхронный транспортный модуль используются процедуры фиксированного выравнивания (биты R) и плавающего выравнивания (биты S, индикаторы С). Процедура фиксированного выравнивания используется чаще и связана с байтами X, Y и Z. Процедура плавающего выравнивания связана с использованием байтов X и Z, причем непосредственно стаффинговые биты плавающего выравнивания передаются в байте Z. Байт Х содержит индикатор стаффинга, передаваемый периодически (до появления байта Z индикатор передается 5 раз).

В качестве второго примера рассмотрим загрузку потока 34 Мбит/с (Е3), представленную на рис. 2.7.

VC-3

POH

1 86

J 1

UG-3 85

Т1

VC-3

3x8I

A B 8I

X = RRRRRRRR R = Бит фиксированного стаффинга

C = RRRRRRC1C2 C1,C2 = Бит контроля стаффинга

A = RRRRRRRS1 S1,S2 = Бит стаффинга

B = S2 I I I I I I I I = Информационный бит

Рис. 2.7. Загрузка потока Е3 (34 Мбит/с).

Как следует из рисунка, загрузка потока Е3 в группу трибутарных блоков TUG-3 во многом аналогична загрузке потока Е4 (рис. 2.6). И в том и в другом случае используются виртуальные контейнеры верхнего уровня – VC-3 и VC-4, соответственно. В обоих случаях используется процедура стаффинга, причем как фиксированного (биты R), так и плавающего или переменного (биты S). Для идентификации битов переменного стаффинга используются индикаторы стаффинга (биты С). На рис. 2.7 помимо процедуры стаффинга представлена также структура заголовков, в том числе трактовый заголовок (маршрута) верхнего уровня VC-3 POH. Информационные байты или поля, составляющие этот заголовок, будут рассмотрены позже.

Наконец, в качестве примера образования виртуального контейнера нижнего уровня рассмотрим асинхронную загрузку потока 2 Мбит/с, как наиболее часто используемый вариант загрузки цифрового потока (рис. 2.8). Здесь представлена побайтовая структура загруженного в синхронный транспортный модуль потока Е1 (2о48 кбит/с). На рисунке отдельно выделены байты трактового заголовка РОН (V5, J2, N2 и К4), которые будут рассмотрены позже. Можно видеть, что в процессе асинхронной загрузки потока Е1 также использованы процедуры фиксированного и плавающего выравнивания.

За счет использования процедуры стаффинга размер контейнера C-n превосходит соответствующий ему размер загружаемого потока E-n иерархии PDH. Допустимые значения вариации скоростей загружаемых потоков PDH и соответствующие им контейнеры приведены в таблице 2.2. Допустимое изменение скорости потоков включает в себя как постоянную, так и переменную вариацию.

Если рассмотреть процесс контейнирования от поступления нагрузки, например, потока Е1 до образования синхронного транспортного модуля STM-1, то получится более сложная, чем на рис. 2.6 картина. Детально этот процесс представлен на рис. 2.9. Здесь представлена полная схема (по ETSI) контейнирования потоков Е1 и формирования синхронного транспортного модуля STM-1.

32 байта

C1 C2 O O O O R R

32 байта

C1 C2 O O O O R R

32 байта

C1 C2 R R R R R S1

S2 D D D D D D D

31 байт

R R R R R R R R

РОН

C VC-12

РОН

140байт V VC-12

500 мкс

РОН

VC-12

РОН

VC-12

С – индикатор стаффинга D – информационный бит О – бит заголовка

R – бит фиксированного стаффинга S – стаффинговый или информационный бит

Рис. 2.8. Асинхронная загрузка потока 2 Мбит/с в синхронный транспортный модуль.

Таблица 2.2. Допустимые значения вариации скорости

потока и различные типы контейнеров.

Скорость цифрового потока в Мбит/с	Максимально допустимая вариация скорости, ррm	Скорость цифрового потока в контейнере, Мбит/с	Название контейнера
1,544	50	1,600	С11
2,048	50	2,176	С12
6,312	30	6,784	С21
34,368	20	36,864	С31
44,736	20	48,384	С32
139,264	15	149,760	С4

С-12

VC-12

TU-12

TUG-2

VC-12 POH

VC-12 PTR

Биты

TUG-3

VC-4

AU-4

AUG

VC-4 POH

AU-4 PTR

STM-1

SOH

Рис. 2.9. Формирование синхронного транспортного модуля STM-1 из потока Е1.

Как видно из рисунка, в процессе формирования синхронного транспортного модуля к нагрузке (товару) сначала добавляются выравнивающие биты (стаффинг), а также фиксированные, управляющие и упаковывающие биты. В результате образуется контейнер С-12. К нему добавляется маршрутный (трактовый) нижнего уровня VC-12 POH – название ящика, в результате формируется виртуальный контейнер VC-12 (ящик). Добавление к виртуальному контейнеру VC байта указателя PTR (реестр у проводника вагона) превращает VC в трибутарный блок TU. Затем происходит процедура мультиплексирования блоков нагрузки в группы трибутарных блоков TUG различного уровня ( укладка ящиков в вагон по своим местам) вплоть до формирования виртуального контейнера верхнего уровня VC-4 (вагон). В результате присоединения трактового заголовка VC-4 POH (название вагона) и указателя AU PTR (реестр у машиниста) образуется административный блок AU, к которому присоединяется секционный заголовок SOH (локомотив). Таким образом, образуется синхронный транспортный модуль (поезд), который передается по сети SDH.

Детальный пример схемы формирования синхронного модуля STM-1.

При детальном рассмотрении логическую схему формирования синхронного транспортного модуля СТМ-1 из компонентных потоков Е1 можно разделить на 8 шагов. При этом следует иметь в виду, что в физической схеме положение отдельных элементов схемы, например указателей, не соответствует их месту в логической схеме, кроме того используется ряд резервных или фиксирующих элементов, играющих роль «наполнителей», или элементов управления, или элементов выравнивания СЦИ цикла.

Шаг 1. Процесс начинается с формирования контейнера С12, который наполняется компонентным потоком Е1, поступающим из канала доступа. Поток 2,048 Мбит/с, для удобства последующих рассуждений, лучше представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, повторяющейся с частотой 8 кГц, совпадающей с частотой повторения цикла СТМ-1.

К этой последовательности в процессе формирования С-12 возможно добавление выравнивающих бит, а также других служебных бит. Ясно, что емкость С-12 будет больше 32 байт, фактически она, как будет видно из дальнейшего, в зависимости от режима преобразования VC-12 в TU-12 будет больше или равна 34 байтам. Для конкретизации последующих рассуждений примем размер контейнера С-12 равным 34 байтам.

Шаг 2. Далее к контейнеру С-12 добавляется трактовый (маршрутный) заголовок VC-12 POH длиной в один байт с указанием информации, используемой для сбора статистики прохождения контейнера. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт.

Шаг 3. Добавление указателя TU PTR к виртуальному контейнеру превращает его в трибутарный блок TU-12 длиной 36 байт. Формально это удобнее представить в виде двумерной матрицы 9 х 4 байт, учитывая, что окончательная структура – модуль СТМ-1 – также формально представляется в виде двумерной матрицы 9 х 270 байт с 9 строками и 270 столбцами.

Замечание 1. Преобразование виртуального контейнера VC-12 в трибутарный блок TU-12 и последующее мультиплексирование может проходить по двум схемам, или в двух режимах: плавающем и фиксированном. Достоинство плавающего режима в том, что он допускает использование указателей для определения истинного положения контейнера в поле полезной нагрузки, а значит допускает определенную асинхронность в транспортировке контейнера и является средством гибкого динамического выравнивания положения контейнера внутри структуры, в которую он погружен. Фиксированный режим использует фиксированное синхронное отображение струкурированной информации трибутарных блоков на поле полезной нагрузки контейнеров верхних уровней. Достоинство такого режима – более простая структура TU или TUG, недостаток – исключается любая несинхронность при транспортировке контейнера.

Для обеспечения плавающего режима фолрмируется сверхцикл, состоящий из нескольких циклов, в которых мог бы плавать контейнер нижнего уровня С-12. При создании такого сверхцикла допускается три варианта отображения трибутарных потоков на его структуру: асинхронное, бит-синхронное и байт-синхронное. Варианты отображения устанавливаются операторами сети, причем по умолчанию используется асинхронное отображение. Для контейнеров VC-12 сверхцикл формируется из четырех последовательных циклов VC-12. Он имеет период повторения 500 мкс и составную длину 140 байтов.

Шаг 4. Последовательность трибутарных блоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования 3:1 превращаются в группу трибутарных блоков TUG-2 с суммарной длиной 108 байтов. Логически структуру TUG-2 тоже удобнее представить в виде матрицы 9 х 12 байт.

Замечание 2. Фактически при объединении TU-12 в TUG-2 указатели, как будет видно в дальнейшем, TU-12 PTR располагаются отдельно от виртуальных контейнеров в начале цикла.

Шаг 5. Последовательность TUG-2 подвергается повторному байт-мультиплексированию 7:1, в результате котрого формируется группа трибутарных блоков TUG-3 с длиной цикла 756 байтов, соответствующей матрице 9 х 84 байта.

Замечание 3. Фактически TUG-3 соответствует циклу 9 х 86, в начале которого добавляется два служебных столбца 2 х 9 байт, состоящие из поля индикации нулевого указателя – NPI и фиксированного пустого поля (наполнителя) – FS. В результате формула образования TUG-3 принимает вид: TUG-3 = 7 x TUG-2 + NPI + . Таким образом, цикл TUG-3 имеет длину 774 байта, что соответствует 9 х 86 байт.

Шаг 6. Полученная последовательность вновь байт-мультиплексируется 3:1, в результате чего формируется последовательность блоков TUG-3 с суммарной длиной 2322 байта (774 х 3 = 2322).

Шаг 7. Производится формирование виртуального контейнера верхнего уровня VC-4 добавлением к полученной последовательности трактового заголовка POH длиной 9 байтов, что образует цикл длиной 2331 байт (2322 + 9 = 2331).

Замечание 4. Фактически VC-4 имеет цикл 9 х 261, структура которого состоит из одного столбца (1 х 9 байт) РОН, двух столбцов фиксированного пустого поля FS и трех TUG-3, полученных мультиплексированием. В результате формула образования VC-4 принимает вид: VC-4 = 3 x TUG-3 + Таким образом, виртуальный контейнер VC-4 имеет длину 2349 байтов (3 х 774 + 9 + 2 х 9 = 2349), что соответствует циклу 9 х 261 байт.

Шаг 8. На последнем этапе осуществляется формирование синхронного транспортного модуля STM-1. При этом сначала формируется AU-4, путем добавления указателя AU-4 PTR, длиной 9 байт, который размещается в SOH, а затем группа административных блоков AUG путем формального для данного кокретного случая мультиплексирования 1:1 AU-4. К группе AUG добавляется секционный заголовок SOH, который состоит из двух частей: заголовка регенерационной секции RSOH (формат 3 х 9 байт) и заголовка мультиплексной секции MSOH (формат 5 х 9 байтов), окончательно формируя синхронный транспортный модуль STM-1, представляемый в виде кадра, имеющего длину 2430 байтов (9 х 270 байт), что при частоте повторения 8 кГц соответствует скорости передачи 155,52 Мбит/с.

Итак, если формализовать результаты рассмотренного примера, плолучим следующую формулу преобразования компонентного потока Е1 в схеме мультиплексирования по стандарту ETSI

Эта формула является более точной, хотя и менее наглядной по сравнению с рис. 2.9 эквивалентной формой представления процесса формирования модуля STM-1.

Процесс отображения и выравнивания компонентного потока.

На этапе отображения компонентный поток Е1 упаковываектся в контейнер С-12 (рис. 2.8) и к нему добавляется трактовый заголовок POH c образованием виртуального контейнера VC-12, затем с помощью указателя TU-12 индицируется положение VC-12 в поле TU-12. Запись потока 2 Мбит/с в контейнер С-12 требует согласования скоростей. Допускается три варианта отображения компонентных потоков: асинхронное, бит-синхронное и байт-синхронное. Варианты отображения устанавливаются операторами сети, причем по умолчанию используется асинхронное отображение.

Как видно, в плавающем режиме создается четыре варианта реализации контейнера С-12, т. е. создается сверхцикл, содержащий четыре последовательных цикла VC-12, причем в каждом цикле к контейнеру С-12 добавляется по одному байту трактового заголовка POH виртуального контейнера VC-12 (рис. 2.8). Поэтому общий информационный объем трактового заголовка VC-12 составляет четыре байта, хотя к каждому из четырех VC-12 добавляется один байт.

С процедурой контейнирования связано разделение контейнеров, заголовков и маршрутов (трактов) на контейнеры верхнего уровня VC-3 и VC-4, и контейнеры нижнего уровня VC-11, VC-12 и VC-2. В нашей аллегории контейнер верхнего уровня соответствует вагону, а нижнего – ящику, и вполне понятно, что эти объекты неэквивалентны. Действительно, контейнеры верхнего уровня используются для передачи в своем составе либо нагрузки с высокой скоростью передачи (потоков 34 Мбит/с или 140 Мбит/с), либо контейнеров нижнего уровня. Т. е. в вагон могут быть загружены ящики с товаром, либо товар врассыпную. Последний случай соответствует нагрузке PDH высоких скоростей передачи.

Таким образом, не всегда процедура контейнирования реализуется по полной схеме рис. 2.9. Она сильно зависит от вида самой нагрузки. Например, если в качестве нагрузки выступает поток 140 Мбит/с, то никакой процедуры контейнирования нижнего уровня выполняться не будет, для загрузки сразу используется контейнер верхнего уровня. Вполне понятно, что в этом случае процедура формирования STM-1 будет проще (рис.2.10). Поток 140 Мбит/с соответствует контейнеру С-4. К контейнеру добавляется трактовый заголовок (название вагона), в результате формируется виртуальный контейнер верхнего уровня VC-4 (вагон). Добавление к заголовку указателя AU PTR (реестр у машиниста) формирует административный блок AU-4. Затем к полученному контейнеру добавляется секционный заголовок SOH (локомотив), и в результате получается синхронный транспортный модуль STM-1.

Из сказанного следует, что не всегда поток Е1 может быть выделен из STM-1, а только в том случае, когда нагрузка контейнирована на нижнем уровне. В противном случае, например, в случае рис. 2.10 можно выделить только поток 140 Мбит/с. Высокая востребованность процедуры ввода/вывода потоков Е1 на всех участках сети в настоящее время приводит даже к такому комбинированному решению, когда поток PDH верхних уровней иерархии на входе в сеть разбирается, а загрузка осуществляется на уровне потоков Е1 (рис.2.11).

260 байт 1 260 байт

C-4

9 байт +РОН VC-4

9 байт 261 байт 9 байт 261 байт

STM-1

Нагрузка

SOH

PTR

AU PTR STM-1

VC-4

SOH

STM-1

AU-4

PTR

AU-4

POH Path Overhead Трактовый заголовок

SOH Section Overhead Секционный заголовок

VC Virtual Container Виртуальный контейнер

AU Administraitive Unit Административный блок

PTR Pointer Указатель

Рис. 2.10. Контейнирование потока 140 Мбит/с.

Такое решение называют шлюзовым мультиплексором, поскольку с точки зрения организации первичной сети такое устройство представляет собой точку преобразования одной технологии в другую, и оно может именоваться шлюзом. Наличие шлюзового интерфейса между сетями PDH и SDH позволяет, с одной стороны, обойтись без замены старого оборудования PDH, с другой стороны, использовать технологию SDH и все ее преимущества сразу после интерфейсного мультиплексора. Вполне понятно, что использование такого шлюзового мультиплексора оказывается невозможным в случае, если нагрузка потока PDH состоит не только из потоков Е1, но и потоков более высокого уровня, например, 8 Мбит/с, так что сам принцип шлюзового мультиплексора актуален только для систем SDH, используемых в транспортной сети для приложений уровня Е1.

Схема переходного шлюзового мультиплексора особенно интересна в контексте новых направлений использования самой технологии SDH, а именно технологии «канально-разделенной SDH (Channelized SDH).