Особенности построения и недостатки плезиохронных цифровых систем передачи
Опубликовано: 7 Июнь 2012 ¬ 20:42h.TomaНет комментариев »
При построении ЦСП плезиохронной иерархии в мультиплексорах первого уровня применяется метод мультиплексирования с чередованием байтов, или октетов. На приемной стороне принципиально необходимо иметь возможность идентификации (определения местоположения) байтов каждого ОЦК в первичном цифровом потоке Е1. Для этого используют жесткую цикловую синхронизацию междуDMUX приемника противоположной станции и MUX передатчика данного пункта путем формирования и передачи легко идентифицируемой синхрогруппы, которая фактически занимает отдельный канальный интервал в структуре цикла передачи первичного цифрового потока.
Казалось бы, что можно и далее в мультиплексорах второго и более высоких уровней иерархии использовать синхронное мультиплексирование входных потоков. Однако, учитывая, что общая синхронизация входных цифровых потоков, поступающих на MUX от разных пользователей, отсутствует, в мультиплексорах второго и более высоких уровней иерархии используется метод мультиплексирования с чередованием битов, а не байтов. При этом методе MUX,например, второго уровня ЕИ формирует выходную последовательность со скоростью передачи 8,448 Мбит/с путем чередования битов четырех различных входных цифровых потоков, поступающих на его вход с одинаковыми скоростями передачи 2,048 Мбит/с.
Так как MUX с чередованием битов не имеет специальных сигналов, которые могли бы быть использованы для определения позиции бита каждого входного потока, а скорости передачи входных сигналов различных потоков могут не совпадать (Е1 = 2,048 (1 ± 3 х 10-5) Мбит/с), то при этом используется внутренняя побитовая (тактовая) синхронизация, при которой MUX сам выравнивает скорости передачи сигналов входных потоков. Это выравнивание (согласование) скоростей передачи может бытьположительным, когда оно осуществляется путем удаления битов из входных сигналов, имеющих большие скорости передачи.
Возможен также второй вариант согласования скоростей передачи сигналов входных потоков, когда в эти сигналы, имеющие меньшие скорости передачи, добавляется нужное число выравнивающих битов. Такое выравнивание скоростей передачи называется отрицательным. И, наконец, возможен третий, положительно-отрицательный вариант согласования скоростей передачи входных сигналов, когда сочетаются оба процесса удаления/добавления выравнивающих битов [83].
Благодаря применению метода согласования скоростей передачи сигналов входных потоков, на выходе MUX с чередованием битов получается синхронизированная цифровая последовательность. Информация о местоположении удаленных/добавленных выравнивающих битов по специальному каналу согласования скоростей в структуре цикла передачи выходного потока передается на противоположную станцию. Здесь они удаляются/добавляются при демультиплексировании сигналов для восстановления принятых первичных цифровых потоков.
На последующих (третьем и четвертом) уровнях иерархии метод мультиплексирования с чередованием битов повторяется. При этом на каждом уровне добавляются/удаляются новые выравнивающие биты, которые на приеме при демультиплексировании также удаляются/добавляются соответственно для восстановления исходных цифровых потоков.
Рассмотренный процесс передачи цифровых сигналов получил название
плезиохронного, т. е. почти синхронного. Поэтому цифровые иерархии АИ, ЕИ и ЯИ называются плезиохронными цифровыми иерархиями, а образованные этими иерархиями ЦСП называются плезиохронными.
Использование в технологии плезиохронных ЦСП скорости передачи сигналов 140 Мбит/с даже в самом простом варианте обеспечения связи – связь между двумя пунктами (топология сети «точка-точка»), тракт прохождения сигналов, например, для ЕЙ должен содержать три уровня мультиплексирования на передающей стороне (2 → 8, 8 → 34 и 34 →
→ 140) и три уровня демультиплексирования сигналов на приемной стороне. Такая схема имеет достаточно сложную аппаратурную реализацию.
Однако новые достижения в области микроэлектроники привели к существенному удешевлению цифровой аппаратуры. Кроме того, в качестве среды передачи цифровых сигналов в системах передачи PDH все большее распространение получают ООВ, которые позволяют иметь длину участка регенерации 100 км и более. В итоге плезиохронные ЦСП получили значительное распространение на магистральных, зоновых и местных, особенно городских, сетях телефонной связи. Они позволили образовать и использовать большое количество каналов со скоростью передачи 64 кбит/с (см. табл. 2.2) для передачи сигналов цифровой высококачественной телефонной связи. Одновременно эти каналы все больше стали использоваться также и для передачи данных, особенно в банковских сетях с протоколами пакетной коммутации. Предполагали, что за счет привлечения новой мощной
группы пользователей технология систем передачи PDH получит дальнейшее развитие. Но этого не произошло. На этапе возросших к ней требований технология плезиохронных ЦСП продемонстрировала свою негибкость и ряд других серьезных недостатков [77,85,95]. Основной недостаток систем передачи PDH состоит в том, что использование в них выравнивания битов делает крайне затруднительным выделение, например, цифрового потока ОЦК со скоростью передачи 64 кбит/с или первичного цифрового потока со скоростью передачи 2,048 Мбит/с, «зашитых» в поток со скоростью передачи 139,264 Мбит/с, без полного демультиплексирования, или полной «расшивки» этого потока и удаления выравнивающих битов. Одно дело передавать высокоскоростной цифровой поток между пунктами междугородной и международной сетей связи, «сшивая» и «расшивая» его достаточно редко, и совсем другое – связать с помощью системы PDH, например, ИКМ-1920 несколько пунктов, расположенных между двумя пунктами доступа. Например, на цифровой линии передачи Киев – Одесса находится около 20 промежуточных пунктов, в которых осуществляется выделение и вставка по несколько цифровых потоков со скоростью передачи 2,048 Мбит/с [87]. В этом случае довольно часто необходимо выделять первичные цифровые потоки из четверичного цифрового потока, передаваемого со скоростью передачи 139,264 Мбит/с, чтобы завести их на узел связи промежуточного пункта, и вставлять первичные цифровые потоки, сформированные на узле связи промежуточного пункта, в структуру цикла передачи четверичного цифрового потока. Осуществляя такие выделения/вставки в каждом промежуточном пункте в обоих направлениях передачи, приходится проводить достаточно сложную операцию трёхуровневого демультиплексирования сигналов системы передачи PDH с удалением/добавлением выравнивающих битов на 2, 3 и 4-м уровнях в трактах приема и последующего трехуровневого мультиплексирования сигналов с добавлением/удалением новых выравнивающих битов на всех трех уровнях в трактах передачи.
Схема такой операции для промежуточного пункта с односторонним выделением/вставкой одного первичного цифрового потока приведена на рис. 2.43 [77].
Рис. 2.43
Рассмотрим недостатки плезиохронных ЦСП более подробно.
1. При наличии большого числа промежуточных пунктов с выделением/вставкой цифровых потоков для аппаратурной реализации всех задач потребуется большое количество мультиплексоров. В результате эксплуатация такой системы передачи становится экономически невыгодной.
Таким образом, использование плезиохронного способа мультиплексирования для получения высокоскоростных цифровых потоков приводит к громоздким и малонадежным техническим решениям. Доступ к составляющим (компонентным) цифровым потокам
затруднен, для их ответвления и транзита вначале необходимо многоступенчатое демультиплексирование принятого ЦГС, а затем вновь – формирование передаваемого ЦГС, т. е. многоступенчатое мультиплексирование компонентных цифровых потоков. Кроме того, при нарушениях синхронизации ЦГС сравнительно большое время тратится на многоступенчатое восстановление синхронизации компонентных потоков.
2. Другое слабое место систем передачи и сетей технологии PDH - крайне ограниченные возможности в образовании каналов служебной связи для контроля и управления цифровыми потоками в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации низовых мультиплексированных потоков, что крайне необходимо в сетях передачи данных.
Рекомендация ITU-T G.703, описывающая физические и электрические параметры иерархических цифровых интерфейсов, вообще не предусматривает трактовые заголовки, необходимые для обеспечения маршрутизации. Поскольку отсутствуют специальные средства маршрутизации при формировании циклов и сверхциклов передачи сигналов плезио-хронных ЦСП. то увеличивается вероятность ошибки в отслеживании «истории» текущих переключений (при возрастании числа мультиплексирований и переключений цифровых потоков во время их маршрутизации). Значит, увеличивается и возможность
«потерять» сведения не только о текущем переключении, но и его «истории» в целом, что приводит к нарушению схемы маршрутизации всего трафика.
Так, существенное достоинство плезиохронного метода мультиплексирования - небольшая «перегруженность заголовками» - практически оборачивается еще одним серьезным недостатком, если возникает необходимость в развитой маршрутизации, вызванной использованием систем передачи PDH в сетях передачи данных [77].
3. Линейные тракты плезиохронных ЦСП имеют ограниченную пропускную способность. Самая высокая скорость передачи сигналов в них, которая не утверждена Рекомендацией ITU-T G.702 (см. рис. 2.41), равна 565 Мбит/с. Это приводит к крайне неэффективному использованию наиболее дорогостоящего звена в цепи передачи сигналов между пунктами доступа – оптических волокон линейного кабеля, особенно одномодовых. Кроме того, отмеченный недостаток порождает другой: линейные тракты систем передачи PDH сдерживают развитие новых широкополосных услуг, таких как интерактивное телевидение, видеоконференцсвязь, доступ к обширным информационным банкам и др., которые требуют применения на сети трактов с высокой пропускной способностью (сотни мегабит в секунду и единицы, десятки гигабит в секунду) [105].
4) В системах передачи PDH оптические интерфейсы не стандартизированы. Пользуясь этим, каждый производитель плезиохронных ЦСП пытается по-своему расширить ограниченные возможности циклов передачи плезиохронных сигналов по передаче служебных символов для управления путем введения их непосредственно в оборудование линейного тракта. Это порождает массу проблем, в том числе и в управлении, которое в таком случае предоставляет очень ограниченный набор возможностей. В основном они сводятся к функциям контроля, которые не нашли широкого распространения. Но главная проблема состоит в том, что построить какую-либо систему передачи PDH, например третичной иерархии с использованием линейного оборудования различных производителей, практически невозможно, что затрудняет сетевое взаимодействие [42].
5) Аппаратура плезиохронных ЦСП предназначена для обеспечения связи между двумя пунктами доступа, т. е. в топологии «точка-точка». Она не имеет оборудования выделения/вставки и кросс-коннекторов, следовательно, совершенно не пригодна к использованию в кольцевых топологиях сети, в топологиях узловой и линейной сетей с пунктами выделения/вставки для построения современной разветвленной сети общего пользования. В системах передачи PDH изменение конфигурации оборудования данного пункта выполняется на аппаратурном уровне, т. е. заменой ТЭЗ (плат), блоков, физическими переключениями аппаратуры и трактов, другими ручными операциями.
6) В плезиохронных ЦСП крайне низкий уровень стандартизации и унификации аппаратуры, что затрудняет применение таких новейших технологий, как флеш-память, компоненты с поверхностным монтажом и специализированные СБИС, а также проведение
современных программных методов мониторинга и управления оборудованием на сети с использованием распределенных логических функций и индивидуальных микропроцессоров [163].
7) Для построения линейных трактов систем передачи PDH используются разнотипные (симметричные и коаксиальные) кабели с металлическими проводами и волоконно-оптические (многомодовые и одномодовые) кабели. При этом ЦСП одной и той же иерархии в зависимости от типа используемого линейного кода имеют различные скорости передачи цифровых сигналов в линейном тракте. Для примера в табл. 2.3 приведены скорости передачи ЦЛС различных типов плезиохронных ЦСП третичной иерархии [21].
Из таблицы следует, что третичные ВОСП различных типов имеют разные скорости передачи ЦЛС. Но даже там, где эти скорости передачи одинаковые, как, например, в ЦСП типа «Сопка-3М» и «Сопка-Г», они имеют различные типы линейного кода, что не способствует взаимодействию таких ЦСП на сети.
Некоторые особенности и недостатки плезиохронных ЦСП не присущи этой технологии, а являются результатом хода истории развития ЦСП, но, тем не менее, они существуют [77].
|
Тип ЦСП |
Тип линейного кода |
Скорость передачи ЦЛС, Мбит/с |
Примечание |
|
ИКМ-480 |
HDB-3 |
34,368 |
Коаксиальный кабель |
|
«Сопка-3» (ВОСП-480) |
5В6В |
41,2416 |
Многомодовые волокна оптического кабеля |
|
«Сопка-3М» (ВОСП-480М) |
2В4В |
68,736 |
Одномодовые волокна оптического кабеля |
|
«Сопка-Г» (ИКМ-480-5) |
1В2В |
68,736 |
Одномодовые волокна оптического кабеля |
Для устранения недостатков и обеспечения возможности функционирования систем передачи PDH в современном окружении в них внесены некоторые изменения. Например, разработаны новые циклы передачи и их структуры для сигналов первичных, третичных и четверичных цифровых трактов плезиохронных ЦСП европейской иерархии, которые представлены в Рекомендациях ITU-T G.804 и G.832 и стандарте ETSI ETS 300 337. Длительности циклов передачи сигналов, передаваемых в третичном и четверичном трактах, увеличены также до 125 мкс. Сформированы новые структуры этих циклов передачи, они содержат служебные сигналы (заголовки, указатели), аналогичные тем, которые приняты в системах передачи SDH. Это обеспечивает соответствующий контроль качества передачи сигналов и функции систем обслуживания в трактах плезиохронных ЦСП. Теперь по третичному тракту ЕИ, имеющему прежнюю скорость передачи 34,368 Мбит/с, но новую структуру цикла передачи сигналов, можно передавать 14 субблоков TU-12, а по четверичному тракту - 20 групповых субблоков TUG-2 или комбинацию «5TUG-2 + 2TUG-3». Новые циклы передачи для сигналов первичных, третичных и четверичных цифровых трактов плезиохронных ЦСП европейской иерархии рассчитаны также и на передачу сигналов ячеек ATM [42].
На современной телекоммуникационной сети плезиохронным ЦСП в основном отведены функции доставки сигналов потребителей к узлам связи транспортной сети SDH.
Цифровые системы передачи
|
Собственный материал Издания |
Hits: 20235 | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
Понятие “цифровая передача” является довольно широким и включает множество вопросов, таких как выбор параметров импульсов в конкретной среде передачи, преобразование цифровой последовательности к коду передачи и т.п. Все эти вопросы очень хорошо освещены в различных пособиях и книгах, поэтому остановимся подробно только на прикладных аспектах цифровой передачи. | |||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||
|
Синхронизация В цифровых системах передачи необходимо обеспечить выполнение всех операций по обработке цифровых сигналов синхронно и последовательно. Если бы эти операции происходили локально и синхронизировались от одного источника, то проблем не было. В этом случае к стабильности задающего генератора не предъявлялись бы жесткие требования, так как на всех участках происходили бы одинаковые изменения тактовой частоты. Но поскольку любую систему цифровой передачи можно рассматривать как состоящую из двух и более полукомплектов приема и передачи, разнесенных на значительные расстояния, то требования к синхронизации становятся основополагающими. Высокостабильные, и следовательно дорогие, тактовые генераторы могут оказаться бесполезными из-за линейных помех, вызывающих фазовые дрожания тактовых сигналов. По сути дела фазовые дрожания вызывают изменение числа битов, переданных по линии. Для борьбы с этим явлением используются устройства эластичной памяти, в которых запись осуществляется по тактовой частоте принимаемого сигнала, а считывание - по тактовой частоте местного генератора. Такая память позволяет компенсировать пусть даже большие, но кратковременные отклонения тактовой частоты. Однако эластичная память не справляется при продолжительных, пусть даже небольших отклонения. Она может переполняться или опустошаться в зависимости от соотношения тактовых частот. При этом возникает так называемое проскальзывание. Рекомендацией ITU-T G.822 нормируется частота проскальзований в зависимости от качества обслуживания и устанавливается распределение продолжительности работы с пониженным и неудовлетворительным качеством. Таким образом рекомендацией ITU-T допускаются на синхронных цифровых сетях некоторые нарушения синхронизации. Рекомендация ITU-T G.803 описывает следующие режимы цифровых сетей по синхронизации:
В настоящее время все системы цифровой передачи, применяемые на цифровых сетях, принято разделять на системы PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия) и SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронная цифровая иерархия). Своими названиями они обязаны соответствующим режимам работы по синхронизации. В данной статье подробно рассмотрим PDH, принципам SDH посвящена отдельная статья. Плезиохронная цифровая иерархия Первыми возникли системы PDH, их основой стали системы с временным разделением каналов (ВРК) и ИКМ-кодированием. В силу исторических причин появилось два типа плезиохронной иерархии - североамериканская, используемая в основном в США, Канаде и Японии, и европейская, применяемая в большинстве стран. Базовой скоростью или нулевым уровнем в обоих типах иерархии (PDH и SDH) является скорость 64 кбит/с, под которой понимается один стандартный телефонных канал. Следующей ступенькой в плезиохронных иерархиях являются первичные цифровые системы передачи. Рекомендация ITU-T G.732 описывает европейскую системы (ИКМ30), а G.733 - североамериканскую (ИКМ24). Кадр или цикл системы ИКМ30 имеет продолжительность 125 мкс и состоит из 32 байт, каждый из которых относится к определенному каналу системы.
На рисунке приводится структура цикла. Нулевой канал предназначен для передачи служебных сигналов и сигналов синхронизации. Каналы с 1 по 15 и с 17 по 31 является информационными или телефонными. В каждом цикле передается 32 * 8 = 256 бит, что в итоге дает скорость 2048 кбит/с. Канал под номером 16 называется каналом сигнализации и может использоваться в двух вариантах:
Поясним некоторые обозначения на рисунке. Во всех служебных байтах бит, обозначенный символом “Х” зарезервирован для международного использования. Биты “Y” зарезервированы для национального применения. Бит “Z” служит для сигнализации о сбоях в сверхцикловой синхронизации. Бит “А” используется для сигнализации о наличии важных сообщениях. Этот сигнал возникает (бит принимает значение “1”) в следующих случаях:
Цикл ИКМ24 так же имеет продолжительность 125 мкс, но состоит из 24 байт и одного дополнительного бита. Каждый байт относится к определенному каналу системы.
На рисунке приводится структура цикла. За один цикл передается 24 * 8 + 1 = 193 бита, что дает скорость 1544 кбит/с. Цикловая и сверхцикловая синхронизация обеспечивается определенной комбинацией добавочного бита, при подсчете за 12 циклов. Сигнальная информация телефонных каналов передается по двум подканалам А и В, образуемых младшими битами всех каналов соответственно в 6 и 12 циклах. Эти каналы обеспечивают передачу сигнализации каждого телефонного канала со скоростью 1,333 кбит/с. Отсутствие отдельного сигнального канала, по сравнению с европейской иерархией, позволяет более эффективно использовать пропускную способность. Однако происходит небольшое уменьшение канальной скорости. В силу кратности цикла формирования сигнальных каналов, равной 6, уменьшение скорости “плавает” между каналами, что практически не влияет на качестве речи, но не позволяет осуществлять одновременно передачу данных по отдельным каналам ИКМ24. Благодаря цикловой и сверхцикловой синхронизации поддерживаются требования плезиохронного режима работы в первичных цифровых системах. Для синхронизации ведомых генераторов в европейской иерархии используется тактовая частота 2048 кгц, выделяемая из цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с. Последующие ступеньки североамериканской и европейской плезиохронных цифровых иерархий базируются на своих первичных цифровых системах. В таблицах представлено соотношение числа каналов и скоростей. Европейская плезиохронная цифровая иерархия
Североамериканская плезиохронная цифровая иерархия
В отличие от европейской, североамериканская плезиохронная цифровая иерархия имеет ряд вариаций, которые не были стандартизованы ITU-T. Используется еще один сигнал DS1C со скоростью 3 152 кбит/с (Т1С), обеспечивающий 48 телефонных каналов. В Японии вместо скорости 44 736 кбит/с используется 32 064 кбит/с (480 каналов), а вместо 274 176 кбит/с - 97 728 кбит/с (1 440 каналов). Как видно из таблиц в североамериканской иерархии сигналам присвоены названия DS, которое расшифровывается очень просто - цифровой сигнал (Digital Signal). Очень часто для обозначения скорости цифровых сигналов используются цифро-буквенные комбинации, которые приведены в таблицах. Первичный цифровой поток формируется за счет по-байтного объединения каналов. На следующих уровнях объединение происходит на основе по-битного мультиплексирования первичных потоков. В силу плезиохронного характера первичных потоков при их объединении неизбежны проскальзования. Для снижения вероятности их появления используют процедуру согласования или выравнивания скоростей (стаффинг). Суть ее заключается в добавлении на передающем конце “пустых” битов и исключения их на приемном. Это процедура положительного стаффинга. Возможность вставки дополнительных битов предоставляется использованием несколько большей скорости объединенного потока, чем у суммы исходных. Разумеется кроме дополнительных битов еще передаются служебные сигналы и сигналы цикловой синхронизации. Главными недостатками плезиохронной цифровой иерархии (PDH) являются невозможность прямого доступа к каналам, без процедур демультиплексирования/мультиплексирования всего линейного сигнала, и практическое отсутствие средств сетевого мониторинга и управления. Потребность в более высоких скоростях работы цифровых систем передачи, повышение требований к качеству привели к созданию систем синхронной цифровой иерархии (SDH). | |||||||||||||||||||||||||||||||
