5 Индивидуальные задания

Задание 1

1. Приведите определения синхронной цифровой иерархии.

2. Перечислите иерархические уровни мультиплексирования в SDH.

3. Произведите сравнение построения синхронной и плезиохронной сетей.

1.4 Из структуры мультиплексирования выберете путь ввода в сеть SDH асинхронных потоков в соответствии с заданным вариантом.

1.5 Приведите структуру цикла заданного элемента мультиплексирования и произведите расчет скорости.

Таблица 1

№ варианта	Асинхронный поток	Элемент структуры мультиплексирования
	Е1	VC-12
	Е2	VC-2
	Е3	VC-3
	Е4	VC-4
	Т1	VC-11
	Т2	TU-2
	Т3	TU-3
	Е1	TUG-2
	Т1	TU-11
	Е3	AU-3

Методические указания по выполнению задания

Характеристику синхронной цифровой иерархии (SDH) изучите по литературе [3, стр. 25-38, 5, стр. 13-39].

Цифровая сеть, существующая в настоящее время в Европе, основана на плезиохронной иерархии, которая определяется рекомендациями G.702 Международного комитета по стандартизации ITU-T/ В соответствии с этими рекомендациями в плезиохронной иерархии используются:

• основной цифровой поток 64 кбит/с (Е0);

• первичный цифровой поток 2048 кбит/с (Е1);

• вторичный цифровой поток 8448 кбит/с (Е2);

• третичный цифровой поток 34368 кбит/с (Е3);

• четверичный цифровой поток 139264 кбит/с (Е4).

Американский институт национальных стандартов утвердил следующие уровни иерархии:

• основной цифровой поток 64 кбит/с;

• первичный цифровой поток 1544 кбит/с (Т1);

• вторичный цифровой поток 6312 кбит/с (Т2);

• третичный цифровой поток 44736 кбит/с (Т3).

Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) определяемая комитетом по стандартизации ITU-T объединяет европейский стандарт и американский стандарт. При построении сети SDH были использованы принципы построения сети SONET.

Чтобы создать единую цифровую сеть и удовлетворить как американским требованиям, так и европейским, был определен основной иерархический уровень новой структуры мультиплексирования равный 155,520 Мбит/с.

Таблица 2

Уровни иерархии	Скорость цифрового потока
STM-1 STM-4 STM-16 STM-64	155,520 Мбит/с 622,080 Мбит/с 2488,320 Мбит/с 9953,280 Мбит/с

Из таблицы видно, что более высокие иерархические уровни имеют скорость передачи кратную скорости 1 уровня.

Использование SDH дает возможность:

1 упростить процедуру мультиплексирования/ демультиплексирования сигналов;

2 обеспечить совместимость аппаратуры;

3 надежно защитить телефонный трафик.

На рисунке 1 приведена схема мультиплексирования, осуществляемая в рамках технологии SDH, предложенные в первом варианте стандарты G.709.

Из схемы мультиплексирования, приведенной на рисунке 1, выберете путь формирования STM-1 для заданного и поясните процедуры формирования, указав при этом назначение всех элементов структуры.

Рассмотрим представленные на схеме виртуальные контейнеры и другие элементы синхронной иерархии.

Контейнеры можно рассматривать в качестве первых элементов в номенклатуре элементов иерархии SDH. К контейнеру добавляется маршрутный заголовок. В результате он превращается в виртуальный контейнер VC уровня n (VC-n). В номенклатуре элементов иерархии SDH существуют следующие виртуальные контейнеры:

1 VC-1, VC-2 – виртуальные контейнеры нижних уровней 1 и 2; VC-3, VC-4 - виртуальные контейнеры верхних уровней 3 и 4 – элементы SDH, структура которых или формат достаточно прост и определяется формулой: POH+PL, где РОН – маршрутный (трактовый) заголовок, PL – полезная нагрузка.

Виртуальные контейнеры VC-1,2,3 уровней 1,2,3, также как и контейнеры С-1,2,3, разбиваются на виртуальные контейнеры подуровней nm (VC-nm), а именно: - VC-1 разбивается на VC-11, VC-12;

- VC-2 разбивается на VC-21, VC-22;

- VC-3 разбивается на VC-31, VC-32.

Поля РОН и PL имеют вид:

- PL – поле различного размера, формат которого имеет двумерную структуру по типу фрейма вида 9хm (9 строк, m столбцов), это поле формируется либо из контейнеров соответствующего уровня, либо из других соответствующих элементов структуры мультиплексирования SDH;

- РОН – поле, размеров не более 9 байт, формат которого имеет двумерную структуру вида 1хn, это поле составлено из различных по назначению байтов.

Рисунок 1 – Детальная схема мультиплексирования, осуществляемая в рамках технологии SDH

2 TU-n – трибные (субблоки) блоки уровня n (n=1,2,3) - элементы структуры мультиплексирования SDH, формат которых прост и определяется формулой: PTR+VC, где PTR – указатель трибного блока (TU-n PTR), относящийся к соответствующему виртуальному контейнеру, например,

TU-1=(TU-1 PTR)+VC-1. Трибные блоки уровня n делятся на трибные блоки подуровня nm (TU-nm), а именно: - TU-1 разбивается на TU-11, TU-12;

• TU-2 разбивается на TU-21, TU-22;

• TU-3 разбивается на TU-31, TU-32.

3 TUG-n – группа трибных блоков уровня n, формируемая в результате мультиплексирования нескольких трибных блоков.

4 TUG-2 - группа трибных блоков уровня 2 – элемент структуры мультиплексирования SDH, формируемый путем мультиплексирования трибных блоков TU-1,2 со своими коэффициентами мультиплексирования. TUG-2 разбивается на два подуровня TUG-21 и TUG-22.

5 На рисунке 1 для трибов используются обозначения, соответствующие для высокоскоростных каналов широкополосной ISDN – B-ISDN:

• Н1 – обобщенный канал, соответствующий первому уровню. Он разбивается на канал Н11, соответствующий американской ветви иерархии, то есть Н11=Т1=1,5 Мбит/с, и канал Н12, соответствующий европейской ветви иерархии, то есть Н12=Е1=2Мбит/с.

- Н2 - обобщенный канал, соответствующий третьему уровню иерархи PDH. Он разбивается на Н21 и Н22, где Н21=Е3=34Мбит/с, а Н22=Т3=45Мбит/с.

• Н3 – в классификации не используется.

• Н4 - обобщенный канал, соответствующий четвертому уровню иерархи PDH, он также разбивается на подуровни, то есть Н4=Е4=140 Мбит/с.

Из этой схемы видны варианты мультиплексирования группы трибных блоков TUG-2:

- TUG-21 формируется из одного TU-21 (вариант 1xTU-21) или четырех TU-11 (4xTU-11), или из трех TU-12 (3xTU-12);

• TUG-22, формируется аналогично: 1хTU-22, 4xTU-12, 5xTU-11.

Схема формирования виртуальных контейнеров может быть конкретизирована.

6 VC-3 – виртуальный контейнер уровня 3 – элемент структуры мультиплексирования SDH, который разбивается на два виртуальных контейнера: VC-31 и VC-32 – поля формата 9х65 байтов - для VC-31, и поля формата 9х85 байтов - для VC-32. Полезная нагрузка VC-3 формируется либо из одного контейнера С-3, либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2, а именно:

• VC-31 формируется как 1хС-31, или 4xTUG-22, или 5xTUG-21;

• VС-32 формируется как 1xC32 или 7xTUG-22.

7 VC-4 – виртуальный контейнер уровня 4 – элемент структуры мультиплексирования SDH, который не разбивается на подуровни и представляет собой поле 9х261 байтов, его полезная нагрузка формируется либо из контейнера С-4, либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2 и TU-3, а именно:

- VC-4 формируется как 1хС-4, или 4xTU-31, или 3xTU-32, или 21xTUG-21, или 16xTUG-22.

Виртуальные контейнеры верхних уровней VC-3,4 позволяют сформировать соответствующие административные блоки.

8 AU-3 – административный блок уровня 3 - элемент структуры мультиплексирования SDH формата PTR+PL, разбивается на два подуровня AU-31 и AU-32, полезная нагрузка которых PL формируется из виртуального контейнера VC-31 или VC-32 соответственно.

PTR – указатель административного блока – AU-3 PTR (AU-31 PTR, AU-32 PTR) определяет адрес начала поля полезной нагрузки, а именно VC-31, VС-32 в результате получаем:

• AU-31 = AU-31 PTR + VC-31;

• AU-32 = AU-32 PTR + VC-32.

9 AU-4 – административный блок уровня 4 - элемент структуры мультиплексирования SDH формата PTR+PL, не имеет подуровней, PTR – указатель административного блока – AU-4 PTR (поле формата 9х1 байтов, соответствующее четвертой строке поля секционных заголовков SOH фрейма STM-N), определяет адрес начала поля полезной нагрузки. Полезная нагрузка PL формируется либор из виртуального контейнера VC-4, либо в результате мультиплексирования другими возможными путями, а именно: AU-4 формируется как 1хVC-4 или 4хVC-31, или 3хVC-32, или 21хTUG-21, или 16хTUG-16, причем фактически для передачи VC-31,32 и TIG-21,22, используется поле полезной нагрузки VC-4, в котором при размещении VC-32 и TUG-22 четыре левых столбца (4х9 байтов), а при размещении TUG-21 –восемь столбцов (8х9 байт), используется под фиксированные выравнивающие наполнители.

10 AUG – группа административных блоков - элемент структуры мультиплексирования SDH, появившийся во второй публикации стандарта G.709, формируется путем мультиплексирования административных блоков AU-3, 4 c различными коэффициентами мультиплексирования: AUG формируется как 1хAU-4 или 3xAU-32 или 4xAU-31; AUG затем и отображается на полезную нагрузку STM-1.

11 STM-1 – синхронный транспортный модуль – основной элемент структуры мультиплексирования SDH, имеющий формат вида SOH + PL, где SOH – секционный заголовок – два поля в блоке заголовка размером 9х9 байтов, PL – полезная нагрузка, формируемая из группы административных блоков AUG.

Синхронные транспортные модули STM-1 могут быть мультиплексированы с коэффициентом N в синхронный транспортный модуль STM-N для последующей передачи по каналу связи.

Рассмотренная схема (рисунок 1) показывает все возможные варианты формирования STM-1 и допускает на входе все стандартные PDH трибы.

Рассмотрим процедуру определения скорости на примере контейнера C12.

Контейнер С12 организует последовательную передачу информационных битов, появляющихся на выходе аппаратуры асинхронной иерархии со скоростью 2048 кбит/с. Структура контейнера представляется в виде матрицы, названной матрицей полезной нагрузки, и содержащей 140 байт (1 байт = 8 бит).

Байты организованы в 4 кадра, продолжительностью 125 мкс каждый, при этом образуется мультикадр длительностью 500 мкс. Определим скорость контейнера С12 по формуле:

B=k/t,

где k – число бит в мультикадре, в данном случае оно равно 140 х 8 = 1120 бит;

t=500 мкс – период мультикадра.

Отсюда следует, что В=1120/500х10^-6=2240х10³ бит/с.

Аналогично можно рассчитать скорость любой структуры мультиплексирования, для этого нужно точно определить структуру соответствующего цикла (кадра).

Задание 2

1. Пояснить процедуру сборки модуля STM-N.

2. Пояснить процедуру формирования, используя каскадное мультиплексирование.

Таблица 3

№ варианта	N – заданный уровень STM
	4
	16
	64
	4
	8
	32
	16
	64
	8
	32

Методические указания по выполнению задания

Выбор ряда скоростей STM-N иерархии SDH, то есть дальнейшее стандартное наращивание скоростей передачи, первоначально предполагалось осуществить по формально соответствующей схеме SONET, используя фактически скорости кратные STM-1, с коэффициентом кратности 1, 4, 8, 12, 16. Два уровня SDH иерархии STM-1 = 155,52 Мбит/с и STM-4 = 622?08 Мбит/с были зафиксированы в 1988 г. в стандарте CCITT Rec. G.707 и назывались соответственно первым и четвертым уровнем иерархии SDH (хотя логичнее было бы назвать первым и вторым уровнем, так как промежуточных уровней между ними нет). Последующее развитие практики разработки и применения этого стандарта , показало, что коэффициенты кратности 8 и 12 , имеющие скорости 1244,16 и 1866,24 Мбит/с, не были приняты на практике, а сам ряд SDH скоростей их арифметической прогрессии , заложенной в SONET, трансформировался в геометрическую прогрессию вида 1, 4, 16, 64, 256, диктуемую желанием иметь постоянный коэффициент мультиплексирования – 4. Следуя этому ряду коэффициентов, в настоящее время эксплуатируются или разрабатываются SDH системы со скоростями, соответствующими окончательной версии SDH иерархии: STM-1, STM-4, STM –16, STM-64, STM-256 или 155,52; 622,08; 2488,32; 9953,28; 39813,12 Мбит/с. Три первых уровня (первый, четвертый и шестнадцатый) были «деюре» стандартизированы в последней версии ITUT Rec. G.707 [2, 3, 4].

Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как каскадно: 4х14, 4х416, 4х1664, 4х64256, так и непосредственно по схеме: N:1N, где N=4, 16, 64, 256. При этом для схеме непосредственного мультиплексирования используется чередование байтов.

Например, если 16 STM-1 каналов (0, 1, 2, … 13, 14, 15 или в шестнадцатеричном исчислении 0, 1, 2, … D, E, F) на входе мультиплексора STM-16 генерируют 16 байтовых последовательностей: b₀b₀b₀…, b₁b₁b₁…, b₂b₂b₂…, b_Db_Db_D…, b_Eb_Eb_E…, b_Fb_Fb_F…, то в результате мультиплексирования на выходе STM-16 формируется байт последовательность: b₀b₁b₂…b_Db_Eb_Fb₀b₁b₂… . Фактически так просто удается мультиплексировать только тогда, когда все STM-1 имеют одинаковую структуру полезной нагрузки, если нет, то нужно, чтобы соблюдались некоторые правила бесконфликтной взаимосвязи. В стандарте G.708 требовалось, чтобы все STM-1 принадлежали к одной из трех категорий:

1 – AU-3 (разного типа), несущие С-3 в качестве полезной нагрузки;

2 – AU-n (разного типа), но несущие тот же тип TUG-2 в качестве полезной нагрузки;

3 – различные типы TUG-2 в качестве полезной нагрузки.

В том же стандарте последней версии (1993 г.) в связи с различиями схем мультиплексирования ETSI и SONET/SDH правила бескомфортной взаимосвязи STM-N последовательностей еще более ужесточаются, а именно:

• при мультиплексировании последовательностей, содержащих AUG, которые базируются на разных AU-n (AU-4, AU-3), предпочтение отдается схемам, использующим AU-4. Те же схемы, что используют AU-3 должны быть демультиплексированы до уровня TUG-2 или VC-3 (в зависимости от полезной нагрузки) и повторно мультиплексированы по схеме: TUG-3VC-4AU-4;

• при мультиплексировании последовательностей, содержащих VC-11, которые используют, различные TU-n (TU-11, TU-12), предпочтение отдается схемам, использующим TU-11.

Если при формировании модуля STM-N используется каскадное мультиплексирование, то оно осуществляется по схеме чередования групп байтов, причем число байтов в группе равно кратности мультиплексирования предыдущего каскада. Например, если формирование STM-16 происходит по двухкаскадной схеме 4хSTM-1STM-4, 4xSTM-4STM-16, то первый каскад использует мультиплексирование по байтам, а второй – по группам, состоящим из четырех байтов.

Задание 3

1. Рассмотреть базовые топологии сети SDH. Привести схему линейной архитектуры большой протяженности, указать функции используемых мультиплексоров.

2. Произвести выбор параметров оптических секций. На секциях предполагается использовать кабель со стандартными оптическими волокнами G.652.

Таблица 4

№ варианта	Уровень STM-N	Длина секции
		L1 - AB	L2 - BC
	4	30	70
	16	30	70
	64	30	70
	1	65	80
	4	65	80
	16	65	80
	64	110	100
	1	120	200
	4	115	120
	16	8	12

Методические указания по выполнению задания

Перед выполнением данного задания изучите материал приложений в литературе [3, стр. 46…61; 1, стр. 263…277], а также методические указания по данному заданию.

Сеть СЦИ (SDH) строиться из отдельных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования.

При построении сети решаются различные функциональные задачи. Первая из них выбор топологии сети. Существует набор разовых стандартных топологий: «точка-точка», «последовательная линейная цепь», «звезда», «кольцо». Из элементарных технологий можно составлять сети различной архитектуры.

Рассмотрим линейную архитектуру для сети большой протяженности (рисунок 2).

Рисунок 2 – Последовательная линейная цепь

На рисунке используются следующие обозначения:

ТМ – терминальный мультиплексор;

ADM – мультиплексор ввода/вывода;

L₁ – длина мультиплексной секции АВ;

L₂ - длина мультиплексной секции ВС;

S_N – уровень STM-N, агрегатный выход мультиплексора;

С12 – контейнер С12.

На сети SDH (СЦИ) распространены оптические секции одноканальных синхронных цифровых телекоммуникационных систем без оптических усилителей и секции с оптическими усилителями.

Параметрами оптической секции можно считать её длину, параметры оптического волокна (ОВ) и параметры оптического интерфейса аппаратуры (точек стыка передатчика и приемника с ОВ), используемых на этой секции.

Выбор параметров удобно начинать с ориентированного выбора так называемого кода применения подходящего оптического интерфейса, а затем осуществлять уточняющие расчеты.

Коды применения для секций без оптических усилителей приведены в таблице 5.

Для длинных линий, работающих в диапазоне 1310 нм, - значение километрического затухания не должно превышать 0,5 дБ/км, а работающих в диапазоне 1550 нм – 0,3 дБ/км.

Оптические интерфейсы характеризуются рядом параметров, из которых для определения параметров секции важны следующие:

1 скорость передачи оптического сигнала;

2 длина волны источника излучения;

3 тип источника излучения;

4 ширина спектра источника излучения;

5 суммарная дисперсия;

6 уровень излучаемой мощности (P_пер.max, P_пер.min);

7 уровень чувствительности приемника P_пр.min;

8 уровень перегрузки приемника P_пр.max;

9 дополнительные потери оптического тракта;

0. диапазон перекрываемого затухания.

Таблица 5

Использование		Внутри станции	Между станциями
			Короткая секция		Длинная секция
Номинальная длина волны источника, нм		1310	1310	1550	1310	1550
Тип волокна (Рек. МСЭ-Т)		G.652	G.652	G.652	G.652	G.652, G.654	G.653
Расстояние, км		2	15		40	80
Уровни СЦИ	STM-1 STM-4 STM-16	Обозначения кодов
		I-1 I-4 I-16	S-1.1 S-4.1 S-16.1	S-1.2 S-4.2 S-16.2	L-1.1 L-4.1 L-16.1	L-1.2 L-4.2 L-16.2	L-1.3 L-4.3 L-16.3

Таблица 6

Использование	Внутри станции	Между станциями
		Короткая секция				Длинная секция
Номинальная длина волны источника, нм	1310	1310		1550		1310		1550		1550
Тип волокна (Рек. МСЭ-Т)	G.652	G.652		G.652		G.652		G.652		G.653
Уровни СЦИ	Коды применения
STM-1	I-1	S-1.1		S-1.2		L-1.1		L-1.2		L-1.3
STM-4	I-4	S-4.1		S-4.2		L-4.1		L-4.2		L-4.3
STM-16	I-16	S-16.1		S-16.2		L-16.1		L-16.2		L-16.3
STM-64	-	S-64.1		S-64.2		L-64.1		L-64.2		L-64.3
Использование	Между станциями
	Очень длинная секция				Сверхдлинная секция
Номинальная длина волны источника, нм	1310		1550		1550		1550		1550
Тип волокна (Рек. МСЭ-Т)	G.652		G.652		G.653		G.652		G.652
Уровни СЦИ	Коды применения
STM-1	-		-		-		-		-
STM-4	V-4.1		V-4.2		V-4.3		U-4.2		U-4.3
STM-16	V-16.1		V-16.2		V-16.3		U-16.2		U-16.3
STM-64	V-64.1		V-64.2		V-64.3		-		-

На рисунке 3 приведена диаграмма уровней оптической секции.

Рисунок 3 – Диаграмма уровней оптической секции

Максимальное значение перекрываемого затухания A_max равно разности (P_пер.min – P_пр.min).

Минимальное значение перекрываемого затухания A_min определяется как разность между максимальным уровнем мощности оптического передатчика и уровнем перегрузки приемника:

, км

Пример:

Код применения L-4-2.

Согласно техническим данным мультиплексора (приложение 1) имеем:

P_пер.max=0дБм,

P_пер.min= - 3 дБм,

P_пр.max = - 8 дБм,

P_пр.min = - 36 дБм,

А_эз=1дБ

А_max= P_пер.min - P_пр.min - A_эз = -3-(-36)-1=32 дБ

А_min= P_пер.max - P_пр.max = 0-(-8)=8 дБ

Если , то

Если уровень STM-4, а расстояние между А и В 100 км, то выбор кода применения верен.

Если в параметрах интерфейса выбранной аппаратуры значение суммарной дисперсии не приведено, то длина секции по дисперсии может быть определена по формуле, приведенной в рекомендации G.957 МСЭ-Т:

где В – скорость передачи;

D – удельная хроматическая дисперсия ,

-среднеквадратическая ширина спектра источника излучения.

Величина принимается равной значению:

(-0,306), если источником является светодиод или одномодовый лазер, а дополнительные потери составляют 1 дБ;

(-0,491) – для тракта STM-16, где дополнительные потери 2 дБ;

(-0,115), если источником является многомодовый лазер.

Пример:

В=622080 кбит/с;

(лазер одномодовый);

=0,306;

D=21.

.

Если по дисперсии больше, чемпо затуханию, то выбор кода произведен верно.