Оптические системы связи / 3_Volokonno-opticheskie_sistemy_svyazi_Friman_R

ГЛАВА 9 СИНХРОННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ SONET И СИНХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ SDH

9.1. Введение

SONET и SDH являются похожими цифровыми транспортными форматами, которые были разработаны с целью обеспечения надежной и гибкой цифровой структуры, способной использовать возможности увеличения емкости и скорости передачи, предоставляемые оптическим волокном. SONET — сокращение, расшифровываемое как синхронная оптическая сеть. В аналогичной манере, SDH — расшифровывается, как

синхронная цифровая иерархия. Можно сказать, что SONET имеет североамериканские особенности, a SDH - европейские. Возможно об этом можно говорить с некоторой натяжкой, так как обе системы очень похожи.

Исходная концепция разработки цифрового формата для высокоскоростных оптических систем состояла в том, чтобы иметь всего лишь один единый стандарт для общемировых применений. Но этого не получилось. США хотели в качестве основной использовать скорость порядка 50 Мбит/с, позволяющую инкапсулировать DS3 (или скорость Т3 = 44,736 Мбит/с - максимальную стандартную скорость американской иерархии PDH). Европейцы не имели (стандартных) скоростей, близких к этой, и в качестве начальной скорости иерархии использовали скорость около 150 Мбит/с (чтобы иметь возможность инкапсулировать скорость Е4 = 139,264 Мбит/с - максимальную стандартную скорость европейской иерархии PDH). Другое различие касается структуры фреймов. США ориентировались на фрейм, состоящий из 13 строк и 180 байт-столбцов для скорости 150 Мбит/с, отражающей то, что сейчас называют структурой синхронного транспортного сигнала — STS-3. Европа поддерживала структуру фрейма STS-3, состоящую из 9 строк и 270 столбцов, для того,

чтобы эффективно передавать сигнал Е1 (2,048 Мбайт/с), используя фрейм: 9 строк на 4 байт-столбца, основанный на 32-байтной структуре фрейма Е1 с периодом 125 мкс.

Комитет ANSI T1X1 одобрил окончательный стандарт в августе 1988, вместе со стандартом CCITT, тем самым был установлен глобальный стандарт SONET/SDH. Этот стандарт был основан на 9-строчном фрейме, в рамках которого SONET стал подмножеством SDH [9.1].

Как SONET, так и SDH, используют технику базовых строительных блоков. Как мы упомянули выше, SONET начал с меньшей скорости 51,84 Мбит/с. Эта базовая скорость называется STS-1 (синхронный транспортный сигнал 1-го уровня). Полезные нагрузки, имеющие меньшие скорости, отображаются на формат STS-1, тогда как сигналы более высоких скоростей получаются по схеме байт-интерливинга, N выровненных фреймов STS-1 позволяют создать сигнал STS-N. Результат такой простой схемы мультиплексирования дает возможность обойтись без дополнительных заголовков; следствие этого в том, что скорость передачи сигнала STS-N в точности равна N 51,84 Мбит/с, где N в настоящее время определена для значений 1, 3, 12, 24, 48 и 192 (дополнительно используются значения 96 и 786) [9.2].

Основным строительным блоком SDH является синхронный транспортный модуль уровня 1 (STM-1), имеющий скорость 155,52 Мбит/с. Полезная нагрузка с меньшей скоростью отображается на поле полезной нагрузки STM-1, а сигналы более высоких скоростей генерируются путем синхронного мультиплексирования N сигналов STM-1, для формирования сигналов STM-N. Транспортный заголовок сигнала STM-N в N раз больше транспортного заголовка STM-1, а скорость передачи составляет N 155,52 Мбит/с. В настоящее время только STM-1, STM-4, STM-16 и STM-64 определены в стандартах ITU-T (STM-256 находится в стадии стандартизации) [9.5].

Как в SONET, так и в SDH, скорость передачи фреймов составляет 8000 фреймов/с, что соответствует периоду повторения фреймов 125 мкс.

1) Начальное тестирование этих систем относится к моменту написания книги (см. [9.2-9.5]).

Кроме отличия скоростей основных строительных блоков, SONET и SDH отличаются характером использования заголовка. Эти различия в заголовке можно сгруппировать в две широкие категории: определение формата и интерпретация использования. В результате мы вынуждены описывать их отдельно.

Мы должны развеять некоторые представления, которые возникли благодаря неудачного использования слов и терминологии. Некоторые полагают, что раз SONET расшифровывается как синхронная оптическая сеть, то она работает только на оптоволоконной среде передачи. Однако это не так. Любая транспортная среда, которая способна создать необходимую полосу пропускания (измеренную в герцах, как можно предположить), будет передавать трафик SONET и SDH с требуемой линейной скоростью. Например, РРЛ в зоне прямой видимости, используя схему модуляции с плотной упаковкой бит, готовы транспортировать 622 Мбит/с (STS-12 и STM-4) в расчете на одну несущую, используя 40 МГц выделенной полосы частот.

Цель этого раздела провести обзор этих двух стандартов и некоторых нововведений, которые делают их интересными, например, использование указателей нагрузки. В разделе 9.2 описана технология стандарта SONET, a в разделе 9.3 - стандарта SDH. В разделе 9.4 проведено сравнение этих двух

стандартов в табличной форме. Описание технологий SONET и SDH читатель может найти также в работе [А-21].

Следует заметить, что в этой работе мы будем придерживаться общепринятой практики ссылок на документы/рекомендации ITU. Так, на документы, выпущенные до 1 января 1993 мы будем ссылаться, как на документы CCITT или CCIR. Если же они были выпущены после этой даты, то мы будем ссылаться на них, как на документы Международного союза электросвязи (ITU), причем, если они выпущены секцией Стандартизации в области электросвязи, то, как на документы ITU-T, а если секцией Радиосвязи, то, как на ITU-R.

9.2.Синхронные оптические сети (SONET)

9.2.1.Структура синхронных сигналов

Технология SONET основана на синхронном цифровом сигнале, составленном из 8-битных полей — октетов (байтов), организованных в структуру фрейма. Фрейм может быть представлен двумерной матрицей, состоящей из N строк и М столбцов, где каждая ячейка матрицы содержит один байт. Верхний левый угол прямоугольной матрицы, представляющей фрейм, содержит идентифицируемый маркер, говорящий приемнику, является ли он началом фрейма.

SONET состоит из основной (первого уровня) структуры, названной STS-1, которая обсуждается ниже. Определение этого первого уровня, также определяет иерархию сигналов SONET в целом, потому что сигналы SONET верхних уровней получаются путем мультиплексирования модулей нижних уровней. Когда модули нижних уровней мультиплексируются вместе, результирующий сигнал обозначается как STS-N (STS - синхронный транспортный сигнал), где N— целое число. Результирующий формат может быть преобразован в OC-N (ОС - оптическая несущая) или в STS-N —

электрический сигнал. Существует целое кратное соотношение между скоростью основного модуля STS-1 и OC-N (а именно: OC-N = N STS-1). Только ОС-1, ОС-3, ОС-12, ОС-24, ОС-48 и ОС-192 фактически поддерживаются сегодня в иерархии SONET.

9.2.1.1. Основные конструктивные блоки

Фрейм STS-1 показан на рис. 9.3. STS-1 является основным модулем и конструктивным блоком SONET. Он передается в виде последовательности из 810 октетов (810 байт или 6480 бит), которые включают байты различных заголовков и емкость синхронной оболочки (SPE), транспортирующей полезную нагрузку. Автор использует термин «октет», а не «байт», подчеркивая в примечании, что это вызвано неоднозначностью в определении термина «байт»; на наш взгляд это дань традиции связистов, которые сами же и внесли эту неоднозначность, используя 2 понятия: 7-битный байт и 8-битный байт; в компьютерной терминологии (откуда этот термин и пришел) такой неоднозначности не было и нет: «байт» - поле длиной 8 бит, поэтому мы будем использовать понятие байт, а не октет. Фрейм STS-1 представлен в виде структуры из 9 строк и 90 столбцов (т.е. матрицы размера 9 90). Имея в виду периодичность повторения фрейма 125 мкс (8000 фреймов/с), получаем, что скорость передачи STS-1 равна 51,840 Мбит/с. Рассмотрим рис. 9.3. Порядок передачи структуры (схема развертки матрицы фрейма) — по строкам, слева — направо. В каждом байте STS-1 самый старший бит (MSB) передается первым. Как показано на рис. 9.3, первые три колонки фрейма STS-1 содержат транспортный заголовок. Эти три колонки имеют всего 27

байт (9 3), причем 9 из них — секционный заголовок, а 18 — линейный заголовок. Остальные 87 колонок составляют емкость оболочки STS-1, как показано на рис. 9.4.

Оболочка синхронной полезной нагрузки STS-1 (SPE) занимает всю полезную емкость STS-1. SPE состоит из 783 байт и показана как структура типа матрицы размера 9 87. В этой структуре 1-ый столбец, содержащий 9

байт, предназначен для маршрутного (или трактового) заголовка (РОН). В SPE столбцы 30 и 59 не используются для полезной нагрузки, а

резервируются под фиксированные столбцы-наполнители и не определяются. Однако значения, использованные в этих столбцах каждого STS-1 SPE используются в схеме вычисления BIP-8 для проверки на четность STS-1. Столбцы РОН и фиксированных наполнителей показаны на рис. 9.5. Фактически для полезной нагрузки STS-1 остается 84 байт-столбца или 756 байт.

Оболочка SPE фрейма STS-1 может начинаться где угодно в емкости оболочки STS-1. Как правило, SPE начинается в одном STS-1 фрейме и кончается в другом. Это показано на рис. 9.6. Однако, может быть и так, что SPE целиком располагается в одном фрейме. Указатель полезной нагрузки STS-1 располагается в транспортном заголовке. Он указывает положение байта, где начинается SPE. Указатель полезной нагрузки описан в следующих параграфах.

Рис. 9.3. Фрейм STS-1.

Рис. 9.4. Оболочка синхронной полезной нагрузки.

Рис. 9.5. Маршрутный заголовок (РОН) и емкость полезной нагрузки в STS-1 SPE. Заметьте, что точная емкость полезной нагрузки STS-1 составляет 84

столбца. (С разрешения Agilent Technologies, [9.7].)

Рис. 9.6. Оболочка SPE STS-1 типично расположено в нескольких фреймах. (С разрешения Agilent Technologies, [9.7].)

Заголовок РОН STS ассоциируется с каждой полезной нагрузкой и используется для связи различных элементов информации (на протяжении всего маршрута), начиная с точки, где полезная нагрузка загружается (отображается) в STS-1 SPE, и кончая точкой, куда она доставляется. Среди таких элементов информации, передаваемых через РОН, находятся сигналы аварийных состояний и различные показатели работоспособности системы.

9.2.1.2. Фреймы STS-N

На рис. 9.7 показана структура фрейма STS-N. Этот фрейм состоит из последовательности N 810 байт и формируется с помощью байтинтерливинга модулей STS-1 и STS-M (3 М N). Транспортный заголовок ассоциированной оболочки SPE STS не нужно выравнивать, так как каждый STS-1 имеет указатель нагрузки, что позволяет найти местоположение SPE или указать на факт конкатенации (называемой также сцепкой).

Рис. 9.7. Фрейм STS-N.

9.2.1.3. Конкатенация STS

Полезная нагрузка при повышенных скоростях передачи (скоростях выше 51,84 Мбит/с) требует нескольких оболочек SPE STS-1. Полезные нагрузки FDDI, и некоторых вариантов B-ISDN, относятся к этой категории. Конкатенация или сцепка на жаргоне специалистов связи, означает состыковку нагрузки (объединение ее в один непрерывный блок). Конкатенированный модуль STS-Nc формируется путем стыковки N составляющих модулей STS-1 вместе с фиксированной фазой. В этом случае повышенная скоростная нагрузка упаковывается для последующей передачи в результирующий SPE STS-Nc. Такой SPE STS-Nc требует оптической несущей OC-N или электрического сигнала STS-N. Индикаторы конкатенации, содержащиеся в указателях полезной нагрузки со второго по N, используются, чтобы показать, что модули STS-1, находящиеся в модуле STS-Nc, состыкованы вместе.

Всего в STS-Nc находится N 783 байта. Такой вариант формирования STS-Nc показан на рис. 9.8. Он изображается в виде структуры прямоугольной матрицы размера 9 (N 87) с 9 строками и N 87 столбцами. Учитывая факт стыковки, в оболочке SPE модуля STS-Nc требуется только один набор STS РОН. В этом случае этот РОН STS появляется в первом из N STS-1,