Технологии транспортных телекомуникационно-информационных сетей

1. Плезиохронная цифровая иерархия - PDH.

2. Синхронная цифровая иерархия - SDH.

3. Спектральное уплотнение каналов - WDM

Лекция №1 Плезиохронная цифровая иерархия - pdh

1. Общая харакктристика pdh

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал основного цифрового кнала (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/с, а на выходе формируется поток данных со скоростями n × 64 кбит/с. К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла.

В начале 80-х годов было разработано 3 таких системы (в Европе, Северной Америке и Японии). Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий.

В первой из них, принятой в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с (фактически n = 24, т.е. двадцать четыре цифровых телефонных канала 64 кбит/с, а для передачи данных - 24 информационных канала 64 кбит/с). Во второй, принятой в Японии, использовалась та же скорость для DS1. В третьей, принятой в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с (формально n = 32, фактически n = 30, т.е. в качестве информационных используется тридцать телефонных или информационных каналов 64 кбит/с плюс два канала сигнализации и управления по 64 кбит/с).

Согласно стандарту, разработанному Комитетом по стандартизации ITU-Т (МСЭ-T), первая иерархия, порожденная скоростью 1544 кбит/с, дает последовательность: Т1 - Т2 - Т3 или: 1544 - 6312 - 44736 кбит/с (часто цитируется ряд приближенных величин 1.5 - 6 - 45 - 274 Мбит/с), что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, 1=7. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96 и 672 канала DS0.

Вторая (Японская) PDH иерархия, порожденная скоростью 1544 кбит/с, дает последовательность J1 - J2 - J3 - J4 или 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с (ряд приближенных величин составляет 1.5 - 6 - 32 - 98 Мбит/с), что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, 1=5, k=3. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96, 480 и 1440 каналов DS0.

Третья иерархия, порожденная скоростью 2048 кбит/с, дает последовательность Е1 - Е2- ЕЗ - Е4 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 кбит/с (ряд приближенных величин составляет 2 - 8 - 34 - 140 Мбит/с), что соответствует ряду коэффициентов n=30 (32), m=4, 1=4, k=4, (т.е. коэффициент мультиплексирования в этой иерархии выбирался постоянным и равным 4). Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 30, 120, 480 и 1920 каналов DS0, что отражается и в названии ИКМ систем: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т.д.

В каждом и стандартов цифровые каналы 0-го, 1-го, 2-го, 3-го и 4-го уровней иерархии носят нвзвания: основной цифровой канал (ОЦК), первичный цифровой канал (ПЦК), вторичный цифровой канал (ВЦК), третичный цифровой канал (ТЦК) и четвертичный цифровой канал (ЧЦК).

Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Три схемы цифровых иерархий: американская (АС), японская (ЯС) и европейская (ЕС)

Уровень цифровой иерархии	АС			ЯС			ЕС
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
Первичный	T1	1,5	24	J1	1,5	24	E1	2	30
Вторичный	T2	6	96	J2	6	96	E2	8	120
Третичный	T3	45	672	J3	32	480	E3	34	480
Четвертичный				J4	98	1440	E4	140	1920

1 – обозначение; 2 – скорость передачи, Мбит/с; 3- количество ОЦК.

При формировании цифровых сигналов первого уровня применяется метод мультиплексирования с чередованием октетов или байтов. Однако, на более высоких уровнях иерархии, из-за отсутствия жесткой синхронизации приемника и передатчика, используется мультиплексирования с чередованием бит (а не байт), что не обеспечивает идентификацию байтов или групп байтов каждого канала в общем потоке. В этом методе мультиплексор, например, второго ,уровня формирует выходную цифровую последовательность (со скоростью 8 Мбит/с - ЕС) путем чередования бит входных последовательностей от разных каналов (для ЕС - каналы Е1).

Так как мультиплексор не формирует структуры, которая могла бы быть использована для определения позиции бита каждого канала, а входные скорости разных каналов могут не совпадать, то используется внутренняя побитовая синхронизация, при которой мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем добавления нужного числа выравнивающих бит в каналы с относительно меньшими скоростями передачи. Благодаря этому на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая последовательность. Информация о вставленных битах передается по служебным каналам, формируемым отдельными битами в структуре фрейма. На последующих уровнях мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного (т.е. почти синхронного).

Кроме синхронизации, на уровне мультиплексора второго порядка также происходит формирование фреймов и мультифреймов, которые позволяют структурировать последовательность в целом. Например, Е2 (8448 кбит/с) длина фрейма равна 1056 бит, при естественном сохранении частоты повторения фрейма 8000 Гц. Мультифрейм соответствует 12 фреймам. Формирование фреймов и мультифреймов и их выравнивание особенно важно для локализации на приемной стороне каждого фрейма, что позволяет в свою очередь получить информацию о сигнализации и кодовых группах контролирующих избыточных кодов CRC и информацию служебного канала данных.

С использованием современных методов ИКМ (например дифференциальной ИКМ - ДИКМ) можно использовать скорость 32 кбит/с для передачи одного речевого канала, что приводит к схемам каналов Т1 или Е1, несущих 48 или 60 телефонных каналов.

Кроме передачи телефонного трафика, PDH-системами можно пользоваться для передачи данных.

 

Недостатки плезиохронной цифровой иерархии

Суть основных недостатков PDH в том, что добавление выравнивающих бит делает невозможным идентификацию и вывод, например, потока 64 кбит/с или 2 Мбит/с, "зашитого" в поток 140 Мбит/с, без полного демультиплексирования или "расшивки" этого потока и удаления выравнивающих бит. Одно дело "гнать" поток междугородных или международных телефонных разговоров от одного телефонного узла к другому "сшивая" и "расшивая" их достаточно редко. Другое дело - связать несколько и/или их отделений с помощью PDH сети. В последнем случае часто приходится либо выводить поток 64 кбит/с или 2 Мбит/с из потока 140 Мбит/с, чтобы завести его, например, в отделен банка, либо наоборот выводить поток 64 кбит/с или 2 Мбит/с из банка для ввода его обратно в поток 140 Мбит/с. Осуществляя такой ввод/вывод, приходится проводить достаточно сложную операцию трехуровневого демультиплексирования ("расшивания") PDH сигнала с удалением/добавлением выравнивающих (на всех трех уровнях) бит и его последующего трехуровневого мультиплексирования ("сшивания") с добавлением новых выравнивающих бит.

Схема такой операции для одного пользователя (с потоком 2 Мбит/с) показана на рис.1. При наличии многих пользователей, требующих ввода/вывода исходных (например, 2 Мбит/с) потков, для аппаратурной реализации сети требуется чрезмерно большое количество мультиплексоре в результате эксплуатация сети становится экономически невыгодной.

Другое узкое место технологии PDH - слабые возможности в организации служебных канале для целей контроля и управления потоком в сети и практически полное отсутствие средств низовых мультиплексированных потоков, что крайне важно для использования в сетях пер дачи данных.

Рисунок 1 – Операция ввода-вывода потоков пользователя 2Мбит/с в поток 140 Мбит/с по схеме PDH

Рекомендация G.704 вообще не предусматривает необходимые для нормальной маршрутизации заголовки. В связи с отсутствием специальных средств маршрутизации, при формирования PDH фреймов и мультифреймов увеличивается (при возрастании числа мультиплексирование и переключений потоков при маршрутизации) возможность ошибки в отслеживании "истории" текущих переключений, а значит увеличивается и возможность "потерять" сведения не только о текущем переключении, но и о его "истории" в целом, что приводит к нарушению схемы маршрутизации всего трафика.

Так, казалось бы существенное достоинство метода - небольшая "перегруженность заголовками" на деле оборачивается еще одним серьезным недостатком, как только возникает необходимость в развитой маршрутизации, вызванная использованием сети PDH для передачи данных.