30.Плезиохронная и синхронная цифровые сети.

Плезиохронная цифровая иерархия.

Новые технологии телекоммуникаций стали развиваться в сетях связи, как известно, с переходом от аналоговых к цифровым методам передачи данных, основанным на мультиплексировании с временным разделением каналов и технологии представления сигнала с помощью ИКМ.

При использовании цифровых методов мультиплексор формирует, как известно, из n входных цифровых последовательностей одну выходную, состоящую из повторяющихся групп - по n одноименных блоков (состоящих из бит, байт или полей длиной в несколько байтов), сформированных за n временных интервалов (именуемых "тайм-слотами"). Мультиплексор тео­ретически должен при этом обеспечить скорость передачи данных порядка nхv, где v - скорость передачи данных одного входного канала, предполагаемая одинаковой для всех каналов.

Если в качестве входного используется сигнал основного цифрового канала ОЦК, имеющего скорость передачи 64 кбит/с (для речевого сообщения), то с помощью одного мультиплексора можно теоретически формировать цифровые потоки данных со скоростями nх64 кбит/с. К этой повторяющейся группе добавляются группы бит, необ­ходимых для осуществления синхронизации, сигнализации, контроля ошибок. В резуль­тате чего группа приобретает структуру фрейма. Если считать этот уровень мультиплексирования первичным в схеме последовательного, каскадного, мультиплексирования вторичного, третичного и т.д. уровней, использующих муль­типлексоры типа m:1, l:1, к:1..., то можно сформировать различные иерархические наборы циф­ровых скоростей передачи, или цифровые иерархии. Они позволяют довести процесс мультип­лексирования, или уплотнения каналов, до необходимого уровня, дающего требуемое число кана­лов ОЦК на выходе.

Такие цифровые иерархии получили общее название: плезиохронные цифровые иерархии - ПЦИ (или PDH).

В первой из них, принятой в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК, порожденного первым уровнем мультиплексирования, была при­нята скорость Т1 = 1544 кбит/с (т.е. коэффициент первичного мультиплексирования n = 24) и два­дцать четыре ОЦК по 64 кбит/с можно было использовать для передачи голоса или данных.

Во второй, принятой в Японии, в качестве скорости ПЦК использовалась та же скорость 1544 кбит/с.

В третьей, принятой в Европе и Южной Америке, в качестве скорости ПЦК была приня­та скорость 2048 кбит/с (т.е. коэффициент первичного мультиплексирования n = 30) и тридцать ОЦК по 64 кбит/с (основной формат) использовались для передачи голоса и данных. Два допол­нительных тайм-слота (0 и 16) предназначались для организации каналов по 64 кбит/с для синхронизации (0 тайм-слот) и сигнализации или управле­ния (16 тайм-слот).

Первая иерархия

Она была порождена скоростью ОЦК, давала последовательность каналов вида: ПЦК – ВЦК (вторичный цифровой канал) – ТЦК – ЧЦК или последовательность скоростей с номинальными значениями в виде ряда: 1544-6312-44736- 274176 кбит/с. С учетом скорости ОЦК (одинаковой для всех трех иерархий), указанный ряд скоростей соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, l=7, к=6. Эта иерархия по­зволяет передавать соответственно: 24, 96, 672 и 4032 канала ОЦК. Это американская система (АС) иерархии.

Вторая иерархия

Она была порождена скоростью ОЦК, давала последовательность каналов вида: ПЦК – ВЦК–ТЦК–ЧЦК - 5ЦК или последовательность скоростей: 1544 - 6312 - 32064 – 97728 – 397200 кбит/с. Что с учетом скоро­сти ОЦК, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования: n=24, m=4, 1=5, k=3, i=4. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно: 24, 96, 480, 1440 и 5760 каналов ОЦК. Это японская система (ЯС) иерархии.

Третья иерархия

Она была порождена также скоростью ОЦК, давала последовательность каналов вида: Е1 -Е2 - ЕЗ - Е4 - Е5 или последовательность скоростей: 2048 - 8448 - 34368 - 139264 - 564992 - кбит/с, что соответствует ряду коэф­фициентов: n=30 (31), m=4, 1=4, k=4, i=4, (т.е. после n коэффициент мультиплексирования в этой иерархии выбирался постоянным и равным 4). Указанная иерархия позволяет передавать соответ­ственно 30, 120, 480, 1920 и 7680 каналов ОЦК, что отражается и в названии ИКМ систем: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т.д. Это европейская система (ЕС) иерархии.

При формировании первичного уровня иерархии использовалась схема мультиплексиро­вания с байт-интерливингом (чередованием байтов/октетов).

При использовании каскадного мультиплексирования даже при достаточно жесткой, но локальной, синхронизации входных последовательностей, подаваемых на мультип­лексор от разных абонентов при приеме/передаче, приходится для целей общей синхронизации цифровых потоков выравнивать (синхронизировать) цифровые последовательно­сти перед мультиплексированием, добавляя выравнивающие биты (т.е. осуществляя так называе­мую процедуру стаффинга) к входным цифровым последовательностям. Все это приводит к то­му, что, начиная с формирования вторичных цифровых каналов (и далее), приходится использо­вать схему мультиплексирования с бит-интерливингом (чередованием бит, а не байтов), что, с учетом процедуры стаффинга, делает невозможным идентификацию байтов каждого канала в об­щем потоке уже после второго уровня мультиплексирования.

Т.е. на верхних уровнях иерархии используется внутренняя побитовая синхронизация, при которой мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков, например, путем добав­ления нужного числа выравнивающих бит в каналы с относительно меньшими скоростями пере­дачи.

Это наиболее простой вариант, характерный для международных процедур стаффинга, на­зывается положительным согласованием скоростей, хотя могут использоваться и другие варианты, когда выравнивание скоростей осуществляется путем изъятия бит из каналов с большими скоростями (этот вариант называется отрицательным согласованием скоростей), или сочетаются оба процесса добав­ления/изъятия, что используется в российских вариантах процедур стаффинга. Благодаря этому на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая последовательность.

Информация о вставленных/изъятых битах передается по каналам управления, формируе­мым отдельными битами в структуре фрейма в рамках общего потока управления. На каждом последующем уровне мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые вы­равнивающие биты. Эти биты затем удаляются/добавляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохрониого (т.е. почти синхронного), а цифровые иерархии АС, ЕС и ЯС получили соответственно название плезиохроиных цифровых иерархий ПЦИ (PDH).

Недостатком систем передачи плезиохронной цифровой иерархии является то, что при нарушении синхрони­зации группового сигнала восстановление синхронизации пер­вичных цифровых потоков происходит многоступенчатым пу­тем, а это занимает довольно много времени. Но самое главное – это почти полное отсутствие возможностей автоматически контролировать состояние сети связи и управ­лять ею. А без этого создать надежную сеть с высоким качеством обслуживания практически невозможно. Все эти факторы и побудили разработать еще одну цифровую иерар­хию.

Синхронная цифровая иерархия.

Новая цифровая иерархия была задумана как скоростная информационная автострада для транспортирования цифровых потоков с разными скоростями. В этой иерархии объединяются и разъединяются потоки со скоростями 155,520 Мбит/с и выше. Поскольку способ объе­динения потоков был выбран синхронный, то данная иерархия получила название синхронной цифровой иерархии (Synchro­nous Digital Hierarchy — SDH).

Сети SDH, несмотря на их очевидные преимущества перед сетями PDH, не имели бы такого успеха, если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов PDH.

Для транспортирования цифрового потока со скоростью 155 Мбит/с создается синхронный транспортный модуль (Syn­chronous Transport Module) STM-1. Для создания более мощных цифровых потоков в SDH-системах формируется следующая скоростная иерархия: четыре модуля STM-1 объединяются путем побайтового муль­типлексирования в модуль STM-4, передаваемый со скоростью 622,080 Мбит/с; затем четыре модуля STM-4 объединяются в модуль STM-I6 со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с; нако­нец четыре модуля STM-16 могут быть объединены в высоко­скоростной модуль STM-64 (9953, 280 Мбит/с).

В сети SDH применены прин­ципы контейнерных перевозок. Подлежащие транспортировке сигналы предварительно размещаются в стандартных контей­нерах (Container — С). Все операции с контейнерами произво­дятся независимо от их содержания, чем и достигается про­зрачность сети SDH, т.е. способность транспортировать раз­личные сигналы, в частности сигналы PDH.

Наиболее близким по скорости к первому уровню иерархии SDH (155, 520 Мбит/с) является цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с, образуемый на выходе аппаратуры плезиохронной цифровой иерархии ИКМ-1920. Его проще всего разместить в модуле STM-1. Для этого поступающий цифровой сигнал сначала "упаковывают" в контейнер (т.е. размещают на определенных позициях его цикла).

Синхронный транспортный модуль STM-1 можно загрузить и плезиохронными потоками со скоростями 2,048 Мбит/с. Такие потоки формируются аппаратурой ИКМ-30, они широко распространены в современных сетях. Для первоначальной "упаковки" используется контейнер С12. Цифровой сигнал размешается на определенных позициях этого контейнера. Путем добавления маршрутного, или транспортного, заголовка (РОН) образуется виртуальный контейнер VC-12. Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончаний трактов.

Плезиохронные цифровые потоки всех уровней размеша­ются в контейнерах С с использованием процедуры вырав­нивания скоростей (положительного, отрицательного и двух­стороннего).

Важной особенностью аппаратуры SDH является то, что в трактовых и сетевых заголовках помимо маршрутной инфор­мации создается много информации, позволяющей обеспечить наблюдение и управление всей сетью в целом, дистанционные переключения в мультиплексорах по требованию клиентов, осуществлять контроль и диагностику, своевременно обна­ружить и устранять неисправности, реализовать эффективную эксплуатацию сети и сохранить высокое качество предоставля­емых услуг.