36. Цифровые каналы передачи данных для первичных сетей

Существует два поколения технологий цифровых первичных сетей – технология плезиохронной (почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH).

Сети PDH

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации разработанная в конце 60-х годов. Для связи крупных коммутаторов телефонных сетей использовались каналы с частотным уплотнением (FTM). Эта технология достаточно быстро исчерпала свои возможности по организации высокоскоростной связи.

Для решения этих проблем была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать на постоянной основе данные 24 абонентских соединений. Абонентские окончания оставались аналоговыми, поэтому мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровку голоса с частотой 8 КГц. В результате каждый абонентский канал образовывал цифровой поток данных 64 кбит/с. Для соединения магистральных АТС средств мультиплексирования Т1 было недостаточно. Поэтому была разработана технология образования каналов с иерархией скоростей.

Четыре канала типа Т1 (1,5 Мбит/с) = канал Т2 (6,3 Мбит/с). Семь каналов Т2 = ТЗ (44,7 Мбит/с)

Аппаратура Tl, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей. Эта версия иерархии распространена в США, Канаде и Японии. В Европе применяется международный стандарт с каналами типа El, E2 и ЕЗ.

Е1 (2 Мбит/с) = 30 абонентских каналов по 64 Кбит/с четыре канала Е1 = канал Е2 (8,5 Мбит/с) четыре канала Е2 = канал Е3 (34,4 Мбит/с).

Для унифицированного наименования каналов используется обозначение DS (Digital Signal). DS0 – абонентский канал, DS1 – канал Т1/Е1, DS2 – канал Т2/Е2, DS3 – канал Т3/Е3.

Ограничения технологии PDH:

1. Сложность и неэффективность операций мультиплексирования и демультиплексирования пользовательских данных из-за отсутствия полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Это привело к необходимости вставки бита или нескольки бит синхронизации между кадрами. В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры этого канала до уровня абонентского канала.

2. Отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью, процедур поддержки отказоустойчивости, что важно для построения ответственные междугородные и международные соединений.

3. Низкие по современным меркам скорости иерархии.

Сети SDH

Технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) разработана на базе технологии PDH для создания надежных транспортных сетей, позволяющих гибко формировать цифровые каналы от единиц мегабит до десятков гигабит в секунду. Используется для построения первичных сетей операторов связи, а также сетей крупных распределенных предприятий.

Каналы SDH относятся к классу полу постоянны, так как формирование канала происходит по инициативе оператора сети SDH (пользователи не могут устанавливать соединение). Поэтому каналы SDH применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM).

Каналы SDH обычно применяют для объединения большого количество периферийных менее скоростных каналов, работающих по технологии PDH.

Иерархия скоростей: STM-1 (155,520 Мбит/с), STM-3 – 3 канала STM-1, 4, 6, 8, 12, 16, 64 и STM-256 (39,81 Гбит/с).

Достоинства технологии SDH:

1. Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей. Введение и выведение более низкоскоростного потока без полного демультиплексирования потока в целом. Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне.

2. Отказоустойчивость сети. Технология предусматривает автоматическую реакцию оборудования на такие, как обрыв кабеля, отказ порта, выход из строя мультиплексора или отдельной его карты. Отказ устраняется путем направления трафика по резервному пути или переходом на резервный модуль.

3. Мониторинг и управление сетью на основе информации, встроенной в заголовки кадров.

4. Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа (гарантированная пропускная способность, низкий и фиксированный уровень задержек).

5. Возможность простой интеграции с технологией DWDM, обеспечивающей передачу информации по оптическим магистралям с еще более высокими скоростями. В магистральных сетях с ядром DWDM сети SDH играют роль сети доступа.

Недостаток: неспособность динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети в отличие от пакетных сетей. Значимость этого недостатка будет возрастает по мере увеличения доли и ценности трафика данных по отношению к стандартному голосовому трафику.

Стек протоколов SDH состоит из протоколов 4-х уровней.

1 Физический уровень (фотонный) обеспечивает кодирование битов потенциальным кодом NRZ путем модуляции света.

2 Уровень секции поддерживает физическую целостность сети. Секцией в технологии SDH называется каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, который соединяет пару устройств SDH между собой, например мультиплексор – регенератор, регенератор – регенератор. Протокол секции имеет на основе служебной информации проводит тестирование секции и поддерживать операции административного контроля.

3 Уровень линии обеспечивает передачу данных между двумя мультиплексорами сети. Протокол осуществляет различные операций мультиплексирования и демультиплексирования, вставки и удаления пользовательских данных. Также обеспечивает реконфигурирование линии в случае отказа.

4 Уровень тракта отвечает за доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт – это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта принимает данные, поступающие в пользовательском формате (например, Т1) и преобразует их в синхронные кадры STM-N.

Сети DWDM

Технология плотного волнового (спектрального) мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) предназначена для создания оптических магистралей, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях.

При волновом мультиплексировании информация в оптическом волокне передается одновременно большим количеством световых волн с различной длиной. Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, при этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный капал. Технология DWDM не определяет способ кодирования информации на каждой волне и протокол ее передачи. Устройства DWDM обеспечивают только объединение различных волн в одном световом пучке, а также выделение из общего сигнала информации каждого спектрального канала.

Оборудование DWDM позволяет передавать по одному оптическому волокну несколько десятков волн разной длины. Каждая волна может переносить информацию со скоростью до 10 Гбит/с.

Основные достоинства:

1. Повышение коэффициента использования частотного потенциала оптического волокна (по сравнению с технологией WDM за счет уплотнения каналов с меньшим частотным зазором).

2 Масштабируемость – повышение суммарной скорости сети за счет добавления новых спектральных каналов без замены всех магистральных модулей мультиплексоров (что требуется для перехода к новому уровню STM в сетях SDH).

3 Независимость от протокола передачи данных и, следовательно, возможность передавать через магистраль DWDM трафик сетей любого типа.

4 Независимость спектральных каналов друг от друга.

5 Совместимость с технологией SDH.

6 Совместимость с технологиями семейства Ethernet — Gigabit Ethernet и 10GE.

7 Стандартизованность на уровне международного союза электросвязи.