КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И СЕТИ SDH Общие сведения

Быстрое  развитие  телекоммуникационных  сетей  и  необходимость   существенного увеличения объема, надежности и экономичности передачи  цифровых сигналов привели к коренным  изменениям  в  практике  построения  и  использования  интегральных  цифровых сетей.

В   настоящее   время   телекоммуникационные   сети   должны    строиться    на   базе современных   технологий   цифровых   систем   передачи    и   устройств   автоматической коммутации  цифровых  потоков,  иметь  гибкую  и  легко  управляемую  структуру.  В  них необходимо обеспечивать:

1                      )надежную,  высококачественную  передачу  и  оперативное  переключение  сигналов разноскоростных цифровых потоков на разветвленной транспортной сети;

2                      )выделение/вставку   этих   потоков   в   произвольных   пунктах   доступа   цифрового линейного тракта;

3) возможность     совместной     работы     оборудования     SDH     различных     фирм- производителей на сети одного оператора и удобство  взаимодействия нескольких сетевых операторов;

4) выполнение      автоматизированного      контроля      качества      функционирования,

оперативного управления и эксплуатационного обслуживания различных элементов сети;

5) развитие  существующих  и  появление  различных  новых  видов   электросвязи  и дополнительных видов обслуживания, использующих как  синхронный, так и асинхронный способы передачи цифровых сигналов.

Перечисленные  и  другие  требования  к  плезиохронным  ЦСП,  на   основе  которых первоначально строились цифровые сети электросвязи, практически невыполнимы – это во- первых.

Во-вторых, с появлением ООВ оказалось возможным создавать волоконно-оптические линейные  тракты,  обеспечивающие  высокие  (единицы  –  десятки  гигабит  в  секунду)  и сверхвысокие (сотни – тысячи гигабит в  секунду) скорости передачи цифровых сигналов. При этом  длина секции  (участка) регенерации составляет 80… 120 км и более. В таких линейных   трактах  на  разветвленной  сети  практически  отсутствуют   необслуживаемые регенерационные  пункты.  Они  совмещаются  с  пунктами   выделения/вставки  цифровых потоков.   Производительность   волоконно-оптических   линейных   трактов   (произведение скорости  передачи   на  длину  регенерационной  секции)  превышает  производительность трактов,  образуемых с использованием кабелей с металлическими проводниками, в  100  и более раз, что радикально увеличивает экономическую эффективность первых [40].

Использование на волоконно-оптических трактах плезиохронных ЦСП  для  получения высокоскоростных цифровых потоков со скоростями передачи 140 и 565 Мбит/с приводит к громоздким  и  малонадежным  техническим   решениям.  В  указанных  ЦСП  применяется асинхронный метод группообразования цифровых сигналов, где результирующий цифровой поток  формируется в последовательно соединенных мультиплексорах. При этом  затруднен доступ  к  составляющим  (компонентным)  цифровым  потокам  для  их  выделения/вставки, ответвления    и    транзита,    так    как    в    промежуточном    пункте    нужно    выполнять многоступенчатое   демультиплексирование  полученного   цифрового  группового  сигнала (ЦГС).  При  нарушениях  синхронизации  ЦГС  сравнительно  большое  время  тратится  на многоступенчатое восстановление синхронизации компонентных потоков.

Эти   трудности   легко   преодолимы  при   использовании   синхронного   объединения цифровых   сигналов,   или   синхронного   мультиплексирования,   которое   используется   в системах передачи SDH.

В   третьих,   пользователи   сети  электросвязи   (сервис  потребителей)   непрерывным повышением  своих  требований  к  поставщикам  оборудования   сети  ставят  перед  ними бесконечные   проблемы   (создают   им    постоянную    «головную   боль»),   потому    что 15

традиционные сети электросвязи абсолютно не приспособлены к быстро  изменяющемуся сервису потребителей.

Поэтому, учитывая накопленный в мире опыт разработки и использования синхронных систем передачи, Международный союз электросвязи ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standartization) в 1988 г. приступил к разработке и к настоящему времени   в   основном   принял    рекомендации   (см.   поздразд.   1.2.2)   по   созданию   и использованию систем передачи и сетей SDH.

Применение  на  сетях  связи  систем  передачи  SDH  представляет  собой  качественно новый этап развития цифровых телекоммуникаций. В рамках технологии SDH разработаны не   только   новая   иерархия   скоростей   передачи   цифровых   сигналов   и   новый   метод мультиплексирования  цифровых  потоков,  но  и  перспективная  концепция  построения  и развития   цифровых   транспортных    сетей,   которая   поддерживается   международными рекомендациями и стандартами.

Концепция    сети    SDH    позволяет    оптимальным    образом    сочетать     процессы высококачественной   передачи   высокоскоростных   цифровых   сигналов    с   процессами автоматизированного контроля, управления и обслуживания элементов сети в рамках единой системы. Для этого сеть SDH подразделяется на информационную сеть потребителей и сеть сервисных    систем,    обеспечивающих    глубокую    автоматизацию    функций    контроля, управления  и  обслуживания   оборудования   и  элементов  сети.   Последнее   достигается органическим внедрением техники специализированных ЭВМ в аппаратуру и оборудование цифровой сети.

Новая концепция сетей SDH предусматривает, что на первом этапе их  внедрения и развития оборудование систем передачи SDH может использоваться для передачи цифровых потоков  плезиохронных  ЦСП  по  высокоскоростным   волоконно-оптическим  линейным трактам  в  структуре  «точка-точка».  В  дальнейшем,  благодаря  заложенным  в  системах передачи  SDH  возможностям  многократных  выделений/вставок  и  ответвлений  цифровых потоков,  будут  создаваться  линейные,  кольцевые  и  разветвленные  сетевые  структуры  с пунктами выделения/вставки разноскоростных цифровых потоков.

В  соответствии  со  структурой  сети  SDH  в  ней  реализуется  комплексный  процесс перемещения   сообщений,   который   включает   собственно   передачу    информационных сигналов и функции контроля, управления и обслуживания. Для названия этого процесса в системах    передачи    и    сетях    SDH    используется     термин    транспортирование,    а соответствующие   системы   и   устройства    называются   транспортными   (транспортная система, цифровая транспортная сеть, синхронный транспортный модуль и т. д.).

Универсальные  возможности  транспортирования  различных  сигналов  достигаются  в сети    SDH    благодаря    использованию    принципа    контейнерных    перевозок.    В    сети перемещаются  не  сами  сигналы  нагрузки,  а  новые  цифровые  структуры  –  виртуальные контейнеры  VC  (Virtual  Container),  в  которых  размещаются  информационные  сигналы. Сетевые  операции  с  контейнерами  выполняются  независимо  от  их  содержания.  После доставки  на  место  и  «выгрузки  из  контейнеров»  сигналы  нагрузки  обрабатываются  и обретают исходную форму.

Нагрузкой транспортной цифровой сети могут быть сигналы, формируемые на выходе мультиплексоров плезиохронных ЦСП, потоки ячеек асинхронного режима  переноса ATM (Asynchronous   Transfer   Mode)   или   иные   цифровые   сигналы.    Аналоговые   сигналы предварительно должны быть преобразованы в цифровую форму, что может быть выполнено с помощью имеющегося или появившегося на  сети нового оборудования. Во всех случаях передаваемые цифровые сигналы  «выстраиваются по времени», т. е. из них формируются стандартные циклы передачи сигналов, или фреймы, повторяющиеся через 125 мкс.

В структуре сигнала систем передачи SDH предусмотрено формирование  нескольких типов служебных сигналов, которые называют заголовками. Использование этих заголовков, буферов (оперативных запоминающих устройств) и  специализированных ЭВМ позволяет оператору сети перемещать сигналы из  конца  одного цикла передачи в начало другого и наоборот.  При  этом  возможно  однозначно  определить  в  общем  цифровом  потоке  место расположения каждого первичного цифрового потока. Это позволяет оператору сети в любой

момент  знать,  где  находится  закодированный  сигнал  пользователя  и  во   времени,  и  в пространстве,  что  обеспечивает  ему  (оператору)  доступ  к  отдельно  взятому  первичному цифровому потоку без ряда преобразований общего цифрового потока.

Для  эффективного  внедрения  функций  контроля,  управления  и   обслуживания  в действующие сетевые структуры и в существующие плезиохронные ЦСП потребовалась бы их     существенная     переработка.      Например,     в     циклы     передачи,     формируемые мультиплексорами плезиохронных ЦСП, нужно было бы включить дополнительные позиции для  контрольных  и  управляющих  сигналов,  а  в  оборудование  передачи  и  оперативного управления   –   интерфейсные,   контрольные   и    исполнительные    устройства.   В   свете изложенного  разработку  систем  передачи  SDH  можно  рассматривать  в  качестве  способа введения  вышеупомянутых новшеств «с чистого листа». Фактически в рамках  технологии SDH  создается  новая  перспективная  концепция  не  только   цифровых  сетей,  но  также аппаратуры  и  оборудования,  учитывающая  современные  достижения  системотехники  и программирования.  Однако  при  этом  концепция  SDH  разработана  так,  чтобы  она  могла функционировать  в   окружении  существующих  сетей  с  использованием  большей  части действующей аппаратуры плезиохронных ЦСП.

Создание   сетевых   структур   различных   конфигураций,   контроль   и    управление отдельными элементами сети и всей информационной сетью SDH в целом осуществляются программно  и  дистанционно  с  помощью  специальной  системы  контроля,  управления  и технического  обслуживания.   Физической  основой  этой  системы  являются  входящие  в аппаратуру контрольно-управляющие микропроцессоры, Q-интерфейсы, встроенные каналы служебной  связи  и  программное  обеспечение.  Такая  система  успешно   решает  задачи эксплуатационного  обслуживания  оборудования  систем  передачи  SDH  различных  фирм- производителей    в    зоне    одного    оператора    сети    и    обеспечивает    автоматическое взаимодействие  зон  сети  различных  операторов.  Все  операции  по  выполнению  функций контроля, управления и обслуживания сети SDH и каждого её элемента могут выполняться как из центрального пункта управления, так и из других пунктов сети, которым такое право предоставлено.

Уровни систем передачи SDH определяют структуру сигналов и скорость их передачи на интерфейсах сетевых узлов. По Рекомендации ITU-T G.704  (1995) для первого уровня иерархии в качестве основного цикла передачи синхронного сигнала с периодом повторения 125 мкс в системах передачи SDH был принят синхронный транспортный модуль 1-го уровня STM-1 (Synchronous Transport Module of level 1) [125]. По Рекомендации ITU-T G.709 (1996) сигнал STM-1 имеет скорость передачи 155,52 Мбит/с [127].

Скорости  передачи  сигналов  высших  уровней  иерархии  получаются   умножением данной скорости на целое число, равное более высокому уровню систем передачи SDH. До 2000 г. указанными рекомендациями были определены также 4, 16 и 64-й уровни иерархии. Четвертому  уровню  соответствует  сигнал  STM-4  со  скоростью  передачи  622,08  Мбит/с, 16-му – сигнал STM-16 со скоростью передачи 2448,32 Мбит/с (2,5 Гбит/с) и 64-му – сигнал STM-64 со скоростью передачи 9953,28 Мбит/с (10 Гбит/с).

В  октябре  2000  года  ITU-T  принял  Рекомендацию  G.707/Y.1322  по  использованию сигнала   256-го   уровня   иерархии,   т.   е.   сигнала   STM-256    со   скоростью   передачи 39813,12 Мбит/с  (40  Гбит/с)  [126].  Этой  же  рекомендацией  определен  сигнал  нулевого уровня  STM-0  со  скоростью   передачи  51,84  Мбит/с,  что  соответствует  синхронному транспортному   сигналу  STS-1  системы  передачи  синхронной  оптической  сети  SONET (Synchronous Optical Network) (США) [43].

Принятие рекомендации по сигналу уровня STM-0 следует только приветствовать, так как   мультиплексирование   трех   таких   сигналов   образует   поток   уровня   STM-1,   т.   е. 51,84 Мбит/с х 3 = 155,52 Мбит/с. Это способствует еще большему развитию международной транспортной сети связи.

Системы   передачи   SDH   1,   4,   16,   64   и   256-го   уровней   позволяют   образовать соответственно  1920,  7680,  30720,  122880  и  491520  основных   цифровых  каналов  со скоростью передачи 64 кбит/с.

Сигнал  STM-0  или  синхронный  транспортный  модуль  для  радиорелейных   систем

передачи   SDH   STM-RR   (Synchronous   Transport   Module   for   Radio   Relay   link)   может использоваться   на   радиорелейных   и   спутниковых   линиях   передачи,    где   широко распространены тракты с полосой пропускания порядка 40 МГц.  Кроме того, указанный тракт рекомендуется использовать в тех многочисленных  приложениях, когда на данном участке сети нет необходимости в сравнительно  большой пропускной способности тракта первого уровня систем передачи SDH.

В волоконно-оптический кабельный тракт сигналы систем передачи SDH поступают в коде линейного сигнала, в качестве которого используется бинарный  код без возврата к нулю NRZ (Non Return to Zero).

Перед     поступлением     в     линейный     мультиплексор     передаваемые      сигналы скремблируются,  что  делает  битовую  последовательность   сформированного  цифрового линейного сигнала (ЦЛС) случайной. Цифровой линейный сигнал на входе линейного тракта имеет ту же скорость передачи, что и ЦГС данной системы передачи SDH.

Сегодня  системы  передачи  SDH  признаны  во  всем  мире  как  самая  современная  и хорошо отработанная технология для построения транспортных  сетей связи. Практически все развитые страны широко применяют системы  передачи SDH, а некоторые развивают свои  сети  только  на  базе  систем   передачи   SDH  уже  с  1996  года.  Ведущие  фирмы- производители    резко     сократили    производство    аппаратуры    плезиохронных    ЦСП. Альтернативы  применению  систем  передачи  SDH  на  широкополосных  мультисервисных сетях до недавнего времени фактически не существовало.

Однако предоставление пользователям сети все большего числа новых услуг и переход на пакетные принципы передачи и коммутации цифровых сигналов требуют применения в сети   высокопроизводительного   и   многофункционального   оборудования,   обладающего необходимой масштабируемостью, гибкостью и надежностью. Указанная проблема успешно решается путем комбинированного применения целого спектра новейших технологий:

1)      одномодовых  оптических  волокон  типа  TrueWave  RS,  TrueWave  XL,   AllWave

компании Lucent и типа SMF-28; LEAF, MetroCor фирмы Corning [1, 96];

2)      технологии      временного      мультиплексирования      сигналов,      в      частности,

технологии SDH различных уровней;

3)      технологии         плотного         волнового         мультиплексирования          сигналов

DWDM.

Использование  этих  технологий  позволяет  увеличить  трафик  до  сотен   гигабит  в секунду  и  более  без  замены  волоконно-оптического  кабеля  (ВОК)  и  незначительными изменениями  состава  оборудования  систем  передачи  на  пунктах  доступа  транспортной цифровой сети.

Современная технология SDH обеспечивает мультиплексирование, прямую  передачу

цифрового потока уровня STM-256 (40 Гбит/с) по одному ООВ и  демультиплексирование принятого потока.

Сущность технологии DWDM состоит в одновременной передаче по одному  волокну нескольких   десятков  потоков,   например,   технологии   SDH   с   различными   скоростями передачи  по  «узким»  спектральным  полосам,  например,   50  или  100  ГГц  в  заданном диапазоне  длин  волн  ООВ.  Указанные  выше   типы   одномодовых  волокон  с  нулевой смещенной дисперсией специально разработаны для технологии DWDM [80].

Таким    образом,    современные    тенденции    развития    средств    телекоммуникаций свидетельствуют   о   перспективности   систем   передачи,   работающих   по   ООВ.   В   них совмещаются    временное    мультиплексирование     для    образования    сигналов    STM-N (Synchronous Transport Module of level N) и их  передача по одному ООВ с использованием технологии DWDM [78, 101, 103].

Здесь уместно заметить, что на рубеже XX – XXI веков в печати появились публикации, предрекающие «закат» технологии SDH [12]. Но видя, что эти «пророчества» не сбываются, автор указанной работы убедился в возможности  перехода «к оборудованию SDH нового поколения» [14].

В  настоящее  время  установленное  на  транспортной  сети  оборудование  волоконно-

оптической магистральной связи в основном поддерживает потоки уровней от  STM-1 до

SТM-16.  Системы  передачи  SDH  уровня  STM-64  уже  появились  на  рынке  и  пользуются большим спросом. Их продажа для установки на транспортных  сетях будет продолжаться высокими темпами. Технология, позволяющая  создавать аппаратуру и оборудование SDH уровня  STM-256,  также  отработана.  Однако  по  экономическим  соображениям  реальное поступление  на рынок мультиплексоров уровня STM-256 начнется не ранее 2005 г. [67]. Основой интегральной цифровой сети следующего поколения будут системы передачи SDH высокой пропускной способности (уровней STM-64, STM-256), системы передачи DWDM и оптическая аппаратура оперативного переключения, или оптические кросс-коннекторы.

Технология SDH продолжает развиваться, ее последними достижениями являются [68]:

1)     недорогие  и   простые   в  установке   и   обслуживании   мультиплексоры  доступа (терминальные       мультиплексоры       ТМ       (Terminal       Multiplexer),      мультиплексоры выделения/вставки DIM (Drop/Insert Multiplexer), или МВВ) уровней STM-1, STM-4, STM-16 с полным  набором электрических и оптических интерфейсов, а также с поддержкой  новых возможностей, например, IP over SDH;

2)     высокопроизводительные   универсальные   мультиплексоры   и   кросс-коннекторы, поддерживающие  скорости  передачи  сигналов  до  уровней  STM-64,  STM-256  и  имеющие полные неблокируемые матрицы коммутации на уровне сигналов STM-1;

3)     поддержка на выходных интерфейсах линейных мультиплексоров перестраиваемых на   заданную   длину   волны   оптических   сигналов   для   их   непосредственного   ввода   в оптические    мультиплексоры    систем    передачи    волнового    или    плотного    волнового мультиплексирования, что позволяет упростить обслуживание сети и снизить ее суммарную стоимость.

По мнению специалистов компании Lucent, системы передачи SDH еще  долгое время будут применять операторы для обеспечения доступа к  транспортным сетям, а также для построения   зоновых   и   местных   сетей,   в   первую   очередь,   благодаря   поддержанию разнообразных низкоскоростных интерфейсов доступа – от первичных цифровых потоков E1 (скорость передачи 2,048 Мбит/с) до сигналов уровня STM-1.

Технология  SDH  является  достаточно  апробированной  и  надежной   основой  для дальнейшего  расширения  как  транспортных   волоконно-оптических  сетей,  так  и  сетей доступа. Её несомненными достоинствами являются [63]:

1)     международная    стандартизация    в    рамках    рекомендаций    ITU-T,    стандартов Европейского института стандартов по связи ETSI  (European Telecommunications Standarts Institute) и Международной организации по стандартизации ISO (International Standartization Organization);

2)     наличие   автоматического   резервирования   различных   видов,   обеспечивающего высокую надежность и живучесть (отказоустойчивость) сетей;

3)     развитые   средства   автоматического   контроля,   обслуживания   и   программного управления.

Более  подробно  другие  достоинства  систем  передачи  SDH  рассмотрены  ниже  (см.

подразд. 2.4.4), а также в работе [85].

Системы  передачи  SDH  постоянно  совершенствуют  в  соответствии  с  требованиями времени. Современное оборудование позволяет интегрировать  технологию SDH с другими существующими    и    новыми    технологиями    (ATM,    GE,    IP,    DWDM),    обеспечивая транспортирование  различных  видов  трафика.  В  перспективе  такое  оборудование  может быть основой для построения мультисервисных сетей [56, 61, 62].

Источник: Хмелёв К. Ф. Основы SDH: Монография. – К.: ІВЦ «Видавництво «Полігехніка»», 2003.-584 с.:ил.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100