Рекомендації МСЕ-Т по основним аспектам SDH: характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка

Кафедра комп'ютерної інженерії

Реферат

з навчальної дисципліни: "Мультиплексні технології"

на тему: "Основні рекомендації МСЕ-Т по основним аспектам SDH: характеристика"

Виконав: студент 402-ТТ групи

Казидуб О.О.

Перевірила: асистент кафедри

Янко А.С.

Полтава 2014

Зміст

Вступ

1. Характеристика технології SDH

1.1 Історія виникнення технології SDH

1.2 Область застосування технології SDH

1.3 Переваги мереж SDH

2. Ієрархія швидкостей та елементи мережі SDH

2.1 Ієрархія швидкостей

2.2 Елементи мережі SDH

2.3 Стек протоколів SDH

2.4 Схема мультиплексування SDH

3. Механізми стандартів SDH нового покоління

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Технологія синхронної цифрової ієрархії (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) дозволяє створювати надійні транспортні мережі і гнучко формувати цифрові канали в широкому діапазоні швидкостей - від декількох мегабіт до десятків гігабіт на секунду. Основна область її застосування - первинні мережі операторів зв'язку.

Первинні мережі призначені для створення комутованої інфраструктури, за допомогою якої можна досить швидко і гнучко організувати постійний канал з двоточковою топологією між двома користувацькими пристроями, підключеними до такої мережі. У первинних мережах застосовується техніка комутації каналів. На основі каналів, утворених первинними мережами, працюють накладені комп'ютерні або телефонні мережі. Канали, що надаються первинними мережами своїм користувачам, відрізняються високою пропускною здатністю - зазвичай від 2 Мбіт/с до 10 Гбіт/с.

Мережі SDH належать до другого покоління первинних мереж. Технологія SDH прийшла на зміну застарілої технології плезіохронної цифрової ієрархії (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH). В даний час SDH не є останнім досягненням технології первинних мереж. Існують також ущільнене хвильове мультиплексування (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) і технологія, що визначає способи передачі даних по хвильовим каналах DWDM - оптична транспортна мережа (Optical Transport Network, OTN).

1. Характеристика технології SDH

1.1 Історія виникнення технології SDH

Технологія синхронної цифрової ієрархії спочатку була розроблена компанією Bellcore під назвою "синхронні оптичні мережі" (Synchronous Optical NETs, SONET) і, по суті, є розвитком технології PDH. Швидкий розвиток телекомунікаційних технологій привело до необхідності розширення ієрархії швидкостей PDH і максимального використання всіх можливостей, які надавало нове середовище - волоконно-оптичні лінії зв'язку.

Одночасно з розширенням лінійки швидкостей потрібно було звільнитися від виявлених за час експлуатації цих мереж недоліків PDH, насамперед, від принципової неможливості виділення окремого низького потоку з високошвидкісного без повного демультиплексування останнього. Сам термін "плезіохронний", тобто "майже" синхронний, говорить про причину такого явища - відсутності повної синхронності потоків даних при об'єднанні низькошвидкісних каналів в більш швидкісні. Крім цього, в технології PDH не були передбачені вбудовані засоби забезпечення завадостійкості і управління мережею.

Була створена технологія, здатна передавати трафік всіх існуючих цифрових каналів рівня PDH (як американських T1-T3, так і європейських E1-E4) з високошвидкісної магістральної мережі на базі волоконно-оптичних кабелів і забезпечити ієрархію швидкостей, яка продовжує ієрархію технології PDH до швидкості в кілька Гбіт/с.

В результаті тривалої роботи вдалося створити стандарт на синхронну цифрову ієрархію (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) - специфікації ITU-T G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812 і ETSI - ETS 300 147.

1.2 Область застосування технології SDH

Мультиплексори SDH з волоконно-оптичними лініями зв'язку між ними утворюють середовище, в якій адміністратор мережі SDH організовує цифрові канали між точками підключення абонентського обладнання чи устаткування вторинних (накладених) мереж самого оператора - телефонних мереж і мереж передачі даних.

На рисунку 1 представлений приклад первинної мережі, побудованої за технологією SDH.

Рис.1. Приклад первинної мережі, побудованої за технологією SDH.

Канали SDH відносяться до класу напівпостійних (semipermanent) - формування (provisioning) каналу відбувається з ініціативи оператора мережі SDH, користувачі ж позбавлені такої можливості, тому такі канали зазвичай застосовуються для передачі досить стійких у часі потоків. Через напівпостійний характерй сполук у технології SDH частіше використовується термін "крос-коннект" (cross-connect), а не комутація.

Мережі SDH відносяться до класу мереж з комутацією каналів на базі синхронного мультиплексування з розподілом за часом (Time Division Multiplexing, TDM), при якому адресація інформації від окремих абонентів визначається її відносним часовим положенням всередині складеного кадру, а не явною адресою, як це відбувається в мережах з комутацією пакетів.

З допомогою каналів SDH зазвичай об'єднують велику кількість периферійних (і менш швидкісних) каналів плезіохронної цифрової ієрархії (PDH).

1.3 Переваги мереж SDH

мережа комутація топологія синхронний

Мережі SDH володіють відмінними особливостями:

- Гнучка ієрархічна схема мультиплексування цифрових потоків різних швидкостей дозволяє вводити в магістральний канал і виводити з нього інформацію користувача будь-якого підтримуваного технологією рівня швидкості без демультиплексування потоку в цілому - а це означає не тільки гнучкість, але й економію обладнання. Схема мультиплексування стандартизована на міжнародному рівні, що забезпечує сумісність обладнання різних виробників.

- Завадостійкість мережі. Мережі SDH володіють високим ступенем "живучості" - технологія передбачає автоматичну реакцію обладнання на такі типові відмови, як обрив кабелю, вихід з ладу порту, мультиплексора або окремої його карти, при цьому трафік прямує по резервному шляху або відбувається швидкий перехід на резервний модуль. Перемикання на резервний шлях здійснюється звичайно протягом 50 мс.

- Моніторинг та управління мережею на основі включаючої в заголовки кадрів інформації, забезпечують обов'язковий рівень керованості мережі незалежно від виробника обладнання і створює основу для нарощування адміністративних функцій в системах управління виробників обладнання SDH.

- Висока якість транспортного обслуговування для будь-якого типу трафіку - трафік голосу, трафік відео та комп'ютерний трафік. TDM, що лежить в основі SDH мультиплексування, забезпечує трафіку кожного абонента гарантовану пропускну здатність, а також низький і фіксований рівень затримок.

2. Ієрархія швидкостей та елементи мережі SDH

2.1 Ієрархія швидкостей

Підтримувана технологією SDH/SONET (SONET - відповідний американський стандарт) ієрархія швидкостей представлена в таблиці 1.

Таблиця 1. Швидкості SDH/SONET

У стандарті SDH всі рівні швидкостей (і, відповідно, формати кадрів для цих рівнів) мають загальну назву: Synchronous Transport Module level N (STM-N). У технології SONET існує два позначення для рівнів швидкостей: Synchronous Transport Signal level N (STS-N) у разі передачі даних у вигляді електричного сигналу, і Optical Carrier level N (OC-N) у разі передачі даних по волоконно-оптичному кабелю. Далі для спрощення викладу будемо орієнтуватися на STM-N.

2.2 Елементи мережі SDH

Oсновним елементом мережі SDH є мультиплексор. Зазвичай він оснащений деякою кількістю портів PDH і SDH: наприклад, портами PDH на 2 і 34/45 Мбіт/с і портами SDH STM-1 на 155 Мбіт/c і STM-4 на 622 Мбіт/c. Порти мультиплексора SDH діляться на агрегатні і трибутарні. Трибутарні порти часто називають також портами вводу/виводу, а агрегатні - лінійними. Ця термінологія відображає типові топології мереж SDH, де є яскраво виражена магістраль у вигляді ланцюга або кільця, по якій передаються потоки даних, що надходять від користувачів мережі через порти вводу/ виводу (тобто втікає в агрегатний потік: tributary дослівно означає "приплив").

Мультиплексори SDH зазвичай ділять на термінальні (Terminal Multiplexor, TM) і вводу/виводу (Add- Drop Multiplexor, ADM). Різниця між ними полягає не в складі портів, а в положенні мультиплексора в мережі SDH, як показано на рисунку 2. Термінальний пристрій завершує агрегатні канали, мультиплексуючи в них велику кількість каналів вводу/виводу (трибутарних). Мультиплексор вводу/виводу транзитом передає агрегатні канали, займаючи проміжне положення на магістралі (в кільці, ланцюзі або змішаній топології). При цьому дані трибутарних каналів вводяться в агрегатний канал або виводяться з нього. Агрегатні порти мультиплексора підтримують максимальний для даної моделі рівень швидкості STM- N, значення якої служить для характеристики мультиплексора в цілому, наприклад мультиплексор STM- 4 або STM- 64.

Рис.2. Положення мультиплексорів в мережі SDH.

Іноді розрізняють так звані крос-конектори (Digital Cross-Connect, DXC) - на відміну від мультиплексорів вводу/виводу, вони виконують комутацію довільних віртуальних контейнерів, а не тільки контейнера з агрегатного потоку з відповідним контейнером трибутарного потоку. Найчастіше крос-конектори реалізують з'єднання між трибутарними портами (точніше - віртуальними контейнерами, сформованими з даних трибутарних портів), але можуть застосовуватися крос-конектори і агрегатних портів, тобто контейнерів VC-4 та їх груп. Останній вид мультиплексорів поки зустрічається рідше, ніж інші, так як його застосування виправдане при великій кількості агрегатних портів і комірчастої топології мережі, а це істотно збільшує вартість, як мультиплексора, так і мережі в цілому.

Більшість виробників випускає універсальні мультиплексори, які можуть використовуватися в якості термінальних, вводу/виводу і крос-конекторів - залежно від набору встановлених модулів з агрегатними і трибутарними портами. Проте можливості використання таких мультиплексорів в якості крос-конекторів дуже обмежений, оскільки виробники часто випускають моделі мультиплексорів з можливістю установки тільки однієї агрегатної карти з двома портами. Конфігурація з двома агрегатними портами є мінімальною, що забезпечує роботу в мережі з топологією кільце або ланцюг. Така конструкція мультиплексора не надто дорога, але здатна ускладнити проектування мережі, якщо потрібно реалізувати комірчасту топологію на максимальній для мультиплексора швидкості.

Крім мультиплексорів до складу мережі SDH можуть входити регенератори, вони необхідні для подолання обмежень по відстані між мультиплексорами, що залежать від потужності оптичних передавачів, чутливості приймачів і загасання волоконно -оптичного кабелю. Регенератор перетворює оптичний сигнал в електричний і назад, відновлюючи при цьому форму сигналу і його тимчасові параметри. В даний час регенератори SDH застосовуються досить рідко, так як вартість їх ненабагато менше вартості мультиплексора, а функціональні можливості не піддаються ніякому порівнянню.

Рис.3. Схема SDH великої протяжності із зв'язком типу "точка-точка" і її сегментація

2.3 Стек протоколів SDH

Стек протоколів SDH складається з чотирьох рівнів:

- Фізичний рівень, названий в стандарті фотонним (photonic), має справу з кодуванням біт інформації за допомогою модуляції світла.

- Рівень секції (section) підтримує фізичну цілісність мережі. Під секцією в технології SDH мається на увазі кожен безперервний відрізок волоконно -оптичного кабелю, за допомогою якого пара пристроїв SONET/ SDH з'єднується між собою, наприклад мультиплексор і регенератор, регенератор і регенератор. Її часто називають регенераторною секцією, маючи на увазі, що від кінцевих пристроїв не потрібно виконання функцій цього рівня мультиплексора. Протокол регенераторної секції має справу з певною частиною заголовка кадру, званої заголовком регенераторної секції (RSOH), і на основі службової інформації може проводити тестування секції і підтримувати операції адміністративного контролю.

- Рівень лінії (line) відповідає за передачу даних між двома мультиплексорами мережі. Протокол цього рівня працює з кадрами рівнів STS-n для виконання різних операцій мультиплексування і демультиплексування, а також вставки і видалення даних користувача. Він здійснює також проведення операцій реконфігурації лінії в разі відмови будь-якого її елемента - оптичного волокна, порту або сусіднього мультиплексора. Лінію часто називають мультиплексною секцією.

- Рівень тракту (path) контролює доставку даних між двома кінцевими користувачами мережі. Тракт (шлях) - це складене віртуальне з'єднання між користувачами. Протокол тракту повинен прийняти надходять в призначеному для користувача форматі дані, наприклад форматі E1, і перетворити їх в синхронні кадри STM-N.

Кадри STM-N мають досить складну структуру, що дозволяє агрегатувати в загальний магістральний потік потоки SDH і PDH з різними швидкостями, а також виконувати операції вводу/виводу без повного демультиплексування магістрального потоку.

2.4 Схема мультиплексування SDH

Операції мультиплексування і вводу/виводу виконуються за допомогою віртуальних контейнерів (Virtual Container, VC), в яких блоки даних PDH можна транспортувати через мережу SDH. Крім блоків даних PDH у віртуальний контейнер поміщається ще деяка службова інформація, зокрема заголовок шляху контейнера (Path OverHead, POH). В ньому розміщується статистична інформація про процес проходження контейнера вздовж шляху від його початкової до кінцевої точки (повідомлення про помилки), а також інші службові дані, наприклад індикатор встановлення з'єднання між кінцевими точками. В результаті розмір віртуального контейнера більше, ніж відповідне навантаження PDH, яке він переносить. Наприклад, віртуальний контейнер VC- 12 крім 32 байт даних потоку E1 містить ще 3 байта службової інформації.

У технології SDH визначено декілька типів віртуальних контейнерів для транспортування основних типів блоків даних PDH: VC-11 (1,5 Мбіт/c), VC-12 (2 Мбіт/с), VC-2 (6 Мбіт/с), VC-3 (34/45 Мбіт/с) і VC-4 (140 Мбіт/c).

Віртуальні контейнери - одиниця комутації мультиплексорів SDH. На кожному мультиплексорі є таблиця з'єднань (називається також таблицею крос-з'єднань), де зазначено, наприклад, що контейнер VC-12 порту P1 пов'язаний з контейнером VC-12 порту P5, а контейнер VC-3 порту P8 пов'язаний з контейнером VC-3 порту P9. Таблицю з'єднань формує адміністратор мережі за допомогою системи управління або керуючого терміналу на кожному мультиплексорі так, щоб забезпечити наскрізний шлях між кінцевими точками мережі, до яких підключено устаткування користувача.

Для сумісності в рамках однієї мережі синхронної передачі кадрів STM-N з асинхронним характером, що переносяться цими кадрами користувача даних PDH в технології SDH застосовуються покажчики (pointers). Концепція покажчиків - ключова в технології SDH, вона замінює прийняте в PDH вирівнювання швидкостей асинхронних джерел допомогою додаткових біт. Покажчик визначає поточне положення віртуального контейнера в структурі більш високого рівня - трибутарних блоці (Tributary Unit, TU) або адміністративному блоці (Administrative Unit, AU). Його застосування дозволяє віртуальному контейнеру "зміщуватися" в певних межах всередині свого трибутарного чи адміністративного блоку, положення якого, в свою чергу, в кадрі фіксоване. Власне, основна відмінність цих блоків від віртуального контейнера полягає в наявності додаткового поля покажчика. Саме завдяки системі покажчиків мультиплексор знаходить положення користувача даних у синхронному потоці байт кадрів STM- N і на одразу витягує їх звідти, що механізм мультиплексування, застосований у PDH, робити не дозволяє.

Схема мультиплексування SDH надає різноманітні можливості по об'єднанню користувальницьких потоків PDH. Наприклад, для кадру STM-1 можна реалізувати такі варіанти:

а) 1 потік E4;

б) 63 потоки E1;

в) 1 потік E3 і 42 потоки E1.

Місцезнаходження віртуальних контейнерів задається не жорстко, а за допомогою системи покажчиків (pointers). Техніка застосування покажчиків є ключовою в технології SONET/SDH. Завдяки використанню покажчиків забезпечується синхронна передача байт кадрів з асинхронним характером вставляються і видаляються користувача даних.

Певним чином кадри STS-n завжди утворюють синхронний потік байтів, але за допомогою зміни значення відповідного покажчика можна вставити і витягти з цього потоку байти низької каналу, не виконуючи повного демультиплексування високошвидкісного каналу.

У технології SONET/SDH існує гнучка, але досить складна схема використання поля даних кадрів STS-n. Складність цієї схеми в тому, що потрібно "укласти" в кадр найбільш раціональним способом мозаїку з віртуальних контейнерів різного рівня. Тому в технології SONET/SDH стандартизовано шість типів віртуальних контейнерів, які добре поєднуються один з одним при утворенні кадру STS-n.

На фізичному рівні технології SONET/SDH використовується кодування біт інформації за допомогою модуляції світла. Для кодування сигналу застосовується метод NRZ (завдяки зовнішній тактовій частоті його погані самосинхронізуючі властивості не є недоліком).

Завадостійкість мережі SONET/SDH вбудована в її основні протоколи. Цей механізм називається автоматичним захисним перемиканням - Automatic Protection Switching, APS.

Існують два способи його роботи. У першому способі захист здійснюється за схемою 1:1. Для кожного робочого волокна (і обслуговуючого його порту) призначається резервне волокно. У другому способі, що називається 1:n, для захисту n волокон призначається тільки одне захисне волокно.

У схемі захисту 1:1 дані передаються як по робочому, так і по резервному волокну. При виявленні помилок приймаючий мультиплексор повідомляє передавальному, яке волокно має бути робочим. Зазвичай при захисті 1:1 використовується схема двох кілець, схожа на подвійні кільця FDDI, але тільки з одночасною передачею даних в протилежних напрямках.

3. Механізми стандартів SDH нового покоління

Спочатку технологія SDH була орієнтована на передачу елементарних потоків голосового трафіку, звідси і її орієнтація на мультиплексування користувальницьких потоків зі швидкостями, кратними 64 кбіт/с, і застосування коефіцієнта кратності 4 для ієрархії швидкостей.

Однак популярність Інтернету змінила ситуацію в телекомунікаційному світі, і сьогодні обсяги комп'ютерного трафіку в первинних мережах перевершують обсяги голосового трафіку. В умовах домінування Ethernet як технології канального рівня майже весь комп'ютерний трафік, що поступає на входи мультиплексорів первинних мереж, являє собою кадри Ethernet, а значить, представлений ієрархією швидкостей 10-100-1000-10000 Мбіт/c. Користувальницькі потоки з такими швидкостями не дуже ефективно укладаються у віртуальні контейнери SDH, розраховані на вирішення інших завдань.

Для виправлення ситуації організація ITU-T розробила кілька стандартів, які становлять так звану технологію SDH нового покоління (SDH Next Generation, або SDH NG). Ці стандарти роблять технологію SDH більш дружньою до комп'ютерних даних.

Стандарти SDH нового покоління описують три нових механізму:

- віртуальна конкатенація (VCAT);

- схема динамічної зміни пропускної здатності лінії (LCAS);

- загальна процедура інкапсуляції (кадрування) даних (GFP).

Віртуальна конкатенація (Virtual Concatenation, VCAT) контейнерів дозволяє більш ефективно використовувати ємність віртуальних контейнерів SDH при передачі трафіку Ethernet.

В механізму віртуальної конкатенації існує попередник - механізм суміжної конкатенації. Цей механізм був розроблений для більш ефективної передачі трафіку мереж АТМ; він дозволяє об'єднати кілька контейнерів VC-4 зі швидкістю 140 Мбіт/c в один контейнер з більш високою швидкістю передачі даних. Коефіцієнт кратності об'єднання контейнерів VC-4 в механізмі суміжної конкатенації може дорівнювати 4, 16, 64 або 256, що дозволяє використовувати для передачі декількох об'єднаних (конкатенованих) контейнерів VC-4 в кадрах STM-4, STM-16, STM-64 або STM- 256. Об'єднаний контейнер розглядається як одиниця комутації усіма мультиплексорами мережі, він має тільки один покажчик, так як окремі віртуальні контейнери всередині об'єднаного контейнера заповнюються даними одного потоку і не можуть "плавати" один щодо одного.

Віртуальна конкатенація розширює можливості суміжної конкатенації за рахунок використання при об'єднанні віртуальних контейнерів не тільки типу VC-4, а й інших типів: VC-3 (34 Мбіт/с), VC-12 (2 Мбіт/с), VC-11 (1, 5 Мбіт/с) і VC-2 (6 Мбіт/с). При цьому об'єднуватися можуть лише віртуальні контейнери одного типу, наприклад, тільки VC-3 або тільки VC-12.

Крім того, коефіцієнт кратності при об'єднанні може бути будь-яким від 1 до максимального числа, що визначається ємністю кадру STM-N, застосовуваного для передачі об'єднаного контейнера. При віртуальній конкатенації об'єднаний контейнер позначається як VC-N-MV, де N - тип віртуального контейнера, а М - кратність його використання, наприклад, VC-3-21v.

Назва "віртуальна конкатенація" відображає той факт, що тільки кінцеві мультиплексори (тобто той мультиплексор, який формує об'єднаний контейнер з користувацьких потоків, і той мультиплексор, який його демультиплексує в користувальницькі потоки) повинні розуміти, що це - конкатенований контейнер. Всі проміжні мультиплексори мережі SDH розглядають складові віртуальні контейнери як незалежні і можуть передавати їх до кінцевого мультиплексору за різними маршрутами. Кінцевий мультиплексор витримує деякий тайм-аут перед демультиплексуванням користувальницьких потоків, що може бути необхідно для прибуття всіх складових контейнерів в тому випадку, коли вони передаються по різних маршрутах.

Схема динамічної зміни пропускної здатності лінії (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS) є доповненням до механізму віртуальної конкатенації. Ця схема дозволяє вихідному мультиплексору, тобто тому, який формує об'єднаний контейнер, динамічно змінювати його ємність, приєднуючи до нього або від'єднуючи від нього віртуальні контейнери. Для того щоб добитися потрібного ефекту, вихідний мультиплексор посилає кінцевому мультиплексору спеціальне службове повідомлення, що повідомляє про зміну складу об'єднаного контейнера.

Загальна процедура інкапсуляції даних (Generic Framing Procedure, GFP) призначена для упаковки кадрів різних протоколів комп'ютерних мереж в кадр єдиного формату і передачі його по мережі SDH. Така процедура корисна, так як вона вирішує кілька завдань, загальних при передачі даних комп'ютерних мереж через мережі SDH. У ці завдання входять вирівнювання швидкості комп'ютерного протоколу зі швидкістю віртуального контейнера SDH, використовуваного для передачі комп'ютерних даних, а також розпізнавання початку кадру.

Висновок

Мережі SDH зайняли міцне становище в телекомунікаційному світі. Сьогодні вони складають фундамент практично всіх великих мереж - регіональних, національних і міжнародних. Це становище ще більше зміцнилося в результаті появи технології спектрального мультиплексування DWDM, оскільки мережі SDH можуть легко інтегруватися з цим новим типом оптичних магістралей з підтримкою дуже високих швидкостей в сотні гігабіт на секунду. У магістральних мережах з ядром DWDM мережі SDH відіграватимуть роль мережі доступу, тобто виконувати ті ж функції, які мережі PDH відіграють по відношенню до SDH.

Технології SDH властиві, звичайно, і недоліки. Сьогодні найчастіше говорять про її нездатність динамічно перерозподіляти пропускну здатність між абонентами мережі - властивості, яке забезпечується пакетними мережами. Значимість цього недоліку буде зростати в міру збільшення частки і цінності трафіку даних по відношенню до стандартного голосового трафіка.

Список використаної літератури

1. Куроуз Дж., Росс К. Компьютерные сети, 4-е изд. - М.: Вильямс, 2003.

2. Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010.

3. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. - М.: Эко-Трендз, 1998.

4. Столингс В. Передача данных, 4-е изд. - М.: Лори, 2004.

5. Рекомендації G.703 МСЕ-Т.

Размещено на Allbest.ru