Цифровая первичная сеть – принципы построения и тенденции развития

      Cовременная цифровая первичная  сеть строится на основе трех  основных технологий: плезиохронной  иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM). Из перечисленных  технологий только первые две  в настоящее время могут рассматриваться  как основа построения цифровой  первичной сети.

Рисунок 1.2. Структура первичной сети 

     Технология ATM как технология построения первичной  сети является пока молодой и до конца не опробованной. Эта технология отличается от технологий PDH и SDH тем, что  охватывает не только уровень первичной  сети, но и технологию вторичных  сетей (рис. 1.1), в частности, сетей  передачи данных и широкополосной ISDN (B-ISDN). В результате при рассмотрении технологии ATM трудно отделить ее часть, относящуюся к технологии первичной  сети, от части, тесно связанной со вторичными сетями.

     Рассмотрим  более подробно историю построения и отличия плезиохронной и  синхронной цифровых иерархий. Схемы  ПЦС были разработаны в начале 80х. Всего их было три:

1) принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность вида: 1544 - 6312 - 44736 - 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);

2) принята  в Японии, использовалась та же  скорость для DS1; давала последовательность DS1 - DS2 - DSJ3 - DSJ4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что пзволяло  передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов  DS0;

3) принята  в Европе и Южной Америке,  в качестве превичной была  выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 - E2 - E3 - E4 - E5 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 - 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

     Комитетом по стандартизации ITU - T был разработан стандарт, согласно которому:

     - во-первых, были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий;

     - во-вторых,последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

     Указанные иерархии, известные под общим  названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в  таблицу 1.1.

     Таблица 1.1.

Три схемы  ПЦС: АС-американская; ЯС-японская; ЕС-европейская.

Уровень цифровой  иерархии	Скорости  передач, соответствующие  различным схемам цифровой иерархии
	AC: 1544 kbit/s	ЯС: 1544 kbit/s	EC: 2048 kbit/s
0	64	64	64
1	1544	1544	2048
2	6312	6312	8448
3	44736	32064	34368
4	---	97728	139264

Но PDH обладала рядом недостатков, а именно:

- затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;

- отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;

- многоступенчатое востановление синхронизма требует достаточно большого времени;

     Также можно считать недостатком наличие  трёх различных иерархий.

     Указанные недостатки PDH, а также ряд других факторов привели к разработке в  США ещё одной иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в  Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования  на волоконно-оптических линиях связи(ВОЛС).Но из-за неудачно выбранной скорости предачи для STS-1 , было принято решение -- отказаться от создания SONET, а создать  на её основе SONET/SDH со скоростью передачи 51.84 Мбит/с первого уровня ОС1 этой СЦИ. Врезультате OC3 SONET/SDH соответствовал STM-1 иерархии SDH.Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 1.2.

      
Таблица 1.2.

     Скорости  передач иерархии SDH. 

Уровень SDH.	Скорость передачи, Мбит/с
STM-1	155,520
STM-4	622,080
STM-8	1244,160
STM-12	1866,240
STM-16	2487,320

 

     Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры  мультиплексирования и демультиплексирования  потоков PDH в системы SDH.

     Основным  отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

     В системе SDH производится синхронное мультиплексирование /демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

     Международным союзом электросвязи ITU-T предусмотрен ряд рекомендаций, стандартизирующих  скорости передачи и интерфейсы систем PDH, SDH и ATM, процедуры мультиплексирования  и демультиплексирования, структуру  цифровых линий связи и нормы  на параметры джиттера и вандера (рис. 1.3).

Рисунок 1.3. Стандарты первичной цифровой сети, построенной на основе технологий PDH, SDH и ATM.  

     Рассмотрим  основные тенденции в развитии цифровой первичной сети. В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Если в области средств связи этот переход не столь явный (в случае малого трафика по-прежнему используются системы PDH), то в области эксплуатации тенденция к ориентации на технологию SDH более явная. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH.Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 (2048 кбит/с) является основным каналом, используемым в сетях цифровой телефонии, ISDN и других вторичных сетях.

2. ТЕХНОЛОГИЯ SDH 

     Технология SDH, как было отмечено в гл. 1, представляет собой современную концепцию  построения цифровой первичной сети. В настоящее время эта концепция  доминирует на рынке.

Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие  особенности технологии SDH:

     • предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной  сети SDH используют для синхронизации  один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;

     • предусматривает прямое мультиплексирование  и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования  называется также процедурой ввода-вывода;

     • опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что  обеспечивает лучшую совместимость  оборудования различных фирм-производителей;

     • позволяет объединить системы PDH европейской  и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими  системами PDH и, в то же время, дает возможность  будущего развития систем передачи, поскольку  обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, MAN, HDTV и т.д.;

     • обеспечивает лучшее управление и самодиагностику  первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN.Технология SDH обеспечивает возможность  управления сколь угодно разветвленной  первичной сетью из одного центра. Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.

     Выделим общие особенности построения синхронной иерерхии:

     - первая - поддержка в качестве  входных сигналов каналов доступа  только трибов(прим. от trib, tributary - компонентный  сигнал, подчинённый сигнал или  нагрузка, поток нагрузке) PDH и SDH;

     - вторая - трибы должны быть упакованы  в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются  уровнем триба в иерархии PDH;

     - третья - положение виртуального  контейнера может определяться  с помощью указателей, позволяющих  устранить противоречие между  фактом синхронности обработки  и возможным изменением положения  контейнера внутри поля полезной нагрузки;

     - четвёртая - несколько контейнеров  одного уровня могут быть сцепленывместе  и рассматриваться как один  непрерывный контейнер, используемый  для размещения нестандартной  полезной нагрузки;

     - пятая - предусмотрено формирование  отдельного поля заголовков размером 9*9=81 байт.

      Как показано в гл. 1 (табл. 1.2), иерархия SDH включает в себя несколько уровней STM. В качестве примера использования уровней в сети SDH на рис.2.1 показана первичная сеть SDH, включающая кольца магистральной сети, построенной на потоках STM-16, региональных сетей, построенных на потоках STM-4,и локальных сетей с потоками STM-1. 

Рисунок 2.1. Пример первичной сети, построенной на технологии SDH 

      В процессе внедрения технологии SDH на первом этапе вероятно появление  комбинированных сетей SDH/PDH. Технология SDH внедряется обычно в виде "островов", объединенных каналами существующей первичной  сети (рис. 2.2). На втором этапе "острова" объединяются в первичную сеть на основе SDH. В результате на современном  этапе необходимо не только рассматривать  технологию SDH, но и ориентироваться  на изучение комбинированных сетей  и процессов взаимодействия SDH и PDH.  

Рисунок 2.2.Пример комбинированной первичной сети PDH/SDH

     Технология SDH стандартизирована ITU-T(рис. 1.3). Ниже приведен полный перечень рекомендаций ITU-T, определяющих параметры первичной  сети SDH (см. также Приложение).

     Рекомендации  по базовой структуре и электрическим  параметрам интерфейсов G.702 Скорости цифровой передачи в системах PDH 
G.703 Физические и электрические характеристики интерфейсов системы PDH

G.707 Скорости  цифровой передачи в системах SDH

G.708 Структура  интерфейса "сеть-сеть"(NNI)в системах SDH

G.709 Структура  синхронного мультиплексирования 

     Рекомендации  по параметрам сетевых элементов  системы SDH

G.781 Структура  рекомендаций по параметрам мультиплексорного  оборудования систем SDH

G.782 Типы  и основные характеристики мультиплексорного  оборудования систем SDH

G.783 Характеристики  функциональных блоков мультиплексорного  оборудования систем SDH

G.784 Управление  в сетях SDH

Рекомендации  по структуре сетей SDH