Цифровая первичная сеть – принципы построения и тенденции развития

G.803 Архитектура  транспортной сети на основе  Синхронной цифровой иерархии (SDH)

Рекомендации  по параметрам оптических интерфейсов

G.957 Параметры  оптических интерфейсов оборудования  и систем, связанных с технологий SDH

G.958 Цифровые  системы передачи на основе SDH и использования волоконно-оптических  кабелей 

Рекомендации  по параметрам джиггера и вандера 
G.823 Контроль параметров джиттера и вандера в цифровых системах передачи на основе иерархии потока 2048 кбит/с (PDH)

G.825 Контроль  параметров джиттера и вандера  в цифровых системах передачи  на основе SDH

Рекомендации  по параметрам ошибок в системах передачи SDH

G.826 Нормы  на параметры ошибок в цифровых  системах передачи со скоростью  выше первичного потока для  международного соединения 

Рекомендации  по параметрам и структуре системы  управления (TMN)

М.30 Принципы глобальной системы управления (TMN)

G.773 Протокол  интерфейса Q для управления системами передачи. 

3. СОСТАВ СЕТИ SDH. ТОПОЛОГИЯ И АРХИТЕКТУРА

3.1Состав сети SDH.

     Опишем  основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Эти модули могут быть связаны между собой в сеть SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые  функциональные связи модулей - топологию, или архитектуру сети SDH.

     Сеть SDH, как и любая сеть, строиться  из отдельных функциональных модулей  ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов  и терминального оборудования. Этот набор определяеться основными  функциональными задачами, решаемыми  сетью:

• сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки в сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;
• транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком в сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;
• перегрузка виртуальных контейнеров в соответствии со схемой маршрутизации из одного семента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросс-коммутации, решаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов - DXC;
• объединение нескольких однотипных потоков в распределительный узел - концентратор (или хаб) - задача концентрации, решаемая концентраторами;
• восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие растояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;
• сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих, устройств, например, конверторов интерфейсов, конверторов скоростей, конверторов импедансов и т.д.

     Рассмотрим  работу некоторых модулей.

     Мультиплексор. Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор.

     Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции  устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные  каналы PDH иерархии непосредственно  к своим входным портам. они  являются универсальными и гибкими  устройствами, позволяющие решать практически  все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования  выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказываеться возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой  выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в  спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор  и мультиплексор ввода/вывода.

     Терминальный  мультиплексор TM является мультиплексором  и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим  трибам доступа PDH и SDH иерархии (рис.3.1.). Терминальный мультиплексор может  либо вводить каналы, т.е. коммутировать  их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного  входа на выход трибного интерфейса.

     Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе  тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рис.3.1.). Он позволяет  вводить/выводить соответствующие  им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет  осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание  канала приёма на канал предачи еа обоих сторонах ( "восточный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Рисунок 3.1.Синхронный мультиплексор (SMUX):

терминальный  мультиплексор ТМ или мультиплексор  ввода/вывода ADM. 

     Регенератор представляет собой вырожденный  случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рис.3.2.). Он используется для увеличения допустимого растояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это растояние составляет 15 - 40 км. для длины волны порядка 1300 нм или 40 - 80 км. - для 1500 нм.

Рисунок 3.2. Мультиплексор в режиме регенератора.

     Коммутатор. Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рис.3.3., например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рис.3.4.), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами (рис.3.4.). В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рис.3.5). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. такая коммутация называется неблокирующей. 
 
 

Рисунок 3.3.Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора. 

Рисунок 3.4.Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора. 

Рисунок 3.5.Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов. 

     Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором:

     - маршрутизация (routing) виртуальных  контейнеров VC, проводимая на  основе использования информации  в маршрутном заголовке ROH соответствующего  контейнера;

     - консолидация или объединение  (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров  VC, проводимая в режиме концентратора/хаба;

     - трансляция (translation) потока от точки  к нескольким точкам, или к  мультиточке, осуществляемая при  использовании режима связи "точка  - мультиточка";

     -сортировка  или перегрупировка (drooming) виртуальных  контейнеров VC, осуществляемая с  целью создания несколких упорядоченных  потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;

     -доступ  к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый  при тестировании оборудования;

     -ввод/вывод  (drop/insert) виртуальных контейнеров,  осуществляемый при работе мультиплексора  ввода/вывода.

3.2 Тополлогия сети SDH.

     Рассмотрим  топологию сетей SDH. Существует базовый  набор стандартных топологий. Ниже рассмотрены такие базовые топологии.

     Топология "точка-точка".

      Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис.3.6.). Она  может быть реализована с помощью  терминальных мультиплексоров ТМ, как  по схеме без резирвирования канала приёма/передачи, так и по схеме  со стопроцентным резервированием  типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).

Рисунок 3.6.Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ.

     Топология "последовательная линейная цепь".

      Эта базовая топология используеться  тогда, когда интенсивность трафика  в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в  ряде точек линии, где могут вводиться  каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рис.3.7., либо более сложной  цепью с резервированием типа 1+1, как на рис.3.8. Последний вариант  топологии часто называют "упрощённым кольцом".  
 

Рисунок 3.7.Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM.

       

Рисунок 3.8.Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

     Топология "звезда", реализующая функцию  концентратора.

      В этой топологии один из удалённых  узлов сети, связанный с центром  коммутации или узлом сети SDH на центральном  кольце, играет роль концентратора, или  хаба, где часть трафика может  быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть  может быть распределена по другим удалённым узлам (рис.3.9.)  

Рисунок 3.9.Топология "звезда" c мультиплексором в качестве концентратора.

     Топология "кольцо".

      Эта топология (рис.3.10.) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное приемущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря  наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность  формирования двойного кольца со встречными потоками.  

     Рисунок 3.10.Топология "кольцо" c защитой 1+1.

     3.3. Архитектура сети SDH.

     Архитектурные решения припроектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов.

     Радиально-кольцевая  архитектура.

     Пример  радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведён на рис.3.11. Эта сеть фактически построена на базе использования  двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь".

     

     Рисунок 3.11.Радильно-кольцевая сеть SDH.

     Архитектура типа "кольцо-кольцо".

     Другое  часто используемое в архитектуре  сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней  иерархии SDH. На рис.3.12 показана схема  соединения двух колец одного уровня - STM-4, а на рис.3.13 каскадная схема  соединения трёх колец - STM-1, STM-4, STM-16.

       

     Рисунок 3.12. Два кольца одного уровня. 

      Рисунок 3.13. Каскадное соединение трёх колец.

     Линейная архитектура  для сетей большой протяженности.

     Для линейных сетей большой протяженности  растояние между терминальными  мультиплексорами больше или много  больше того растояния, которое может  быть рекомендованно с точки зрения максимально допустимого затухания  волоконно-оптического кабеля. В  этом случае на маршруте между ТМ (рис.3.14) должны быть установленны кроме мультиплексоров  и проходного коммутатора ещё  и регенераторы для востановления  затухающего оптического сигнала. Эту линеёную архитектуру можно  представить в виде последовательного  соединения ряда секций, специфицированных  в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.

       

     Рисунок 3.14.Сеть SDH большой протяженности со связью типа "точка-точка" и её сегментация. 

     В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных, для глобальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone) или магистральной сети в  виде ячеистой (mush) структуры, позволяющей  организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае возникновения  проблем при маршрутизации виртуальных  контейнеров по основному пути. Это  наряду с присущими сетям SDH внутренним резирвированием, позволяет повысить надёжность всей сети в целом. Причём при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использовнны альтернативные среды распространения  сигнала. Например, если на основном маршруте используется ВОК, то на резервном - РРЛ, или наоборот.