ЛЕКЦИЯ 11. МОДЕЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ SDH

Транспортные сети строятся в соответствии с моделями, предложенными в рекомендациях МСЭ-Т. Модель транспортной сети SDH, которая соответствует рекомендациям G.707,G.783, G.803, G.841 и др., представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Модель транспортной сети SDH (G.803)

Модель имеет иерархическое уровневое построение, где каждый уровень имеет самостоятельный и независимый от других уровней набор функций. Физический уровень, представляется системой передачи с организацией секций. Тракты (маршруты) физического и виртуального происхождения.

Модельное уровневое построение транспортных сетей дает при проектировании чёткое представление об аппаратных, алгоритмических и сетевых возможностях по организации взаимодействий при передаче информации, т.е. о транспортной технологии, например, поперечной совместимости оборудования различных производителей и оборудования различных стандартов мультиплексирования и передачи.

Модель транспортной сети SDH представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень трактов (маршрутов передачи информации); уровень каналов.

Уровень среды передачи (рисунок 2) базируется преимущественно на оптоволоконных линиях (среда передачи), в которых создаются секции регенерации цифровых линейных сигналов и секции мультиплексирования цифровых данных, поддерживаемые соответствующими секционными заголовками RSOH (Regeneration Section Overhead) и MSOH (Multiplex Section Overhead). Среда передачи содержит: стекловолокна в конструкциях различных кабелей; электрооптические преобразователи на передаче и оптоэлектронные преобразователи на приеме; оптические усилители, оптические аттенюаторы и компенсаторы дисперсии; разъёмные и неразъёмные оптические соединители; линейные кодеры и декодеры; оптические модуляторы и оптические детекторы.

Рисунок 2 - Уровень среды передачи SDH

Секцией мультиплексирования начинается и заканчивается участок волоконно-оптической системы передачи. Секция мультиплексирования может содержать от одного до нескольких участков – секций регенерации, которые необходимы для устранения искажений линейных импульсных сигналов и восстановления их формы и мощности. Секции регенерации и мультиплексирования являются предметом проектных расчетов в интерфейсных точках подключения передачи S и приёма R, построений и технической эксплуатации. Для этого в рамках стандартизации SDH предусмотрены служебные сообщения по контролю качества передачи по битовым ошибкам, служебная связь, каналы управления и синхронизации. Секция мультиплексирования вместе с входящими в неё секциями регенерации может дублироваться с целью гарантированной защиты от повреждений.

Для этого дублирующая (защитная) секция оснащается сигналами автоматического переключения (байты К1, К2) за интервал времени не более 50 мс. Сигналы, передаваемые через физическую среду модели сети SDH, представляют собой циклы длительностью 125 мкс, называемые синхронными транспортными модулями STM-N (Synchronous Transport Module) порядка N = 0, 1, 4, 16, 64, 256; где порядок характеризует иерархический уровень и соответствующий скоростной режим передачи (рис.3). Любая из иерархических скоростей STM-N вычисляется операцией умножения, например: STM-1 имеет емкость 270 ´ 9 = 2430 байт, которая повторяется 8000 раз за 1 секунду, а число бит составит 2430 байт∗8000∗8 = 155 520 000 бит/с. Другие иерархические скорости получаются умножением 155520000 ´ N, т.е. на 4, 16, 64 и 256.

Рисунок 3 - Структура синхронного транспортного модуля STM-N

Уровни трактов сети SDH представлены двумя плоскостями: высокого и низкого уровней (порядков), стандартно обозначаемых в технической литературе: HOV-C (Higher Order Virtual Container) – виртуальный контейнер высшего уровня и LOV-C (Lower Order Virtual Container) – виртуальный контейнер низшего уровня.

Виртуальные контейнеры высокого и низкого уровней представляют собой циклические цифровые ёмкости, предоставляемые под загрузку информационными данными с подходящими скоростями. Виртуальные контейнеры низкого порядка могут объединяться для размещения в виртуальные контейнеры высокого порядка. Понятие “виртуальности” этим цифровым блокам присвоено из-за специальных данных, называемых заголовками, в которых прописывается уникальный маршрутный идентификатор для адресного переноса каждого контейнера через транспортную сеть от источника информации до получателя. В процессе передачи ведется контроль качества передачи из конца в конец и по отдельным участкам маршрута, вставляются сообщения о необходимости защитных переключений, вставляются сообщения о виде информационных данных, поддерживается служебная связь и т.д.

Виртуальные контейнеры могут сцепляться для переноса нестандартных информационных нагрузок (Таблица 1). Сцепки виртуальных контейнеров подразделяются на последовательные (VC-4-Xc) и виртуальные (VC-4-Xv).

Таблица 1 - Иерархия виртуальных контейнеров в SDH

Процедуры конкатенации, т.е. сцепление емкости, применяется для эффективного использования ресурсов транспортных сетей SDH. Можно задействовать, например, нескольких VC-3 для передачи трафика 1 Гбит Ethernet или 10Гбит Ethernet. Известны два типа цепочек из контейнеров: последовательная конкатенация CCAT (Contiguous Concatenation) и виртуальная конкатенация VCAT (Virtual Concatenation). При этом ССАТ допускает объединение определенного числа контейнеров, например, VC-4-Xc (X = 4, 16, 64, 256), а VCAT предполагает возможность объединения любого числа VC-12, VC-3, VC-4: VC-12-Хv и VC-3/4-Xv для последнего, например, Х = 1, …, 256.

Недостатком последовательной конкатенации является необходимость ее поддержки всеми сетевыми элементами (мультиплексорами) сети. Отдельные контейнеры или блоки нагрузки соединены друг с другом в одно целое и могут перемещаться вместе, т.е. использование разных путей для отдельных контейнеров или блоков нагрузки невозможно. Это ведет к сложности взаимодействия транспортной сети и пользовательской нагрузки. Например, сеть SDH в варианте ССАТ предлагает только четыре значения пропускной способности: 600, 2400, 9600 и 38400 Мбит/с с соответствующими каналами STM-4, STM-16, STM-64, STM-256. Это неэффективно, например, для 1 Гбит Ethernet.

Указанный недостаток последовательной конкатенации преодолевается в виртуальной конкатенации. Процедура VCAT позволяет передавать сцепленные контейнеры или блоки нагрузки с различными маршрутами. Таким образом, для поддержки VCAT необходимы только два оконечных мультиплексора. В таблице 2 приведен пример числового сравнения процедур VCAT и CCAT.

Таблица 2 - Сравнительная оценка VCAT и ССАТ

На рисунке 4 представлена схема виртуальной конкатенации в транспортной сети и ее сочетание с процедурами GFP(Generic Framing Procedure – общая процедура формирования кадра) и LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme - схема регулировки емкости канала). В узле мультиплексирования (MSPP) на передаче нагрузка в виде пакетов переменной длины из сети Ethernet распределяется в сцепленные контейнеры сети SDH. До точки получения эти контейнеры доставляются различными маршрутами. В узле приема MSPP пакеты выгружаются и передаются в сторону сети Ethernet в том порядке, в каком они поступили в узел передачи.

Рисунок 4 - Виртуальная конкатенация в транспортной сети SDH

Благодаря непрерывной циклической передаче виртуальных контейнеров может поддерживаться однонаправленное и двунаправленное транспортное соединение – тракт или маршрут, рассчитываемое на различную пропускную способность в интересах потребителей транспортных услуг. Эти соединения могут проходить через различные системы передачи SDH (волоконно-оптические и радиорелейные) с различными иерархическими уровнями STM-N.

Уровень каналов сети SDH обеспечивает интерфейсы для пользователей транспортной сети. Учитывая, что транспортная сеть SDH является частью первичной сети связи, на уровне каналов производится согласование с вторичными сетями (пользователями), например, с телефонными сетями через потоки цифровых данных 2,048 Мбит/с (обозначается Е1), с компьютерными сетями Ethernet на скоростях передачи 10, 100 и 1000 Мбит/с через сцепки виртуальных контейнеров и протоколы согласования (LAPS - Link Access Procedure SDH, GFP - Generic Framing Procedure). Все процедуры формирования цифровых блоков SDH происходят с использованием единого высокостабильного тактового механизма – тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Создание и поддержка всех соединений в сети SDH и контроль всех функций обеспечиваются системой управления, имеющей сеть выделенных каналов связи и средства протокольного взаимодействия через эти каналы.