SDH аппаратураларының функционалдық блоктары

SDH стандартында барлық жылдамдықтар деңгейлері (және, сәйкесінше, осы деңгейлерге арналған кадрлар форматтары) жалпы атқа ие: STM-N - Synchronous Transport Module level N. SONET технологиясында жылдамдықтар деңгейлерін белгілеу үшін екі ат қолданылады: STS-N - Synchronous Transport Signal level N, бұны деректерді электр сигналымен беру жағдайында қолданады; және OC-N - Optical Carrier level N, деректерді талшықты-оптикалық кабельмен бергенде қолданылады. Ары қарай тек SDH технологиясы қарастырылады.

STM-N кадрларының құрылымы айтарлықтай күрделі, яғни ол жалпы магистральдік ағынға әр түрлі жылдамдықты SDH және PDH ағындарын енгізуге мүмкіндік тудыратындай болуы қажет, және магистральді ағынды толық демультиплексерлеусіз енгізу–шығару операцияларын орындау қажет.

Мультиплексорлау және енгізу–шығару операциялары виртуалды контейнерлерді (Virtual Container, VC) қолдану арқылы іске асады, олар SDH желілері арқылы РDH деректер блоктарын тасымалдауға мүмкіндік береді. Виртуалды контейнерлерде PDH деректер блоктарынан басқа, кейбір қызметтік ақпараттардан тұрады, негізінен бұл контейнер жолының заголоквасы (Path OverHead, POH). Жол заголовкасында контейнердің бастапқы нүктесінен соңғы нүкесіне дейін (қателіктер туралы хабарлама) жүру жолы туралы статикалық аақпарат тасымалданады, және басқа қызметтік деректер болады, мысалы соңғы нүктелер арасында байланыстың орнау индикаторы. Нәтижесінде виртуалды контейнердің размері, PDH жүктемесіне сәйкес размерден үлкен болады. Мысалы E1 ағынының 32 байт деректерін тасымалдайтын, VC-12 виртуалды контейнері 35 байттан тұрады.

SDH технологиясында PDH деректер блоктарын тасымалдауға арналған виртуалды контейнерлердің бірнеше түрі анықталған: VC-11 (1,5 Мбит/c), VC-12 (2 Мбит/с), VC-2 (6 Мбит/с), VC3 (34/45 Мбит/с) және VC-4 (140 Мбит/c).

Виртуалды контейнер SDH мультиплексорларының коммутация бірлігі болып табылады. Әр мультиплексорда жалғау кестесі (матрицасы) болады, оны кросс-жалғау матрицасы деп атайды, бұл матрицада мысалы P1 портының VC-12 контейнерінің P5 портының VC12 контейнерімен жалғанғаны көрсетіледі. Жалғау кестесін торап администраторы желінің соңғы нүктелерін толассыз жалғауды қамтамасыз ететіндей, басқару жүйесі немесе әр мультиплексорда бар басқару терминалы арқылы іске асырады.

Бір желіде синхронды STM-N кадрларын және осы кадрлар тасымалдайтын, асинхронды сипаттағы PDH тұтынушылық деректерін біріктіріп беру үшін, SDH технологиясында нұсқағыштар (pointers) қолданылады. Нұсқағыштар концепциясы SDH технологиясында маңызды болып табылады, ол, РDH технологиясында қабылданған, асинхронды бастаулардың жылдамдықтарын тегістеуді толығымен алмастырады. Нұсқағыш виртуалды контейнердің жоғары деңгейдің - трибутарлы блок (Tributary Unit, TU) немесе административті блок (Administrative Unit, AU) құрылымындағы ағымды жағдайын анықтайды. Нұсқағышты қолдану виртуалды контейнерге өзінің трибутарлы немесе административті блоктарында белгілі шекте «жүзуге» мүмкіндік береді, ал олардың өзі кадрда анықталған орынға ие болады. Бұл блоктардың виртуалды контейнерден негізгі айырмашылығы – нұсқағыштардың қосылған өрісі. Осы нұсқағыштар жүйесі мультиплексорға тұтынушылық деректердің STM-N байт кадрлардың синхронды ағындағы орынын анықтауға және лезде ол жерден шығаруға мүмкіндік береді, бұл әдіс PDH қолданылатын мультиплексорлау механизмнде мүмкін болмайтын.

Трибутарлы блоктар топтарға бірігеді, олар өз кезегінде административті блоктарға енеді. N административті блоктардан AUG тұратын, топ STM-N кадрының пайдалы жүктемесін құрайды, бұдан басқа бұл кадрға барлық AU бәріне жалпы болып табылатын, қызметтік ақпарат заголовкасы кіреді. Түрленудің әр қадамында бастапқы деректерге бірнеше қызметтік байт қосылады, олар блоктар тобының немесе блоктың құрылымын анықтауға және содан кейін нұсқағыш көмегімен тұтынушылық деректердің басын анықтауға мүмкіндік береді.

SDH мультиплексорлау сұлбасы PDH тұтынушылық ағындарын біріктірудің әр түрлі мүмкіндіктерін ұсынады. Мысалы, STM-1 кадры үшін мына нұсқаны іске асыруға болады:

- E4 бір ағыны;

- E3/T3 екі потока;

- потока E1 үш ағыны;

- E3 төрт ағыны және E1 қырық екі ағындары және т.б..

SDH торабының негізгі элементі мультиплексор. Мультиплексор әдетте бірнеше PDH және SDH порттарымен жабдықталады, мысалы PDH 2 Мбит/с, 34 Мбит/с порттарымен және SDH 155 Мбит/c STM-1 және 622 Мбит/c STM-4. SDH мультиплексорының порттары агрегатты және трибутарлы (трибтар) болып бөлінеді. Трибутарлы порттарды тағы енгізу-шығару, ал агрегатты портты – желілі деп атайды. Бұл терминдер SDH тораптарының типтік топологиясын анықтайды, торап топологиясында тізбек немесе сақина түріндегі анық көрінетін магистраль болады, сол магистраль арқылы енгізу-шығару (агрегитты ағынға енетін, tributary - құйылу) порттарынан торап тұтынушыларынан түсетін, дерктер ағыны беріледі.

SDH мультиплексорларын әдетте терминалды мультиплексорларға (Terminal Multiplexor, TM) және енгізу-шығару мультиплексорларына (Add-Drop Multiplexor, ADM) бөледі. Олардың арасындағы айырмашылық SDH торабындағы мультиплексорлардың орналасуында.

Терминалды мультиплексор SDH трафигі үшін соңғы нүкте болып табылады, ол жерде STM-N кадрларында тасымалданатын, деректер демультиплекстенеді (бөлінеді) және PDH кадрларын немесе құрылымсыз деректер ағынын (мысалы, V.35 интерфейстері) қолдайтын енгізу-шығару интерфейстері бойынша таратылады. Өзінің қызметін атқару үшін терминалды мультиплексорға бір агрегатты порт және бірнеше трибутарлы порт жеткілікті. Бүгінгі таңда өзінің конструкциялық параметрлері бойынша терминалды болып табылатын, SDH мультиплексорлары санаулы болып шығарылады. Әдетте бұл порттардың нақты жиынынан тұратын – бір агрегатты және бірнеше трибутарлы, STM-1 деңгейінің терминалды мультиплексоры.

Енгізу-шығару мультиплексоры торап магистралінде (сақинада, тізбекте немесе аралас топологияда) аралық орын алады. ADM агрегатты порттары транзитарқылы STM-N кадрларын береді, трибутарлы порттардың деректерін кадрларға енгізу (add) немесе кадрлардан шығару(drop) операцияларын орындайды, яғни трибутарлы порттар STM-M (M<N) немесе PDH порттары болуы мүмкін. Мультиплексордың агрегатты порттары берілген модельге максималды болатын, STM-N жылдамдықтар деңгейін қолдайды, ол мультиплексордың жалпы сипаттамасы болып табылады, мысалы STM-4 немесе STM-64 мультиплексорлары болуы мүмкін. ADM мцультиплексорлары әдетте модульдік болып жасалады, яғни олар терминалды мультиплексорлар ретінде де қолданыла береді, егер мультиплексорға бір агрегатты порты бар карта орнатылса.

Әдетте жаңа енгізу-шығару мультиплексорлары кросс-коннекторлар болып табылады (Digital Cross-Connect, DXC). Бұл, мультиплексор кез келген виртуалды контейнерлерге енгізу-шығару операцияларынан басқа, коммутация операциясын да іске асыра алатындығын көрсетеді, яғни агрегатты порттағы контейнерді осы деңгейдегі трибутарлы порттың контейнерімен коммутациялайды. Кросс- коннекторде порттар енді агрегатты және трибутарлы болып бөлінбейді, өйткені олар SDH немесе PDH кадрлары қолдайтын деңгейілермен ғана айрықшаланады, ал атқаратын қызметтері бірдей.

Мультиплексорлардан басқа, SDH торабының құрамына регенераторлар кіруі мүмкін, олар мультиплексорлар арасындағы қашықтық шектеуін болдырмау үшін қажет. Регенератор оптикалық сигналды электрлік сигналға және кері түрлендіруді іске асырады, осы түрлену барысында сигнал формасы бойынша және уақыттық параметрлері бойынша қалпына келеді. Қазіргі кезде SDH регенераторлары сирек қолданылады, өйткені олардың бағасы мультиплексорлардың бағасынан айтарлықтай төмен емес, ал олардың функционалдық мүмкіндіктерін салыстыруға келмейді.

Бұдан басқа SDH мультиплексорларын қолдану облысы бойынша екі топқа бөледі: мегаполис масштабының торабын құруға арналған жабдық (Metro) және алыс байланыс тораптарының жабдықтары (Long Haul, LH). Metro классының жабдығы торапқа әр түрлі абоненттерді қосуға арналған, әр түрлі интерфейстермен жабдықталуы тиіс: PDH мультиплексорларын, телефондық коммутаторларын, IP-маршрутизаторларын, ATM коммутаторларын, Ethernet (Fast, Gigabit и 10G). SDH Metro мультиплексорлары бұл технологияға стандартты емес тұтынушылық форматтарды (яғни SDH технологиясы есептелген РDH кадрларынан өзгеше) виртуалды контейнерлерге тиімді біріктіре алуы қажет. Ал Long Haul – жабдықтарына қойылатын негізгі талап – жоғары жылдамдық (STM-16, STM-64) және регенераторлық және мультиплекстық секциялардың үлкен қашықтығы. Бүгінгі таңда SDH LH жабдығы біртіндеп DWDM LH жабдығымен ығыстырылып жатыр, өйткені DWDM LH торап магистрлі үшін өте үлкен жылдамдықтарды қамтамасыз етеді (бұл технология туралы кейнгі бөлімдерде толық мәлімет келтіріледі).

9.1 суретте Е1 трибының ағынынан STM-1 модулінің логикалық құрылу сұлбасының мысалы көрсетілген.

Бұл сұлбадағы ® символы заголовканың немесе нұсқағыштың SDH мультиплексорлау сұлбасының басқа элементтеріне конкатенация (физикалық немесе логикалық түйісу) операциясын көрсетеді, ал < символы ішінде көрсетілген мультиплексорлау коэффициентіне сәйкес келетін мультиплексорлау операциясын көрсетеді.

9.1 - сурет. Е1 трибының ағынынан STM-1 модулінің логикалық

құрылу сұлбасының мысалы

Сұлба кең қолданыс үшін анық болғанымен, іс жүзінде болатын физикалық түрленулерді толық көрсете алмайды, ал тереңірек түсіну үшін әр болатын түрлеулерге тоқтала кеткен жөн.

Қадам 1. Барлығы С-12 контейнерін құрудан басталады, ол Е1 трибынан қоректенетін, қол жеткізу арнасынан толытырылады. Оның ағыны 2,048 Мбит/с, келесі тұжырымдар оңай болу үшін, оны 32-байттық цифрлық кезектілік түрінде ұсынған жөн, ол кезектілік 8 кГц жиілікпен қайталанады, яғни STM-1 фреймінің қайталану жиілігі (бұл солай, егер 2048000/8000=256 бит немесе 32 байт екені ескерілетін болса).

Қадам 2. Ары қарай С-12 контейнеріне ұзақтығы бір байт, контейнердің өту статистикасын жинау үшін қолданылатын, маршрутты ақпарат көрсетілетін, VC-12 РОН маршрутты заголовкасы қосылады. Нәтижесінде размері 35 байт, VC-12 виртуалды контейнері құрылады.

Қадам 3. Ұзақтығы бір байт TU-12 PTR нұсқағышын VC-12 виртуалды контейнерге қосу, оны ұзақтығы 36 байт TU-12 трибты блогына немесе 9х4 байт фрейміне әкеледі, яғни соңғы құрылым - модуль STM-1 - 9х270 байт түріндегі фрейм ретінде қарастыруға болады, ол 9 жол және 270 бағаннан тұрады.

Қадам 4. TU-12 трибты блоктар кезектілігі 3:1 байт-мультиплексорлау нәтижесінде суммарлы ұзындығы 108 байт (36х3 = 108) кезектілігінен тұратын, TUG-2 трибты блоктар тобына айналады. Логикалық тұрғыдан TUG-2 құрылымын 9х12 байт фрейм түрінде ұсыну ыңғайлы.

Қадам 5. TUG-2 кезектілігі қайтадан 7:1 байт-мультиплексорланады, оның нәтижесінде TUG-3 трибты блоктар тобы құрылады - фрейм ұзындығы 756 байт (108х7 = 756), ол 9х84 байт фрейміне сәйкес келеді.

Қадам 6. Алынған кезектілік қайтадан 3:1 байт-мультиплексорланады, нәтижесінде суммарлы ұзындығы 2322 байт (774х3 = 2322), TUG-3 блоктарының кезектілігі құрылады.

Қадам 7. Алынған кезектілікке ұзындығы 9 байт РОН маршрутты заголовкасы жоғары деңгейдің VC-4 виртуалды контейнеріне қосылады, ол өз кезегінде ұзындығы 2331 байт (2322+9 = 2331) фреймнің құрылуына әкеледі.

Қадам 8. Соңғы кезеңде синхронды транспорттық модульдің құрылуы жүреді.

SDH функционалды модульдері SDH желісіне өзара байланысты болуы мүмкін. Желідегі жұмыс істеудің логикасы немесе модульдердің өзара әсерлесуі қажетті модульдердің функционалды байланыстарын анықтайды, яғни SDH желісінің топологиясын немесе архитектурасын анықтайды.

SDH желісі, кез-келген басқа желі сияқты құрамы шектелген бөлек функционалды модульдерден құралады. Олар: мультиплексорлар, коммутаторлар, концентраторлар, регенераторлар және терминалды құрылғылар. Бұл жиын желімен шешілетін функционалды негізгі мәселелермен анықталады:

- кіріс ағындарды рұқсат арналары арқылы агрегаттық блокқа жинау, ал агрегаттық блок SDH желісінде тасымалдау үшін қолданылады – рұқсат желісінде терминалды мультиплексор ТМ шешетін мультиплексирлеу мәселесі;

- агрегаттық блоктарды желі бойымен кіріс/шығыс ағындарды енгізу/шығару мүмкіндігімен тасымалдау – енгізу/шығару мультиплексорларымен ADM шешілетін тасымалдау мәселесі. Енгізу/шығару мультиплексоры ADM логикалық жағынан желіде ақпараттық ағынды басқарады, ал физикалық жағынан осы желіде транспорттық арнаны қалыптастыратын физикалық орта арнасын басқарады;

- желінің ерекшеленген түйіндерінде орындалатын бір сегменттен екіншісіне орын ауыстыру сұлбасына сәйкес виртуалды контейнерлердің артық жүктелуі – цифрлық коммутаторлар немесе кросс-коммутаторлар DXC көмегімен шешілетін коммутация немесе кросс-коммутация мәселелері;

- бір түрдегі бірнеше ағындарды таратушы түйінге – концентраторға (немесе хабқа) біріктіру – концентраторлар арқылы шешілетін концентрация мәселесі;

- сөнуді қалпына келтіру үшін алыс қашықтыққа таратылған сигналдың амплитудасын және формасын қалпына келтіру (регенерациялау) – LAN-дағы қайталағыштарға ұқсас құрылғылар, яғни регенераторлар көмегімен шешілетін регенерациялау мәселесі;

- пайдаланушының желісінің SDH желісімен тіркесуі – соңғы құрылғылардың, яғни әртүрлі келістіруші қондырғылардың көмегімен шешілетін келістіру мәселесі. Мұндай құрылғыларға интерфейстер конверторлары, жылдамдықтар конверторлары, импеданстар конверторлары және т.б. жатады.

SDH желілерінің негізгі функционалды модулі мультиплексор болып табылады.

SDH мультиплексорлары негізгі мультиплексордың функцияларын да, терминалды рұқсат құрылғыларының функцияларын да орындайды. Олар төмен жиілікті PDH иерархияның арналарын тікелей өзіндік кіріс порттарына қосуға мүмкіндік береді, олар жоғарыда атап өтілген барлық дерлік мәселелерді шеше алатын әмбебап және иілгіш құрылғылар болып табылады. Яғни мультиплексерлеу мәселелерінен басқа, коммутация, концентрация және регенерация мәселелерін шешеді. Бұл SDH мультилексордың – SMUX модульді құрылымының арқасында мүмкін болады, яғни осы құрылым бойынша орындалатын функциялар мультиплексордың спецификациясына қосылған модульдер құрамымен және басқару жүйесінің мүмкіндіктерімен ғана анықталады. Алайда, SDH мультиплексордың екі негізгі түрі болады: терминалды мультиплексор және енгізу/шығару мультиплексоры.

Терминалды мультиплексор ТМ РDH және SDH иерархияның рұқсатындағы трибтерге сәйкес келетін рұқсат арналары бар SDH желісінің соңғы құрылғысы және мультиплексоры болып табылады. Терминалды мультиплексор не арналарды енгізе алады, яғни оларды трибті интерфейс кірісінен сызықтық шығысқа коммутациялайды, не арналарды шығарады, яғни оларды сызықтық кірістен трибті интерфейс шығысына коммутациялайды.

9.2 – сурет. Регенератор режиміндегі мультиплексор

Енгізу/шығару мультиплексорыдың кірісінде ADM терминальды мультиплексордағыдай секілді трибтер жиыны болуы мүмкін (9.2-сурет). Ол оларға сәйкес арналарды енгізуге/шығаруға мүмкіндік береді. ТМ қамтамасыз ететін коммутация мүмкіндіктерімен бірге ADM екі бағытта да шығыс ағындардың коммутациясын орындауға мүмкіндік береді, сонымен қатар екі бағыттардың бірі жұмысын тоқтатқан жағдайда екі жақта да («батыс» және «шығыс») тарату арналарына қабылдау арнасын тұйықтауды орындауға мүмкіндік береді. Осының әсерінен, ол мультиплексор апаттық жағдайда істен шыққанда оның жанынан негізгі оптикалық ағынды өткізуге мүмкіндік береді. Осының барлығы ADM мультиплексорларды шеңбер топологиясында пайдалануға мүмкіндік береді. Регенератор – бұл бір кіріс арнасы әдетте STM-N оптикалық трибі және бір немесе екі агригатты шығысы болатын мультиплексордың ерекше түрі.

Ол SDH желісінің түйіндерінің шектік ара-қашықтығын пайдалы жүктеме сигнадарын регенерациялау жолымен арттыру үшін қолданылады. Әдетте бұл қашықтықтың 1300 нм ұзындықтағы толқындар үшін 15-40 км немесе 1500 нм толқын үшін 70-80 км құрайды.

Физикалық жағынан арналарды іштей коммутациялау мүмкіндіктері SDH мультиплексорының өзінде орналасады, ал бұл мультиплексорды локалды коммутатор ретінде есептеуге мүмкіндік береді. Мысалы, 9.2-суретте пайдалы жүктеме менеджері трибті блок TU және рұқсат арнасының арасындағы логикалық сәйкестікті динамикалық өзгерте алады, бұл арналардың іштен коммутациялауға тең. Сонымен қатар, мультиплексор өзінің рұқсат арналары деңгейіндегі локалды коммутация есептерін, яғни концентраторлар шешетін есептерді жүктеуге болады (9.3 сурет).

9.3 – сурет. Ішкі коммутатор режимінде еңгізу-шығару мультиплексоры

Жалпы жағдайда жасалған синхронды коммутаторларды SDXC қолдануға тура келеді. Олар тек қана локалды емес, сонымен қатар ортақ немесе жоғары жылдамдықты ағындардың және синхронды транспорттық модульдердің STM-N ортақ немесе өтпелі коммутациясын орындайды (9.4 сурет). Мұндай коммутаторлардың маңызды ерекшеліктері бір TU тобының коммутациясын екінші TU тобын өңдеу процесіне шектеулер қоймаған жағдайда коммутацияның және өзге араналарды блоктау болмауы болып саналады. Мұндай коммутация блоктайтын коммутация деп аталады.

9.4 – сурет. Жоғары жылдамдықты ортақ немесе өтпелі коммутатор

Коммутатор орындайтын 6 әртүрлі функциялар көрсетуге болады:

- ROH маршрутты атаудың сәйкес контейнерінде ақпаратты пайдалану негізінде орындалатын VC виртуалды контейнерлердің маршрутизациясы (routing);

- концентратор хаб режимінде орындалатын виртуалды контейнердің VC консолидациясы немесе бірігу (consolidation/hubbing);

- нүкте-мультинүкте байланыс режимін пайдалану кезінде орындалатын нүктеден мультинүктеге немесе бірнеше нүктеге ағынды трансляциялау (translation);

- коммутаторға келіп түсетін VC ағынының құру мақсатымен орындалатын VC виртуалды контейнерлерді сорттау немесе қайта топтау (drooming);

- қондырғышты тестілеу кезінде орындалатын VC виртуалды контейнеріне рұқсат;

- енгізу/шығару мульиплексорының жұмысы кезінде орындалатын виртуалды контейнерді еңгізу/шығару (drop/insert).