SDH

Технология SDH (Synchronous Digital Hierarchy) обозначает стандарт для транспорта трафика. Стандарт определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module, STM).

Стандарт также определяет физический (оптический) уровень, необходимый для совместимости оборудования от различных производителей.

Основная скорость передачи - 155,250 Мбит/с (STM-1). Более высокие скорости определяются как кратные STM-1: STM-4 - 622 Мбит/с, STM-16 - 2488,32 Мбит/с, STM-64 - 9953,28 Мбит/с.

Технология предполагает использование метода временного мультиплексирования (TDM) и кросс-коммутации тайм-слотов. При этом оконечное оборудование SDH оперирует потоками E1 (2,048 Мбит/с), к которым подключается клиентское оборудование. Основными устройствами сети являются SDH-мультиплексоры.

Важной особенностью сетей SDH является необходимость синхронизации временных интервалов трафика между всеми элементами сети. Обычно мультиплексор может синхронизироваться с любым внешним сигналом, с опорным тактовым сигналом (PRC) или с собственным внутренним генератором синхронизирующих импульсов. Синхронизация на основе опорного тактового сигнала может распространяться по цепи, в которой находится не более 20 сетевых элементов (G.803).

Выбор источника синхронизации может осуществляться либо автоматически под управлением программы, либо задаваться оператором.

При построении сетей SDH обычно используется топология сети типа «кольцо» с двумя контурами. По одному из контуров передается синхронизирующая и сигнальная информация, по другому - основной трафик. Имеются специальные механизмы резервирования сети на случай выхода из строя одного из контуров. Возможно также подключение устройств по топологии «точка-точка», однако в таком случае отказоустойчивость решения будет ниже.

Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов (мультиплексоров). Использование кольцевых топологий создает возможность автоматического переключения каналов при любых аварийных ситуациях на резервный путь. Оборудование SDH предусматривает возможность резервирования линии и основных аппаратных блоков по схеме 1+1, при аварии автоматически переключая трафик на резервное направление. Данное свойство значительно повышает «живучесть» сети и позволяет проводить различного типа технологические работы без перерыва трафика.

Управление конфигурацией сети, отслеживание и регистрация аварийных ситуаций осуществляются программными средствами с единой консоли управления. В функции центральной управляющей системы входят также средства поддержки тестирования каналов и контроля за качеством работы основных блоков мультиплексоров.

Сеть на базе SDH может служить в качестве транспортной сети для большинства существующих технологий высокоскоростной передачи информации по оптическим сетям (в том числе ATM и POS).

Существующее сегодня оборудование SDH способно передавать информацию со следующими линейными скоростями: 155 Мбит/c (STM-1), 622 Мбит/c (STM-4), 2,5 Гбит/c (STM-16). При этом для подключения пользователям предлагаются интерфейсы E1-E3.

Функционально мультиплексор SDH имеет два набора интерфейсов: пользовательский и агрегатный. Пользовательский набор отвечает за подключение пользователей, а агрегатный - за создание линейных межузловых соединений.

Данные интерфейсы позволяют создавать следующие базовые топологии: «кольцо», «цепочка», «точка-точка».

Из указанных базовых элементов складывается топология всей сети мультиплексоров. Сложные сети обычно имеют многоуровневую структуру. Первый уровень - оборудование доступа пользователей. Этот уровень состоит из оборудования «последней мили» и, как правило, из мультиплексоров STM-1. Оборудование «последней мили» отвечает за доведение сигнала пользователей (чаще - сигнала E1, E3) до мультиплексоров первого уровня. В роли оборудования «последней мили» обычно выступают так называемые оптические модемы, по сути являющиеся конверторами электрического сигнала в оптический и обратно. Мультиплексоры первого уровня собирают каналы пользователей для дальнейшей транспортировки. Следующий уровень могут составлять мультиплексоры уровня STM-4 и STM-16.

Основные преимущества технологии SDH:

• простая технология мультиплексирования/демультиплексирования;
• доступ к низкоскоростным сигналам без необходимости мультиплексирования/демультиплексирования всего высокоскоростного канала. Это позволяет достаточно просто осуществлять подключение клиентского оборудования и производить кросс-коммутацию потоков;
• наличие механизмов резервирования на случай отказов каналов связи или оборудования;
• возможность создания «прозрачных» каналов связи, необходимых для решения определенных задач, например для передачи голосового трафика между выносами АТС или передачи телеметрии;
• возможность наращивания решения;
• совместимость оборудования от различных производителей;
• относительно низкие цены оборудования;
• быстрота настройки и конфигурирования устройств.

Недостатки технологии SDH:

• использование одного из каналов полностью под служебный трафик;
• неэффективное использование пропускной способности каналов связи. Сюда относятся как необходимость резервирования полосы на случай отказов, так и особенности технологии TDM, не способной динамически выделять полосу пропускания под различные приложения, а также отсутствие механизмов приоритезации трафика;
• необходимость использовать дополнительное оборудование (зачастую от других производителей), чтобы обеспечить передачу различных типов трафика (данные, голос) по опорной сети.

Технологию SDH можно рекомендовать для использования в задачах построения опорных сетей при следующих условиях:

• загрузка каналов далека от предельной;
• имеется необходимость предоставлять «прозрачные» каналы связи, например для передачи голосового трафика между АТС;
• в коммерческом плане более выгодно и удобно предоставлять клиентам каналы с фиксированной пропускной способностью, а не определять стоимость услуг по количеству переданного трафика и по качеству предоставляемого сервиса.

Синхронная оптическая сеть (SONET) или технология синхронной цифровой иерархии (SDH), как ее называют в Европе - это набор стандартов для обеспечения сопряжения оптических сетей эксплуатационных телефонных компаний (OTC).

Это набор глобальных стандартов, предназначенных для сопряжения оборудования разных производителей (один из немногих, имеющих отношение к телефонии).

SONET - это протокол для Северной Америки и Японии, а SDH - определение для Европы. Разница между SONET и SDH небольшая.

Преимущества SDH по сравнению с PDH

Рис.1 Принцип технологии PDH

Преимущества SDH по сравнению с PDH

Рис.2 Принцип технологии SDH

Преимущества SDH по сравнению с PDH

• Технология SDH основана на принципе прямого синхронного мультиплексирования.
• По существу отдельные низкоскоростные сигналы могут мультиплексироваться непосредственно в высокоскоростные сигналы SDH без промежуточных стадий мультиплексирования.
• Технология SDH более гибкая по сравнению с PDH и обеспечивает расширенные функции управления и технического обслуживания сети.
• Может использоваться в трех традиционных областях электросвязи: сети дальней связи (глобальные сети), сети местной связи и сети абонентского доступа. Также может использоваться для передачи видео трафика кабельного телевидения (CATV).

Скорости передачи

Скорости передачи

Международная организация определила стандартизованные скорости передачи:

• 155,520 Мбит/с - STM-1
• 622,080 Мбит/с - STM-4
• 2,488 Гбит/с - STM-16
• 9,953 Гбит/с - STM-64

Рис.3 SDH: представление стандартного цикла

Во всем мире представление стандартного цикла SDH: МАТРИЦА из 9 строк

Рис.4 SDH: представление стандартного цикла

Рис.5 Структура цикла SDH

Каждый цикл передается за 125 мкс!

Рис.6 Структура цикла SDH

Все циклы SDH имеют одинаковую структуру:

Рис.7 Транспортный заголовок: SOH

Рис.8 Транспортный заголовок: RSOH

• A1 и A2: слово цикловой синхронизации
• B1: Контроль ошибок регенераторной секции
• J0: идентификатор STM1 (слово из 16 байтов)
• E1: служебный канал (канал передачи 64 кбит/с)
• F1: канал пользователя. Может использоваться для эксплуатации сети
• D1-D3: канал передачи данных со скоростью 192 кбит/с

Рис.9 Транспортный заголовок: MSOH

• B2: Контроль ошибок мультиплексной секции
• K1 и K2: Сигнализация автоматического переключения на резерв
• D4-D12: Канал передачи данных со скоростью 576 кбит/с
• S1: байты состояния синхронизации
• M1: Двоичный код для количества блоков с ошибками

Рис.10 Транспортный заголовок: Указатель AU4

Секрет работы SDH - указатель загрузки. Компонентные потоки, приходящие на вход мультиплексора, могут быть созданы с использованием разных тактовых сигналов (с различающейся частотой). Нет необходимости выравнивать их друг с другом или с тактовым сигналом мультиплексора. При решении этой проблемы не забывайте что это СИНХРОННАЯ сеть, и что мультиплексор находит начало цикла для каждого компонентного потока.

Транспортный заголовок: Указатель AU4

Чтобы проиллюстрировать работу указателя, взгляните на следующий рисунок:

Транспортный заголовок: Указатель AU4

Тот же принцип используется и в SDH:

Мультиплексирование в SDH

Технология SDH использует новый способ мультиплексирования низкоскоростных сигналов в более высокоскоростной сигнал. Он имеет механизмы, позволяющие обрабатывать компо-нентные потоки, которые имеют неодинаковую частоту тактового сигнала.

Мультиплексирование в SDH

Перевод предыдущего рисунка на язык SDH:

Мультиплексирование в SDH

Мультиплексирование в SDH: другой пример (E3=>STM1)

Вы можете разместить 3 потока E3 (34 Мбит/с) в один STM1.

Мультиплексирование в SDH: другой пример (E3=>STM1)

Карта мультиплексирования в SDH

Что такое "сцепка"?

Каковы отличительные возможности "сцепки"?

Каковы отличительные возможности "сцепки"?

Каковы отличительные возможности "сцепки"?

Каковы отличительные возможности "сцепки"?

Что такое "Выравнивание"?

В теории скорость передачи E4 должна быть равна скорости передачи C4.

Однако на практике скорость передачи E4 может быть немного выше или ниже теоретиче-ского значения для скорости.

Если Вы хотите адаптироваться к изменению скорости, Вам необходима специальная систе-ма, называемая "выравниванием", всякий раз, как Вы собираетесь размещать компонентный поток в контейнер SDH.

Что такое "Выравнивание"?

JUST - выравнивание

Что такое "Выравнивание"?

Основы архитектуры SDH

Основы архитектуры SDH: Регенераторная секция

Регенераторная секция - базовый сегмент сети SDH.

Это наименьший элемент, управляемый системой.

В каждом регенераторе осуществляется контроль дефектов, таких как пропадание сигнала, пропадание цикловой синхронизации, блоки с ошибками B1 :

При прохождении через регенератор выполняется полный пересчет RSOH.

Основы архитектуры SDH: Мультиплексная секция

Мультиплексная секция - это элемент сети, ограниченный двумя узлами, в которых выпол-няется обработка загрузки STM-N.

Обнаруживаются дефекты и блоки с ошибками, генерируется специальный аварийный сиг-нал в прямом и обратном направлении передачи.

Осуществляется управление автоматическим переключением на резерв с помощью байтов K1 и K2.

Выполняется регенерация всего SOH.

Основы архитектуры SDH: Тракт высшего порядка VC4

Тракт высшего порядка VC4 - является элементом, по которому транспортируется контейнер C4 от одного конца сети до другого.

VC4 может относится к одному пользователю.

Оборудование SDH: Оконечный мультиплексор

Вход: Низкоскоростные компонентные потоки PDH/T-канал

Выход: Высокоскоростные сигналы SDH

Оборудование SDH: Регенератор

Вход: Синхронный сигнал STM-N

Выход: Синхронный сигнал STM-N

Восстановление передаваемого сигнала для минимизации фазового дрожания, дисперсии и др.

Оборудование SDH: Ретранслятор (преобразователь длины волны)

Вход: Синхронный сигнал STM-N на длине волны l1

Выход: Синхронный сигнал STM-N на длине волны l2

Изменяет длину волны передаваемого сигнала

Оборудование SDH: Мультиплексор ввода/вывода

Вход: Синхронный сигнал STM-N

Выход: Синхронный сигнал STM-N

Обеспечивает выделение (drop) и ввод (add) синхронных компонентных сигналов

Оборудование SDH: Аппаратура оперативных переключений

Вход: Множество оптических сигналов STM-N

Выход: Множество оптических сигналов STM-N

Обеспечивает маршрутизацию сигналов STM-N на высоких скоростях передачи

Топология сети

В традиционных сетях используются следующие способы размещения оборудования: точка-точка, сотовая структура и концентратор (т.е. типа звезда):

Технология SDH позволяет использовать данные структуры наиболее полно.

Топология сети

Технология SDH позволяет комбинировать вышеприведенные способы размещения с кольцами и цепями мультиплексоров ввода/вывода (ADM):

Топология сети

Точка-точка

• Большая пропускная способность (при использовании DWDM)
• Малое число линий связи
• Пример: Межконтинентальные подводные линии связи

Топология сети

Кольцо, шина, дерево и звезда

• Разная пропускная способность
• Много линий связи
• Пример: сети доступа

Топология сети

Сотовая структура

• Много линий связи
• Высокая пропускная способность
• Пример: Транспортные сети

Резервирование сети:

Резервирование сети:

Резервирование сети: кольцевая схема

Резервирование сети:

Во время автоматического переключения на резерв сеть теряет трафик ( потеря денег опера-тором).

Вот почему так важно для оператора контролировать правильное функционирование APS.

Основной параметр - длительность переключения. В рекомендации на восстановление сиг-нала отводится максимум 50 мс.

Стандарты, определяющие качественные показатели

• G.826 МСЭ-Т - Качественные показатели, нормы и вычисления для первичной ско-рости передачи и более высоких скоростей
• G.821 МСЭ-Т - Показатели ошибок для цифрового соединения, работающего на скорости передачи ниже первичной
• M.2100 МСЭ-Т - Пределы показателей ошибок при вводе системы в эксплуатацию и техническом обслуживании
• G.783 МСЭ-Т - Рекомендация для автоматического переключения на резерв и стан-дартизированных движений указателей

Важно знать, что наша сеть соответствует вышеперечисленным стандартам

Стандарты, определяющие качественные показатели

• Секунды с ошибками (ES) - Секунды, в течение которых произошла, по крайней мере, одна ошибка на блок или цикл
• Секунды, пораженные ошибками (SES) - Промежуток времени, в течение которо-го регистрировался существенный аварийный сигнал (LOS, LOF, AIS и др.) или ко-гда в течение одной секунды 30% из принятых циклов содержало ошибки.
• Период неготовности - Промежуток времени неготовности оборудования SONET (начинается после 10 последовательных SES)