Общие положения SDH и PDH

Министерство РФ по связи и информатизации

Уральский Государственный Технический Университет - УПИ

Кафедра "ТиСС"

Отчет

по производственной практике

на ОАО «ЕГУЭС Уралтелеком»

Руководитель практики от предприятия:

Руководитель практики от УГТУ-УПИ:

Время прохождения: с 5 августа по 15 сентября 2002 г.

Студент: Черепанов К.А

Группа: Р-407

Екатеринбург

2002

Содержание:

Список сокращений 3

Предыстория SDH 5

Сети SDH 6

Цикл SDH 7

Структура цикла 7

Мультиплексирование 7

Анализ заголовка 8

Трактовый заголовок 8

Байты трактового заголовка 9

Мультиплексорный заголовок 9

Байты заголовка мультиплексорной секции 9

Заголовок регенерационной секции 10

Байты заголовка регенерационной секции 10

Анализ полезной нагрузки 10

Указатели полезной нагрузки 10

Компонентные блоки и структурная схема мультиплексирования сигнала SDH 11

Управление сетью 12

Список сокращений

Русские сокращения.

АТС Автоматическая телефонная станция
ВОСП Волоконно-оптическая система передачи
ИКМ Импульсно-кодовая модуляция
ИКМ-30 Сокращение, используемое для обозначения потока Е1 с цикловой и сверхцикловой структурой
ИКМ-31 Сокращение, используемое для обозначения потока Е1 с цикловой структурой
ЛАЦ Линейно-аппаратный цех (иногда применяется ЛАЗ - линейно-аппаратный зал)
МВВ Мультиплексор ввода/вывода
МККТТ Международный комитет по телефонии и телеграфии
МСЭ Международный союз электросвязи
МСЭ-Т Международный комитет по телефонии и телеграфии (новое название)
ОКС 7 Система сигнализации по ОКС №7
ОЦК Общий цифровой канал (канал 64 кбит/с)
ПД Передача данных
ПО Программное обеспечение
ПСП Псевдослучайная двоичная последовательность
рек. Рекомендация
РРЛ Радиорелейная линия связи
ССС Спутниковая система связи
ТЧ Канал тональной частоты
УПАТС Учрежденческая производственная АТС

Иностранные сокращения.

ADM  &nbspAda-Drop Multiplexor    Мультиплексор ввода/вывода - МВВ
ANSI  &nbspAmerican National Standard Institute    Американский национальный институт стандартов
APS  &nbspAutomatic Protection Switching   &nbspАвтоматическое переключение
ATM  &nbspAsynchronous Transfer Mode  &nbspРежим асинхронной передачи
AD    Administrative Unit    Административный блок
AUG  &nbspAdministrative Unit Group   &nbspГруппа административных блоков
AU-PJE  &nbspAU Pointer Justification Event    Смещение указателя AU
BBE  &nbspBackground block error     Блок с фоновой ошибкой
BBERBackground block error rate    Коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками
BER  &nbspBit Error Rate     Параметр ошибки по битам, равен отношению количества ошибочных битов к общему количеству переданных
BIN  &nbspBinary     Двоичное представление данных
BIP    Bit Interleaved Parity     Метод контроля четности
B-ISDN    Broadband Integrated Service Digital   &nbspШирокополосная цифровая сеть с интеграцией Networks служб (Ш-ЦСИС)
CRC    Cyclic Redundancy Check     Циклическая проверка по избыточности
CRC ERR    CRC errors     Число ошибок CRC
DEMUX    Demultiplexer     Демультиплексор
ETS    European Telecommunication Standard     Европейский телекоммуникационный стандарт
ETSI    European Telecommunication Standard Institute     Европейский институт стандартизации в теле-kоммуникациях, протокол ISDN, стандартизированный ETSI
FEBE    Far End Block Error     Наличие блоковой ошибки на удаленном конце
FERF    Far End Receive Failure    Наличие неисправности на удаленном конце
HEX    Hexagonal     16-ричное представление информации
НО-РОН    High-order POH    Заголовок маршрута высокого уровня
ISDN     Integrated Service Digital Networks    Цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)
ITU    International Telecommunication Union    Международный Союз Электросвязи
ITU-T    International Telecommunication Union-Telephony group    Международный Союз Электросвязи подразделение телефонии
LO-POH    Low-order POH     Заголовок маршрута низкого уровня
M1, М2    Management Interface 1, 2     Интерфейсы управления
MSOH    Multiplexer Section Overhead     Заголовок мультиплексорной секции
MSP    Multiplex Section Protection    Цепь резервирования мультиплексорной секции
MUX    Multiplexer    Мультиплексор
OSI    Open System Interconnection    Эталонная модель взаимодействия открытых систем   
РОН    Path Overhead    Заголовок маршрута
PTR    Pointer     Указатель в системе SDH
RGEN, REG    Regenerator    Регенератор
RSOH    Regenerative Section Overhead     Заголовок регенераторной секции
SDH    Synchronous Digital Hierarchy     Синхронная цифровая иерархия
SDXC    Synchronous Digital Cross Connect    Синхронный цифровой коммутатор
SOH    Section Overhead     Секционный заголовок
STM    Synchronous Transport Module    Синхронный транспортный модуль - стандартный цифровой канал в системе SDH
ТСМ    Tandem Connection Monitoring     Мониторинг взаимного соединения
ТМ    Traffic Management     Управление графиком
TMN    Telecommunications Management    Автоматизированная система управления связью
TU    Tributary Unit    Блок нагрузки
TUG    Tributary Unit Group    Группа блоков нагрузки
VC    Virtual Container     Виртуальный контейнер

Предыстория SDH

SDH (SONET- североамериканский аналог)– это стнадарт для ‘высокоскоростных-высокопроизводительных’ оптических сетей связи; более известный, как синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, Synchronous Optical NETwork), предназначенный для обеспечения простой, экономичной и гибкой инфраструктуры сети связи.

До SDH имела место плезиохронная цифровая иерархия или PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), в стуктуре сигнала которой не было места для сигналов управления и обслуживания сети.

Рис1.1 Рис1.2

Сети передачи PDH с высокой пропусконой способностью основаны иерархии цифровых мультиплексированных сигналов от Е.1 до Е.4.

Базовый блок – первичная скорость 2048 Мб/с (Е.1) может состоять из 30 каналов ТЧ по 64 кб/с. Эти блоки можно объединить и передавать с более высокой скоростью по высокоскоростным системам передачи. Четыре сигнала первичной скорости могут быть мультиплексированы до вторичной скорости Е.2 8448 Мб/с и так далее до скорости 139 Мб/с (Е.4). Таким образом, скорость 139 Мб/с представляет 64*2048Мб/с сигналов или 1920 мультиплексированных каналов ТЧ.

Однако, до SDH не имелось никаких стандартов, которые гарантировали бы работу обрудования производителей в одной системе, более того, в плезиохронной сети обращение к одному индивидуальному компоненту требует демультиплексирования всего сигнала, следовательно, затраты повышаются из-за демультиплексирования и они удваиваются, потому что встает необходимость повторно мультиплексировать сигнал.

Острая необходимость в стандартизации синхронных волоконно-оптических сетей была осознана, лишь когда стали ясны преимущества этих сетей перед плезиохронными и полным ходом шли разработка и внедрение оборудования для них. Телекоммуникационные операторы ощутили это первыми. Попытки состыковать оборудование разных производителей к положительному результату не привели. В начале 1984 г. в США состоялся Форум по совместимости систем передачи, который обратился в Американский национальный институт стандартов (ANSI) с просьбой о скорейшем принятии спецификаций синхронной передачи по волоконно-оптическим сетям. Цель данной стандартизации - сопряжение оборудования различных производителей на уровне оптических интерфейсов.

Задача была поставлена перед двумя комитетами ANSI: T1X1, занимающимся цифровой иерархией и синхронизацией, и T1M1, решающим вопросы сетевого администрирования и эксплуатации. В результате проделанной этими комитетами работы родился черновой вариант стандарта под названием SYNTRAN, основывающийся на скорости передачи 45 Mбит/с. Однако время шло, и производители создали новые системы. Компания АТ&T, применив самые новейшие технологии, произвела на свет систему METROBUS, скорость передачи которой составляла уже 150 Мбит/с. В 1985 г. комитет T1X1 по предложению компании Bellcore принял решение сформулировать стандарт, базирующийся на концепции синхронной сети как единого целого (SONET, Synchronous Optical NETwork), который будет определять наряду с оптическим интерфейсом формат сигнала и скорость его передачи.

На этом этапе стандартизации европейские институты не проявляли большого интереса к SONET. Исторически сложилось так, что иерархии скоростей передачи в США и Европе основывались на различных базовых скоростях сигналов - Т1 (1,544 Мбит/с) и Е1 (2,048 Мбит/с) соответственно. Чтобы избежать углубления этой пропасти, требовалось участие Европы в развитии стандартов синхронной передачи. Однако заинтересовать Европу можно было лишь возможностью поддержки стандартом SONET 2-мегабитной иерархии.

Летом 1986 г. МККТТ(в настоящее время комитет T в МСЭ, или ITU-T) наконец решил навести порядок, создав единый стандарт, который удовлетворил бы обе стороны, т. е. поддерживал бы как европейскую, так и американскую иерархии. В июле 1986 г. рабочая группа XVII МККТТ начала работу над новым стандартом синхронной цифровой иерархии (SDH). Полтора года ушло на согласование рекомендаций. В феврале 1988 г. комитет T1X1 принял предложения МККТТ по изменению стандарта SONET. Рабочая группа XVIII утвердила три рекомендации, относящиеся к SDH, которые были опубликованы в "Синей книге":

G.707. - базовые скорости SDH;

G.708. - сетевой интерфейс узла SDH;

G.709. - структура синхронного мультиплексирования.

Именно эти рекомендации положили начало процессу стандартизации систем SDH на более детальном уровне, который продолжается и по сей день.

Таким образом, переход от PDH к SDH решал ряд немаловажных проблем, а именно:

  • Упрощение схемы построения и развития сети. Упрощение структурной схемы сети и сокращение числа требуемого оборудования стали возможными благодаря тому, что SDH-мультиплексор заменил собой по функциональным возможностям стойку мультиплексоров PDH. Плезиохронный мультиплексор демультиплексировал поток для выведения нескольких компонентных сигналов, а затем мультиплексировал весь набор компонентных сигналов снова. SDH-мультиплексор выделяет требуемые компонентные сигналы, не разбирая весь поток. Оборудования нужно меньше, требования к питанию снижаются, площади освобождаются, затраты на эксплуатацию уменьшаются.

  • Высокая надежность сети. Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов (мультиплексоров). Использование кольцевых топологий предоставляет возможность автоматической перемаршрутизации каналов при любых аварийных ситуациях на резервный путь.

  • Полный программный контроль. 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.

  • Предоставление услуг по требованию. Создание новых или перемаршрутизация старых каналов пользователя - вопрос одного часа.

  • "Высокий уровень" стандартизации SDH-технологии позволяет использовать оборудование разных фирм-производителей в одной сети.

Благодаря перечисленным преимуществам SDH стала технологией N 1 для создания транспортной сети.

Сети SDH

SDH модет использоваться во всех традиционных областях примения сетей. Только инфраструктура сети SDH обесчпечивает эффективное прямое взаимодействие между треммя главными видами сетей:

  • Локальная сеть

  • Сеть кольцевой стуктуры

  • Магистральная сеть

Самый низки уровень сигнала назван «Синхронный Транспортный Модуль» первого уровня или STM-1, имеющий скорость 155 Мб/с. Сигналы более высокого уровня получаются мультиплексированием с «чередованием байтов» сигналов низшего уровня. Линейная скорость более высокого уровня STM-N сигнала равна произведению N на 155.52 Мбит/с, т.е. линейную скорость сигнала самого низкого уровня.

Синхронный транспортный модуль

Линейная скорость (Мбит/с)

STM-1

155,52

STM-4

622,08

STM-16

2488,32

Цикл SDH

SDH сигнал транспортируется, как синхронная структура, которая включает набор байтов (по 8 бит), организованныйх как двухмерный массив – синхронный транспортный цикл.

Цикл SDH состоит из 2-х частей:

  1. Секционный заголовок (SOH=RSOH+MSOH) – область сигнала, которая обеспечивается в каждом цикле SDH для выполнения функций, поддерживающих и обслуживающих транспортировку «виртуальных контейнеров» между смежными узлами сети

  2. Виртуальный контейнер(VC+POH) – включает “контейнерную” область, которая несет траффик клиента – полезную нагрузку, и трактовый заголовок РОН

Байты в цикле передаются слева-> направо, сверху ->вниз, т.е цикл передается как последовательность 9 строк.

-->

Структура цикла

Цикл SDH можно представить как двухмерный массив из N-строк и M-столбцов ячеек, каждая из которых – отдельный байт синхронного сигнала. Идентичность каждого байта известна, и сохраняется относительно байтов цикловой синнхронизации, известных как А1 и А2, расположенных в самом начале массива и обеспечивающих точку отсчета, от которой определяются все остальные байты.

Для сигнала STM-1: N=9 M=270.

Расчет базовой скорости SDH производится следующим образом:

V=N (строк)*M(столбцов)*8 бит (размер ячейки)* 8000циклов/с*=155,52 Мюит/с

*-согласно теории Найквиста (удвоенная самая высокая частота канала ТЧ 4кГц)

Мультиплексирование

Более высокие скорости SDH формируютя процессом мультиплексирования сигналов более низкого уровня, таким образом, четыре параллельных и синхронных сигнала STM-1, могт быть объединены вместе методом «чередования байт», чтобы сформировать сигнал STM-4 со скоростью 4* STM-1.

STM-4 сигнал имеет 9 рядов, но уже 1800 колонок, следовательно,

SDН скорость=9 рядов*1800 колонок*8бит*8000циклов/с=622,08Мбит/с.

Двухмерное представление сигнала STM-4 составляется из индивидуальных колонок от каждой из четырех STM-1 сигнальных структур и чередованием их в повторяющейся последовательности.

Полная структура STM-4 составляется следующим образом:

  • Первые 36 колонок цикла STM-4 образуют заголовок секции.

  • Остальные 1044 колонки представляют 4 области полезной нагрузки, связанные с четырьмя STM-1

Анализ заголовка

Для управления и обслуживания, сеть SDH может быть представлена в виде трех отдельных участков:

Заголовок внутри SDH сигнала поддерживает обслуживание сети на уровнях тракта и секции. Заголовок секции (SOH) содержит заголовки регенерационной (RSOH) и мультиплексорной (MSOH) секций. Трактовый заголовок расположен в виртуальном контейнере (VC-4) в пределах STM-1.

Трактовый заголовок

Функции:

  1. Сообщение трассы тракта

  2. Контроль четности

  3. Структура виртуальног контейнера

  4. Тревожная сигнализации и информация о характеристиках

  5. Пользовательский канал

  6. Индикация сверхцикла для TU (компонентных блоков)

  7. Защитное переключение трактов

Байты трактового заголовка

J1- 16-ти или 64х байтное сообщение о маршруте тракта поддерживает непрерывную проверку между любой точкой тракта и точкой начала тракта

В3 – (побитовый контроль четности) – выполняет функцию контроля трактовых ошибок.

С2 – указыват структуру виртуального контейнера, посредством метки, выбранной из 256 возможных значений. Эта информационная структура указывает, какие полезные нагрузки размещены в пределах виртуального контейнера.

G1 – сообщение о состоянии наблюдаемых характеристик от приемного оборудования тракта к передающему.

F2 – байт оператора тракта

Н4 – индикация фазы сверхцикла TU полезных нашрузок

F3 – байт канала пользователя

К3 – обеспечение защиты на уровне тракта, переключение на индивидуальные тракты VC-4

N1 – сквозной контроль характеристики транзитной связи.

Мультиплексорный заголовок

Функции:

  1. Контроль четности

  2. Указатели полезной нагрузки

  3. Тревожная сигнализация

  4. Автоматическое защитное переключение

  5. Канал передачи данных

  6. Служебная связь

Байты заголовка мультиплексорной секции

Н1, 2, 3 (9 байт)– байты указателя административного блока (AU) (определяют положение начала VC-4 в пределах цикла STM-1)

В2 (3 байта) – контроль ошибок мультиплексорной секции

К1, 2 (2 байта) – защитное переключение мультиплексора

D4-D12 – для передачи управляющей и эксплуатационной информации (только для STM-1)

S1 – сообщение о состоянии синхронизации, указывает тип источника синхронизации.

Z1,2 – резерв для стандартизации

М1 – для передачи информации о зарактеристики ошибки от приемного оборудования мультиплексорной секции к передающему

Е1 – служебная связь

Заголовок регенерационной секции

Функции:

  1. Контроль четности

  2. Цикловая синхронизация

  3. Идентификация STM-1

  4. Канал пользователя

  5. Канал передачи данных

  6. Служебная связь

Байты заголовка регенерационной секции

А1, А2 – байты цикловой синхронизации

J0 – используется для периодической передачи 16-ти байтового сообщения о трассе регенерационной секции

В1 – контроль четности

Е1 – служебная связь

F1 – для нужд оператора

D1,2,3 – управление и обслуживание сети между регенерационной секцией и оконечным оборудованием.

Анализ полезной нагрузки

Трактовый заголовок всегда находится в первой колонке VC-4 (добавление его завершает формирование виртуального уонтейнера). Остающаяся емкость (контейнер С-4) может быть загружен 63 TU-12 или 3-мя TU-3

VC-4 может нести смесь компонентных каналов, поэтому в одном и том же VC-4 можно передавать вместе с нашими компонентами и североамериканские DS-1.

VC-4 предназначен для передачи полезной нашрузки со соростью 149 Мбит/с

Цикл STM-1 имеет 270 колонок и 9 рядов, причем 9 колонок ипользуются как заголовок секции, а 1 колонка для трактового заголовка, таким образом, фактическая емкость полезной нагрузки С-4:

260*9*8*800=149,76 Мбит/с

Указатели полезной нагрузки

VC-4 может начинатся с любой позиции в пределах области полезной нагрузки. Наиболее часто он нгачинается в одном цикле, а заканчивается в другом. Эта способность VC-4 перемещаться относительно цикла STM известна как «плавание».

Байты Н1, Н2 используются для того, чтобы идентифицировать первый байт плавающего VC-4. С помощью 3-х байт Н3 каждое регулирование перемещает VC-4 на 3 байта (т.е 3 байта относительно цикла STM).

Дело в том, что для борьбы с расхождением генераторов VC-4 может смещаться в положительную, либо отрицательную сторону на 3 байта.Это достигается изменением значения указателя полезной нагрузки в приемном элементе сети. Процесс также компенсирует любое другое фазовое рассогласование между ринятым SDН сигналом и опорным генератором SDН узла.

Несмотря на положительные стороны, указатели несут в себе и отрицательные моменты, в частности, когда полезная нагрузка плавает на 3 байта, это вызывает скачок на 24 бита. При извлечении полезной нагрузки из SDН, скачок на 24 бита вызывает джиттер, который в сво. Очередь создает проблемы для РDН сетей.

Компонентные блоки и структурная схема мультиплексирования сигнала SDH

Рис. 2

На самом низком уровне мы имеем контейнер С-n, где n варьируется от 1 до 4. Этот базовый элемент сигнала STM (Synchronous Transport Module) представляет собой группу байтов, выделенных для переноса сигналов со скоростями по рекомендации G.702. Другими словами, это то, что мы имеем на входе в SDH-мультиплексор.

Данные сигналы преобразуются в так называемые виртуальные контейнеры (VC-n), где n варьируется от 1 до 4. Виртуальные контейнеры низкого порядка формируются из контейнера С-1 или С-2 и дополнительной емкости для трактового заголовка (POH - Раth Overhead). В виртуальные контейнеры высокого порядка (n=3 или n=4) вместо С-n может входить также сборка компонентных блоков (TUG). POH включает в себя информацию для контроля характеристик VC, сигналы для техобслуживания и признаки тревожных ситуаций. В случае VC высокого порядка в POH входят еще и признаки структуры мультиплексирования.

Компонентный блок (TU-n), где n варьируется от 1 до 3, состоит из VC и указателя компонентного блока и обеспечивает сопряжение уровней высокого и низкого порядка. Значение указателя определяет согласование фазы VC с добавленным к нему POH компонентного блока. Группа компонентных блоков (TUG-n), где n=2 или n=3, - это группа идентичных TU или TUG, позволяющая осуществлять смешение полезной нагрузки.

Преймущества TU:

  1. Разработан для того, чтобы четко соответствовать VC-4

  2. Допускает прямой доступ к компонентам более низкого уровня

  3. Обеспечивает транспортировку, добавление-выделение и коммутацию с минимальной задержкой

  4. Коммутаторы и устройства добавления-выделения не должны демультиплексировать сигналы более высоких уровней, чтобы получить доступ к компонентам более низкого уровня.

Административный блок (AU-n), где n=3 или n=4, состоит из VC-3 или VC-4 и указателя AU. Он обеспечивает сопряжение путей более высокого порядка и уровня секции с мультиплексированием. Значение указателя определяется согласованием фазы VC-n с кадром STM-1. Группа административных блоков (AUG) - группа AU c чередующимися байтами - занимает фиксированное положение в нагрузке STM-1. Синхронный транспортный модуль (STM-N) содержит n групп AUG c информацией SOH(Section Overhead), касающейся кадрирования, обслуживания и работы. N групп AUG чередуются через один байт и находятся в фиксированном положении по отношению к STM-N.

Управление сетью

Одним из главным преимуществ SDН является наличие средств обслуживания для управления сетью. Контролируя траффик в элементах сети можно обнаружить и точно указать дефекты и ошибки в сигналах и сетях.

Характеристика ошибок SDН сети проверяется, используя побитовый контроль четности (BIP). Ошибки передачи, обнаруженные BIP, передаются обратным входящим потоком в исходную точку посредством сигнала индикации ошибки на дальнем конце (REI), или ошибка блока на дальнем конце FEBE. BIP и связанный с ними REI обеспечиваются на уровне мультиплексных секций, в трактах высокого уровня VC-4 и трактах низкого уровня TU.

В случае серьезной ошибки (дефекта), а именно, потери сигнала, цикла или указателя, на передающий конец посылается сообщение RDI (Remote Defect Indication – индикация удаленного дефекта, либо отаз приемника FERF- Faf End Recieve Fail). Исходящий поток элементов сети также приводится в готовность по сигналу индикации аварии AIS, посылаемому с исходящим потоком.

SDH сети спроектированы таким образом, что имеют возможность боротся с отказами, используя защитное переключение. Это достигается дублированием линий передачи между элементами сети. В случае глобального отказа, а именно, обрыва линии, элемент сети переключит передачу на дублирующую линию – защита мультиплексорной секции Multiplexer Section Protection (MSP).