книги / Проектирование и эксплуатация инфокоммуникационных сетей. Реализация, моделирование
.pdfКак правило, количество выделяемых потоков меньше, чем общее количество потоков в линейном сигнале (например, 4 потока Е1 из 16 в составе потока Е3). Это позволяет упростить модуль, поскольку на промежуточных узлах зачастую нет необходимости в выделении всех потоков.
Оборудование линейного тракта в режиме мультиплексора ввода / вывода тоже может иметь резервирование линейного тракта по схеме «1+1». При этом согласно ранее рассмотренной структурной схеме для регенератора дублируются модули линейного тракта, устанавливается модуль управления переключением на каждое направление, модули соединяются электрическими кабелями. Модули мультиплексирования в такой схеме соединяются не с модулями линейного тракта, а с модулями управления переключениями. Схема указанного вида включения достаточно очевидна и выносится за рамки рассмотрения.
Первичный мультиплексор. Первичный мультиплексор содержит коммутационную матрицу (КМ), модули групповых стыков (ГС), модули компонентных стыков (КС), модуль управления и мониторинга (УМ) (рис. 1.9).
к системе управления
|
|
|
УМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГС1 |
|
КМ |
|
КС1 |
|
от/к ОЛТ |
|
|
|
|
абоненты |
|
... |
|
|
... |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
ГСn |
|
|
|
КСm |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.9. Структурная схема первичного мультиплексора
Групповые сигналы связывают первичный мультиплексор с ОЛТ и могут быть следующими:
–Е1 электрический G.703, HDSL (до 100 км с регенераторами);
–Е1 оптический;
–ИКМ-15;
21
–аналоговые с частотными группами 12-252 и 312-552 кГц;
–другие стандартные информационные потоки.
Компонентные стыки позволяют подключать различных абонентов, каждому из которых выделяется i×64 Е0 (ОЦК, 64 кбит/с), где i = 1,..,k. В некоторых случаях, например при сжатии речи, скорость, предоставляемая абоненту, может быть меньше 64 кбит/с.
В первичном мультиплексоре может быть реализовано резервирование по схеме «1+1» для модулей групповых стыков (или линейного тракта, если они установлены), а также резервирование (защита) по схеме «1:N» для абонентских каналов. Она предусматривает несколько (N) направлений связи между абонентом, подключенным к данному блоку, и соответствующим ему абонентом (или абонентами) в других блоках. Такой способ защиты возможен при наличии резервных путей в сети связи (рис. 1.10).
Абонент |
Подсеть1 |
Абонент |
|
||
|
Подсеть2 |
|
Рис. 1.10. Иллюстрация защиты по схеме «1:2»
На рис. 1.10 показана схема защиты абонентского канала по схеме «1:2». Между абонентами проложены два типа связи: основная (показана сплошной линией) и резервная (показана пунктирной линией). В нормальном (штатном, безаварийном) режиме информация передается по основному пути через подсеть 1. При авариях в подсети 1 абонентский канал переключается на резервный путь через подсеть 2. При восстановлении безаварийного состояния подсети 1 абонентский канал снова переключается на основной путь.
Мультиплексор кроссовой коммутации. Мультиплексор кроссовой коммутации (кросс-коннекта) содержит коммутационную матрицу (КМ), модули групповых стыков (ГС) и модуль управления и мониторинга (УМ) (рис. 1.11).
Коммутационная матрица осуществляет кроссовую коммутацию между структурами (канальными интервалами, потоками) информационных потоков, поступающих от ОЛТ.
22
к системе управления
|
|
|
УМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГС1 |
|
КМ |
от/к ОЛТ |
|
|
|
... |
|
ГСn
Рис. 1.11. Структурная схема мультиплексора кроссовой коммутации
Мультиплексор кроссовой коммутации на практике отдельно применяется редко и может быть реализован в составе ПМ.
Типовая структура сети связи, построенной на оборудовании PDH. Как было изложено выше, современные устройства могут сочетать все рассмотренные типы функциональных модулей, например, первичный мультиплексор и мультиплексор кроссовой коммутации, оборудование линейного тракта и первичный мультиплексор.
Рассмотрим типовую структуру сети PDH (рис. 1.12).
|
ОЛТ1 |
|
|
|
ОЛТ2 |
|
|
ОЛТn |
Транспортная сеть |
||||
|
|
|
|
|
|
|
(первичная сеть) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
... |
|
|
... |
|
|
Сеть доступа |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМ1.1 |
|
|
|
ПМ2.1 |
|
|
ПМn.1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
(вторичная сеть) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
... |
|
|
... |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМ1.k |
|
|
|
ПМ2.l |
|
|
ПМn.m |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.12. Типовая структура сети связи, построенной на аппаратуре PDH
Сеть связи можно разбить на две подсистемы: транспортную сеть и сеть доступа. Транспортная сеть образует многоканальную высокоскоростную и высоконадежную систему передачи информа-
23
ции. Сеть доступа обеспечивает подключение абонентов различного типа и назначения. Соединение оборудования транспортной сети и сети доступа осуществляется стандартными цифровыми потоками, как правило, уровня Е1.
1.3. Принципы построения оборудования и проектирования сетей связи на основе технологии SDH
История. Опыт применения в сетях связи технологии PDH выявил следующие основные недостатки [4]:
–несинхронность передачи информации;
–необходимость полного демультиплексирования потоков более высокой скорости до уровня потоков более низкой скорости;
–отсутствие встроенных средств для организации сети управления и мониторинга.
Указанные недостатки привели к разработке и внедрению новой технологии синхронной цифровой иерархии (СЦИ, SDH). В ней нивелируются указанные недостатки, к тому же за счет специфических особенностей появляется возможность значительно увеличить скорость передачи.
Основу структуры SDH-кадра составляет синхронный транспортный модуль (STM). Он имеет структуру, в которой предусмотрены управляющие поля, указатели и поле для размещения нагрузки. Использование механизма указателей позволяет извлекать из поля нагрузки необходимый фрагмент данных без полного демультиплексирования кадра, а также аналогично вводить данные в кадр.
В СЦИ существует следующая иерархия скоростей:
–STM-1 (скорость 155 Мбит/с);
–STM-4 (скорость 622 Мбит/с);
–STM-16 (скорость 2 Гбит/с);
–STM-64 (скорость 10 Гбит/с).
Основные функциональные элементы аппаратуры SDH.
Общая схема маршрута передачи информации в сети SDH приведена на рис. 1.13.
24
Рис. 1.13. Схема маршрута передачи информации в сети SDH
Рассмотрим основные функциональные элементы сети SDH [5]. 1. Кросс-коммутатор (SDXC) – осуществляет коммутацию информационных потоков между различными направлениями, как
это представлено на рис. 1.14.
Функции, выполняемые кросс-коммутатором:
–маршрутизация виртуальных контейнеров (VC) на основе информации заголовка (POH);
–консолидация (объединение) VC;
–трансляция потока от одного источника ко многим (рассылка
VC);
–перегруппировка VC;
–доступ к VC для тестовых целей;
–ввод/вывод.
Емкость коммутаторов достигает 4096×4096 соединений. Ядро коммутатора составляет неблокируемая полнодоступная матрица.
STM-n |
|
STM-n |
|
SDXC |
|||
|
|
||
STM-n |
|
STM-m (m<n) |
|
|
|||
|
|
PDH |
Рис. 1.14. Кросс-коммутатор
2. Мультиплексор ввода/вывода – осуществляет коммутацию, вставку и выделение потоков более низкого уровня иерархии, чем поток, передаваемый по линейному тракту (рис. 1.15).
25
STM-n |
|
STM-n |
|
ADM |
|||
|
|
||
STM-m (m<n) |
|
PDH |
|
|
Рис. 1.15. Мультиплексор ввода/вывода
3. Регенератор – осуществляет прием сигналов из линейного тракта, обработку, усиление, фильтрацию и передачу восстановленного сигнала (амплитуда, длительность, форма сигнала) в другом направлении (рис. 1.16).
STM-n |
|
STM-n |
|
R |
|||
|
|
||
STM-m (m<n) |
|
PDH |
|
|
Рис. 1.16. Регенератор
Основные виды модулей в составе аппаратуры SDH:
–модули линейного тракта – функции приема и передачи, формирование электрического сигнала STM-n из оптического для его дальнейшей обработки;
–модули вставки и выделения – осуществление операции выделения фрагмента (потока) из кадра STM-n, а также вставки потока
вкадр; например, могут выделять все 63 , 42, 21 потоков Е1 из структуры STM-1, а также Е3 и т.д.;
–модуль синхронизации и генераторного оборудования – выполняет функции выделения частоты тактовой синхронизации из приходящего линейного сигнала, анализа качества синхросигнала, формирование синхросигнала от внутреннего генератора, прием хронирующего сигнала от внешнего источника;
–модуль управления и мониторинга – отвечает за сбор информации о техническом состоянии контролируемых модулей блока, доступ к встроенным каналам сети управления, поддержку интерфейсов и протоколов системы управления и мониторинга;
26
– модуль питания – формирование необходимого напряжения питания (например, 3.5, 5, 12 В).
Основные топологии сетей SDH
1. Топология «точка-точка» является элементарной топологией любой сети [6], в том числе и сети SDH (рис. 1.17).
PDH |
|
|
STM-n |
|
PDH |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
STM-m |
|
|
|
|
|
STM-m |
(m<n) |
|
|
|
|
|
(m<n) |
|
Рис. 1.17. Топология «точка-точка» |
2. Линейная топология (рис. 1.18) предусматривает двухточечное соединение между соседними узлами. Соединение может быть двухволоконное или четырехволоконное. Последнее имеет место при резервировании регенерационной секции по схеме «1+1».
Рис. 1.18. Линейная топология
3. Звездообразная топология характерна для сети с явными кросс-коммутаторами (рис. 1.19).
Рис. 1.19. Звездообразная топология
27
4. Кольцевая топология (рис. 1.20) является основной для подавляющего большинства сетей связи, построенных на аппаратуре SDH. Это обусловлено следующими факторами:
–минимальные затраты кабеля связи;
–максимальная площадь охвата;
–возможность для реализации отказоустойчивости за счет наличия двух направлений приема/передачи между любыми узлами в сети.
Рис. 1.20. Кольцевая топология
Передача в кольце может вестись в одном направлении («однонаправленное кольцо») или в двух направлениях («двунаправленное кольцо»). Связь между двумя соседними узлами может быть одноволоконная, двухволоконная или четырехволоконная. В первом случае передача всегда ведется в одном направлении (например, «Запад», «West»), а прием – с другого направления (например, «Восток», «East»). В двухволоконном кольце возможна реализация таких методов повышения отказоустойчивости, как, например, защита на уровне мультиплексной секции (MS-SPRing). При выходе из строя участка между двумя узлами или одного из узлов происходит реконфигурация сети (рис. 1.21). В точках между поврежденным участком или узлом происходит разворот кольца. Таким образом сохраняется возможность обмена информацией между всеми остальными исправными узлами кольца.
28
Рис. 1.21. Защита MS-SPRing
В двухволоконном кольце при отсутствии защиты на уровне мультиплексной секции можно организовать также защиту на уровне трактов нижнего ранга (например, VC-12). Такая защита получила название Sub Network Connection Protection – SNCP. При указанном виде защиты поток нижнего уровня при создании маршрута между двумя узлами направляется сразу в оба кольца (рис. 1.22). При приеме с обоих направлений анализируется качество
принимаемых потоков и принимается решение, с какого направления осуществлять передачу принятых данных пользователю.
В четырехволоконном кольце, кроме защиты на уровне мультиплексной секции, можно осуществить защиту на уровне регенерационной секции (резервирование по схеме «1+1»). Такой вариант организации связи также повышает надежность функционирования сети.
Топологии сетей связи с транспортной системой, построенной с применением технологии SDH. Реальные сети связи строятся, как правило, по комбинированным (гибридным) топологиям. Это означает, что сети комбинируются из разных типовых топологий, а также аппаратуры различных технологий (SDH, PDH и т.д.) и
29
уровней иерархии скоростей. Рассмотрим некоторые варианты организации реальных сетей связи [7].
Современные транспортные сети связи в общем случае включают в себя три уровня иерархии:
–магистральную сеть;
–региональную сеть;
–местную сеть.
Поскольку для транспортных сетей наиболее эффективной является топология типа «кольцо», то типовая структура транспортной сети представляется в виде объединения колец разного уровня (рис. 1.23).
Местная
Региональная
Магистральная
Региональная
Местная
Рис. 1.23. Многоуровневая транспортная сеть
Указанные уровни иерархии строятся по технологии разных скоростей и информационных емкостей, например:
–магистральная сеть – STM-16, STM-64,
–региональная сеть – STM-4, STM-16,
–местная сеть – STM-1, STM-4.
На современном уровне развития телекоммуникационных технологий уровни иерархии SDH ограничены STM-64 (10 Гбит/с). Для увеличения пропускной способности сети без повышения скорости передачи разработаны методы спектрального (волнового) уплотнения волоконно-оптической линии связи (WDM, DWDM). Они позволяют организовать в одном оптическом волноводе передачу нескольких информационных потоков на разных длинах волн, как это
30