Цифровой иерархии

Цифровой системой передачи синхронной цифровой иерархии – ЦСП СЦИ (Digital transmission System SDH) называется комплекс технических средств, обеспечивающий образование секций, трактов виртуальных контейнеров VC и трактов плезиохронной цифровой иерархии.

Оборудование ЦСП СЦИ включает в себя следующую основную аппаратуру, рис. 6.15 (в его нижней части указаны компонентные потоки ПЦИ и соответствующие им скорости (в Мбит/с), выше – уровни СЦИ):

Аппаратуру мультиплексирования информационных структур синхронного транспортного модуля соответствующего уровня – STM-N. Основным элементом этой аппаратуры является синхронный мультиплексор – СМ (Synchronous Multiplexer - SM), т.е. устройство, объединяющее компонентные потоки (ПЦИ, АТМ, LAN, MAN, ISDN, FDDI, СЦИ и др.) в один выходной – агрегатный поток СЦИ. Уровень СМ определяется уровнем агрегатного сигнала СЦИ. СМ, как элемент оборудования СП СЦИ, может выполнять самые различные функции соответствующего сетевого элемента.

Аппаратуру оперативного переключения (АОП), образующую перекрестные соединения с помощью перестановок временных позиций виртуальных контейнеров внутри сигналов STM-N, либо с помощью ввода/вывода пространственно разнесенных компонентных потоков в любую (из любой) временную позицию агрегатного потока. АОП может быть внутри аппаратуры мультиплексирования или автономной.

Аппаратуру линейного тракта, основным элементом которой является регенератор, назначение которого состоит не только в восстановлении формы сигнала, устранение помех, но и 1) в определении начала цикла STM-N, в выделении тактового сигнала и импульсов цикловой синхронизации (с использованием байтов А1 и А2 RSOH); 2) контроль ошибок в принятом сигнале с использованием байта В1 RSOH и передаче соответствующей информации на противоположный конец тракта; 3) генерация различных сигналов о состоянии элементов регенератора и передача их по каналам D1..D3 RSOH.

Основными элементами синхронной сети связи являются терминальные (или оконечные) мультиплексоры, а также мультиплексоры ввода и вывода. Терминальный мультиплексор ТМ (рис. 6.16) представляет собой комплекс программно-аппаратных средств, предназначенный для формирования синхронных транспортных модулей соответствующего уровня из входных цифровых потоков (ввод каналов), а также для обратного преобразования (вывод каналов). Кроме того, ТМ могут осуществлять частичную коммутацию каналов со входа одного пользовательского интерфейса на выход другого. В качестве входных сигналов могут использоваться:

- одиночный цифровой канал 64 кбит/с;

- уровни плезиохронной иерархии европейского или (и) американского стандартов 1,5; 2; 6; 34; 45 и 140 Мбит/с;

- синхронные транспортные модули более низких уровней;

- сигналы систем с интеграцией служб (ISDN) и др.

Каждый конкретный ТМ имеет определенный набор входных интерфейсов. Несмотря на многообразие ТМ, все они строятся из стандартных функциональных блоков, обеспечивающих стыковку с аппаратурой различных производителей.

Синхронные мультиплексоры (СМ) заменяют собой целый набор аппаратуры ЦСП СЦИ. Оконечные или терминальные мультиплексоры – ТМ осуществляют формирование информационных структур СП СЦИ различного уровня и их мультиплексирование. Мультиплексоры могут выполнять следующие функции:

- оперативного переключения (кросс-коммутации);

- мультиплексора ввода/вывода – МВВ, имеющего два агрегатных порта (Запад и Восток) и позволяющего вводить и выводить потоки (в том числе и ПЦИ) в любые компонентные порты;

- осуществлять передачу потоков из одного агрегатного порта в другой;

- оборудования линейного тракта и другие.

Каждый конкретный СМ выполняет только часть названных функций в том или ином объеме. Полный набор функций СМ и требований к его технической реализации отражены в рекомендации G.783 МСЭ-Т.

Эти рекомендации могут быть представлены в виде обобщенной функциональной схемы (рис. 6.17), которая включает в себя стандартные функциональные блоки и эталонные точки (S, T, U и др.), через которые проходят стандартные сигналы. Назначение функциональных блоки рассмотрим на примере формирования STM-1 на основе потока Е1, поступающего на порт доступа низкого уровня, рис. 6.17.

При описании функциональных блоков будем считать, что направление информационного потока сверху-вниз является направлением приема, а направление информационного потока снизу-вверх является направлением передачи.

LOI (Lower Order Interface) – интерфейс- модуль низшего порядка, состоящий из трех функциональных блоков:

- PPI (Plesiochronous Physical Interface) – плезиохронный физический интерфейс, предназначенный для выделения из потока Е1 (2М) импульсов тактовой частоты, осуществление декодирования линейного кода (HDB3) и преобразование информационных сигналов с целью формирования контейнера С-12 (на приеме функция PPI состоит в преобразовании контейнера в поток Е1), которые затем вместе с тактовыми сигналами через эталонную точку М передаются в блок

- LPA (Lower order Path Adaptation) – блок адаптации трата низшего порядка, т. е.приспособления тракта низкого порядка с целью его ввода в синхронный контейнер С-12(см. рис. 6.4), т. е. размещение потока Е1 в контейнере С-12, и выполнения обратной операции при приеме. Если сигнал на входе – плезиохронного типа, то блок LPA выполняет также операцию выравнивания скоростей на уровне битов; далее преобразованный сигнал через интерфейс L поступает в блок

- LPT (Lower order Path Termination) – окончание (терминал) тракта низкого порядка, предназначенный для формирования при передаче виртуального контейнера VC-12путем добавления к контейнеру С-12байтов трактового заголовка РОН.При приеме в этом блоке анализируется заголовок РОН (для оценки качества сигнала), в частности проводится анализ битов контрольной суммы и битов, несущих информацию об аварии. С выхода LOI сигнал через интерфейс К поступает в блок LPC.

LPC (Lower order Path Connection) – блок коммутации трактов низшего порядка – служит для изменения местоположения контейнера низкого порядка в структуре более высокого порядка (например, TUG-2). Состоит из матрицы подключения, которая дает возможность гибкого расположения виртуального контейнера (VC-12) в цифровых структурах мультиплексирования TU-12 (в цикле передачи нагрузочного блока, (см. рис. 6.4).

Форматы сигналов на входе и выходе данного блока одинаковы. Так как процесс коммутации не влияет на характер информационного сигнала, то эталонные точки на входе и выходе блока одинаковы и обозначаются одним символом К. Управление коммутацией и получение информации о состоянии осуществляется функциональным блоком SEMF (см. ниже) через эталонную точку S8.

На любом выходе данного блока, не соединенным с каким-либо входом, генерируется сигнал необорудованного (unequipped) тракта, представляющий собой сигнал контейнера VC-12 с неопределенной нагрузкой и с нормальным заголовком, в котором биты 5,6,7 байта V5 установлены в нулевое состояние – «пустое».

LCS (Lower order Connection Supervision) – модуль дистанционного контроля подключения трактов низшего порядка служит для контроля трактов низшего порядка в точках транзита и переключения.

Блок LCS реализует на сетиобъект контроля, называемый секцией тракта низшего порядка и состоит из двух блоков LUG и LPOM. Каждый из этих блоков может находиться в одном из двух состояний (устанавливается программно): inactive – неактивен и active – активен. В первом состоянии данные прозрачно проходят через блоки между эталонными точками J и K (см. ниже). Во втором состоянии блоки выполняют определенные функции.

Блок LUG (Lower order Unequipped Generator) – генератор необорудованного («пустого») виртуального контейнера, – предназначенный для генерации сигнала, имитирующего нагрузку VC-12, и формирование заголовка при отсутствии информационных данных в LPC. Основными функциями LUG на передаче является; генерация контейнера C-12 с имитацией нагрузки, обнаружение ошибки в принятом сигнале и установка байтов J2 и N2 заголовка по информации, полученной из эталонной точки S19 и др.

Блок LРОМ (Lower order Path Overhead Monitor) – монитор заголовка тракта низкого порядка служит для проверки на приеме указателя маршрута, содержащего в РОН. Основными функциями блока на приеме является: выделение битов 1,2 байта V5 заголовка, использование выделенной информации для вычисления количества ошибок.

Далее сигнал через интерфейс I поступает на модуль НОА.

НОА (Higher order Path) – модуль сборки структур высшего порядка состоит из двух блоков НРА и НРТ.

Блок НРА (Higher order Path Adaptation) – адаптации тракта высокого порядка, осуществляющий ввод виртуального контейнера в матрицу нагрузочного блока TU-12 и формирование указателя PTR TU-12. Кроме того, здесь производится побайтное мультиплексирование различных нагрузочных блоков TU-12 и формирование тем самым, по порядку структур TUG-2 и TUG-3. При приме информации блок НРА выполняет операцию демультиплексирования и декодирование в каждом восстановленном блоке TU-12 величины указателя, до тех пор, пока не определит начало виртуального контейнера VC-12.

Блок НРТ (Higher order Path Termination) – окончание (терминал) тракта высшего порядка, предназначенный для формирования матрицы, относящейся к виртуальному контейнеру высшего порядка (VC-4) путем добавления к цифровой структуре группового блока TUG-3 девяти байтов, относящихся к заголовку РОН. При приеме информации в этом блоке извлекается и дешифрируется заголовок РОН для установления маршрута. Далее информационный сигнал поступает в блок НРС.

НРС (Higher order Path Connection) – блок подключения трактов высшего порядка предназначендля подключения трактов высшего порядка и выполняет те же функции, что и модуль LPC, рассмотренный выше. В практической реализации модуль НРС представляет собой матрицу, которая создает возможность гибкого размещения виртуального контейнера VC-4 внутри цикла передачи STM-N. Затем сигнал через интерфейс G поступает на модуль НСS (Higher order Connection Supervision) – блок контроля подключения трактов высшего порядка, который состоит из двух функциональных блоков:

HUG (Higher order Unequipped Generator) – генератор необорудованного («пустого») виртуального контейнера – загрузки тракта высокого порядка, который при отсутствии информационных данных в блоке подключения трактов высшего порядка НРС вырабатывает сигнал, имитирующий загрузку;

НРОМ (Higher order Path Overhead Monitor) – монитор заголовка тракта высшего порядка, который служит для проверки на приеме указателя маршрута, содержащегося в заголовке РОН. Через опорную точку (интерфейс) F сигнал виртуального контейнера поступает в модуль TTF.

ТТF (Transport Terminal Function) – модуль с функциями транспортного терминала состоит из 5 функциональных блоков:

Блок MSA (Multiplex Section Adaptation) – адаптации секции мультиплексной, который при передаче осуществляет ввод виртуального контейнера VC-4 в матрицу административного блока AU-4 и формирование указателя, а также формирование групп административных блоков AUG. На приеме осуществляет декодирование величины указателя, до тех пор, пока не определит начало структуры VC-4 внутри блока AU-4. Функции блока MSA на приеме: 1) демультиплексирование AUG и выделение сигналов VC с использованием указателей AU; 2) обнаружение аварийных сигналов и передача соответствующей информации в точку S4.

Сигнал с выхода блок MSA через точку F подается на

Блок MSР (Multiplex Section Protection) – защита (резервирование) мультиплексной секции как информационного содержимого структуры STM. Блоки MSP на обоих концах секции работают одинаково, осуществляя контроль сигнала STM-N и переключение на резервный тракт с учетом появившихся аварийных ситуаций и приоритетов. Эти блоки на концах резервируемого участка обмениваются информацией, используя байты К1 и К2 заголовка MSOH резервного тракта. Все установки (опции) в блоке MSР практически осуществляются на основе информации из блока MST.

Блок MSТ (Multiplex Section Termination) – окончание (терминал) секции мультиплексирования, основными функциями которого являются:

на передаче

- вычисление BIP-24 и заполнение байтов В2 заголовка;

- заполнение байтов К1 и К2, D4…D5, Е2, Z1, Z2 информацией, полученной от соответствующих эталонных точек (D, P, U2) и блока ОНА;

- формирование MS-FERF (установка 1,1,0 в битах 6,7,8 байта К2) при обнаружении MS-AIS или SF на приеме;

- заполнение байта S1 (биты 5…8) сообщениями о качестве синхросигнала, полученным через эталонную точку Y от блока SETS (см. ниже);

- заполнение байтов М1 информацией о количестве ошибок, обнаруженных при приеме (генерация MS-FEBE);

на приеме

- контроль ошибок в принятом сигнале с использованием байтов В2 и передача информации в точку (S3, см. ниже);

- обнаружение условий генерации аварийных сигналов и передача соответствующей информации в эталонные точки;

- выделение байтов К1 и К2, используемых в системах автоматического переключения на резерв, и передача их в точку D; байты К1 и К2 содержат информацию о критериях смены (переключения) направления передачи с целью защиты информации, посылая соответствующую команду для выполнения блоку MSP;

- выделение байтов канала передачи данных D4…D12 и передача их в точку Р;

- выделение байта S1 и передача сообщения о качестве синхросигнала (биты 5…8 байта S1) в точку Y;

- выделение резервных байтов Z1 и Z2, байта служебной связи Е2 и передача их в эталонную точку U2 и др.

Блок RSТ (Regenerator Section Termination) – окончание (терминал) секции регенерации, задача которого состоит в том, чтобы вводить/выводить байты, относящиеся к заголовку RSOH, т.е. первые 3 строки заголовка SOH. Кроме того, в блоке RSТ имеется скремблер, который преобразует псевдослучайным образом передаваемый сигнал STM-1, за исключением первой строки заголовка RSOH, содержащий байты синхросигнала А1 и А2. При приеме осуществляются следующие основные операции:

- определение начала цикла STM-N и выделение импульсов цикловой синхронизации (с использованием байтов А1 и А2 RSOH);

- дескремблирование сигнала STM-N (за исключением первой строки RSOH);

- обнаружение условий генерации аварийного сигнала LOF (фиксация сбоя цикловой синхронизации) и передача соответствующей информации в эталонную точку S2;

- контроль ошибок в принятом сигнале с использованием байта В1 RSOH и передача соответствующей информации в эталонную точку S2 и др.

Блок SРI (SDH Physical Interface) – физический интерфейс SDH между ступенью мультиплексирования и физической средой передачи (кабелем, оптическим волокном или радиорелейным стволом). При приеме информации, кроме декодирования линейных сигналов, блок SРI извлекает из входящих данных синхросигнал.

Синхронная работа всех блоков СМ и ЦСП СЦИ в целом обеспечивается системой синхронизации, включающей в себя следующие функциональные блоки:

SETS (Synchronous Equipment Timing Source) – источник тактовых сигналов синхронного оборудования, формирующий тактовые сигналы для всех функциональных блоков оборудования СЦИ; в качестве опорных (эталонных) сигналов могут выбираться сигналы в опорных точках Т1, Т2, Т3 или сигнал внутреннего генератора. При пропадании опорных сигналов информация об этом передается в блок

SETPI (Synchronous Equipment Timing Physical Interface) - физический интерфейс сигналов тактирования синхронного оборудования, осуществляющий

на передаче:

кодирование и адаптацию к среде сигналов внешней синхронизации, поступающих от SETS через точку Т4 и выделение тактового сигнала из принятого внешнего сигнала синхронизации;

на приеме: декодирование сигналов внешней синхронизации и передача в блок SETS.

Через функциональные блоки MCF (Message Communication Function) – функции обмена сообщениями и SEMF (Synchronous Equipment Management Function) – функции управления синхронным оборудованием осуществляется управлению функционированием СМ и в целом СП СЦИ и синхронных сетей. Блок SEMF взаимодействует с другими функциональными блоками через эталонные (опорные) точки S1…S19. Информация, проходящая через точки S1…S19, подразделяется на аварийные сигналы, команды и сообщения. Управляющая информация для блока SEMF и отклики на нее проходят через эталонную точку V от блока MCF. Этот блок имеет интерфейсы F – для подключения рабочих станций системы управления и Q – для входа в операционную систему управления.

Синхронный мультиплексор содержит также функциональный блок OHA (OverHead Access) – функции доступа к заголовкам, предназначенный для организации служебной связи посредством байтов Е1, Е2 и F1 секционного заголовка STM-N и байтов F2, N1 и N2 трактовых заголовков VC. Этот блок имеет интерфейс внешнего доступа и передает информацию к заголовкам через эталонные точки U1…U6.

Формирование STM-1 на основе потоков высокого уровня Е3 и Е4 осуществляется с использованием следующих блоков (рис. 6.27):

НОI (Higher Order Interface) – интерфейс тракта высшего порядка, состоящий из трех функциональных блоков (рис. 6.17,):

Блок РРI (Plesiochronous Physical Interface) – плезиохронный физический интерфейс. Его назначение и функционирование аналогичны блоку PPI, рассмотренного выше. При передаче из входного сигнала выделяются тактовые импульсы, осуществляется декодирование линейного кода (СМI) и преобразование информационных данных, которые затем вместе с тактовыми импульсами последовательно передаются в блок LPA. При приеме осуществляется линейное кодирование и адаптация плезиохронного интерфейса к физической среде. Далее сигнал через интерфейс М сигнал поступает в блок

LРA (Lower order Path Adaptation) – блок адаптации тракта низшего порядка, основная функция которого состоит в том, чтобы осуществлять ввод входного сигнала в синхронный контейнер С-4; при приеме блок выполняет обратную операцию. Если сигнал на входе – плезиохронный, то блок LPA осуществляет также операцию выравнивания скоростей (положительного/отрицательного) на уровне битов. Контейнер С-4 через интерфейс Н подается на блок

НРТ (Higher order Path Termination) – окончание (терминал) тракта высшего порядка, задача которого сформировать матрицу виртуального контейнера высшего порядка (VC-4), что достигается путем добавления к структуре контейнера С-4 девяти байтов заголовка РОН. При приеме анализируется и анализируется заголовок РОН, пока не будет точно определен маршрут. Сформированный контейнер VC-4 далее претерпевает преобразования, аналогичные преобразованиям при формировании STM-1 на основе потока Е1.

Реальные мультиплексоры могут выполнять лишь часть функций, рассмотренной обобщенной схемы перечень функций, которыми обладает конкретный мультиплексор, определяется его конфигурацией. В относительно простых СМ конфигурация неизменяема и, как правило, она задается заказчиком оборудования в соответствии с теми сетевыми задачами, которые призван решать данный СМ. В более сложных, модульных конструкциях, конфигурация может изменяться добавлением и сменой определенных модулей - функциональных блоков, реализующих те или иные функции. Конфигурацию многих СМ можно изменять на уровне программного обеспечения как алгоритмов их функционирования, так и системы управления. Относительно сложные СМ, с возможностью широкого наращивания функций, обычно применяют на интенсивно развивающихся сетях. Следует отметить, что блоки структурной схемы мультиплексора практически никогда полностью не совпадают с функциональными блоками. Состав структурных блоков зависит от элементной базы, от особенностей производства и ряда других причин. Мультиплексор ввода/вывода МВВ может иметь такой же набор входных интерфейсов, что и ТМ, однако его основным назначением является вывод части каналов (виртуальных контейнеров) и ввод других (рис.6.18).

МВВ позволяет коммутировать виртуальные контейнеры в соответствии с управляющими сигналами, входящими в структуру модуля STM (заголовки, указатели), осуществляя вывод нужного числа каналов. Такой мультиплексор может осуществлять сквозную коммутацию потоков в обоих направлениях, а также замыкать канал приема на канал передачи с образованием колец.

Основные режимы использования МВВ представлены на рисунках 6.19-6.21.