Технология SDH. Синхронная цифровая иерархия


Собственный материал Издания

Hits: 52701

Синхронная цифровая иерархия обладает целым рядом преимуществ, которые позволили ей стать одной из основных технологий цифровых систем передачи на нынешнем этапе развития телекоммуникаций.

Хорошая проработка международных стандартов, описывающих структуру сигналов SDH, функции и электрические параметры аппаратуры, обеспечивает совместимость оборудования разных производителей. Это позволяет без проблем осуществлять взаимодействие между операторами различных сетей.

Основные характеристики SDH

Технология SDH описывается в рекомендациях ITU-T (G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812), ETSI (ETS 300 147). Североамериканская синхронная цифровая иерархия подчиняется системе стандартов SONET, разработанной ANSI (American National Standards Institute) - Американским национальным институтом стандартов.
Рассмотрим структуру сигналов SDH. Это синхронный транспортный модуль STM-N, где N определяется уровнем SDH. В настоящее время широко используются системы STM-1, STM-4, STM-16 и STM-64. Нетрудно заметить, что системы построены с кратностью 4. Таким образом, сформировалась следующая иерархия скоростей.

Синхронная цифровая иерархия

Уровень модуля

Скорость (кбит/с)

STM-1

155 520

STM-4

622 080

STM-16

2 488 320

STM-64

9 953 280

Базовым уровнем SDH является STM-1. Он характеризуется своим циклом с периодом повторения 125 мкс. Общепринято рассматривать цикл в виде прямоугольной таблицы, хотя, разумеется, данные передаются по линии последовательно. Как видно из рисунка цикл STM-1 содержит 9 строк по 270 байт (2430 байт). Первые 9 байт в каждой строке образуют заголовок цикла.

Технология SDH. Синхронная цифровая иерархия

К преимуществам SDH следует отнести модульную структуру сигнала, когда скорость уплотненного сигнала получается путем умножения базовой скорости на целое число. При этом структура цикла не меняется и не требуется формирование нового цикла. Это позволяет выделять требуемые каналы из уплотненного сигнала без демультиплексирования всего сигнала.
На рисунке приводится схема мультиплексирования четырех потоков STM-1 в один поток STM-4. Из рисунка видно, что происходит по-байтное мультиплексирование таким образом, что все блоки секционных заголовков, указатель и полезный сигнал размещаются так же как и прежде.

Технология SDH. Синхронная цифровая иерархия

В качестве полезной нагрузки сети, построенной на основе SDH, могут передаваться сигналы PDH, ячейки АТМ, любые неструктурированные цифровые потоки, имеющие скорость от 1,5 до 140 Мбит/с и удовлетворяющие рекомендации G.703. Такая универсальность обеспечивается применением контейнеров, переносящих по сети SDH сигналы нагрузки.
Контейнерный принцип хорошо известен и довольно широко применяется в современной технике связи. Эта идея оказалась очень практичной, ведь все операции на сети производятся с контейнерами и не затрагивают их содержимое. Таким образом, достигается полная прозрачность сети для передаваемой информации.
Формирование контейнеров для передачи данных с различной скоростью рассматривается ниже. Все контейнеры размещаются в части цикла STM-1, называемой Payload.
Во избежание потери синхронизации в аппаратуре SDH предусматривается скремблирование передаваемых сигналов. Дело в том, что в полезной информации могут присутствовать длинные цепочки нулей или единиц. При передаче по линиям электрических сигналов (например, в коаксиальном кабеле) эта проблема снимается выбором соответствующего кода линейного сигнала.
По рекомендации ITU-T G.703 следует применять код CMI (coded mark inversion code, двухуровневый код с инверсией посылок). В этом коде передаваемый ноль всегда представляется отрицательным уровнем в первой половине посылки и положительным уровнем во второй половине. Передаваемая единица представляется либо положительным уровнем, либо отрицательным уровнем в зависимости от значения предыдущего бита.
В подавляющем большинстве случаев для передачи сигналов STM используются оптические линии связи. В них используется линейный код NRZ (non return to zero, код без возврата к нулю).
Именно для обеспечения хронирующих перепадов в передаваемом сигнале STM по оптическим линиям связи используется операция скремблирования. Скремблер преобразует исходный цифровой поток в псевдослучайную последовательность. Генератор псевдослучайной последовательности построен на основе семиразрядного сдвигового регистра, сумматоров по модулю 2 (“исключающее ИЛИ”) и обратных связей согласно полинома 1+Х6+Х7. Скремблированию подвергается весь цикл STM-N кроме первых 9 байт заголовка. В первой строке заголовка передается сигнал цикловой синхронизации, что позволяет осуществлять синхронизацию без предварительного дескремблирования.

Построение сети SDH любой сложности обеспечивается довольно ограниченным набором функциональных узлов. С помощью их выполняются все операции по передаче информации и управлению на сети.
Основным функциональным узлом SDH является мультиплексор, предназначенный для организации ввода/вывода цифровых потоков с полезной нагрузкой. Различают два типа мультиплексоров: терминальные и ввода/вывода. Основное отличие между ними заключается в расположении на сети. Ниже, при рассмотрении типовых схем сетей SDH, это различие будет указано.
Кросс-коннекторы обычно непосредственно не обслуживают ввод/вывод нагрузки, а обеспечивают обмен между транспортными модулями сети SDH. Кросс-коннекторы применяются при объединении сетей или при сложной топологии сети. Кроме специализированных кросс-коннекторов функции локальной коммутации может выполнять мультиплексор.
Ряд функциональных узлов, таких как регенераторы, оборудование линейных трактов и радиорелейных линий обеспечивают функционирование собственно линий передачи сети SDH.
Обязательным функциональным узлом любой серьезной сети SDH является система управления, с помощью которой обеспечивается мониторинг и управление всеми элементами сети и информационными трактами.
В сетях SDH используются две типовых топологических схемы построения: “кольцо” и “цепь”. В их основе лежат мультиплексоры. В схеме “кольцо” применяются только мультиплексоры ввода/вывода (ADM -Add/Drop Multiplexer), а в схеме “цепь” - терминальные мультиплексоры (TM - terminal multiplexer) и ввода/вывода. Как видно из рисунка каждый мультиплексор имеет по две пары магистральных выходов, одна называется “восток”, а другая - “запад”. С помощью их обеспечиваются различные схемы резервирование или защиты.
Схемы защиты типа “1:1” и типа “1+1” образуются за счет организации двух встречных потоков. В первом случае на приеме анализируются сигналы с каждого направления и выбирается лучший для дальнейшей обработки. Во второй схеме существуют два кольца - основное и резервное. При сбоях в основном кольце происходит переключение на резервное, в случае разрыва кольца или выхода из строя мультиплексора образуется новое кольцо за счет организации заворотов на границах поврежденного участка.

Технология SDH. Синхронная цифровая иерархия

 

Из рассмотренных типовых схем или их разновидностей можно создать сеть SDH любой архитектуры и любой сложности.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

На рисунке представлена абстрактная сеть SDH, включающая в себя магистральный участок большой протяженности и подсети на концах этой магистрали.
В городе Б существуют две сети кольцевой архитектуры, объединенные с помощью кросс-коннектора. Через него информационные потоки могут попадать в магистральную сеть, выполненную по схеме “цепь”. В городе А расположена одна сеть кольцевой архитектуры. Обмен данными с магистральной сетью осуществляется с помощью мультиплексора ввода/вывода (ADM). Из-за большой протяженности магистральной сети, при отсутствии потребности в промежуточных пунктах ввода/вывода данных, на ней используются регенераторы, обеспечивающие восстановление формы сигнала. Такая схема организации требуется очень редко. Предпочтительнее вместо регенераторов использовать мультиплексоры ввода/вывода, которые так же обеспечивают регенерацию цифрового сигнала.
Участок сети между двумя терминальными мультиплексорами называют маршрутом. Между двумя соседними мультиплексорами (кросс-коннекторами) - мультиплексорной секцией, а между двумя соседними регенераторами или между регенератором и мультиплексоросм (кросс-коннектором) - регенерационной секцией.

Размещение данных в цикле STM-1 (mapping)

Как отмечалось выше, вся полезная информационная нагрузка (payload) передается при помощи контейнеров. Рассмотрим возможные типы контейнеров, их внутреннюю структуру и принципы формирования.
Определено следующее соответствие контейнеров скоростям передачи полезной информации (в кбит/с):

Контейнер

Скорость передачи (кбит/с)

С11

1 544

С12

2 048

С2

6 312

С3

44 736 или 34368

С4

139 264

Этот ряд контейнеров соответствует международным рекомендациям (ITU-T G.709) и объединяет европейскую и североамериканскую схемы системы SDH (SONET). В европейский стандарт не входит контейнер С2.
На рисунке показана общая схема размещения сигналов в синхронной цифровой иерархии.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Сигнал PDH со скоростью 140 Мбит/с (139 264 кбит/с) при передаче через сеть SDH размещается в контейнерах С-4. Контейнеры С-4 следуют с периодом 125 мкс. Размер контейнера С-4 точно определен и составляет 2340 байт (9 строк по 260 байт) или 18720 бит. В то же время для размещения всех бит сигнала PDH со скоростью 140 Мбит/с требуется контейнер емкость всего 17408 бит (139 264 кбит/с : 8 кГц). Величина 8 кГц соответствует периоду повторения в 125 мкс. Таким образом, в контейнере С-4 остается еще место, которое не было заполнено сигналом PDH. Это пространство содержит:

  • биты и байты грубого выравнивания (постоянный стаффинг) для согласования скорости плезиохронного сигнала с более высокой скоростью контейнера;
  • биты точного выравнивания, используется положительный стаффинг (добавление бит);
  • биты с информацией о наличии точного выравнивании;
  • биты “балласта”, которые не имеют функционального назначения.

Для передачи в потоке STM-1 контейнера С-4 к нему добавляется путевой или трактовый заголовок РОН (Path OverHead) размером 9 байт. В результате этой операции образуется так называемый виртуальный контейнер VC-4, имеющий размер 2349 байт (9 строк по 261 байту).
Поскольку циклы STM-1 формируются непрерывно и синхронно по отношению ко всей сети, то для обеспечения передачи плезиохронных сигналов используют гибкую укладку виртуальных контейнеров VC-4 в потоке STM-1. Как будет показано ниже начало VC-4 размещается в одном цикле STM-1, остаток в следующем цикле.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Информация о начале виртуального контейнера VC-4, расположении его первого байта содержится в указателе PTR (Pointer). Подробнее указатели рассматриваются ниже.
В цикле STM-1 указатель PTR и Payload вместе называются административным блоком AU-4.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Указатель носит название AU-4 указатель (AU-4 PTR). Для получения полной структуры цикла STM-1 к блоку AU-4 добавляются секционные заголовки (SOH). На рисунке показана взаимосвязь между составляющими цикла STM-1 при размещении контейнера С-4.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

В цикле STM-1 может быть передано 3 контейнера сигналов PDH co cкоростью 34 Мбит/с (34 368 кбит\с). Эти контейнеры носят название С-3. Если посмотреть с позиции скорости, то цикл STM-1 может передавать 4 сигнала со скоростью 34 Мбит/с, однако для совместимости с североамериканской системой SONET используется только 3 контейнера С-3.
Контейнер С-3 имеет размер 756 байт (9 строк по 84 байта) или 6048 бит. Период следования контейнера С-3 - 125 мкс. Для передачи сигнала PDH со скоростью 34 Мбит/с требуется емкость контейнера всего 4296 бит (34 368 кбит/с : 8 кГц). Контейнер С-3 также предназначается для размещения сигнала DS-3 североамериканской иерархии (44 Мбит/с). Для этого в контейнере С-3 задействуется только 5593 бита (44 736 кбит/с : 8 кГц).
Свободные биты, оставшиеся после размещения полезной нагрузки, используются так же как в контейнере С-4. Только для точного выравнивания используется двухсторонний стаффинг (добавление и вычитание бит).
К каждому контейнеру С-3 добавляется заголовок РОН и в результате получается виртуальный контейнер VC-3, имеющий размер 765 байт (9 строк по 85 байт).
Существует два способа размещения контейнера VC-3 в цикле STM-1. При первом способе каждому виртуальному контейнеру VC-3 в цикле STM-1, точнее в его указателе PTR, соответствует отдельный 3-х байтный указатель. Совокупность контейнера VC-3 и 3-х байтного указателя образует административный блок АU-3. Указатель называется указатель АU-3 (АU-3 PTR) и показывает начало соответствующего VC-3 в цикле STM-1. В стандартах ETSI, описывающих SDH, этот способ не рекомендуется для применения.
Второй способ основан на преобразовании трех блоков VC-3 в один блок VC-4. Для этого к виртуальному контейнеру VC-3 добавляется 3-х байтный указатель, получается трибутарный блок TU-3. При добавлении к нему 6 фиксированных выравнивающих байтов получается группа трибутарного блока TUG-3.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Для передачи по сети SDH, три полученных блока TUG-3 по-байтно мультиплексируются в виртуальный контейнер VC-4. На рисунке показан этот процесс.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Заметим, что для согласования размеров контейнеров (и, следовательно, для согласования скоростей) в контейнере VC-4 после РОН размещаются две колонки фиксированных байтов выравнивания. На рисунке приводится взаимосвязь между составляющими цикла STM-1 при размещении контейнеров С-3, согласно рекомендациям ETSI.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

В цикле STM-1 может быть передано 63 контейнера сигналов PDH co скоростью 2 Мбит/с (2 048 кбит\с). Контейнер для передачи этого сигнала называется С-12. Период следования этого контейнера равен 125 мкс.
Емкость контейнера 34 байта (8 строк по 4 байта плюс 1 строка в 2 байта) или 272 бита. Для передачи сигнала PDH 2 Мбит/с требуется 256 бит (2 048 кбит/с : 8 кГц).
Свободные биты, оставшиеся после размещения полезной нагрузки, используются так же как в контейнерах С-4 и С-3, применяется двухсторонний стаффинг для точного выравнивания.
Виртуальный контейнер VC-12 образуется добавлением РОН размером в 1 байт в начало контейнера. При этом в 9 строке контейнера становится 3 байта, т.е. вся информация сдвигается назад на 1 байт.
Виртуальные контейнеры VC-12 передаются в составе сверхцикла (или мультифрейма), имеющего период в 500 мкс. Отметим, что сверхцикл передается за несколько циклов STM-1. Байты РОН каждого контейнера VC-12 одного сверхцикла составляют суммарный заголовок РОН. На рисунке показан составляющие сверхцикла. Значение байтов РОН (V5, J2, Z6 и Z7) будет пояснено при описании заголовка.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Трибутарный блок TU-12 образуется за счет добавления байта указателя к контейнеру VC-12. Размер TU-12 равен 36 байт (9 строк по 4 байта). Из сверхцикла контейнеров VC-12 образуется сверхцикл TU-12 путем добавления четырех байт указателя (TU-12 PTR). Значение имеют только первые три байта указателя, четвертый в настоящее время не имеет определенных функций. Подробнее данные указатели будут описаны ниже.
Три блока TU-12 путем по-байтного мультиплексирования образуют группу TUG-2 размером 108 байт (9 строк по 12 байт). Семь групп TUG-2 таким же образом объединяются в группу TUG-3 (рис. 5.13), при этом добавляется одина колонка фиксированных байтов выравнивания.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

В полученной группе TUG-3 три байта, соответствующие указателю TU-3 PTR, называются NPI (Null Pointer Indicator) - индикатор “пустого” (не имеющего значения) указателя.
Из блоков TUG-3 формируется цикл STM-1 рассмотренным выше образом.

Указатели контейнеров (pointer)

Механизм указателей в SDH служит для синхронизации между различными трибутарными сигналами и циклом STM. Благодаря указателям не требуется взаимное согласование начала цикла SDH и цикла трибутарного сигнала, упакованного в виртуальный контейнер.
Указатели всегда размещаются на точно определенных местах в структуре сигнала SDH, благодаря чему возможен доступ к информации без демультиплексирования всего сигнала. Для выравнивания отклонений фазы и скорости передачи применяется двухсторонний стаффинг указателей.
Всего имеется три типа указателей:

  • указатели административного блока AU, AU-4 PTR и AU-3 PTR. Последний указатель применяется в североамериканской версии SDH и подробно рассматриваться не будет. Указатель AU-4 определяет размещение виртуального контейнера VC-4 в цикле STM-1;
  • указатель трибутарного блока TU-3, TU-3 PTR. Данный тип указателя используется размещения трех виртуальных контейнеров VC-3 в виртуальном контейнере VC-4;
  • указатели трибутарных блоков TU-11, TU-12 и TU-2. Эти указатели служат для размещения соответствующих виртуальных контейнеров VC-11, VC-12 и VC-2. Каждый их этих указателей передается по одному байту в трех первых циклах по 125 мкс в одном сверхцикле по 500 мкс. Байт на месте указателя в четвертом цикле сверхцикла не имеет значения и зарезервирован для будущих применений.

Байты указателей AU-4 PTR и TU-3 PTR содержат следующую информацию:

  • адрес начала соответствующего виртуального контейнера;
  • флаг новых данных;
  • биты точного выравнивания;
  • метка типа указателя (AU-4 PTR, AU-3 PTR или TU-3 PTR). В настоящее время эта метка не используется и должна иметь фиксированное значение;
  • байты, применяющиеся при использовании отрицательного выравнивания.

Байты указателей TU-11 PTR, TU-12 PTR и TU-2 PTR содержат информацию об адресе начала соответствующего виртуального контейнера и поле для возможности отрицательного выравнивания.

Значения указателя AU-4 PRT позволяют адресоваться только к каждому третьему байту области payload цикла STM-1. Диапазон адресов в котором возможно “плавающее” начало контейнера VC-4 начинается следом за блоком AU-4 PTR с адреса 0 и заканчивается адресом 782 в следующем цикле STM-1. На рисунке показано начало виртуального контейнера МС-4 с адреса 88.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Ниже представлена структура указателя AU-4 PTR.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Байты Н1 и Н2 содержат следующие поля:

  • поле флага новых данных, биты N. Данное поле может содержать два значения статуса “1001” и “0110”. Активный статус (“1001”) служит для уведомления приемника, что значение указателя было изменено. В последующих циклах и во время процедуры выравнивания используется неактивный статус (“0110”);
  • поле метки типа указателя, биты S. В настоящее время не используются и должны иметь фиксированное значение “10”;
  • поле значения указателя, 10 бит I и D. Эти биты имеют двойное назначение. Они могут определять значение указателя от 0 до 782 в десятичном исчислении. После передачи активного статуса в битах N значение указателя должно совпадать минимум в трех циклах. Для осуществления отрицательного выравнивания все D - биты инвертируются и в следующем AU-4 PTR значение указателя уменьшается на 1 (операция декремента). При положительном выравнивании инвертируются все I - биты и в следующем цикле осуществляется операция инкрементирования (значение указателя увеличивается на 1). Корректировка указателя допускается только один раз на четыре цикла для обеспечения подтверждения верности указателя.

Согласно рекомендациям ETSI байты “Y” и “1” не применяются и должны иметь постоянное значение. Байт “Y” содержит 1001SS11, где SS совпадают с полем метки типа указателя и имеют их же значение. Таким образом байт “Y” = “10011011”. Байт “1” всегда содержит “11111111”. В североамериканском варианте эти байты могут использоваться как дополнительные указатели.
Байты Н3 являются резервными байтами для передачи информации в момент отрицательного выравнивания.

Указатели TU-3 PTR используются при варианте размещения трех контейнеров VC-3 в одном контейнере VC-4. В этом случае из виртуального контейнера VC-3 образуются группа трибутарного блока TUG-3 путем добавления 3-х байтного указателя (TU-3 PTR) и 6 фиксированных байтов выравнивания.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

На рисунке представлена схема адресации с помощью указателей TU-3 PTR. В контейнере VC-4, вслед за байтами маршрутного заголовка POH и фиксированными байтами выравнивания, следуют по-байтно мультиплексированные три группы TUG-3. Диапазон адресов начала контейнера VC-3 внутри группы TUG-3 простирается от 0 до 764.
В примере на этом рисунке первый контейнер VC-3 начинается с адреса 0, второй контейнер - с адреса 85, а третий - с адреса 594.
Структура байтов Н1, Н2 и Н3 указателя TU-3 PTR полностью совпадает со структурой AU-4 PTR и используется аналогичный механизм выравнивания фаз и скоростей сигналов.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Как ранее указывалось, виртуальные контейнеры VC-12 свехцикла образуют сверхцикл TU-12 при добавлении указателя TU-12 PTR. Роль этого указателя аналогична указателям AU-4 PTR и TU-3 PTR, а именно зафиксировать начало виртуального контейнера. В данном случае - начало сверхцикла виртуальных контейнеров VC-12. На рисунке изображено размещение сверхцикла VC-12 в свехцикле TU-12.
Назначение и структура байтов V1, V2 и V3 такое же как байтов Н1, Н2 и Н3. Отличие заключается в только в битах SS. Для рассматриваемого класса указателей значения этих битов несут смысловую нагрузку и определяют идентифицируют конкретный тип указателя. Для TU-11 PTR значение должно равняться “11”, для TU-12 PTR - “10” и для TU-2 PTR - “00”.
Десятиразрядное поле значения указателя TU-12 PTR может содержать значение от 0 до 139. Из этого следует, что сверхцикл VC-12 может быть передан с помощью 4-х или 5-ти циклов STM-1. В примере на рисунке значение указателя равно 0, т.е. сверхцикл VC-12 начинается сразу за байтом V2 указателя и для его передачи потребуется только 4 цикла STM-1. Байт V3 являются резервным и служит для передачи информации в момент отрицательного выравнивания. Механизм выравнивания аналогичен рассмотренным выше.
При передаче виртуальных контейнеров VC-12 в цикле STM-1 используется еще один специальный указатель. Это так называемый NPI указатель, появляющийся на месте указателя TU-3 PTR при объединении контейнеров VC-12 в группу TUG-3.
В NPI указателе поле флага новых данных содержит активный статус (“1001”), а десятиразрядное поле значения указателя имеет постоянное, ничего незначащее значение - “1111100000”. Байт Н3 естественно не используется в этом случае, так как все процедуры выравнивания осуществляются на уровне указателей TU-12 PTR.

Заголовки контейнеров и сигналов (overhead)

Заголовки играют важную роль в процессе передачи полезной информации с помощью циклов SDH. Заголовок всегда отделен от передаваемой нагрузки. Благодаря этому байты заголовка могут быть считаны, изменены или дополнены без затрагивания самой информации.
Известно, что заголовок цикла STM-1 состоит из трех частей:

  • PTR - указатель административного блока (AU), определяющий положение отдельных уплотненных сигналов (контейнеров VC-4 и VC-3) в цикле STM-1.
  • RSOH - заголовок регенерационной секции, содержащий сигналы управления, контроля и цикловой синхронизации для обеспечения работоспособности участков регенерации.
  • MSOH - заголовок мультиплексорной секции, обеспечивают взаимодействие между мультиплексорами. Через регенераторы проходят без изменений.

Совместно RSOH и MSOH составляют секционный заголовок (SOH -Section Overhead). За счет этого заголовка в сигнале STM образуются сети управления и синхронизации, которые обеспечивают передачу сигналов синхронизации, сетевого управления, мониторинга и технического обслуживания, поддерживают служебные каналы связи.
На рисунке представлена карта распределения байтов заголовков RSOH и MSOH.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Рассмотрим назначения этих байтов:

  • А1, А2 - сигналы выравнивания, цикловая синхронизация. Байт А1 содержит значение “11110110”, А2 - “00101000”.
  • В1 - контроль ошибок регенерационной секции. Этот байт (контроль четности) создается на базе всех бит предыдущего цикла после скремблирования и записывается в текущем цикле до скремблирования.
  • В2 - контроль ошибок мультиплексорной секции. Данные байты формируются на базе всего нескремблированного цикла за исключением байтов, входящих в заголовок RSOH. Результат записывается в соответствующие позиции перед скремблированием.
  • С1 - идентификатор цикла STM-1. Присваивается каждому STM-1 перед уплотнением в STM-N.
  • D1 - D3 - образуют канал передачи данных со скоростью 192 кбит/с в регенерационных секциях (DCC-R). Используются только в первом STM-1 цикла STM-N. Канал DCC-R служит для передачи управляющих команд и сигналов контроля между регенераторами и центром управления сетью.
  • D4 - D12 - образуют канал передачи данных со скоростью 576 кбит/с в мультиплексорных секциях (DCC-M). Используются только в первом STM-1 цикла STM-N. Канал DCC-M создает линию связи между мультиплексорами и центром управления согласно рекомендации ITU-T G.784.
  • Е1 - образует локальный служебный канал, который используется для речевой связи между регенераторами.
  • Е2 - аналогично Е1, только между мультиплексорами.
  • F1 - канал оператора сети SDH. Предусматривается для собственных нужд, возможна передача данных или речи. Используются только в первом STM-1 цикла STM-N.
  • К1, К2 - байты сигнализации в системе автоматического переключения на резерв (APS). Используются только в первом STM-1 цикла STM-N. Кроме функции обеспечения автоматического переключения в байте К2 биты 6, 7 и 8 устанавливаются в “1” при передачи сигнала аварии AIS (Alarm Indication Signal). Поясним назначение сигнала AIS, он формируется если обнаружена ошибка, например потеря цикловой синхронизации STM-1 - секционный AIS или ошибка в виртуальном контейнере - трактовый AIS. Сформированный AIS посылается в том же направлении передачи как и неискаженные сигналы. Его цель - предотвратить генерацию сигналов аварии в последующем оборудовании. Если приемник мультиплексора не принимает сигнал или был принят сигнал AIS, то через биты 6, 7, 8 байта К2 передается комбинация “110”. Таким образом удаленной стороне сообщается об ошибках приема.
  • S1 - служит для индикации наличия синхросигнала (например, от мастер-генератора) во входящем потоке STM-N. Используются только в первом STM-1 цикла STM-N.
  • М1 - называется FEBE (Far End Block Error) и содержит число блоков с ошибками, обнаруженными с помощью байтов В2. Для STM-1 имеют смысл значения от 0 до 24, а для STM-4 - от 0 до 96. Остальные значения не должны формироваться.
  • Z1, Z2 - зарезервированы для еще неопределенных функций.
  • N - зарезервированы для национального применения.
  • Остальные байты зарезервированы для будущего использования.

Кроме секционного заголовка SOH рекомендации ETSI определяют три вида трактовых заголовков (POH -Path Overhead), это VC-4 POH, VC-3 POH и VC-12 POH.
Заголовок РОН добавляется к соответствующим контейнерам С, образуя виртуальные контейнеры. На рисунке ниже приведены байты данных заголовков.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Рассмотрим назначение указанных байтов для VC-4 POH и VC-3 POH:

  • J1 - этот байт является первым байтом виртуального контейнера и служит для передачи 64-байтной информации о трассе прохождения такого контейнера. Передача этой информации осуществляется циклически по одному байту в течении каждых 64 циклов.
  • B3 - контрольный байт для обнаружения ошибок в виртуальном контейнере. Перед процедурой скремблирования виртуального контейнера по всем его байтам вычисляется данный контрольный байт, используется метод контроля четности. Сформированный байт записывается в поле В-3 последующего контейнера опять же перед процедурой вычисления контрольного байта и скремблированием.
  • C2 - сигнальная метка. Служит для индикации содержимого виртуального контейнера. Определены следующие значения этой метки:
    - С2 = 00h - тракты контейнеров VC-3 и VC-4 не сформированы.
    - C2 = 01h - тракты контейнеров VC-3 и VC-4 сформированы, но отсутствует полезная информация.
    - C2 = 02h - тракт VC-4 сформирован для передачи 3-х групп TUG-3.
    - C2 = 12h - тракт VC-4 сформирован для передачи сигнала 140 Мбит/с.
    - C2 = 13h -тракт VC-4 сформирован и служит для передачи ячеек АТМ.
    - Все остальные значения зарезервированы для будущих применений.
  • G1 - данный байт используется для сигнализации ошибок в обратном направлении. С помощью этого байта в сторону начала тракта передается сообщение о его состоянии и качественных показателей. Первые четыре бита называются FEBE (Far End Block Error) и передают число дефектных блоков, определенных с помощью контрольного байта В3. Имеют смысл значения от 0 до 8, все остальные интерпретиру.тся как 0, т.е. как отсутсвие ошибок. Пятый бит является индикатором аварии и называется FERF (Far End Receive Failure) и устанавливается в “1” при приеме AIS, пропадании или ошибки в сигнале, при неправильно сформированных сквозных трактах. Остальные биты байта G1 неиспользуются.
  • F2, Z3 - зарезервированы для целей организации служебных линий связи оператора сети. В настоящее время еще нет точной спецификации этой возможности.
  • H4 - индикатор (счетчик) положения полезной информации, распределенной по нескольким циклам (сверхцикл при передачи виртуального контейнера VC-12). С помощью этого индикатора можно определить наличие сверхцикла и идентифицировать отдельные циклы сверхцикла.
  • Z4 - не используется, зарезервирован.
  • Z5 - зарезервирован для эксплуатационных целей. Используется оператором сети как для подсчета входящих ошибок, так и для организации канала связи.

Трактовый заголовок виртуального контейнера VC-12 формируется в процессе передачи сверхцикла и состоит из четырех байтов. Ранее на рисунке приводится распределение этих байтов в составе сверхцикла.
V5 - данный байт заголовка служит для обнаружения ошибок, передает сигнальную метку и показывает состояние тракта. Для каждой задачи предопределены соответствующие биты этого байта. Биты 1 и 2 используются для обнаружения ошибок методом контроля четности. Бит 1 обеспечивает контроль четности нечетных (по счету в байте - 1, 3, 5 и 7) битов всех байтов предыдущего виртуального контейнера VC-12. Соответственно, бит 2 используется для контроля четности четных (по счету в байте - 2, 4, 6 и 8) битов. Контроль четности не производится по байтам V1, V2, V3 и V4, образующих указатель TU-12. Исключением является байт V3 в случае наличия отрицательного выравнивания. Бит 3 является индикатором FEBE, устанавливается приемной стороной и оценивается передающей. Является своего рода обратной связью. При обнаружении хотя бы одной ошибки с помощью 1 и 2 бита он устанавливается в значение “1” и этим сообщаеттся источнику тракта о наличии ошибок. Если ошибки не были обнаружены, то его состояние -”0”. Бит 4 не используется. Биты 5, 6 и 7 передают сигнальную метку. Значение “000” сообщает, что тракт контейнера VC-12 не сформирован. Значение “001” - тракт сформирован, но не определен (передается не стандартный сигнал). Значение “010” - передается асинхронный сигнал. Значение “100” - передается синхронный сигнал. Остальные комбинации значений (“101”, “110”, “111”) сообщают, что тракт сформирован и зарезервирован для использования в будущем. Бит 8 является индикатором аварии, сигнал FERF. Устанавливается в “1” и сообщает передающей стороне о пропадании сигнала или о приеме AIS.
J2 - используется для передачи трактовой метки, позволяющей отслеживать непрерывность соединения по тракту.
Z6, Z7 - зарезервированы для будущего использования.

На рисунке представлены участки “ответственности” каждого типа заголовка.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Контроль ошибок и управление в сетях SDH

С помощью соответствующих байтов и битов заголовков циклов STM и виртуальных контейнеров осуществляются процедуры контроля и управления на сети SDH.

Для обнаружения битовых ошибок используется процедура контроля четности или BIP (Bit Interleaved Parity). Эта процедура основывается на методе добавления “1” до четного числа. Если в некой битовой последовательности присутствует нечетное число “1”, то в контрольном разряде устанавливается дополнительная “1”. И наоборот, если число “1” - четное, то в контрольном разряде устанавливается “0”.
В SDH для обеспечения контроля по четности используются кодовые слова различной длины. Принцип формирования этих слов одинаков. Вся контролируемая битовая последовательность условно разбивается на блоки, равные длине конкретного кодового слова. Затем полученные блоки складываются по-битно в соответствии с правилом “исключающего ИЛИ”. Полученный результат представляет собой искомое контрольное кодовое слово. Другими словами происходит подсчет числа “1”, стоящих на соответствующих битовых позициях.
Полученное кодовое слово передается в соответствующем заголовке следующего цикла STM или виртуального контейнера. На приемной стороне вновь вычисляется кодовое слово и сравнивается с принятым словом из последующего информационного блока. Если эти слова совпали, то делается вывод о приеме без искажений. Используемые в SDH кодовые слова приведены на рисунке:

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

На участке регенерационной секции используется слово BIP-8, располагающееся в байте B1 заголовка RSOH. Это слово формируется из всех битов цикла после операции скремблирования и помещается в байт В1 следующего цикла перед скремблированием. Напомним, что операции скремблирования подвергается весь кадр за исключением первых 9 байт заголовка RSOH. Слово BIP-8 проверяется в каждом мультиплексоре и регенераторе.
На участке мультиплексорной секции используется кодовое слово BIP24, которое располагается в байтах В2 заголовка MSOH. Это справедливо для цикла STM-1. При использовании STM-N кодовое слово будет равно BIP-Nx24. Кодовое слово BIP-24 формируется перед операцией скремблирования из всего цикла STM-1 за исключением первых 3-х рядов SOH (это RSOH). Полученное значение помещается в байты В2 следующего цикла перед его скремблированием. Таким образом, значение BIP-24 не изменяется в регенераторах.
Для виртуальных контейнеров VC-3 и VC-4 используется кодовое слово BIP-8, располагающееся в байте В3 трактового заголовка POH. Это слово формурется из всех битов виртуального контейнера и помещается в РОН следующего контейнера. При формировании BIP-8 не учитываются биты указателя.
Для виртуального контейнера VC-12 используется кодовое слово BIP2, которое размещается в битах 1 и 2 байта V5 трактового указателя РОН. Слово BIP-2 формируется из всего сверхцикла VC-12 и размещается в последующем сверхцикле. На рисунке показаны действия каждого типа BIP.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Принимаемая сторона формирует несколько типов сигналов, несущих аварийную информацию. Имеются два вида сигналов - индикаторов ошибок. Это FEBE (Far End Block Error) - ошибка блока на дальнем конце и FERF (Far End Receive Failure) - отказ при приеме на дальнем конце. Различают путевые и секционные сигналы.
Для начала рассмотрим условия формирования сигнала FEBE. Этот сигнал посылается передающей стороне для уведомления об обнаруженных ошибках с помощью кодовых слов BIP.
Для передачи трактового FEBE виртуальных контейнеров VC-3 и VC-4 используются биты 1 - 4 байта G1 заголовка РОН. Для BIP-8 максимально может быть обнаружено 8 нарушений четности. Код FEBE содержит число таких нарушений и может принимать значение от 0 до 8. Все другие значения интерпретируются как 0.
Бит 3 байта V5 трактового заголовка РОН используется для передачи FEBE виртуального контейнера VC-12. Если этот бит равен “0”, то нарушений четности в кодовом слове BIP-2 не было обнаружено.
Для передачи секционного FEBE цикла STM-1 используется байт М1 заголовка MSOH. Для STM-1 значение FEBE может быть от 0 до 24, а для STM-N - от 0 до Nx24.
Сигнал FERF посылает уведомление передающей стороне об обнаружении на приемной стороне сигнала AIS или о невозможности осуществлять прием. Здесь речь идет о приеме сигналов от миультиплексоров SDH, расположенных далее по цепочке. Т.е. сигнал аварии FERF двигается сонаправлено передаваемому сигналу.

Для виртуальных контейнеров VC-3 и VC-4 путевой сигнал FERF передается в бите 5 байта G1. Для этого он устанавливается в “1”. Для виртуального контейнера VC-12 сигнал FERF передается битом 8 байта V5. Трактовый сигнал FERF устанавливается, если:

  • для BIP-8 норма битовых ошибок (Bit Error Rate) BER больше или равен 10-4;
  • имеется ошибка в байте J1, искажение информации о трассе прохождения виртуального контейнера;
  • отсутствует сигнал виртуального контейнера.

Сигнал FERF для STM-1 передается в битах 6 - 8 байта К2, значение равно 110. Секционный FERF устанавливается, если:

  • для BIP-24 значение BER больше или равен 10-3;
  • обнаружен сигнал AIS в секционном заголовке;
  • потеря сигнала цикловой синхронизации FAS;
  • потеря сигнала STM-1.

Сигнал AIS (Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния формируется при обнаружении целого ряда ошибок в принимаемом сигнале. Цель сигнала AIS -предотвратить генерацию сообщений об ошибках в последующих по цепочке мультиплексорах или регенераторах. Прием сигнала AIS вызывает ответные действия (такие как блокировка канала) только в определенном терминальном оборудовании.
Сигнал AIS используется в PDH и SDH. В SDH при обнаружении сигнала AIS цикл STM-1 или STM-N полностью сохраняется и передается далее. В PDH этот сигнал показывает невозможность цикловой синхронизации FAS на дальнейших участках. Это происходит потому, что байты цикловой синхронизации и сложебное слово PDH заполняются лог. “1” для предачи сигнала AIS.
В SDH различают трактовый AIS и секционный AIS. Трактовый AIS соответствует виртуальным контейнерам иерархии SDH. Для трибутарных блоков TU - 1, 2, 3 указатель устанавливается в “1” в случае AIS TU. Для административных блоков AU - 3, 4 указатель устанавливается в “1” при AIS AU. Эти постоянные сигналы передаются в цикле STM-1 как искаженные трибутарные блоки.
Трактовый AIS устанавливается, если:

  • для BIP-8 значение BER больше или равен 10-4;
  • имеется ошибка в байте J1;
  • отсутствует сигнал виртуального контейнера;
  • был принят AIS от предыдущего оборудования.

Секционный AIS передается путем установки бит 6 -8 байта К2 в “1”. Устанавливается , если искажены циклы STM-1 или STM-N. Условия:

  • был принят секционный AIS от предыдущего оборудования;
  • повреждение в мультиплексоре или регенераторе;
  • потеря сигнала цикловой синхронизации FAS;
  • потеря сигнала STM-1.

На рисунке приведена возможная схема распространения аварийных сигналов на сети SDH.

Технология SDH Синхронная цифровая иерархия

Оборудование SDH допускает как централизованное управление с помощью единого сетевого центра управления, так и автономное с помощью локального управляющего терминала.

Сигналы управления и контроля на сетях SDH передаются в заголовках RSOH и MSOH с помощью D байтов. В цикле STM-N для передачи этих сигналов используются D байты только первого STM-1.
Для организации технологической связи между составными частями территориально распределенной сети SDH используются каналы речевой связи. Эти каналы образуются за счет Е байтов заголовков RSOH и MSOH.

 

 
 
Наверх