Особенности технологии SDH

Технология SDH, являясь концепцией построения первичных сетей, в настоящий момент является доминирующей на рынке. Поэтому технология эксплуатации сети SDH и проведения измерений является очень актуальной. Недостатки технологии PDH, заключающиеся в мультиплексировании с чередованием бит, а не байт, собственной внутренней побитовой синхронизацией делают невозможным ввод и вывод потоков без полной процедуры мультиплексирования или демультиплексирования. Кроме того, технология PDH имеет ограниченные возможности при организации служебных каналов для контроля и управления потоками в сети и отсутствие маршрутизации на низовых мультиплексированных потоках.

Указанные недостатки отсутствуют в технологии SDH, которая использует синхронный способ передачи, и имеют побайтное мультиплексирование. Для синхронизации сетей используется один задающий генератор. Иерархия сетей SDH, обеспечивая преемственность технологий, использует в качестве входных сигналов трибы PDH и SDH. Трибами или компонентными сигналами PDH называются цифровые сигналы каналов доступа, скорость которых соответствует объединенному стандартному ряду американской и европейской иерархий: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с. Трибами SDH называются сигналы со скоростями, которые соответствуют стандартному ряду - 155, 622, 2488, 9952 Мбит/с.

Процедуры побайтного мультиплексирования и инкапсуляции, при которых трибы упаковываются в стандартные виртуальные контейнеры, размер которых определяется уровнем триба в иерархии, позволяют осуществлять прямой ввод/вывод потока без полного мультиплексирования/демультиплексирования.

Виртуальные контейнеры объединяются в группы и являются полезной нагрузкой контейнеров более высокого уровня, которые, в свою очередь, являются нагрузкой контейнера самого верхнего уровня - фрейма STM. Фреймы объединяются в более крупную структуру - мультифрейм. Положение контейнера внутри мультифрейма не является фиксированным из-за различий в структурах контейнеров и различных временных задержек. Для указания места контейнера внутри фрейма используются указатели (Pointer).

Несмотря на различную емкость контейнеров, величина контейнера может оказаться недостаточной для того или иного типа нагрузки. Для этого в сетях SDH применяются «сцепки» контейнеров (конкатенация). Такие сцепки образуют единую структуру и рассматриваются как один большой контейнер.

Технология SDH обеспечивает управление и самодиагностику первичной сети. Сигналы о неисправностях, которые передаются по сети, положены в основу системы управления на основе платформы TMN (см. гл. 7).

Типовая структура тракта SDH показана на рис. 5.1. Она может быть представлена в виде совокупности мультиплексорных и реге-нераторых секций. Участок от одного мультиплексора ввода-вывода (ADM - Add Drop Multiplexer) до другого рассматривается как маршрут. В состав маршрута входят мультиплексоры ADM, регенераторы Р и коммутаторы SDXC (Synchronous Digital Cross Connect).

Схема мультиплексирования потоков в SDH. Размер фрейма SDH определяется исходя из максимального размера виртуального контейнера VC-4, который формируется при инкапсуляции триба 140 Мбит/с.

Схема мультиплексирования в системах SDH

Рис. 5.2. Схема мультиплексирования в системах SDH

Размер виртуального контейнера VC-4 емкостью 9x261 байт определяет поле полезной нагрузки. При добавлении к нему поля заголовков размером 9x9 = 81 байт размер транспортного модуля STM-1 составит: 9x9 + 9x261 2430 байт.

Разработанная с учетом указанных принципов обобщенная схема мультиплексирования представлена на рис. 5.2. Данная схема соответствует стандартам МСЭ-Т: G.708 и G.709. На схеме использованы следующие обозначения: С - контейнеры; VC - виртуальные контейнеры; TU - трибные блоки; TUG - группы трибных блоков; AU - административные блоки; AUG - группа административных блоков; STM-1 -синхронный транспортный модуль.

Все указанные структуры являются циклическими с определенным периодом повторения. Первичной структурой является контейнер, формируемый из сигнала PDH. Все остальные структуры образуются путем добавления к контейнеру служебных разрядов, которые называются «заголовки» (Over Head) и «указатели» (Pointer).

Формирование контейнеров. Контейнеры С-п являются первыми элементами в иерархии SDH. В контейнерах размещаются сигналы каналов доступа: С-11 инкапсулирует триб Т1 = 1,5 Мбит/с, С-12 - триб Е1 = 2,048 Мбит/с, С-2 - триб Т2 = 6,312 Мбит/с; С-3 - триб ЕЗ = 34,368 Мбит/с; С-4 - триб Е4 = 140 Мбит/с.

Формирование контейнеров из сигналов систем передачи PDH заключается в выполнении операций: согласование скоростей передачи сигнала PDH и оборудования системы передачи; деление цифровой последовательности на отрезки (кадры) фиксированной длины.

Структуры контейнеров

Рис. 5.3. Структуры контейнеров

Длительность каждого контейнера составляет 125 мкс. Емкость контейнеров составляет: С-11 - 25 байт, С-12 - 34 байт, С-2 - 106 байт, С-3 - 756 байт, С-4 - 2340 байт. Контейнер может быть представлен в виде таблицы, содержащей 9 строк и и-столбцов. Величина и определяется цифровой иерархией. Структуры контейнеров показаны на рис. 5.3.

При добавлении к контейнеру С-и маршрутного заголовка он превращается в виртуальный контейнер уровня «и» VC-и. Формат виртуального контейнера определяется следующей формулой:

VC-и = РОН + С-и, где РОН (Path Over Head) - маршрутный заголовок; С-и - контейнер.

Виртуальные контейнеры делятся на два уровня иерархии: виртуальные контейнеры верхнего - VC-З и VC-4 (рис. 5.4) и нижнего ранга VC-11, VC-12, VC-21 (рис. 5.5).

К виртуальным контейнерам верхнего ранга относятся виртуальные контейнеры, созданные из контейнеров С-3 или С-4, к виртуальным контейнерам нижнего ранга относятся виртуальные контейнеры, созданные из контейнеров С-11, С-12, С-21. Структура виртуального контейнера нижнего ранга (см. рис. 5.5) отличается от структуры виртуального контейнера верхнего ранга тем, что состоит из четырех контейнеров. Место размещения четырех байтов заголовка РОН показано значком «//».

Таким образом, виртуальный контейнер VC представляет собой блочную циклическую структуру, начало которой определяется маршрутным заголовком РОН. Маршрутный заголовок РОН выполняет функцию контроля параметров качества передачи контейнера. Он возникает там, где формируется контейнер и перестает существовать в точке расформирования контейнера, т.е. он сопровождает контейнер по маршруту его следования. Формат РОН зависит от типа контейнера и подразделяется на:

НО РОН (High Order ЮН) - заголовок маршрута высокого ранга, используемый для контейнеров высокого ранга (VC-3, VC- 4),

LO РОН (Low Order РОН) - заголовок маршрута низкого ранга, используемый для контейнеров низкого ранга (VC-11, VC-12, VC-21).

Маршрутный заголовок контейнера VC нижнего ранга представляет собой четыре байта V5, J2, N2 и К4.

Структура байта V5 приведена на рис. 5.6. В байте V5 биты 1 и 2 используются для контроля ошибок, с использованием метода контроля четности (ВІР). Бит 1 устанавливается в такое значение, чтобы обеспечить четное количество единиц во всех нечетных битах (1, 3, 5 и 7), а бит 2 - для четных бит (2, 4, 6 и 8) во всех байтах в предыдущих виртуальных контейнерах.

Бит 3 (REI- Remote Error Indication) определяет индикацию ошибки на удаленном конце тракта виртуальных контейнеров VC-11/VC-21. Этот бит устанавливается в значение 1 и передается

Параметр

BIP-2

REI

RFL

Signal Label

RDI

Биты

1

2

3

4

5

6

7

8

в обратном направлении, если с помощью параметра BIP-2 обнаруживается одна или более ошибок, в противном случае бит устанавливается в 0.

Бит 4 (RFI - Remote Failure Indication) показывает индикацию удаленного повреждения. Бит устанавливается в 1, если фиксируется повреждение. Под повреждением понимается дефект, который наблюдается в течение интервала времени, который длится дольше, чем это определено механизмом поддержки системы передачи.

Биты 5-7 выполняют функцию сигнальной метки, указывающей тип нагрузки (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Тип нагрузки битов 5-7

Значение бит

Тип нагрузки

5

6

7

0

0

0

Контейнер не загружен

0

0

1

Контейнер загружен, нагрузка не определена

0

1

0

Асинхронная загрузка

0

1

1

Бит-синхронная

1

0

0

Байт-синхронная

1

0

1

Резерв

1

1

0

Тестовый сигнал (0.181)

1

1

1

УС-АБ

Бит 8 (RDI - Remote Defect Indication) определяет индикацию удаленного дефекта. В случае обнаружения дефекта бит устанавливается в значение 1.

Байт J2 используется для проверки правильности соединения передающего и приемного оборудования.

Байт N2 выполняет функцию мониторинга последовательного соединения.

Байт К4 содержит 7 битов. Биты 1-4 отвечают за автоматическое переключение каналов. Биты 5-7 данного байта резервируются для необязательной функции - индикации удаленного дефекта с дополнительным разделением между дефектом удаленной нагрузки (LCD), дефекта обслуживания (LOP, AIS) и дефекта удаленного со единения (Т1М, 1ЖЕ(3). В табл. 5.2 показаны соответствующие кодовые комбинации бит и соответствующие им типы дефектов.

Таблица 5.2

Значения бит 5-7 байта К4

Биты

Тип дефекта

Сигнализация

5

6

7

0

0

0

Отсутствие удаленного дефекта

Отсутствие удаленного дефекта

0

0

1

Отсутствие удаленного дефекта

Отсутствие удаленного дефекта

0

1

1

Отсутствие удаленного дефекта

Отсутствие удаленного дефекта

0

1

0

Дефект удаленной нагрузки

LCD

1

0

0

Удаленный дефект

AIS,LOP,TIM,UNEQ

1

1

1

Удаленный дефект

AIS,LOP,TIM,UNEQ

1

0

1

Дефект удаленного обслуживания

AIS,LOP

1

1

0

Дефект удаленного соединения

TIM.UNEQ

Примечание. Сигнализация LCD применяется только в оборудовании ATM.

Маршрутный заголовок VC верхнего ранга

Рис. 5.7. Маршрутный заголовок VC верхнего ранга

Маршрутный заголовок УС верхнего ранга состоит из девяти байт (рис. 5.7).

Идентификатор маршрута (Л) передается в 16 последовательных циклах и состоит из 15-байтовой последовательности идентификаторов маршрута и одного байта суммы параметра СЯС-7, используемого для определения ошибок в трассе маршрута.

Байт ВЗ , расположенный в каждом контейнере, используется для контроля четности (процедура ВІР-8).

Байт С2 определяет тип полезной нагрузки, расположенной в контейнере. Значения бит и соответствующий тип нагрузки приведены в табл. 5.3.

Значення бит банта С2

Биты

Тип нагрузки

1234

5678

HEX

0000

0000

00

Контейнер не загружен

0000

0001

01

Контейнер не загружен, нагрузка не определена

0000

0010

02

Структура TUG

0000

ООП

03

Синхронный TU-л

0000

0100

04

Асинхронная загрузка 34 368 Кбит/с или 44 736 Кбит/с в контейнер 3

0001

0010

12

Асинхронная загрузка 139 264 Кбит/с в контейнер 4

0001

ООП

13

Загрузка АТМ

0001

0100

14

Загрузка MAN (DQDB)

0001

0101

15

Загрузка FDDI

1111

1110

FE

Тестовый сигнал, определенный 0.181

1111

1111

FF

VC-AIS

Байт G1 содержит 8 бит и служит для передачи сигналов о наличии ошибки, обнаруженной в конце маршрута. Распределение бит этого байта показано на рис. 5.8.

REI - биты индикации ошибочных блоков на удаленном конце, которые обнаружены при использовании процедуры BIP-8.

RDI - бит индикации дефекта на удаленном конце, в случае дефекта он устанавливается в значение 1.

Байты F2, F3 представляют собой выделенный канал связи.

Байт Н4 является указателем и используется для организации сверхциклов SDH.

Байт КЗ, в котором используются биты 1-4, применяется для оперативного резервирования в системе SDH.

REI

RDI

Резерв

Запасной

І 1 2 1 3 1 4

5

_6_1_7_

8

Байт N1 используется для контроля качества сквозного соединения. Данная процедура включает контроль четности по заголовкам НО РОН и ЬО РОН и передачу информации об обнаруженных ошибках предыдущему узлу в байте N1 (заголовки высокого ранга) или N2 (заголовки нижнего ранга).

Формирование субблоков Ти-л. Формирование субблоков Ти-л происходит путем добавления к виртуальному контейнеру указателя РТЯ размером 1 байт:

Ти-л = УС-л + ТО-л РТЯ.

Указатель ТТГ-п РТЯ выполняет две основные функции:

- указывает смещение начала виртуального контейнера УС низшего ранга относительно начала цикла структуры более высокого уровня, в которой он размещается;

- обеспечивает выравнивание скоростей передачи и компенсацию рассинхронизации передаваемых потоков.

Размещение контейнеров УС в субблоке Ти показано на рис. 5.9. Субблоки обозначаются Ти-л. Субблок Т1Ы2, например, содержит

Структура субблока TU

Рис. 5.10. Структура субблока TU

144 байта, из них 4 байта (VIV2 V3 V4), составляют TU-PTR (рис. 5.10). Субблок TU-2 содержит 432 байта и имеет аналогичную структуру. Значения байт VI и V2 показано на рис. 5.11.

Значения бит S определяют тип структурной единицы: для TU-11 это комбинация « 00», для TU-12-комбинация «10», для TU-2 ¦- «11».

Флаг новых данных (NDF - New Data Flag) - это комбинация четырех бит NNNN. Разрешенными для этих бит являются две комбинации: 1001 и инверсная ей ОНО, остальные комбинации считаются неразрешенными. Обычно используется комбинация 1001 (по крайней мере, три из четырех бит N имеют указанное значение). В случае существенного нарушения в системе передачи SDH (разрыва и восстановления связности тракта, измерения размера TU, типа выравнивания) биты N примут значение 0110.

Пять бит I инвертируются в случае положительного смещения указателя. Решение о смещении принимается на стороне приемника по принципу большинства, т.е., по крайней мере, должны быть инвертированы три бита I из пяти. Биты П инвертируются в случае отрицательного смещения указателя.

Решение о смещении принимается на стороне приемника по принципу большинства. В случае инверсии П-бит, три последовательных байта поля нагрузки на стороне приемника включаются в состав демультиплексируемой нагрузки.

Биты I и П являются указателем субблока ТЕГ-п. Для субблока Ти-12 его величина может меняться от 0 до 139. Этот указатель определяет положение первого цикла виртуального контейнера УС-12, располагающегося после контейнера У2 в субблоке Т1Ы2. При положительном выравнивании циклы сдвигаются от контейнера УС-3 к УС-4, для этого используется байт, следующий за виртуальным контейнером УЗ, при отрицательном выравнивании, поле указателя УЗ используется как поле данных.

Субблок Ти-3 создается путем добавления к виртуальному контейнеру УС-3 соответствующего указателя. Структура указателя субблока Ти-3 отличается от указателей субблоков ТЦ-11, ти-12, ТІІ-2. Он содержит три байта НІ, Н2, НЗ. Байты Н1 и Н2 предназначены для указания байта, где начинается виртуальный контейнер УС-3 и рассматриваются как одно «слово» (рис. 5.12).

Десять бит (7-16) показывают значение указателя, величина которого может меняться от 0 до 764. Цифра определяет величину смещения между указателем и первым байтом виртуального контейнера УС-3.

Функции бит указателя аналогичны тем, которые были описаны выше. В течение нормальной работы, указатель показывает начало виртуального контейнера УС-3 внутри субблока ТЕГ-3, флаг новых данных МПБ устанавливается в значение 0110. Если требуется положительное выравнивание, биты I инвертируются, значение указателя увеличивается на единицу, а поле полезной нагрузки заполняется фиктивной информацией. Если требуется отрицательное выравнивание, биты Б инвертируются, значение указателя уменьшается на единицу, а поле указателя НЗ заполняется данными.

Как видно из рис. 5.12, первые байты первых трех строк образуют указатель РТЯ субблока ТЕГ-3, в остальных строках (4-9) первый байт - балласт. Балласт используется для выравнивания фазы при объединении виртуальных контейнеров VC-3.

Структура РОН субблока TU-3

Рис. 5.12. Структура РОН субблока TU-3

Один или более субблоков, занимающих определенные места в вышестоящем виртуальном контейнере, называются групповым субблоком - TUG (Tributary Unit Group). Структура TUG-2 совпадает со структурой TU-2, а структура TUG-3 - со структурой TU-3.

В виртуальном контейнере VC-4, как показано на схеме преобразования (см. рис. 5.2), может размещаться три TUG-3. Такое размещение показано на рис. 5.13. Побайтно мультиплексируются три TUG-3, занимая определенные места в 258 столбцах цикла УС-4. Первый столбец представляет собой заголовок маршрута РОН VC-4, два следующих столбца - балласт.

Формирование административного блока AU-n. Для ввода виртуального контейнера верхнего ранга в информационную структуру более высокого порядка, которой является синхронный транспортный модуль STM-и, образуются блоки: административный блок AU и групповой административный блок AUG.

Административный блок AU создается добавлением к виртуальному контейнеру VC-4 административного указателя AU-4 PTR: AU-4 = VC-4 + AU-PTR.

Функции указателя административного блока AU-4 такие же, как и у указателя TU. Структура AU-4 представлена на рис. 5.14. Она может рассматриваться в виде таблицы размером 9x270. Первые девять байт первой строки AU-4 составляют указатель, остальные - 261 столбец - VC-4. Указатель состоит из трех байт HI, Н2, НЗ. Значение бит указателя может изменяться в диапазоне 0-782.

Структура указателя AU-4

Рис. 5,14. Структура указателя AU-4

Если скорость передачи виртуального контейнера VC-4 выше скорости передачи цикла транспортного модуля STM-1, тогда необходимо увеличить количество данных, загружаемых в один контейнер, т.е. при отрицательном согласовании скоростей все D-биты в указателе инвертируются и в следующем указателе AU-PTR адрес VC-4 уменьшается на единицу. Из AU-PTR изымается один указатель (НЗ) и вместо него вставляются данные.

При положительном согласовании скоростей (т.е. когда скорость передачи VC-4 ниже скорости передачи STM-1) все биты I в указателе инвертируются, а в следующем указателе AU-4 адрес VC-4 увеличивается на единицу. После байт НЗ в AU-4, содержащем инвертированные биты I, в поле полезной нагрузки вставляется указатель.

В случае положительного выравнивания может сложиться такая ситуация, когда происходит смещение всего указателя НЗ (т.е. на три байта). При выгрузке плезиохронного трафика такое смещение будет эквивалентно всплеску джиттера на 24 UI. Компенсация джиттера должна происходить в мультиплексоре ADM, однако полностью ее выполнить невозможно, и джиттер сохраняется в выходном трафике.

Групповой административный блок AUG имеет структуру аналогичную структуре административного блока AU-4.

Синхронный транспортный модуль STM. Синхронный транспортный модуль является самой крупной информационной структурой в системах передачи SDH, который создается путем добавления к групповому административному блоку AUG секционного заголовка (SOH - Section Over Head):

STM = AUG + SOH.

Секционный заголовок SOH состоит из двух частей: заголовка мультиплексорной секции (MSOH - Multiplexer SOH) и заголовка регенераторной секции (RSOH - Regenerator SOH), представленных на рис. 5.15.

Первым загружается заголовок MSOH. Он действует в пределах мультиплексорной секции и обеспечивает выполнение следующих функций: контроля ошибок, организации каналов управления системой автоматического переключения на резерв, передачи данных, служебной связи.

Структура секционного заголовка SOH

Рис. 5.15. Структура секционного заголовка SOH

Затем загружается заголовок RSOH, действующий в пределах регенераторной секции. Он выполняет функции: цикловой синхронизации, контроля ошибок, организации каналов передачи данных и служебной связи на участке регенерации.

Заголовок мулыпиплексорной секции MSOH состоит из пяти строк по девять байт каждая для модуля STM-1.

Байты В2 отвечают за контроль ошибок на мультиплексорной секции, используя метод BIP-24. Этот байт вычисляет по всем битам предшествующего цикла STM-1, кроме трех первых рядов в RSOH.

Байты К1, К2 являются байтами сигнализации. Байт К1 передает информацию об автоматическом переключении на резерв. В битах 6-8 байта К2 передается сигнал о выявлении аварии, случившейся до данного пункта (все «1» после дескремблирования). Комбинация «110» в этих битах указывает на сигнал FERF (приемная станция обнаружила повреждение входящей секции).

В настоящее время получила распространение концепция «са-мозалечивающихся» сетей, работа которых связана с оперативной реконфигурацией и переходом на резерв. Эти процедуры обеспечиваются байтами К1, К2.

Байты D4-D12 представляют собой канал передачи данных на мультиплексорной секции. Скорость передачи по каналу составляет 576 Кбит/с.

Байт S1 определяет качество источника синхронизации узла, в котором создается модуль STM.

Назначение бит (1-4) не определены, а биты (5-8) предназначены для передачи сигналов синхронизации, их значения приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Значения параметра источника синхронизации

Параметр

Приоритет

Значение параметра

0000

-

Качество не определено

0010

Самый высокий

0.811 первичный источник синхронизации

0100

і

в.812 вторичный источник синхронизации транзитного узла

1000

4

0.812 вторичный источник синхронизации оконечного узла

1011

4

Источник синхронизации цифрового оборудования

1111

Самый низкий

Не использовать для внешней синхронизации

Байт Ml осуществляет индикацию ошибки на удаленном конце (MS-REI - Remote Error Indication), которая определяется с помощью процедуры BIP-24.

Байт Е2 представляет собой служебный канал связи на мульти-плексорной секции.

Байты XX зарезервированы под задачи национального использования.

Заголовок регенераторной секции (RSOH) занимает три строчки по девять байт каждая. RSOH функционирует в пределах участка регенерации. Байты заголовка имеют следующее назначение: байты А1, А2 - сигналы цикловой синхронизации; байт J0 - трасса регенераторной секции; байты *, * - нескремблированные байты, их содержание не определено.

Байт ВТ - контроль ошибок регенерационного участка методом BIP-8 (проводится по всем битам предыдущего цикла модуля STM после скремблирования и вписывается в байт В1 перед скремблированием).

Первый бит кода дополняет до четного числа сумму значений нечетных бит всех байт цикла модуля STM; второй бит делает четной сумму всех четных байт цикла.

Байты первого ряда RSOH не скремблируются.

Байт Е1 представляет собой канал служебной связи, а байт F1 - канал пользователя. Байт F1 зарезервирован для целей создания временного канала (телефонного/передачи данных), используемого только для целей эксплуатации. Значения бит байта F1 показаны в табл. 5.5.

Значения бит байта F1

Таблица 5.5

Биты

1

2

3 4 5 6 7 8

0

0

Нормальная передача

0

1

Ошибка MAJ ERR: отношение по ошибке В1 превысило пороговую величину

1

0

REC: Потеря цикла или отсутствие сигнала

1

1

ERR MON: Отношение по ошибке В1 находится в пределах порогового значения

Байты D1-D3 являются каналами передачи данных на регенераторной секции. Скорость передачи по каналу 192 Кбит/с.

Байты XX зарезервированы под задачи национального использования.

Байты А могут быть использованы как поля, определяемые средой передачи.

Все байты, не отмеченные символами, являются резервом для последующей международной стандартизации (для определения типа среды передачи, национального использования и др. целей).

Байты заголовков модуля STM-1 определяются двумя координатами: а - номер строки (1-3 и 5-9), 6 - номер столбца (1-9). Байты заголовков STM-л, учитывая возможности прямого или каскадного мультиплексирования, определяются тремя координатами: а, 6, с, где а- номер строки (1-3 и 5-9), 6(1-9) - номер мультистолбца, объединяющего несколько столбцов, с - глубина интерливинга, которая указывает номер канального интервала при муль типлексировании. В результате получается «расширенная» матрица (см. рис. 5.15), в которой соотношения между координатами определяются выражениями: строка а, колонка Ы(Ь - 1)с. Например, байт К1 в модуле 8ТМ-1 имеет координаты: (5,4, 1) или [5,4].

Анализ работы мультиплексоров и регенераторов | Измерения в цифровых системах передачи | Процедура контроля четности BIP