Введение

В данный момент телекоммуникационная сеть Украины проходит этап активной цифровизации. Старые аналоговые АТС заменяются на современные цифровые системы передачи, обеспечивающие гораздо более широкий спектр услуг.

Изначально таковыми цифровыми системами являлись системы Плезиохронной Цифровой Иерархии (PDH), однако они обладали рядом определенных недостатков, основными из которых были сложность (а значит дороговизна) и громоздкость системы согласования скоростей и системы выделения компонентных потоков.

На смену таковым пришли системы Синхронной Цифровой Иерархии (SDH). Они изначально разрабатывались для передачи по оптическим кабелям связи и лишены недостатков систем PDH. Также технология SDH является неотъемлемой частью сети управления со встроенными каналами управления и функциями управления (TMN), что обеспечивает высокую надежность таких сетей.

В связи с ростом потребности населения в различных услугах связи появилась необходимость в уплотнении каналов для повышения пропускной способности сетей. Это стало возможным благодаря технологиям WDM (Wavelength-Division Multiplexing), позволяющим одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

Все вышеперечисленные технологии стали основой для появления универсальной широкополосной пакетной транспортной сети с распределенной коммутацией – сети NGN (Next Generation Network). Такие сети позволяют получать полный спектр телекоммуникационных услуг «из одной информационной розетки», обеспечивают гибкое управление и персонализацию услуг.

1 Разработка сети sdh

1.1 Характеристика сети. Типы модулей сети sdh

Согласно определению рекомендации G.707, SDH – это цифровая транспортная структура, стандартизированная для переноса через физические сети адаптированной нагрузки (трафика) в виде синхронных транспортных блоков (модулей) STM (Synchronous Transport Module) а также интерфейсы узлов сети.

SDH обеспечивает мультиплексирование низкоскоростных цифровых сигналов в высокоскоростные и передачу информации с высокой эффективностью. Системы SDH могут транспортировать сигналы PDH, а также всех действующих и перспективных служб, в том числе широкополосной цифровой сети с интеграцией услуг (Broadband Integrated Services Digital Network, В-ISDN), использующей асинхронный способ переноса (Asynchronous Transfer Mode, АТМ).

Можно выделить пять основных достоинств SDH.

1. Современная компонентная база

Развитие SDH неразрывно связано с научно-техническим прогрессом. Все передовые научные достижения – высококачественные оптические волокна, эффективные приемники и передатчики оптического излучения (полупроводниковые лазеры и высокочувствительные фотодиоды), пленочные интегральные микросхемы, новейшие программы для работы чипов, оптические безинерционные коммутаторы используются в синхронных сетях SDH.

2. Большая емкость дополнительных информационных каналов

В системах SDH организовано огромное число дополнительных информационных каналов. Которые используют глубокую автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания (Operation Administration & Maintenance; OAM) сети, что повышает надежность и достоверность передачи информации по сети с одновременным снижением эксплуатационных затрат при этом делая сеть более живучей.

Данные каналы выполняют множество функций: управление конфигурацией сети, отслеживание и регистрация аварийных ситуаций, а также средства поддержки тестирования каналов. Обеспечивается лучшее управление и самодиагностика первичной сети. Наличие служебных битов позволяет: контролировать прохождение потоков по сети и обеспечивать качество услуги “абонент-абонент”; контролировать состояние элементов сети; организовывать управление сетью (реконфигурация, функции самовосстанавливающейся сети при авариях).

Также технология SDH является неотъемлемой частью сети управления со встроенными каналами управления и функциями управления, предусмотренными отдельной концепцией ITU-T TMN (Telecommunication Management Network – сеть управления электросвязью).

3. Синхронная передача и мультиплексирование

Все элементы сети SDH работают от одного высокостабильного тактового генератора. Разработана единая тактовая сетевая синхронизация, при этом все сетевые элементы SDH получают эталонную частоту, высокой стабильности. Каждый сетевой элемент SDH может использовать несколько сигналов в качестве источников сигналов синхронизации, что дает при нарушении синхронизации быстрое и безболезненное ее восстановление. Все это способствует применению синхронной передачи. При этом процедуры мультиплексирования в технологии SDH являются синхронными и побайтовыми.

Системы SDH отличает простота процесса мультиплексирования. В SDH предусматривается прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, называемое также процедурой ввода-вывода. На любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования характерного для систем PDH.

4. Высокий уровень стандартизации

Важную роль в технологии SDH играют рекомендации ISU-T серией G.XXX. SDH имеют стандартизированные интерфейсы и структуру мультиплексирования.

Синхронное мультиплексирование стандартизировано следующими рекомендациями:

G.707 – скорости передачи SDH;

G.708 – интерфейс сетевого узла SDH;

G.709 – структура синхронного мультиплексирования

Высокий уровень стандартизации SDH-технологии позволяет использовать оборудование разных фирм-производителей в одной сети, так называемая “горизонтальная совместимость”. При этом стандартные оптические и электрические интерфейсы обеспечивают лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей

Также если в первых рекомендациях G.707-709 были стандартизированы только способы размещения сигналов PDH, то в 1993 году в эти рекомендации добавлены способы размещения ячеек ATM. По мере развития SDH и расширении области ее применения добавлялись новые виды сигналов, такие как MAN (Metropolitan Area Network), FDDI LAN (Fibre Distributed Data Interface Local Area Network), HDLC (High-level Data Link Control) (формат, используемый для транспортирования сигналов различных LAN, пакетов IP и других сигналов), что существенно расширяет транспортные возможности SDH.

5. Надежная защита трафика

В ЦСП SDH реализуются высокая степень резервирования линейных трактов и основных блоков.

Обычно, линейный тракт в системах SDH резервируется по схеме 1+1 (один рабочий и один резервный), а блоки по схеме 1:n (один резервный на несколько работающих), в том числе, самые важные по схеме 1:1. При этом обеспечивается высокая надежность сети. В SDH применяется централизованное управление сетью, при помощи которого обеспечивается полный мониторинг состояния каналов и узлов. Системы иерархии SDH образованы таким образом, что можно создавать особые конфигурации проектируемой сети (например, в форме кольца), позволяющие защитить трафик в случае повреждения аппаратуры или линий связи, используя автоматическую перемаршрутизацию каналов при любых аварийных ситуациях на резервный путь.

Также, сети с ЦСП SDH используют, в основном, волоконно-оптические кабели, передача по которым практически не подвергается действию электромагнитных помех.

Набор модулей, из которых строятся SDH-сети - мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминальных устройств, определяется следующими основными операциями, выполняемыми при передаче данных по сетям:

• сбор входных потоков с помощью каналов доступа (трибов) в агрегатный блок, транспортируемый по сети;

• передвижение агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных потоков;

• передача виртуальных контейнеров из одного сегмента сети в другой с помощью коммутаторов или кросс-коннекторов (Digital Cross-Connect - DXC);

• объединение нескольких однотипных потоков в распределительном узле - концентраторе;

• восстановление формы и амплитуды сигналов, передаваемых на большие расстояния;

• сопряжение с сетями пользователей с помощью согласующих устройств - конверторов интерфейсов, скоростей, импедансов и т. д.

Мультиплексор (Multiplexer - MUX) - основной функциональный модуль сетей SDH и PDH. Этим термином обозначают устройства сборки (мультиплексирования) высокоскоростного потока из низкоскоростных и разборки (демультиплексирования), т.е. выделения из высокоскоростного низкоскоростных потоков.

SDH-мультиплексоры (SMUX) в отличие от мультиплексоров, используемых в сетях PDH, могут выполнять и функции собственно мультиплексора и устройства терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH-иерархии непосредственно к своим входным портам. К тому же, они способны решать задачи коммутации, концентрации и регенерации вследствие их конструкции. Таким образом, их возможности зависят лишь от системы управления и состава модулей. Различают два типа мультиплексоров: терминальные и ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор (Terminal multiplexer - ТМ) является оконечным устройством SDH-сети с некоторым числом каналов доступа, соответствующим определенному уровню PDH- и SDH-иерархий. Для мультиплексора четвертого уровня SDH-иерархии (STM-64), имеющего скорость выходного потока 10 Гбит/с, входными каналами могут служить PDH-трибы со скоростью передачи данных 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с и SDH-трибы со скоростью 155, 622 и 2500 Мбит/с (соответствующие STM-1, STM-4, STM-16). Если PDH каналы являются электрическими, то SDH каналы могут быть как электрическими (STM-1), так и оптическими.

Важной особенностью SDH-мультиплексора является наличие двух оптических выходов (каналов приема/передачи), называемых агрегатными, используемых для резервирования или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надежности. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резервными (линейная топология), или восточными и западными (кольцевая топология). Мультиплексор ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer - ADM) может иметь тот же набор каналов ввода, что и терминальный мультиплексор и дополнительно такой же набор каналов вывода.

Концентратор - вырожденный случай мультиплексора. Он объединяет однотипные потоки нескольких удаленных узлов сети в одном распределительном узле, связанном с главной транспортной магистралью. Это позволяет уменьшить общее число подключенных непосредственно к ней каналов. Концентратор дает возможность удаленным узлам обмениваться информацией между собой, не загружая основной трафик.

Регенератор - это мультиплексор, имеющий один входной канал доступа (как правило, оптический канал STM-n) и один или два (при использовании защиты 1+1) агрегатных выхода.

Коммутатор - устройство, позволяющее связывать различные каналы, закрепленные за пользователями, путем организации полу постоянного перекрестного соединения между ними. Тем самым становится возможной маршрутизация в SDH-сети на уровне виртуальных контейнеров VC-n, управляемая менеджером сети в зависимости от заданной конфигурации.

Возможность внутренней коммутации каналов физически заложена в SDH-мультиплексоре. Однако обычно используют специально разработанные коммутаторы (Synchronous Digital Cross-Connects - SDXC), осуществляющие не только локальную, но и сквозную (общую) коммутацию высокоскоростных потоков (со скоростью 34 Мбит/с и выше) и синхронных транспортных модулей STM-N.

Коммутаторы выполняют следующие функции:

• маршрутизация виртуальных контейнеров с помощью соответствующего POH-заголовка;

• объединение виртуальных контейнеров;

• трансляция потока от одной к нескольким точкам;

• сортировка (перегруппировка) виртуальных контейнеров для создания нескольких упорядоченных потоков из входного;

• доступ к виртуальному контейнеру для тестирования оборудования;