Плезиохронных систем передачи что это примеры

1. Общая характеристика плезиохронной цифровой иерархии (pdh)

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, PlesiochronousDigitalHierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал основного цифрового канала ОЦК (с частотой 8000 Гц происходит квантование и кодирование 8-ю битами, 8*8000=64 кбит/с). К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок.

Выделяют три мировые системы: американская, европейская и японская.

Иерархия европейской системы и формирование скоростей:

Каждый последующий уровень – это мультиплексированный предыдущий с коэффициентом 4.

Е2=4*Е1=8 Мбит/с (ИКМ-120)

Е3=4*Е2=34 Мбит/с (ИКМ-480)

Е4=4*Е3=140 Мбит/с (ИКМ-1920)

Среда распространения: симметричный кабель (витая пара), коаксиальный кабель, оптоволокно, радиорелейные линии связи.

1)Побитный способ мультиплексирования не дает возможности непосредственного вывода низкоскоростных потоков из высокоскоростных.

2) Слабая система управления сетью. малое количество служебных каналов, затруднена маршрутизация.

3)Малые скорости передачи по современным меркам

4)Плохая совместимость 3-х систем (европ., америк, япон.)

2. Особенности построения цифровой иерархии (sdh)

Синхронная цифровая иерархия (SDH) — технология широкополосных транспортных сетей, которые являются инфраструктурой для подключения пользователя к широкому спектру услуг.

Cеть развивалась в 2-х направлениях:

1) Америка: SONET (синхронная оптическая сеть)

(STM – синхронный транспортный модуль)

Коэффициент мультиплексирования – 4.

STM-256: 40 Гбит/с

Особенности построения сети:

1) Изначально в качестве трибных (триб – канал доступа) каналов используется объединенный ряд PDH: 1,5; 2; 6; 8; 34; 45; 140.

2) Аналогия с автомобильными дорогами. Трибы упаковываются в стандартные контейнеры, изначально определенные из ряда PDH. Контейнеры имеют заголовок и т.н. поле полезной нагрузки, в которое могут помещаться контейнеры более низкого уровня (по принципу матрешки) – метод инкапсуляции или последовательных вложений.

3) Положение контейнеров внутри поля полезной нагрузки устанавливается при помощи указателей. Для передачи нестандартной нагрузки возможно «сцепление» однотипных (одного уровня) контейнеров.

4) Развитая система служебных каналов (5,184 Мбит/с – информация сигнализации, мониторинг и т.д.)

3. Обобщенная схема мультиплексирования потоков в sdh (первая редакция). Назначение элементов схемы.

Основополагающие обозначения, используемые в SDH технологии:

С-n – контейнеры уровня n (n = 1,2,3,4);
VC-n – виртуальные контейнеры уровня n (n = 1,2,3,4);
TU-n – трибные блоки уровня n (n = 1,2,3);
TUG-n – группы трибных блоков уровня n (n = 2,3);
AU-n – административные блоки уровня n (n = 3,4);
AUG – группа административных блоков;
STM-1 — синхронный транспортный модуль.

Контейнеры С-n служат для инкапсуляции (размещения с целью последующего переноса) соответствующих сигналов каналов доступа или трибов.

Cлово «инкапсуляция» больше подчеркивает физи-ческий смысл процесса, тогда как логически происходит отображение структуры фрейма.

Число типоразмеров контейнеров N должно быть ра-вно числу членов объединенного стандартного ряда, т.е. 7.

Т-n Е-n – стандартные каналы доступа или трибы уровня n (в терминологии связистов «компонентные сигналы») – входные потоки (или входы) SDH мульти-плексора, соответствующие объединенному стандарт-ному ряду АС и ЕС иерархий PDH.

С-n – контейнер уровня n – элемент SDH, содержащий триб Т-n, т.е. несущий в себе информационную нагрузку соответствующего уровня иерархии PDH:

С-1 – разбивается на контейнер С-11, инкапсулирующий триб Т1= 1.5 Мбит/с, и контейнер С-12, инкапсулирующий триб Е1=2 Мбит/с;
С-2 – разбивается на контейнер С-21, инкапсулирующий триб Т2= 6 Мбит/с и контейнер С-22, инкапсулирующий триб Е2=8 Мбит/с;
С-3 – разбивается на контейнер С-31, инкапсулирующий триб Е3= 34 Мбит/с и контейнер С-32, инкапсулирующий триб Т3=45 Мбит/с;
С-4 – не имеет контейнеры подуровней и инкапсулирует триб Е4= 140 Мбит/с.

1. Плезиохронная цифровая иерархия (pdh)

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).’

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал основного цифрового канала (ОЦК), а на выходе формируется поток данных со скоростями n × 64 кбит/с. К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла.

В начале 80-х годов было разработано 3 таких системы (в Европе, Северной Америке и Японии). Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Описание стыков этих интерфейсов и уровней мультиплексирования дано в рекомендации G.703.

1)Невозможность вывести низкоскотостный потоки непосредственно из высокоскоростного

-средства контроля и управления сетью

-отсутствуют механизмы маршрутизации

-наличие 3-х стандартов плохо состыкующихся друг с другом

3)Низкая скорость передачи

4)PDH: местные таймеры могут давать значительное отклонение от точной скорости передачи (известно отклонение до 1789 бит/с)

SDH: средняя частота всех таймеров одинакова. (отклонение порядка 0,045бит/с)

2. Sdh. Преимущества синхронных сетей.

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH, были, по сути, асинхронными системами.
Местные таймеры могут давать значительное отклонение от точной скорости передачи, например, известно, что для сигналов DS3 (44.736 Мбит/с) такое отклонение от различных источников может достигать 1789 бит/с.
Использование указателей (техника эта стара, как компьютерный мир) позволяет гибко компоновать внутреннюю структуру контейнера-носителя. Сохранение указателей в неком буфере позволяет получить исключительно надежную систему локализации внутренней структуры передаваемой по сети полезной нагрузки (фрейма, мультифрейма или контейнера).
В синхронных сетях средняя частота всех местных таймеров или одинакова (синхронна) или близка к синхронной (плезиохронна) благодаря использованию центрального таймера (источника) с точностью не хуже 10-9 (что дает для DS3 возможное отклонение скорости порядка 0.045 бит/с).

СИНХРОННЫЕ СЕТИ ИМЕЮТ РЯД ПРЕИМУЩЕСТВ ПЕРЕД ИСПОЛЬЗУЕМЫМИ АСИНХРОННЫМИ:

упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода, позволяя непосредственно вывести (или ввести), например, сигнал Е1 (2 Мбит/с) из фрейма (или в фрейм) STM-1 (155 Мбит/с), заменяет целую «гирлянду» мультиплексоров PDH;
надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно-оптические кабели (BOK), во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися;
гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа достаточно широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления, включая динамическую реконфигурацию каналов и сбор статистики о функционировании сети;
выделение полосы пропускания по требованию – сервис, который раньше мог быть осуществлен только по заранее спланированной договоренности, может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;
прозрачность для передачи любого трафика – факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика;
универсальность применения – технология может быть использована как для создания глобальных сетей или глобальной магистрали, передающей из точки в точку тысячи каналов со скоростью до 40 Гбит/с, так и для компактной кольцевой корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей;
простота наращивания мощности – переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

Несмотря на очевидные преимущества сетей SDH перед сетями PDH, они не имели бы такого успеха, если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов PDH. Терминальные мультиплексоры и мультиплексоры ввода/вывода сетей SONET/SDH, через которые осуществляется доступ в сеть были рассчитаны на поддержку только тех входных каналов, или каналов доступа, скорости передачи которых соответствовала объединенному стандартному ряду амер. и европ. иерархий PDH, а именно: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с.

ОСОБЕННОСТИ ИЕРАРХИИ SDH

Терминальные мультиплексоры и мультиплексоры ввода/вывода сетей SONET/SDH, через которые осуществляется доступ в сеть были рассчитаны на поддержку только тех входных каналов, или каналов доступа, скорости передачи которых соответствовала объединенному стандартному ряду американской и европейской иерархий PDH, а именно: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с.

Первая особенность иерархии SDH – поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов PDH и SDH.

Другая особенность – процедура формирования структуры фрейма.

При наличии иерархии структур структура верхнего уровня может строиться из структур нижнего уровня, несколько структур того же уровня могут быть объединены в одну более общую структуру.

Сам фрейм достаточно представить в виде некоторого контейнера стандартного размера (в силу синхронности сети его размеры не должны меняться), имеющего сопровождающую документацию – заголовок, где собраны все необходимые для управления и маршрутизации контейнера поля-параметры, и внутреннюю емкость для размещения полезной нагрузки, где должны располагаться однотипные контейнеры меньшего размера (нижних уровней), которые также должны иметь некий заголовок и полезную нагрузку и т.д. по принципу матрешки, или по методу последовательных вложений, или инкапсуляции.

Вторая особенность иерархии SDH – трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии PDH.

Виртуальные контейнеры могут объединяться в группы двумя различными способами. Контейнеры нижних уровней могут, например, мультиплексироваться (т.е. составляться вместе) и использоваться в качестве полезной нагрузки контейнеров верхних уровней (т.е. большего размера), которые, в свою очередь, служат полезной нагрузкой контейнера самого верхнего уровня (самого большого размера) – фрейма STM-1.

Из нескольких фреймов могут быть составлены новые (более крупные) образования – мультифреймы. На каждый виртуальный контейнер заводится указатель, содержащий фактический адрес начала виртуального контейнера на карте, отведенной под полезную нагрузку.

Третья особенностьиерархии SDH – положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки. В SDH технологии предусмотрена возможность сцепления или конкатенации контейнеров (составление нескольких контейнеров вместе в одну структуру, называемую связистами «сцепкой»).

Четвертая особенность иерархии SDH – несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один, непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки.
Пятая особенность иерархии SDH – в ней предусмотрено формирование отдельного (нормального для технологий пакетной обработки в локальных сетях) поля заголовков размером 9×9=81 байт. Перегруженность общим заголовком невелика и составляет всего 3.33%. Передача каждого байта в структуре фрейма эквивалентна потоку данных со скоростью 64 кбит/с, передача указанного заголовка соответствует организации потока служебной информации эквивалентного 5.184 Мбит/с.

Поле его полезной нагрузки должно было вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC-4, формируемый при инкапсуляции триба 140 Мбит/с. Во-вторых, его размер: 9×261=2349 байт и определил размер поля полезной нагрузки STM-1, а добавление к нему поля заголовков определило размер синхронного транспортного модуля STM-1: 9×261 + 9×9 = 9×270 = 2430 байт или 2430×8=19440 бит, что при частоте повторения 8000 Гц позволяет определить и порождающий член ряда для иерархии SDH: 19440×8000 = 155.52 Мбит/с.

21.2. Плезиохронная цифровая иерархия

Цифровые потоки — это последовательности 0 и 1, передаваемых по линии связи. Нули и единицы могут нести информацию о речи, тексте, изображении и т.д. При этом скорости потоков будут, естественно, отличаться: для текста — 50. 100 бит/с, для компьютерных данных — 200 бит/с и выше, для речи — 64 кбит/с, для подвижной «картинки» — более 100 Мбит/с.

К системам передачи, стоящим в самом низу иерархической лестницы, относится аппаратура ИКМ-30. У подобных систем передачи сравнительно невысокая скорость цифрового потока (около 2 Мбит/с), что делает их пригодными для организации связи между АТС по обычным городским и сельским кабелям связи, образующим довольно обширную сеть подземных магистралей. Объединение цифровых потоков в этих системах осуществляется, как мы видели, по принципу «чередования кодовых комбинаций». Введение в них синхросигнала и различных служебных символов потребовало дополнительных каналов и привело к тому, что скорость объединенного цифрового потока стала больше суммы скоростей объединяемых потоков.

Скорость передачи по междугородным симметричным кабелям связи может быть увеличена до 8 Мбит/с. По каждой паре этих кабелей могут работать четыре системы ИКМ-30 или пять систем ИКМ-24. Чтобы обеспечить одновременную работу этих систем, нужно объединять их выходные потоки. Аппаратура, осуществляющая это объединение, называется по числу образованных каналов — ИКМ-120. Скорость потока на выходе этой аппаратуры 8,448 Мбит/с.

Более мощные потоки цифровой информации можно «гнать» по парам коаксиальных кабелей, волокнам оптических кабелей, стволам спутниковых и радиорелейных линий связи. Для образования высокоскоростных потоков объединяют цифровые потоки четырех систем ИКМ-120. В результате скорость передачи в линии возрастает до 34,368 Мбит/с. Число каналов в новой системе равно 480, поэтому она получила название ИКМ-480.

Поступая далее аналогичным образом, получаем при слиянии четырех потоков систем передачи ИКМ-480 суммарный цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с. Это уже аппаратура ИКМ-1920.

Только с помощью одной коаксиальной пары или одного оптического волокна можно связать друг с другом почти 2000 телефонных аппаратов в одном городе с таким же количеством аппаратов в другом городе. А ведь в кабелях не одна такая пара и не одно такое волокно. Но на этом иерархия цифровых систем передачи (рис 6.2) не заканчивается. Можно продолжать укрупнять потоки и дальше.

Объединение потоков с выравниванием скоростей получило название плезиохронного (почти синхронного), а существующая иерархия скоростей передачи цифровых потоков, а, значит, и систем передачи типа ИКМ — плезиохронной цифровой иерархией (в англоязычном написании Plesiohronous Digital Hierarhy — PDH).

Плезиохронная цифровая иерархия была разработана в начале 80-х годов прошлого столетия. На системы передачи данной иерархии возлагались большие надежды. Однако она оказалась очень негибкой: чтобы вводить в цифровой поток высокоскоростной или выводить из него низкоскоростные потоки, необходимо полностью «расшивать», а затем снова «сшивать» высокоскоростной поток. Это требует установки большого числа мультиплексоров и демультиплексоров. Ясно, что делать эту операцию часто весьма дорого. На рис. 6.6 показана операция выделения потока со скоростью 2 Мбит/с из PDH потока со скоростью 140 Мбит/с.

В этом случае пришлось один поток со скоростью 140 Мбит/с демультиплексировать в четыре потока со скоростями 34 Мбит/с; затем один поток в 34 Мбит/с — в четыре потока 8 Мбит/с и только после этого «расшить» один поток 8 Мбит/с на четыре потока со скоростями 2 Мбит/с. Только таким сложным путем можно вывести или ввести поток пользователя в PDH-системах передачи.

Недостатком систем передачи плезиохронной цифровой иерархии является также то, что при нарушении синхронизации группового сигнала восстановление синхронизации первичных цифровых потоков происходит многоступенчатым путем, а это занимает довольно много времени. В настоящее время среди систем передачи PDH «выживают» только системы первого уровня иерархии, снабженные новой аппаратурой так называемого гибкого мультиплексирования, которая обеспечивает кроссовые соединения каналов 64 кбит/с; выделение и ввод отдельных каналов 64 кбит/с в любом наборе; пользовательские интерфейсы от двухпроводных окончаний для телефона до окончаний базового доступа в цифровую сеть с интеграцией услуг; видео-конференцсвязь и многое другое. Можно сказать, что гибкие мультиплексоры немного продлили жизнь PDH систем.

Но самое главное, что заставило уже в середине 80-х годов XX в. искать новые подходы к построению цифровых иерархий систем передачи, это почти полное отсутствие возможностей автоматически контролировать состояние сети связи и управлять ею. А без этого создать надежную сеть связи с высоким качеством обслуживания практически невозможно. Все эти факторы и побудили разработать еще одну цифровую иерархию.

Структура первичной сети ЦСП.
Принципы построения ЦСП.
Синхронизация в ЦСП.
Согласование или выравнивание скоростей, запасы и считывание.
Плезихронная цифровая иерархия.

Лекция 22.Синхронная цифровая иерархия.

Синхронный транспортный модуль СТМ.
Формирования модуля STM-1 на основе компонентного потока Е1.
Синхронные транспортные модули.

Качественно новым этапом в развитии цифровых систем передачи является создание синхронной цифровой иерархии — СЦИ (или Synchronous Digital Hierarchy — SDH). Технология СЦИ определяется как набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования определенных объемов информации, и реализуется как комплексный процесс переноса информации, включая функции контроля и управления. Системы передачи СЦИ рассчитаны на транспортирование цифровых потоков (сигналов) ПЦИ различных стандартов и уровней, а также широкополосных сигналов, связанных с внедрением новых услуг электросвязи. Как и в ПЦИ, на каждом уровне СЦИ стандартизированы скорости передачи группового сигнала и структуры циклов. МСЭ-Т принял рекомендации по следующим уровням: первый уровень со скоростью передачи 155,52 Мбит/с; четвертый уровень со скоростью передачи 622,08 Мбит/с; шестнадцатый уровень со скоростью передачи 2488,32 Мбит/с. Скорости соответствующих уровней получаются умножением скорости первого уровня на число, соответствующее наименованию уровня. В качестве основного формата сигнала в СЦИ принят синхронный транспортный модуль — СТМ (или Synchronous Transport Modul -STM), имеющий скорость передачи 155,52 Мбит/с и включающий в себя цифровые потоки европейского и североамериканского стандартов ПЦИ. Синхронный транспортный модуль представляет собой блочную циклическую структуру с периодом повторения 125 мкс. Основной модуль STM-1, модули высших уровней STM-4, STM-16, STM-64 и STM-256 кроме основной информационной нагрузки, несут значительный объем избыточных сигналов, обеспечивающих функции контроля, управления и обслуживания и ряд вспомогательных функций. Структурная схема временного группообразования или мультиплексирования для STM-N потоков ПЦИ европейского и североамериканского стандартов приведена на рис. 7.1. Исходная информационная нагрузка пакуется в контейнеры С (Container) соответствующего уровня, представляющие базовые элементы структуры мультиплексирования SDH, соответствующих уровням ПЦИ. Рассмотрим пример формирования синхронного транспортного модуля N-го уровня. Четверичный цифровой поток европейского стандарта Е4 со скоростью передачи 140 Мбит/с, что соответствует 2176 байтам на длительности цикла Т_ц= 125 мкс, путем добавления выравнивающих байт преобразуется в контейнер уровня С-4; третичный цифровой поток ЕЗ с числом 537 байт на длительности Т_ц= 125 мкс путем добавления выравнивающих байт преобразуется в контейнер уровня С-3. Аналогично цифровой поток североамериканского стандарта ПЦИ уровня DS3 со скоростью передачи 45 Мбит/с преобразуется также в контейнер уровня С-3. Первичный цифровой поток Е1 путем добавления выравнивающих бит преобразуется в контейнер типа С-12, а североамериканский DS1 — в контейнер С-11. Затем контейнеры С-4, С-3, С-12 или С-11 посредством операции размещения преобразуются в виртуальные контейнерыVC (Virtual Container — VC) соответствующего уровня с периодом 125 или 250 мкс. Виртуальный контейнер VC получается из контейнера С путем добавления в структуру последнего байт трактового заголовка РОН (Path Over Head), обеспечивающего контроль качества тракта и передачу аварийной и эксплуатационной информации. Условно операция размещения заключается в том, что информация, содержащаяся в контейнере С, размещается на определенных позициях виртуального контейнера, чередуясь с битами трактового заголовка. Для европейского стандарта СЦИ имеют место следующие типы виртуальных контейнеров: VC-12, содержащий контейнер С-12 и трактовый заголовок -РОН, который путем выравнивания, заключающегося в добавлении байт указателяPTR (PoinTeR — указатель), преобразуется в компонентный блок уровня TU-12 (Tributary Unit — TU); VC-3 — виртуальный контейнер высшего уровня, содержащий контейнер С-3, трактовый заголовок — РОН, и далее выравниванием и добавлением байт указателя PTR преобразуется в компонентный блок уровня TU-3; VC-4 — виртуальный контейнер высшего уровня, содержащий контейнер С-4, трактовый заголовок, и путем выравнивания и добавления байт PTR преобразуется в административный блокAU-4 (Administrative Unit — AU). Соответствующим мультиплексированием с коэффициентами мультиплексирования равными 3, 7 и 1, формируются группы компонентных блоков TUG (Tributary Unit Group) второго TUG-2 и третьего (высшего) TUG-З уровней. Как следует из рис. 1, виртуальный контейнер VC-4 формируется либо на основе контейнера С-4, либо путем мультиплексирования с коэффициентом мультиплексирования, равным 3, из компонентных блоков TUG-З. Виртуальный контейнер VC-4 преобразуется в административный блок AU-4, а последний с помощью мультиплексирования преобразуется в группу административныхблоковAUG. Формирование синхронного транспортного модуля уровня N STM-N осуществляется путем мультиплексирования группы административных блоков с коэффициентом мультиплексирования, равным N порядку STM, и добавлением в его структуру заголовкарегенерационной секцииRSOH (Regeneration Section Over Head) и заголовка мультиплексной секцииMSOH (Multiplex Section Over Head). Рассмотрим пример формирования модуляSTM-1 на основекомпонентного потока Е1.Шаг 1. Все начинается с формирования контейнера С-12, наполняемого компонентным цифровым потоком Е1 со скоростью 2,048 Мбит/с. Этот поток, для удобства последующих пояснений, лучше представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, циклически повторяющейся с периодом 125 икс, т.е. с периодом STM-1 (это так, если учесть, что 2,048-10 6 -125-1ГГ 6 /8 = 32 байта). К этой последовательности в процессе формирования контейнера С-12 добавляются выравнивающие, фиксирующие, управляющие и упаковывающие биты, составляющие два байта. Следовательно, размер контейнера С-12 равен 34 байтам. Шаг 2. Далее к контейнеру С-12 добавляется трактовый заголовок РОН длиной в один байт с указанием маршрутной информации, используемой, в основном, для сбора статистики прохождения контейнера по трактам передачи. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт. Шаг 3. Добавление указателя PTR длиной в один байт преобразует виртуальный контейнер VC-12 в субблок (трибный блок) TU-12 размером 36 байт. Шаг 4. Последовательность субблоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования с коэффициентом мультиплексирования, равным 3, преобразуется в группу субблоков (грибных блоков) TUG-2 с суммарной длиной последовательности 3 х 36 = 108 байтов. Шаг 5. Последовательность TUG-2 подвергается повторному мультиплексированию с коэффициентом мультиплексирования равным 7, в результате чего формируется последовательность длиной 108 х 7 = 756 байт. К этой последовательности добавляются 18 байт индикации нулевогоуказателя —NPIи фиксированного пустого поля —FS и получается группа субблоков TUG-3 размером 774. Шаг 6. Полученная цифровая последовательность вновь байт-мультиплексируется с коэффициентом, равным 3, и формируется группа субблоков TUG-3 с суммарной длиной 774 х 3 = 2322 байта. Шаг 7. Происходит формирование виртуального контейнера высшего порядка VC-4 в результате добавления к последовательности группы блоков TUG-3 трактового заголовка длиной 9 байтов и 18 байтов пустого поля. Размер VC-4 равен 2322 + 9 + 18 = 2349 байт. Шаг 8.На последнем этапе происходит формирование синхронноготранспортного модуля STM-1. При этом сначала формируется административный блок AU-4 путем добавления указателя PTR длиной 9 байт, который располагается в секционном заголовке ЗОН, а затем получается группа административных блоков AUG путем формального мультиплексирования с коэффициентом, равным 1. К группе AUG добавляется заголовок регенерационной секцииRSOH емкостью 27 байт и заголовокмультиплексной секцииMSOH емкостью 45 байт и тем самым завершается формирование STM-1 длиной 2349 + 9 + 27 + 45 = 2430 байт, что при цикле, равном Т_ц= 125 мкс, соответствует скорости передачи, равной 2430 х 8/125 х КГ 6 = 155,52 Мбит/с. Синхронный транспортный модуль уровня N получается мультиплексированием цифрового потока STM-1 с соответствующим коэффициентом мультиплексирования.

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH)

2. Что описывают стандарты Ethernet?

3. Какие форматы Ethernet-кадра существуют?

4. Перечислите существующие Разновидности Ethernet

5. В чём состоят основы технологии Frame Relay?

6. Что является различием между Frame Relay и Х.25?

7. Как проводиться адресация Frame Relay?

План лекции

Технология PDH (Плезиохронная цифровая иерархия)

Обзор технологии PDH

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH)

Технология PDH (Плезиохронная цифровая иерархия)

Технология PDH, несмотря на свой солидный, по современным меркам, возраст, продолжает активно использоваться при развертывании новых сетей и расширении существующих. Безусловно, на данный момент технология PDH не является образцом передовой технической мысли, но ее надежность в совокупности с экономичностью позволяют ей на равных конкурировать с более современными технологиями.

Рис.1 Линия связи

Обзор технологии PDH

Технология PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy, плезиохронная цифровая иерархия) — это способ организации цифровых систем передачи, использующих мультиплексированный ИКМ сигнал, собранный из 30-канальных цифровых потоков. Передаваемые потоки называются плизиохронными, т. е. в дословном переводе «почти синхронными» из-за небольших допустимых различий в их скорости. Эти различия устраняются добавлением синхронизирующих битов, которые должны быть распознаны на принимающей стороне.

В Европе действует отличный от остальных стран стандарт технологии PDH, согласно европейскому стандарту для передачи объединяется 32 канала по 64 кбит/с. 30 из этих каналов используются для передачи данных, 2 служебных канала используются для передачи сигналов управления и сигнализации. В России данный стандарт также называется ИКМ-30. Скорость передачи данных в суммарном потоке составляет 2048 Кбит/c (2048000 бит/с).

Последующие уровни иерархии образуются мультиплексированием четырех потоков предыдущего уровня. Таким образом, скорость передачи на следующих уровнях составляет 8 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с. На более высоких уровнях агрегация потоков происходит побитно, а не побайтно, как на первом уровне.

Япония и Северная Америка использует другие стандарты технологии PDH, отличающиеся количеством объединямых потоков. По этому стандарту на первом уровне объединяется 24 канала по 64 кбит/с. Соответственно на втором и третьем уровне цифровые потоки передаются на скоростях 6 Мбит/с и 45 Мбит/с соответственно.

Таблица 1

Уровень иерархии	Европа	Северная Америка, Япония
64 кбит/с	64 кбит/с
2 Мбит/с	1,5 Мбит/с
8 Мбит/с	6 Мбит/с
34 Мбит/с	45 Мбит/с
140 Мбит/с	—

Такая разница в стандартах серьезно затрудняет подключение сетей, работающих с разными его версиями.

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH)

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В начале 80 гг. XX в. было разработано 3 таких системы (в Европе, Северной Америке и Японии). Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Описание стыков этих интерфейсов и уровней мультиплексирования дано в рекомендации G.703.

В таблице 2 приведены основные характеристики этих систем

Таблица 2 Основные характеристики Европейской, Северо-Американской и Японской PDH -иерархии

Уровень цифровой иерархии	Обозначения	Скорости передачи, кбит/с	Количество каналов по 64 кбит/с
Европейский стандарт (Ex)
1, первичный	E1
2, вторичный	E2
3, третичный	E3
4, четвертичный	E4
5, пятеричный	E5
Американский стандарт (Tx)
1, первичный	T1
2, вторичный	T2
3, третичный	T3
4, четвертичный	T4
5, пятеричный	не используется	не используется	не используется
Японский стандарт (DSx) Jx
1, первичный	DS1, J1
2, вторичный	DS2, J2
3, третичный	DS3, J3
4, четвертичный	DS4, J4
5, пятеричный	DS5, J5

Плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) — это принцип построения цифровых систем передачи, которые используют групповой мультиплексированный ИКМ-сигнал, состоящий из цифровых 30 (24) — канальных потоков и требующий синхронизации скоростей цифровых потоков на входе оборудования группообразования. Под термином «плезиохронные» (то есть «почти синхронные») понимается то, что скорости входных 30 (24) — канальных групп немного отличаются друг от друга вследствие допустимой нестабильности задающего генератора каналообразующего оборудования этих потоков. Поэтому прежде чем приступить к объединению этих потоков в 2,048 (1,544) Мбит/с, их нужно привести к одной скорости передачи путем добавления специальных синхронизирующих битов выравнивания скоростей. Биты выравнивания должны распознаваться на приемной стороне, когда происходит разделение (демультиплексирование) потоков из группового и выделение первоначального сигнала. Базовой системой передачи для построения более высоких уровней PDH является система передачи ИКМ-30 (24).

PDH -иерархия, рекомендованная для Цифровых Систем Передачи (ЦСП), чем-то похожа на иерархию календаря. Прежде всего, необходимо было выбрать некоторую единицу измерения – «элементарную» скорость цифрового потока, единую для всех стран и предприятий, выпускающих аппаратуру систем передачи, и позволяющую измерять скорость суммарных цифровых потоков. Такая «единичная» скорость во всем мире – скорость передачи цифровой речи, равная 64 кбит/с, т.е. основной цифровой канал (ОЦК).

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал ОЦК, а на выходе формируется поток данных со скоростями n x 64 кбит/с. К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла.

В соответствии с принятыми в Европе стандартами при построении ЦСП объединяются 32 канала — временных интервала (тайм-слота) по 64 кбит/с. Из них 30 каналов (тайм-слотов) доступны для передачи пользовательской информации, а два (0-й и 16-й) являются служебными и используются для передачи сигналов синхронизации и управления. При этом поочередно из каждого канала передается по одному байту. Длительность цикла составляет 125 мкс, т.е. в групповом сигнале в течение 1 с передаются по 8 000 байт из каждого канала. Таким образом создается первичный цифровой поток, который получил название E1 (таблица 1). Цифровой поток E1 работает с номинальной скоростью 2,048 Мбит/с (8 x 8000 х 32=2048000 бит/с).

На рисунке 2 представлена структура первичного цифрового потока Е1.

Рис. 2. Структура цифрового потока Е1

Примером ЦСП, обрабатывающей цифровой поток E1, может служить распространенная в нашей стране ИКМ-30.

Следующие уровни иерархии образуются мультиплексированием четырех цифровых потоков предыдущего уровня, что приводит к скоростям 8 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с (скорости округлены). Принципы синхронизации остаются неизменными для систем передачи всех ступеней PDH -иерархии, сколько бы их не было: точно так же выделяются из цифрового потока тактовые импульсы и точно так же для обеспечения синхронной (а, если точнее, синфазной) работы мультиплексоров и демультиплексоров посылаются в линию комбинации импульсов цикловой синхронизации. Однако в системах передачи, начиная со второй ступени иерархии (это аппаратура ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 и т.д.), объединение потоков выполняется по принципу чередования битов, т.е. объединение компонентных потоков в агрегатный осуществляется уже не побайтно, а побитно (рис. 3).

Рис. 3. Мультиплексирование

Как видно из таблицы 2, в Северной Америке и Японии были приняты другие стандарты ПЦИ, в соответствии с которыми в ЦСП первого уровня объединяются 24 канала по 64 кбит/с, что приводит к скорости 1,5 Мбит/с. При переходе ко второму уровню происходит мультиплексирование четырех потоков, а к третьему — семи, в результате чего возникают потоки со скоростями 6 Мбит/с и 45 Мбит/с соответственно.

Для нормального функционирования ЦСП необходима синхронизация аппаратуры на обоих концах линии. Однако, различные ЦСП могут не быть полностью синхронированы, поэтому при мультиплексировании потоков по 2 Мбит/с в один поток 8 Мбит/с приходится осуществлять выравнивание скоростей компонентных потоков путем вставки при необходимости специальных выравнивающих битов, которые удаляются на приемном конце при демультиплексировании (вся эта процедура называется стаффингом).

Аналогично производится мультиплексирование и на последующих уровнях, поэтому описанная система и называется плезиохронной цифровой иерархией, так как по-гречески “плезиохронный” означает “почти синхронный”. Вставка на каждом уровне ПЦИ выравнивающих битов приводит к тому, что не производя полностью демультиплексирования, нельзя выделить какой-либо составляющий поток из группового. Например, если из потока 140 Мбит/с необходимо в промежуточном узле выделить один из 64 составляющих его потоков по 2 Мбит/с, то поток 140 Мбит/с должен быть полностью демультиплексирован с прохождением промежуточных уровней (34 Мбит/с и 8 Мбит/с), а после выделения требуемого потока в 2 Мбит/с все операции повторяются в обратном порядке (рис. 5).

Рис. 4. Структура PDH -иерархии

На рисунке 4 представлена структура сети на основе PDH -иерархии.

Рис. 5. Структура сети PDH -иерархии

В каждом устройстве сети есть свой тактовый генератор, который работает с небольшими отличиями от других. В паре приемопередатчиков ведущий узел задает свою синхронизацию (Sync 1-2), а ведомый подстраивается под него. Единая синхронизация для большой сети отсутствует. Поэтому плезиохронная в данном случае означает «почти» синхронная. Это удобно для строительства отдельных каналов, но вызывает лишние сложности при создании глобальных сетей.

С другой стороны, различия между системами PDH (таблица 2), т.е. по сути наличие трех различных иерархий, делает весьма затруднительным процесс их взаимодействия между собой.

Недостатком систем передачи PDH -иерархии является также отсутствие средств автоматического сетевого контроля и управления. Так, при нарушении синхронизации группового сигнала восстановление синхронизации первичных цифровых потоков происходит многоступенчатым путем, а это занимает довольно много времени. В настоящее время среди систем передачи плезиохронной иерархии «выживают» только системы первого уровня, снабженные новой аппаратурой так называемого гибкого мультиплексирования, которая обеспечивает кроссовые соединения каналов 64 кбит/с; выделение и ввод отдельных каналов 64 кбит/с в любом наборе; пользовательские интерфейсы от двухпроводных окончаний для телефона до окончаний базового доступа в цифровую сеть с интеграцией услуг; видеоконференцсвязь и многое другое. Можно сказать, что гибкие мультиплексоры немного продлили жизнь систем РDН -иерархии.

В отличие от более поздней SDH -иерархии, для PDH -иерархии характерно, как отмечалось выше, поэтапное мультиплексирование потоков, к огда потоки более высокого уровня собираются методом чередования бит, т. е., например, чтобы вставить первичный поток в третичный, необходимо сначала демультиплексировать третичный до вторичных, затем вторичный до первичных, и только после этого будет возможность произвести сборку потоков заново. Если учесть, что при сборке потоков более высокого уровня добавляются дополнительные биты выравнивания скоростей, служебные каналы связи и прочая неполезная нагрузка, то процесс терминирования потоков низкого уровня превращается в довольно сложную процедуру, требующую сложных аппаратных решений, т.е. затрудненный ввод/вывод цифровых потоков промежуточных функций.

Таким образом, отмеченные недостатки PDH -иерархии привели к разработке в США иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной иерархии SDH, которые были предложены для использования на автоматических линиях связи. Из-за неудачно выбранной скорости передачи было принято решение отказаться от создания сети SONET и построить на ее основе сеть SONET/SDH.

Контрольные вопросы

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: