ТПСС. 3.ТПСС Лекции -2021 г. Конспект лекций по учебной дисциплине транспортные проводные системы связи 3 курс по специальности (направлению подготовки)
 Скачать 2.21 Mb.
|
|
Лекция 10 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии (6 часов) Введение. Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи, строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ТПСС, соответствующей данной ступени иерархии, больше числа каналов ТПСС предыдущей ступени в целое число раз. В настоящее время на сети связи используются две иерархии: плезиохронные и синхронные. Раздел 6.1. Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии Иерархия ТПСС с ИКМ. Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи, строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ТПСС, соответствующей данной ступени иерархии, больше числа каналов ТПСС предыдущей ступени в целое число раз. Система передачи, соответствующая первой ступени, называется первичной; в этой ТПСС осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т.д. Таким образом, если на данной станции первичной сети необходимо установить ТПСС с ИКМ с относительно большим числом каналов, на ней устанавливают аппаратуру соответствующего числа первичных, вторичных и т.д. цифровых систем передачи. Системы, построенные таким способом, называют ТПСС с временным группообразованием. Эти системы помимо обеспечения потребностей сети позволяют использовать на первой ступени групповые кодеки с приемлемыми скоростями работы. Системы передачи с ЧРК также строятся по иерархическому принципу, но в отличие от ТПСС с ИКМ для них ступенями иерархии являются не сами системы передачи, а типовые группы каналов. Системы передачи проектируются на числа каналов, кратные типовым группам. В рекомендациях МСЭ-Т представлено несколько типов иерархий ТПСС с ИКМ: европейская, североамериканская и японская. К 1990 г. МСЭ-Т разработал рекомендации по единой (всемирной) синхронной цифровой иерархии (СЦИ), позволяющей объединять цифровые потоки, образованные системами передачи, входящими в любую существующую иерархию. Цифровые системы передачи с ИКМ, используемые на нашей первичной сети, соответствуют европейской иерархии, рекомендованной МСЭ-Т. На рис. 10.1 отмечены ступени иерархии, указаны типы соответствующих им ЦМТС, а также скорости цифровых потоков. Во всех потоках отводятся специальные позиции для передачи служебных сигналов, что также указано на рисунке. Например, скорость вторичного потока равная 2048х4+256=8448 кбит/с, определена скоростями четырех первичных потоков (по 2048 кбит/с) и служебной информацией (256 кбит/с). Попутно заметим, что информация, передаваемая по одному каналу ТЧ, преобразуется в цифровой поток со скоростью 64 кбит/с, соответствующий основному цифровому каналу (ОЦК). 58 ИКМ- 30 ИКМ-120 ИКМ-480 ИКМ-1920 1 30 0 ,3 .3 ,4 О т И К М -3 0 ил и А Ц О Ч Р К -В Г О т И К М -1 20 ил и А Ц О Ч Р К -Т Г О т И К М -4 80 ил и А Ц О -Т В Первичная ЦСП 2048 кбит/с Вторичная ЦСП 8448 кбит/с Третичная ЦСП 34368 кбит/с Четверичная ЦСП 139284 кбит/с Рис.10.1. Принципы построения асинхронной иерархии ТПСС Параметры цифровых потоков, получаемых на тех или иных ступенях иерархии, должны соответствовать рекомендациям МСЭ-Т. Это позволяет унифицировать оборудование первичной сети и облегчает организацию международных связей. Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) является всемирным стандартом технологии передачи. Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана компанией Bellcore под названием "Синхронные оптические сети" – Synchronous Optical NETs, SONET. Эта технология явилась развитием технологии PDH (Plesiachronous Digital Hierarchy), которая появилась в 60-е годы для построения качественных и относительно недорогих цифровых каналов между телефонными станциями. Технология PDH долгое время хорошо справлялась со своими магистральными обязанностями, предоставляя пользователям каналы T1 (1,5 Мбит/с) – T3 (45 Мбит/с) в американском варианте технологии, или каналы E1 (2 Мбит/с) – E3 (34 Мбит/с) – E4 (140 Мбит/с) в европейском и международном вариантах. Быстрое развитие телекоммуникационных технологий привело к необходимости расширения иерархии скоростей PDH и использовании всех возможностей, которые предоставляла новая среда – волоконно-оптические линии связи. 59 Одновременно с повышением линейки скоростей нужно было освободится от недостатков PDH, которые выявились за время эксплуатации этих сетей. Одним из основных недостатков PDH является принципиальная невозможность выделения отдельного низкоскоростного потока из высокоскоростного без полного демультиплексирования последнего. Сам термин "плезиохронный", то есть "почти" синхронный, говорит о причине такого явления – отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Для выравнивания скоростей нескольких низкоскоростных каналов, обладающих некоторым рассогласованием частоты между собой, технология PDH использует технику вставки нескольких дополнительных бит между кадрами каналов с относительно меньших скоростей. Затем эти кадры одинаковой частоты мультиплексируются с чередованием бит в мультикадр второго и более высоких уровней иерархии. В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры этого объединенного канала. Например, если требуется получить данные одного абонентского канала 64 Кбит/с из кадров канала E3, необходимо произвести демультиплексирование этих кадров до уровня кадров E2, затем – до уровня кадров E1, а затем демультиплексировать и сами кадры E1. Если сеть PDH используется только в качестве транзитной магистрали между двумя крупными узлами, то операции мультиплексирования и демультиплексирования выполняются только в этих узлах и проблем не возникает. Но если возникает потребность выделения одного или нескольких абонентских каналов в промежуточном узле сети PDH, то эта задача простого решения не имеет. Один из вариантов решения – установка двух мультиплексоров уровня T3/E3 и выше в каждом узле сети. Первый мультиплексор выполняет полное демультиплексирование потока и отвод части низкоскоростных каналов абонентам, а второй вновь собирает оставшиеся каналы вместе с вновь вводимыми в выходной высокоскоростной поток. Но количество требуемого оборудования при этом удваивается. Другой вариант – "обратная доставка" (back hauling). В промежуточном узле, где нужно выделить и отвести абонентский поток, устанавливается только один высокоскоростной мультиплексор, который просто передает транзитом данные дальше по сети без их демультиплексирования. Эту операцию выполняет только мультиплексор конечного узла, который возвращает данные требуемого абонента по отдельному физическому каналу в промежуточный узел. Естественно, такие сложные взаимоотношения между узлами усложняют работу сети, требуют ее тонкого конфигурирования, что ведет к большому объему ручной работы и ошибкам, и не обладают нужной гибкостью – отвод данных для нового абонента требует отдельного физического канала. Кроме этого, в технологии PDH не были предусмотрены встроенные средства обеспечения отказоустойчивости и управления сетью. Все эти недостатки были учтены и преодолены разработчиками технологии SONET. Первый вариант стандарта технологии SONET появился в 1984 году. Затем эта технология была стандартизована комитетом T1 ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) и CCITT, совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии. Основной целью разработчиков международного стандарта было создание такой технологии, которая бы позволяла передавать трафик всех существующих цифровых каналов уровня PDH (как американских T1-T3, так и европейских E1-E4) в рамках высокоскоростной магистральной сети, использующей волоконно-оптические кабели и обеспечила бы иерархию скоростей, продолжающую иерархию технологии PDH до скорости в несколько Гбит/с. В результате длительной работы удалось разработать международный стандарт Synchronous Digital Hierarchy (рекомендации 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 и ETSI – ETS 300 147). Стандарты SONET также были доработаны так, что аппаратура и сети SDH и SONET 60 являются совместимыми и могут мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH – и американского, и европейского. Технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) разработана для создания надежных транспортных сетей, позволяющих гибко формировать цифровые каналы широкого диапазона скоростей – от единиц мегабит до десятков гигабит в секунду. Основная область применения технологии SDH – первичные сети операторов связи. Мультиплексоры SDH, объединенные волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС) образуют среду, в которой администратор сети SDH прокладывает цифровые каналы между точками подключения абонентского оборудования или оборудования вторичных (наложенных) сетей самого оператора – телефонных сетей и сетей передачи данных. Технология SDH применяется также и в крупных корпоративных сетях, когда имеются технико-экономические предпосылки для поддержания собственной инфраструктуры цифровых каналов, например, в сетях предприятий энергетического комплекса или железнодорожных компаний. Каналы SDH относятся к классу полупостоянных – формирование канала происходит по инициативе оператора сети SDH, пользователи же лишены такой возможности, поэтому каналы SDH обычно применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Из-за полупостоянного характера соединений в технологии SDH чаще используется термин "кросс-коннект" (cross-connect), а не коммутация. Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM), при котором информация от отдельных абонентов адресуется относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов. Сети SDH обладают многими достоинствами, главными среди которых являются: Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей, позволяющая вводить в магистральный канал и выводить из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости, не демультиплексируя магистральный поток в целом – а это означает не только гибкость, но и экономию оборудования. Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей. Отказоустойчивость сети. Сети SDH обладают высокой степенью "живучести" – технология предусматривает автоматическую реакцию оборудования на такие типичные отказы как обрыв кабеля, отказ порта, выход из строя мультиплексора или отдельной его карты, направляя трафик по резервному пути или переходя на резервный модуль. Переход на резервный путь происходит очень быстро – не более чем за 50 мс, согласно требованиям стандарта. Мониторинг и управление сетью на основе информации, встроенной в заголовки кадров. Это обеспечивает обязательный уровень управляемости сети, не зависящий от производителя оборудования, и создает основу для наращивания функций менеджмента в фирменных системах управления. Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа – голосового, видео и компьютерного. Техника мультиплексирования TDM, лежащая в основе SDH, обеспечивает трафику каждого абонента постоянную гарантированную полосу пропускания. Сети SDH добились прочного положения в телекоммуникационном мире – сегодня они составляют фундамент практически всех крупных сетей – региональных, национальных и международных. Укрепляет это положение и то, что технология SDH может легко интегрироваться с технологией WDM, обеспечивающей передачу информации по оптическим магистралям с еще более высокими скоростями – сотни гигабит в секунду и выше – за счет мультиплексирования с разделением по длине волны. В магистральных сетях 61 с ядром WDM сети SDH будут играть роль сети доступа, то есть ту же роль, которую играют сети PDH по отношению к SDH. Есть, естественно, у технологии SDH и недостатки. Сегодня чаще всего говорят о ее неспособности динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети – свойстве, обеспечиваемом пакетными сетями. Этот недостаток проявляется при передаче трафика с большими значениями коэффициента пульсации, например, трафика доступа к ресурсам WWW или компрессированного голоса с удаленными паузами. Первичным цифровым потоком SDH является модуль STM-1, имеющий скорость передачи 155,52 Мбит/с. Период повторения STM-1 составляет 125 мкс, что соответствует частоте повторения 8000 Гц. Каждый байт соответствует каналу со скоростью передачи 64 кбит/с. Полезной нагрузкой для SDH являются групповые цифровые потоки образованные любой ступенью PDH от Е1 (2,048 Мбит/с) до Е4 (139,264 Мбит/с). Для синхронизации всех входных потоков в структуре технологии SDH периодически на определённых позициях в кадре размещается служебная информация (сигналы управления и взаимодействия – СУВ, такие как "ответ станции", "набор номера", "посылка вызова", "отбой" и другие) и байты фиксированной вставки (стаффинг). Поэтому цифровой поток первичного синхронного транспортного модуля – STM-1 можно условно разделить на 9 интервалов по 270 байт в каждом (рис. 10.2). Первые 9 байт каждого интервала несут сигналы управления и взаимодействия, а в оставшиеся 261 байт размещается соответствующим образом полезная нагрузка и стаффинг. Рис. 10.2. Цифровой поток модуля STM-1. Модуль STM-1 состоит из 2430 байт и обычно для более простого и наглядного понимания при изображении STM-1 используют двухмерный массив размером 9 строк по 270 байт. Байты STM-1 передаются, начиная с левого верхнего угла слева направо, сверху вниз. STM-1 содержит три основные блока (рис. 10.3): секционный заголовок SOH (Section Overhead) блок нагрузки (payload) указатель PTR (pointer) Рис. 10.3. Двухмерная структура модуля STM-1. 62 Блок SOH размером 89 байт несет служебную информацию, в том числе синхросигнал, байты для обслуживания, контроля и управления. Подразделяется на заголовок регенерационной секции (RSOH – regenerator SOH) и заголовок мультиплексорной секции (MSOH – multiplex SOH). Сигналы нагрузки (от 2 до 140 Мбит/с в соответствии с G.702) транспортируются в области нагрузки размером 9261 байт. Эти сигналы объединяются в модуль STM-1 в соответствии с определенными правилами. Начальное положение нагрузки в модуле STM фиксируется в указателе PTR. В результате имеется возможность доступа к одиночным каналам без необходимости полного демультиплексирования STM-1. Используются три указателя каждый длиной 3 байта. Высокоскоростные потоки SDH организуются побайтным мультиплексированием нескольких STM-1 и называются синхронными транспортными модулями уровня N – STM- N. Скорость STM-N составляет Nх155,52 Мбит/с. В России в настоящее время комитетом МСЭ-Т стандартизированы уровни STM-1, STM-4, STM-16, STM-64 и для радиорелейных систем передачи – STM-RR. STM-4 – 4х155,52 Мбит/с = 622,08 Мбит/с; STM-16 – 16х155,52 Мбит/с = 2,48832 Гбит/с; STM-64 – 64х155,52 Мбит/с = 9,95328 Гбит/с; STM-RR – 155, 52 / 3 Мбит/с = 51, 84 Мбит/с. В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: STS-N – Synchronous Transport Signal level N, употребляемое для случая передачи данных электрическим сигналом и OC-N – Optical Carrier level N, употребляемое в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Стандартизированные скорости передачи приведены в табл. 10.1. Таблица 10.1. Скорости передачи систем SDH SDH SONET Скорость STM-RR STS-1, OC-1 51,84 Мбит/с STM-1 STS-3, OC-3 155,520 Мбит/с (STM-3) OC-9 466,560 Мбит/с STM-4 OC-12 622,080 Мбит/с (STM-6) OC-18 933,120 Мбит/с (STM-8) OC-24 1,244 Гбит/с (STM-12) OC-36 1,866 Гбит/с STM-16 OC-48 2,488 Гбит/с STM-64 OC-192 9,953 Гбит/с STM-256 OC-768 39,81 Гбит/c 63 Выводы. 1. Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи, строятся по иерархическому принципу. 2. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ТПСС , соответствующей данной ступени иерархии, больше числа каналов ТПСС предыдущей ступени в целое число раз. 3. В настоящее время на сети связи используются две иерархии: плезиохронные и синхронные. Контрольные вопросы. 1. Как Вы понимаете иерархический принцип построения систем передачи? 2. Перечислите достоинства и недостатки сети, использующей АЦИ. 3. Перечислите достоинства и недостатки сети, использующей СЦИ. 4. В чем заключаются существенные различия СЦИ АЦИ? 64 Лекция 11 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии (продолжение) Введение. При формировании стандартных цифровых потоков используется иерархия ТПСС т. е. четыре потока Е1 формируют один поток Е2, четыре пока Е2 формируют один поток Е3 и т. д. При этом учитываются возможности: совместного использования АСП и ЦСП; обеспечение возможности как синхронного, так и асинхронного объединения потоков, разделения и транзита цифровых потоков и сигналов в цифровом виде. Раздел 6.1. Принципы временного группообразования ТПСС рассчитаны на разное число каналов, по которым может быть передана различная информация. Для рационального построения ТПСС необходимо: Количество каналов ТПСС более высокого порядка было кратно числу каналов ТПСС более низкого порядка; Обеспечение применения стандартного оборудования. С указанной целью ЦМТС стандартизируются. При этом учитываются возможности: - совместного использования АСП и ЦСП; - обеспечение возможности как синхронного, так и асинхронного объединения потоков, разделения и транзита цифровых потоков и сигналов в цифровом виде. В основу иерархии положена первичная ЦСП ИКМ-30. Скорость передачи первичного цифрового потока f т =2048 кбит/с (кГц). Вторичный цифровой поток формируется: - либо путем объединения цифровых потоков 4-х первичных СП, обеспечивая емкость в 120 каналов; - либо кодированием сигнала вторичной группы СП с ЧРК (312…552 кГц)=60 каналов и объединением его с одним первичным цифровым потоком. Таким образом, число каналов получается равным 90. Иерархию можно представить наглядно: ИКМ- 30 ИКМ-120 ИКМ-480 ИКМ-1920 1 30 0 ,3 .3 ,4 О т И К М -3 0 ил и А Ц О Ч Р К -В Г О т И К М -1 20 ил и А Ц О Ч Р К -Т Г О т И К М -4 80 ил и А Ц О -Т В Первичная ЦСП 2048 кбит/с Вторичная ЦСП 8448 кбит/с Третичная ЦСП 34368 кбит/с Четверичная ЦСП 139284 кбит/с Преобразование сигнала ВГ в цифровой осуществляется в аппаратуре АЦО ЧРК-ВГ. Скорость вторичного цифрового потока 8448 кбит/с больше, чем (4х2048) кбит/с за счет ввода дополнительных импульсных последовательностей согласования скоростей объединяемых потоков, передачи дискретной информации и сверхцикловой синхронизации. Аппаратура, с помощью которой осуществляется объединение 4-х первичных цифровых потоков, называется аппаратурой вторичного временного группообразования (ВВГ). Третичная ТПСС формируется также двумя способами: 65 - путем объединения цифровых потоков 4-х вторичных систем с помощью аппаратуры третичного временного группообразования (ТВГ) и получения 480 каналов; - кодирования стандартной третичной группы (812…2044 кГц) и передачей ее совместно с цифровым потоком вторичной ЦСП. В этом случае будет организовано 420 каналов ТЧ. Преобразование ТГ в цифровую форму осуществляется в аппаратуре АЦО-ТГ. Скорость передачи третичной ЦСП 34368 кбит/с. Четверичная ТПСС формируется путем: - объединения цифровых потоков 4-х третичных потоков с помощью аппаратуры четверичного временного группообразования (ЧВГ). Таким образом образуется 1920 каналов. - передачи преобразованного в цифровую форму сигнала телевидения, полученного в аппаратуре АЦО-ТВ совместно с цифровым потоком одной третичной ТПСС . При этом получают канал телевидения и 480 каналов ТЧ. Скорость передачи четверичной ТПСС 139264 кбит/с. Первичную ЦСП ИКМ-30 используют на местных и городских сетях. ИКМ-120 – на местных и внутризоновых сетях. ИКМ-480 – на внутризоновых и магистральных сетях. ИКМ-1920 – на магистральных сетях. В настоящее время на местных и сельских сетях широко применяются субпервичные ТПСС ИКМ-15 (1024 кбит/с) и ИКМ-12 (704 кбит/с). Способы объединения цифровых потоков. Как уже отмечалось, получение ТПСС более высокого порядка получается путем объединения цифровых потоков систем более низкого порядка. Существует несколько способов объединения цифровых потоков: Посимвольный (поразрядный). Поканальный (по кодовым группам). Посистемный (по циклам). При реализации ТПСС применяют наиболее простой посимвольный способ объединения цифровых потоков. При этом импульсы цифровых сигналов объединяемых систем укорачиваются и распределяются во времени так, чтобы в освободившихся интервалах между импульсами каждой из таких систем могли размещаться вводимые импульсы других систем. } Импульсы четырех объединяемых потоков } Укороченные и смещенные во времени импульсы объединяемых потоков Объединенный поток При поканальном объединении сужаются и распределяются во времени интервалы, отводимые для кодовых групп. При посистемном объединении обрабатывается целиком цикл передачи. Структурная схема, реализующая принцип временного объединения потоков. |