уЧЕБНИК. Конспект лекций СанктПетербург 2005
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
. При необходимости для уменьшения искажений из-за фазовых флуктуаций в приемном оконечном оборудовании может использоваться подавитель фазовых флуктуаций. 9.6 Иерархия цифровых систем передачи Цифровые системы передачи, используемые на сетях связи, соответствуют определенной иерархической структуре. Иерархия ЦСП должна удовлетворять следующим требованиям: - система передачи должна обеспечивать передачу всех видов аналоговых и дискретных сигналов; - скорость передачи информации должна быть выбрана с учетом использования оборудования как аналого-цифрового преобразования, так и временного группообразования сигналов; - должно обеспечиваться простое объединение, разделение и транзит передаваемых сигналов; - при передаче типовых сигналов необходимо, чтобы пропускная способность ЦСП использовалась наилучшим образом; - должна быть предусмотрена возможность взаимодействия цифровых систем с аналоговыми системами; - параметры ЦСП должна выбираться с учетом характеристик существующих и перспективных линий связи. Существует два типа схем цифровой иерархии – плезиохронная цифровая иерархия PDH и синхронная цифровая иерархия SDH. К началу 80-х годов были рпзработаны три схемы PDH. В первой и второй (американской и японской) в качестве скорости первичного цифрового потока ПЦП была выбрана скорость 1544 кбит/с, обеспечивающая передачу 24-х основных цифровых каналов ОЦК со скоростью 64 кбит/c. В третьей (европейской) в качестве скорости ПЦП была выбрана скорость 2048 кбит/с (30 информационных цифровых каналов 64 кбит/c и два канала сигнализации и управления 64 кбит/с). 102 Скорость передачи Уровень цифровой иерархии Американская 1544 кбит/c Японская 1544 кбит/c Европейская 2048 кбит/с 0 64 64 64 1 1544( ×24) 1544(×24) 2048(×30) 2 6312( ×4) 6312(×4) 8448(×4) 3 44 736( ×7) 32 064( ×5) 34 368( ×4) 4 - 97 728( ×3) 139 264( ×4) Особенности ПЦИ. При формировании первичного цифрового потока используется метод мультиплексирования с чередованием октетов или байтов, что в принципе позволяет идентифицировать байты каждого канала в общем потоке. Однако, учитывая, что общая синхронизация входных последовательностей отсутствует, при мультиплексировании второго и более высоких уровней иерархии используется метод мультиплексирования с чередованием бит, а не байт. При этом мультиплексор не создает структуры сигнала, которая могла бы быть использована для определения позиции бита каждого сигнала. Более того, мультиплексор выравнивает скорости входных потоков путем добавления нужного числа выравнивающих символов, а информация об этом передается по служебным каналам, формируемым отдельными битами в структуре цикла. На последующих уровнях мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые биты. Эти биты затем удаляются/добавляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного, а цифровые иерархии, построенные на этом принципе получили название плезиохронных. Недостатки ПЦИ. Суть основных недостатков РDН заключается в том, что добавление выравнивающих скорость бит делает невозможным идентификацию и вывод компонентного потока 64 кбит/с или 2 Мбит/c, «зашитого», например, в поток 140 Мбит/c без полного демультиплексирования этого потока и удаления выравнивающих бит. Это обстоятельство в значительной мере затрудняет создание разветвленной транспортной сети. В этом случае для аппаратурной реализации сети требуется чрезмерно большое количество мультиплексоров, в результате эксплуатация сети становится экономически невыгодной. Другое узкое место технологии РDН – слабые возможности в организации служебных каналов для цепей контроля и управления потоком в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации низовых потоков, поскольку соответствующие РDН рекомендации МСЭ – Т вообще не предусматривают необходимые для нормальной маршрутизации заголовки. Указанные недостатки РDН и желание их преодолеть привели к разработке в США другой системы цифровой иерархии – иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, 103 предложенными к применению на волоконно-оптических линиях связи, где нет строгих ограничений по скорости передачи. Целью разработки была иерархия, которая позволила бы: - вводить/выводить компонентные потоки без необходимости производить сборку/разборку группового потока (это означает иметь возможность определять положение каждого потока, составляющего общий поток). - разработать новую структуру циклов, позволяющих осуществлять не только развитую маршрутизацию, но и осуществлять в пределах иерархии управление сетями с топологией любой сложности. - систематизировать иерархический ряд скоростей передачи и продолжить его за пределы ряда РDН; - разработать стандартные интерфейсы для обеспечения стыковки оборудования разных производителей; - иметь возможность контроля качества прохождения компонентных потоков в пределах всего трафика. Параметры сигналов синхронной иерархии для различных схем (американской и европейской) приведены в таблице. В данном случае несомненной заслугой разработчиков и международных институтов является то, что обе версии являются совместимыми в ряде точек иерархии. Синхронные сети имеют ряд преимуществ перед используемыми ранее плезиохронными, которые по сути являются асинхронными. Основные из этих преимуществ следующие: - упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода/вывода, позволяя непосредственно ввести или вывести, например, сигнал Е1 (2Мбит/c) из цикла СТМ – 1, заменяет целую гирлянду мультиплексоров ПЦИ; - надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во- первых, сеть использует волоконно-оптические кабели, передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех, и, 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; Обозначение уровня иерархии Скорость передачи синхронной цифровой иерархии Мбит/c SDH SONET 51,48 СТМ – 0 ОС – 1/STS – 1 155,52 CTM – 1 OC – 3/STS – 3 622,08 CTM – 4 OC – 12/STS - 12 2488,32 CTM – 16 OC – 48/STS – 48 9953,28 CTM – 64 OC – 192/STS – 192 104 - гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления с уровнями сетевого и элементного менеджмента, а также возможностью автоматического дистанционного управления сетью из одного центра, 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, теперь может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) тракт; - прозрачность для передачи любого трафика - факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDN и ATM; - 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/c, так и для компактной кольцевой корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей; - простота наращивания мощности – при наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить, просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую. Естественно, что при построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый член ряда. Если для РDН значение 64 кбит/c вычислялось достаточно просто, то для SDH значение первого члена ряда можно получить только после определения структуры цикла и его размера. Схема логических рассуждений такова: поле полезной нагрузки должно вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC – 4, формируемый при вложении компонентного потока 140 Мбит/c. Его размер 9 ×261=2349 байт, что и определяет размер поля полезной нагрузки СТМ –1. Добавление к нему поля заголовков определяет размер синхронного транспортного модуля СТМ –1: 9 ×261 + 9×9 = 9×270 = 2430 байт или 2430 ×8=19440 бит, что при частоте повторения 8 кГц позволяет определить порождающий член ряда для иерархии СЦИ: 19440 ×8000 = 155520 кбит/с. Очевидные преимущества сетей SDH перед сетями PDH не имели бы такого успеха, если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов PDH. Отсюда вытекает первая особенность иерархии SDH – поддержка в качестве входных сигналов для каналов доступа – компонентных потоков PDH американской и европейской иерархии. Вторая особенность – процедура формирования структуры цикла. Компонентные потоки должны быть упакованы в оболочку цикла так, чтобы их легко можно было ввести и вывести в нужном месте. Для этого сам цикл 105 270 байт (колонок) 261 байт достаточно представить в виде некоторого контейнера стандартного размера, имеющего сопровождающую документацию – заголовок, где собраны все необходимые для управления и маршрутизации данные, и внутренней емкости для размещения полезной нагрузки, где должны располагаться однотипные контейнеры меньшего размера низших уровней, которые также имеют заголовок и полезную нагрузку, и т.д. по принципу матрешки. Структура цикла СТМ – 1 и особенности синхронной иерархии. 1 9 10 270 1 1 3 4 5 9 Для реализации этого метода используется понятие контейнер, в который упаковывается компонентный поток. По типоразмеру они делятся на 4 уровня по числу уровней PDH. Контейнер с ярлыком, содержащим управляющую информацию, является логическим, а не физическим объектом, поэтому его называют виртуальным контейнером. Из-за возможных различий в типе составляющих цикл контейнеров и непредвиденных временных задержек в процессе загрузки, выгрузки и прохождения цикла положение контейнеров внутри цикла не фиксировано. Для устранения ошибки при вводе/выводе контейнера на каждый виртуальный контейнер заводится указатель, содержащий место начала контейнера внутри поля нагрузки. Указатель дает контейнеру право «плавать» под действием непредвиденных временных флуктуаций, но при этом гарантирует, что он не будет потерян. Итак, третья особенность иерархии SDH – положение виртуального контейнера определяется с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между синхронностью обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки. Четвертая особенность иерархии SDH – несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки. Дело в том, что хотя размеры контейнеров различны и емкость контейнеров верхних SOH SOH Указатель 270 540 Нагрузка 261 байт 2430 9 байт (рядов) 106 уровней достаточно велика, может оказаться, что либо она все равно недостаточна, либо под нагрузку лучше выделить несколько контейнеров меньшего размера. Пятая особенность иерархии SDH состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного (что обычно применяется в технологии пакетной обработки для локальных сетей) поля заголовков размером 9 ×9 = 81 байт. Хотя перегруженность общим заголовком невелика и составляет всего 3,33%, он достаточен для размещения необходимой управляющей и контрольной информации и организации необходимых служебных каналов передачи данных. Передача заголовка эквивалентна организации потока служебной информации со скоростью 5,184 Мбит/с. 9.7 Особенности построения волоконно-оптических цифровых систем передачи Волоконно-оптическая цифровая система передачи – это вид ЦСП, при котором информация передается по оптическим волокнам, объединенным в волоконно- оптический кабель. Передача информации по волоконно-оптическим линиям связи имеет целый ряд достоинств перед передачей по медным кабелям. Широкая полоса пропускания – обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 10х14 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит/с. Большая полоса пропускания – это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации. Именно отсутствие резкого ограничения скорости передачи при заданной длине регенерационного участка позволило ввести избыточность в линейный сигнал, необходимую для организации потока служебной информации, реализующего технологию SDH. Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время промышленное оптическое волокно имеет затухание на уровне 0,2 – 0,3 дБ/км. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют реализовать линии связи с длиной регенерационного участка 100 км и более, что во многих случаях позволяет обойтись без необслуживаемых регенерационных пунктов. Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих электрических систем и оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям. Отсутствует влияние грозовых разрядов и т.п. Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели ВОК имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную 107 способность. Например, 900-парный тлф кабель диаметром 7,5 см может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно «одеть» в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого тлф кабеля. Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Система мониторинга целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить «взламываемый» канал связи и подать сигнал тревоги. Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических «земельных» потерь, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая резкость потенциалов, способная повредить сетевое оборудование. Взрыво-пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технических процессов повышенного риска. Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. при этом ВОК позволяет передавать сигнал на значительно большие расстояния. 10. Сети подвижной связи В настоящее время ведется интенсивное внедрение сетей подвижной связи СПС. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. Преимущества СПС состоят в следующем: подвижная связь позволяет абоненту получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей. Благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы АТ, сопрягаемые с персональным компьютером ПК и имеющие интерфейсы для подключения к СПС всех действующих стандартов. Сети подвижной связи можно разделить на следующие классы: сети сотовой подвижной связи ССПС; сети транкинговой связи СТС; сети персонального радиовызова СПР; сети персональной спутниковой (мобильной) связи. Сети сотовой подвижной связи. Среди современных коммуникационных средств наиболее стремительно развиваются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему экономичного использования полосы 108 радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах и увеличить пропускную способность телекоммуникационных сетей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты). Использование современной технологии позволяет обеспечить абонентам таких сетей высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюрность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа в сеть. Сети транкинговой связи. До некоторой степени близки к сотовым: это также сети наземной подвижной связи, в первую очередь радиотелефонной, обеспечивающие неограниченную мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют абонентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально не могут стать системами массовой мобильной связи. Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС – это одна ячейка сотовой системы. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации ЦК, с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходимости наращивания емкости производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределение частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчика, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса. Сети персонального радиовызова или пейджинговые сети – это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы на миниатюрные абонентские приемники. Отличительная особенность пейджинговой связи, имеющая качественный характер, - асинхронная передача информации, т.е. работа вне реального времени, когда сообщение передается не в момент его выдачи отправителем, а в порядке очереди с аналогичными сообщениями других отправителей. Хотя практически задержка от момента получения сообщения до его передачи в эфир невелика, обычно она не превышает нескольких минут. Сети мобильной спутниковой связи. В настоящее время представляются актуальными следующие области применения мобильной спутниковой связи: расширение сотовых сетей; использование спутниковой связи вместо сотовой в тех районах, где последней пока нет или ее развертывание нецелесообразно, например, из-за низкой плотности населения; дополнение сотовых сетей; стационарная беспроводная связь, например, в районах с малой плотностью населения при отсутствии проводной связи; в акваториях мирового океана; в местах разрывов наземной инфраструктуры и т.д. При удалении пользователя за пределы зоны обслуживания местных сотовых сетей спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по привязке абонента к конкретной местности. Во многих районах |