Ротенштейн И. В. Сети. Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 090303. 65 Информационная безопасность автоматизированных систем
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
Иерархии цифровых систем передачи Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по иерархическому принципу. Цифровая система передачи (ЦСП), соответствующая первой ступени иерархии, называется первичной; в ней осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный и т.д. Число каналов ЦСП, соответствующее данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз. В рекомендациях МСЭ-Т представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 кбит/с, называемый основном цифровом каналом(ОЦК). Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов. Плезиохронная цифровая иерархия Скорости цифровых потоков одной и той же ступени ПЦИ, но образуемых ЦСП, расположенными на различных станциях сети, могут несколько отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильности частот задающих генераторов. Именно поэтому рассматриваемая иерархия ЦСП называется плезиохронной. К использованию на сетях связи РФ принята европейская ПЦИ. В ЦСП групповой сигнал представляет собой непрерывную последовательность следующих друг за другом циклов. Цикл передачи это интервал времени, в течение которого передаются кодовые комбинации всех каналов системы передачи и символы необходимых служебных сигналов (синхронизации, СУВ, ДИ и др.). Для ЦСП, в которых осуществляется аналого- цифровое преобразование сигналов длительность цикла Т ц выбирается равной периоду дискретизации Т д , т.е. Т ц =Т д =125 мкс (при F д =8 кГц). Правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования (ГО) на передающей и Основные характеристики систем, входящих в плезиохронную иерархию Уровень цифровой иерархии характеристики систем иерархии Европейские системы Американские системы Японские системы Коэффициент мультиплек- сирования Число каналов Скорость Кбит/с Коэффициент мультиплек- сирования Число каналов Скорость Кбит/с Коэффициент мультиплек- сирования Число каналов Скорость Кбит/с 0 1 64 1 64 1 64 1 30 30 2048 24 24 1544 24 24 1544 2 4 120 8448 4 96 6312 4 96 6312 3 4 480 34368 7 672 44736 5 480 32064 4 4 1920 139264 3 1440 97728 СиСПИ ЛК-12 Иерархии ЦСП. Европейская PDH. 2 приемной станциях. Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации: тактовая синхронизация обеспечивает правильное разделение принимаемого из линии сигнала на импульсы и тактирование с тактовой частотой F Т операций обработки цифровых сигналов в узлах ЦСП; цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение цифрового потока по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры; сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение межстанционных сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим каналам. СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой станционного оборудования (набор номера, ответ, отбой, разъединение...) Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП. Первичный цифровой поток Е1 Поток Е1 организуется объединением 30-ти информационных ОЦК и 2 служебных. В первичных ЦСП цикл передачи разделяется на N ки канальных интервалов, причем N ки =N инф +N сл , где N инф – число информационных интервалов, равное числу каналов, а N сл – количество служебных канальных интервалов, выделенных для передачи служебных сигналов. Обычно принимается следующая нумерация канальных интервалов: КИ0, КИ1, КИ2, КИ3,…, КИ N-1 . Очевидно, длительность канального интервала Т ки =Т ц /N ки . Каждый из канальных интервалов содержит m импульсных позиций (обычно m=8, так как применяется восьмиразрядный нелинейный код), которые также называют тактовыми интервалами (ТИ). Длительность ТИ, очевидно, Т ти =Т ки /m, а общее число ТИ в цикле передачи n=mN ки В каждом тактовом интервале может быть передан один двоичный символ (1 или 0), причем чаще всего передача импульсов осуществляется со скважностью, равной 2, т.е. длительность импульса (1) Т и =0,5Т ти . СиСПИ ЛК-12 Иерархии ЦСП. Европейская PDH. 3 Канальные интервалы КИ1÷КИ15, КИ17÷КИ31 отведены под передачу информационных сигналов. КИ0 и КИ16 − под передачу служебной информации. Интервалы КИ0 в четных циклах предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего разряды Р2÷Р8. В 1 разряде всех циклов передается информация постоянно действующего канала передачи данных (ДИ). В нечетных циклах разряды P3 и Р6 КИ0 используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС) и снижении остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение (Ост. зат.). Разряды Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты. В КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (Р1÷Р4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6 - Авар. СЦС). Остальные три разряда свободны. В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1÷Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2, причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2 - для 2-го и 17-го и т.д. СиСПИ ЛК-12 Иерархии ЦСП. Европейская PDH. 4 Вторичный цифровой поток Е2 Поток Е2 образован побитным объединением 4 первичных потоков Е1 и содержит 120 телефонных каналов. Цикл передачи имеет длительность 125 мкс и состоит из 1056 позиций, из них 1024±4 информационных. Цикл разделен на 4 субцикла одинаковых по длительности. Скорость передачи Е2 составляет 8448 кбит/с. № поз. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 … 263 264 1 суб- цикл цикловый синхросигнал Побитно объединенная информация 4 первичных потоков 1 1 1 0 0 1 1 0 2 суб- цикл первые символы КСС Служебная связь Побитно объединенная информация 4 первичных потоков 3 суб- цикл вторые символы КСС ПДИ Ава р .и сиг н. Выз о в СС Побитно объединенная информация 4 первичных потоков 4 суб- цикл третьи символы КСС Информ. биты при отрицательном СС Вставки при положительном СС Побитно объединенная информация 4 первичных потоков Т/4 = 125/4 = 31,25 мкс Первые восемь бит первого субцикла заняты комбинацией 11100110, представляющий собой цикловой синхросигнал объединенного потока. Первые четыре бита второго субцикла заняты первыми символами команд согласования скоростей (КСС), а следующие четыре - сигналами служебной связи. Вторые и третьи символы КСС занимают первые четыре бита третьего и четвертого субциклов. Распределение символов КСС позволяет защитить команды от воздействия пакетов импульсных помех. Биты 5-8 третьего субцикла используются для передачи сигналов данных (два бита), аварийных сигналов и вызова по каналу служебной связи (по одному биту). В битах 5-8 четвертого субцикла передается информация объединяемых потоков при ОСС. При ПСС исключаются биты 9-12 четвертого субцикла. Поскольку операция согласования скоростей производится не чаще чем через 78 циклов, позиции с 5÷8 субцикла 4 занимаются очень редко, и поэтому их используют для передачи информации о промежуточных значениях и характере изменения скоростей объединяемых потоков. СиСПИ ЛК-12 Иерархии ЦСП. Европейская PDH. 5 Третичный цифровой поток Е3 Поток Е3 образован побитным объединением 4 вторичных потоков Е2 и содержит 480 телефонных каналов. № поз. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 … 715 716 1 суб- цикл цикловый синхросигнал Побитно объединенная информация 4 вторичных потоков 2 суб- цикл первые символы КСС Служебн связь контр. и сигн. вторые символы КСС Побитно объединенная информация 4 вторичных потоков 3 суб- цикл третьи символы КСС ПДИ Информ. биты при отрицательном СС Вставки при положительном СС Побитно объединенная информация 4 вторичных потоков Т/3 = 62,5/3 = 20,833 мкс Цикл передачи имеет длительность 62,5 мкс, что в 2 раза меньше периода дискретизации и состоит из 2148 позиций из них информационных – 2112±4. Цикл разделен на 3 субцикла одинаковых по длительности, в каждом из которых содержится по 716 позиций. Скорость передачи Е3 составляет 34 368 кбит/с. Такая структура цикла и его длительность предопределены необходимостью относительно частого повторения циклового синхросигнала. Четвертичный цифровой поток Е4 Поток Е4 образован побитным объединением 4 третичных потоков Е3 и содержит 1920 телефонных каналов. Скорость передачи – 139 264 кбит/с. Линейный сигнал разделѐн на циклы, следующие с частотой 64 кГц (Т=15,625 мкс) и содержит 2176 позиций, из них 2148±4 информационных. Цикл разделен на 4 субцикла одинаковых по длительности. № поз. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 … 543 544 1 суб- цикл цикловый синхросигнал Слу ж. Свя зь ко нт р и сиг н Побитно объединенная информация 4 третичных потоков 2 суб- цикл первые символы КСС Побитно объединенная информация 4 третичных потоков 3 суб- цикл вторые символы КСС Побитно объединенная информация 4 третичных потоков 4 суб- цикл третьи символы КСС Информ. биты при отрицательном СС Вставки при положительном СС Побитно объединенная информация 4 третичных потоков Т/4 = 15,625/4 = 3,90625 мкс СиСПИ ЛК-13 СЦИ 1 Cинхронная цифровая иерархия В настоящее время единой мировой технологией, используемой для построения телекоммуникационных сетей, является синхронная цифровая иерархия (СЦИ) (Synchronous Digital Hierarchy - SDH), которая позволяет создавать гибкие, надежные, удобные для эксплуатации, контроля и управления сети, гарантируя высокое качество связи и обслуживания. Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением времени. Главные достоинства сети SDH: Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей, позволяет 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 любые отказы, направляя трафик по резервному пути или переходя на резервный модуль. Автоматическое резервное переключение происходит согласно требованиям стандарта ITU-T – не более чем за 50 мс. Мониторинг и управление сетью осуществляется 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 данных. Техника временного мультиплексирования, лежащая в основе SDH, и принцип контейнерных перевозок, обеспечивают трафику каждого абонента постоянную гарантированную полосу пропускания. Структура кадра STM-1 Линейные сигналы СЦИ организованы в так называемые синхронные транспортные модули STM (Synchronous Transport Module) Первичным цифровым потоком SDH является STM-1, который состоит из 2430 байт (9 строк по 270 байт). Период передачи STM-1 составляет 125 мкс, что соответствует частоте повторения 8кГц. Каждый байт модуля соответствует каналу со скоростью передачи 64 кбит/с. STM-1 содержит три основные блока: секционный заголовок SOH (Section Overhead) блок нагрузки (payload) указатель PTR (pointer) СиСПИ ЛК-13 СЦИ 2 Блок SOH размером 8*9 байт несет служебную информацию, в том числе синхросигнал, байты для обслуживания, контроля и управления. Подразделяется на заголовок регенерационной секции (RSOH - regenerator SOH) и заголовок мультиплексной секции (MSOH - multiplex SOH). Сигналы нагрузки (от 2 до 140 Мбит/с в соответствии с рек.G.702) транспортируются в области нагрузки размером 9*261 байт. Эти сигналы объединяются в модуль STM-1 в соответствии с определенными правилами, рекоменддованными 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) Начальное положение нагрузки в кадре STM фиксируется в указателе PTR, что дает возможность доступа к конкретным пользовательским каналам без необходимости полного демультиплексирования STM-1. В России в настоящее время комитетом МСЭ-Т стандартизированы уровни: STM-1 – 155,52 Мбит/с; STM-4 – 4 х 155,52 Мбит/с = 622,08 Мбит/с; STM-16 – 16 х 155,52 Мбит/с = 2,488 32 Гбит/с; STM-64 – 64 х 155,52 Мбит/с = 9,953 28 Гбит/с; STM-265 – 256х155,52 Мбит/с = 39,813 12 Гбит/с; STM-RR (STM-0) – 155,52 / 3 Мбит/с = 51,84 Мбит/с. Высокоскоростные цифровые потоки SDH передаются в ВОЛС в скремблированном NRZ коде. В сети СЦИ используется принцип контейнерных перевозок. Подлежащие транспортированию сигналы предварительно размешаются в стандартных контейнерах С (Container). Все операции производятся с контейнерами независимо от их содержимого. Благодаря этому и достигается прозрачность сети СЦИ, т.е. возможность транспортировать любые виды сигналов электросвязи. Схема мультиплексирования SDH предоставляет разнообразные возможности по объединению пользовательских потоков PDH. Например, для кадра STM-1 можно реализовать такие варианты: 1 поток E4; 3 потока E3/T3; СиСПИ ЛК-13 СЦИ 3 2 потока Е3 и 21 поток Е1; 1 поток E3 и 42 потока E1; 63 потока E1; и другие. В качестве примера рассмотрим процесс формирования синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока Е1. Формирование синхронного транспортного модуля STM-1 из нагрузки потока Е1 Европейская схема преобразования структур SDH при формировании STM-1 Синхронизация в SDH В сети SDH применяется иерархический метод принудительной синхронизации с парами "ведущий-ведомый таймер". Мультиплексор SDH может использовать несколько дублирующих источников синхронизации: 1. Сигнал внешнего сетевого таймера с частотой 2048 кГц, называемого также первичным эталонным генератором в соответствии с рекомендациями G.811. Его точность должна быть не хуже 1х10 -11 . ПЭГ это хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы). Его калибруют по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time Coordinated). СиСПИ ЛК-13 СЦИ 4 2. Сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейного (агрегатного) сигнала STM-N. Обычно точность такого источника синхронизации составляет 5х10 -8 3. Синхросигнал с пользовательского (трибутарного) интерфейса PDH. 4. Сигнал внутреннего генератора узла SDH. Точность сигналов внутреннего таймера обычно невелика, порядка (1…5) х 10 -6 В России операторы связи используют в качестве источника синхронизации для своих сетей первичные эталонные генераторы, входящие в систему тактовой сетевой синхронизации ОАО "Ростелеком". Вся территория России разделена на 5 районов, в которых находятся эталонные атомные генераторы (центральный район – Москва, северный район – Санкт Петербург, южный район – Ростов на Дону, Сибирь – Новосибирск, Дальний восток – Хабаровск). Резервирование В технологии SDH применяются различные механизмы обеспечения восстановления работоспособности сети в случае отказа. В SDH используется общий термин Automatic Protection Switching – "Автоматическое защитное переключение", отражающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного. Время переключения, согласно стандарта, не должно превышать 50 мс. Схемы защиты: |