Внедрение аппаратуры систем передачи на основе технологии SDH на ГТС города

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В хозяйственной, технической, научной, политической и культурной жизни общества возрастают потоки различных видов информации, которые необходимо передавать на большие расстояния с большой достоверностью. Важную роль в решении этих вопросов играет электрическая связь.

Любая система электросвязи состоит из источника и приёмника информации (в качестве которых могут выступать люди, ЭВМ и другие устройства), устройств преобразования информации в сигнал и обратно (телефонный, телеграфный аппараты и др.) и канала связи (т.е. совокупности физических устройств и направляющей среды для передачи сигналов из одного пункта связи в другой). Для обеспечения надёжной работы направляющие системы оснащают дополнительными элементами и устройствами (системы передачи и др.), которые в совокупности называются линейными сооружениями.

Кроме этих составных частей система электросвязи включает также станционные здания и сооружения (АТС) и устройства электропитания. Совокупность линейных и станционных сооружений составляют единую систему - сеть электросвязи.

Развитие сетей электросвязи обусловлено постоянным ростом требований абонентов к качеству связи в целом и отдельных устройств, обеспечивающих её осуществление, а также необходимостью снижения экономических затрат на организацию связи. Именно поэтому коммутационная техника (станционные сооружения) прошла путь от ручных коммутаторов до цифровых коммутационных систем, способных обрабатывать практически любой вид информации и предоставлять абонентам множество различных дополнительных услуг. Линейные сооружения под влиянием предъявляемых к ним требований развивались от простейших симметричных пар для передачи телеграфных сигналов до волоконно-оптических кабелей, спутниковых систем связи и цифровых систем передачи, способных передавать любой вид информации с высокой скоростью и надёжностью при высокой достоверности.

Интенсивное развитие и внедрение цифровых систем передачи ЦСП объясняется их существенными преимуществами перед аналоговыми системами передачи /1/.

- Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме, т.е. в виде последовательности символов с малым числом разрешённых значений и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию этих символов при передаче их по линиям связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

- Независимость качества передачи от длины линии связи. Благодаря регенерации передаваемых сигналов искажения в пределах регенерационного участка ничтожны. Поэтому качество передачи практически не зависит от длины линии связи. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче информации на большие расстояния остаются фактически такими же, как в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз длина участка уменьшится лишь на 2...3% (при неизменной верности передачи информации).

- Стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность параметров каналов (остаточного затухания, частотной характеристики, нелинейных искажений) определяется в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть аппаратурного комплекса ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому способствует также отсутствие в цифровых системах с временным разделением каналов влияния загрузки системе передачи в целом на параметры отдельного канала. Кроме того, при ВРК обеспечивается идентичность параметров всех каналов, что также способствует стабильности характеристик каналов сети связи, тогда как в системах с ЧРК параметры последних зависят от их размещения в линейном спектре системы передачи.

- Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. Это обеспечивается при вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт. При этом скорость передачи дискретных сигналов может приближаться к скорости передачи группового сигнала.

- Более простая математическая обработка передаваемых сигналов. Цифровая форма представления информации позволяет производить математическую обработку сигналов, направленную как на устранение избыточности в исходных сигналах, так и на перекодирование передаваемых сигналов.

- Высокие технико-экономические показатели. Большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратурном комплексе ЦСП определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем. Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры. Высокая степень унификации узлов упрощает эксплуатацию систем и повышает надёжность оборудования. Применение интегральных схем уменьшает трудоёмкость изготовления оборудования и позволяет значительно снизить его стоимость и габаритные размеры.

- Возможность построения цифровой сети связи. ЦСП в сочетании с оборудованием коммутации цифровых сигналов являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме. Отношение сигнал-шум, обеспечиваемое в оборудовании транзита и коммутации, является достаточно высоким. Следовательно, параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой сети связи, обладающей высокой надёжностью.

Наиболее современной технологией, используемой в настоящее время для построения сетей связи, является синхронная цифровая иерархия СЦИ (SDH), которая является не просто основой для создания новых систем передачи, а несёт принципиальные изменения в сетевой архитектуре и организации управления сетями /2/.

Настоящий дипломный проект посвящён проблеме внедрения аппаратуры систем передачи на основе технологии SDH на ГТС города.

цифровой сеть телекоммуникации

ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ АППАРАТУРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧ НА БАЗЕ СЦИ НА ГТС ГОРОДА

Достоинства ЦСП по сравнению с аналоговыми системами передачи в наибольшей степени проявляются при их совместной работе с системами электронной коммутации, т.е. в условиях цифровой сети связи. Такая сеть содержит только цифровые тракты, которые соединяются на сетевых узлах и заканчиваются цифровыми стыками с цифровыми абонентскими установками. Цифровые сети наиболее полно отвечают современным требованиям к качеству и надёжности связи, набору услуг связи, и имеют гораздо более высокие технико-экономические показатели по сравнению с аналоговыми сетями. Однако, построение цифровой сети в настоящее время в масштабах города является весьма сложной задачей, решение которой требует длительного времени и больших капиталовложений. Поэтому модернизация сети ведётся постепенно - вначале, заменяются морально и физически устаревшие станции декадно-шаговой системы, затем - станции координатной системы. При этом вновь устанавливаемые станции изначально являются цифровыми. Таким образом, для модернизации сети применяются широкораспространённый метод цифровых островков.

Для реализации этого метода на рассматриваемой ГТС благоприятным условием является наличие на сети цифровых коммутационных станций и цифровых систем передач иерархии ИКМ (ИКМ-30, 120 и т.д.). Однако в последнее время на всех сетях наблюдается возрастание неречевой нагрузки - по телефонным каналам передаются данные для обработки на ЭВМ, факсимильные сообщения, сообщения электронной почты и т.д., Используемая в настоящее время на сети цифровые системы передачи иерархии ИКМ обладают рядом серьёзных недостатков, о которых будет сказано ниже, вследствие чего их применение на полностью цифровых телефонных сетях и сетях ШЦСИС будет затруднительно. Это делает целесообразным внедрение на ГТС более совершенных систем передачи на основе технологии СЦИ, специально разработанной для использования на цифровых сетях любого назначения. Кроме этого, аппаратура на основе которая отличается большим разбросом характеристик (скорость передачи, требования по достоверности и современности передачи и др.). Кроме того, перспективными являются цифровые сети с интеграцией служб ЦСИС (ISDN) и широкополосный вариант этих сетей ШЦСИС (B-ISDN), специально предназначенные для обслуживания подобной нагрузки.

СЦИ обладает рядом преимуществ, эффективность которых может проявляться на любой сети, в том числе на смешанной (возможность построения сети с высоконадёжной архитектурой, интегрированные средства контроля и управления сетью и др.).

2. ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СЕТИ

2.1 Анализ существующей сети

На 1 января 2000 года общая монтированная ёмкость ГТС г. Тараз составила 48315 номеров. На ГТС принята пятизначная система нумерации абонентских линий. Сеть ГТС построена по принципу " каждая с каждой ".

Существующая сеть города целиком аналоговая. Исключение составляют лишь немногие системы передачи (ИКМ-30 и АМТС (5ESS)). Коммутационные станции координатные типа АТСКУ и декадно-шаговые типа АТСДШ-54.

Параметры (тип станций, ёмкость и нумерация) АТС, действующих на существующей ГТС на момент проектирования приведены в таблице 1.

Таблица 1

Индекс станции	Год ввода в эксплуатацию	Абонентская ёмкость, NN	Тип оборудования
АТС-2	1980	5020	АТСКУ
АТС-3	1971	4140	АТС-54А
ПСК-36	1982	1000	АТСК-100/2000
ПСК-37	1980	1000	ПСК-1000
ПСК-39	1981	1000	ПСК-1000
АТС-4	1970	10045	АТС-54А
АТС-5	1974	6070	АТС-54А
ПСК-54	1980	1000	ПСК-1000
ПСК-57	1979	1000	ПСК-1000
АТС-6	1985	6020	АТСКУ
ПСК-67	1986	1000	ПСК-1000
ПСК-68	1986	1000	ПСК-1000
АТС-7	1988	10020	АТСКУ
АМТС	1998	3000	5 ESS

Действующая АМТС является цифровой АТС (5ESS) и обеспечивает автоматическую связь с телефонными сетями других городов, входящих в Общегосударственную автоматически коммутируемую сеть страны.

А действующая на ГТС УСС является декадно-шаговой станцией и обеспечивает связь со всеми спецслужбами.

На межстанционной сети используются кабели типа Т и ТПП различной ёмкости, проложенные на опорах и в земле. Линейные сооружения выполнены по шкафной системе с элементами прямого питания.

2.2 Необходимость модернизации

Для включения в мировые системы телекоммуникаций национальная сеть связи должна соответствовать мировым стандартам. Появление таких глобальных информационных сетей как INTERNET, подразумевает передачу больших потоков информации, а это возможно только при соответствующей достоверности и скорости передачи данных. Оборудование, которое работает в настоящие время, не может удовлетворить эти требования, в силу своей физической и моральной изношенности (на сети до сих пор работают декадно-шаговые АТС).

С другой стороны в настоящее время появляется всё большее число операторов предоставляющих услуги связи (сети мобильной связи GSM, DAMPS, пейджинговые компании, провайдеры INTERNET, транкинговые сети). Оборудование, на базе которого предоставляются все эти услуги, являются современными цифровыми средствами связи.

По этому, для того, чтобы в недалёком будущем успешно конкурировать на рынке услуг связи, национальному оператору необходимо производить замену устаревшего оборудования наиболее современными системами.

Ещё одной немаловажной деталью является увеличение стоимости эксплуатации устаревшего оборудования. Происходит это в связи с тем, что предприятия переходят на выпуск цифрового оборудования для отрасли связи и находить элементную базу для ремонта аналоговых средств связи становится всё сложней.

Кабельные линии, по которым работают системы передачи приходят в негодность, благодаря времени и предприимчивым людям, вырезающим кабель ради меди. К тому же системы передачи, работающие в настоящие время, не могут удовлетворять растущую потребность в каналах связи. Не отвечают они и требованиям надёжности, возросшим в последнее время.

Построение сети по принципу "каждая с каждой" и отсутствие обходных путей уменьшает надёжность и в случае аварийной ситуации в каком либо направлении исключает возможность установления соединения.

Так же сложилась ситуация, когда абоненты требуют предоставления дополнительных (высокооплачиваемых) видов услуг, таких как:

- сокращённый набор номера, возможность дополнительного набора;

- уведомление о поступлении нового вызова;

- временный запрет входящей (исходящей) связи;

- переадресация вызова;

- определение номера вызывающего абонента;

- конференц-связь.

2.3 Исходные данные

2.3.1 Система цифровой коммутации DMS 100/200 (цифровая АТС)

Система DMS 100/200 - многоцелевое коммутационное цифровое изделие для сетей телекоммуникаций общего пользования. Она имеет возможность обработки в реальном масштабе времени и может управлять большими объёмами информации.

Система DMS 100/200 была основана на модели в которой управление всеми функциональными возможностями (коммутация, абонентский и сетевой доступ, эксплуатация и техническое обслуживание, управление трафиком, управление тарификацией) осуществлялось в каждом узле сети.

Главные применения:

- PSTN (Телефонная коммутационная сеть общего пользования)

- ISDN (Объединённая цифровая сеть)

- PLMN (Наземные сети мобильной связи общего пользования)

- BG (Бизнес-связь)

Например, система DMS 100/200 может быть развёрнута как:

- местные коммутаторы, управляющие PSTN и ISDN;

- транзитные / международные коммутаторы для PSTN и ISDN;

- узлы коммутации в PLMN;

- коммутаторы оператора;

- обеспечение узлов бизнес связи;

2.3.2 Характеристики системы DMS 100/200.

Модульность. Ключ к успеху системы DMS 100/200 - уникальная гибкость и модульность. Модульность позволяет DMS 100/200 легко приспособиться к изменяющимся требованиям сети и конечных пользователей. Модульность в системе DMS 100/200 осуществлена по ряду направлений:

- функциональная модульность,

- модульность программного обеспечения,

- модульность аппаратных средств,

- технологическая модульность.

1. Функциональная модульность. Система DMS 100/200 разработана таким образом, что из общего комплекта системы могут быть генерированы узлы с различными функциями. Это достигается благодаря модульности аппаратных средств и программного обеспечения.

2. Модульность программного обеспечения. Система DMS 100/200 создана как комплект независимых блоков построения (известных как функциональные блоки), каждый из которых выполняет определённую функцию и связан с другими посредством определённых сигналов и интерфейсов. Модульность программного обеспечения означает, что функциональные блоки могут быть добавлены, уничтожены или изменены без того, чтобы требовать изменения или пере комплектации других частей системы.

3. Модульность аппаратных средств. Блочность системы DMS 100/200 определяет высокую степень её гибкости. Блочность системы способствуют облегчению системы управления в процессе проектирования, производства, монтажа, эксплуатации и обслуживания. Основные элементы компоновки блоков пакетной системы - печатные платы и контейнеры для печатных плат, кассеты. Печатные платы могут заменяться и удаляться без нарушения другого оборудования.

4. Технологическая модульность. DMS 100/200 - открытая платформа коммутации. Это позволяет добавлять новые технологии и функции, что в свою очередь, позволяет DMS 100/200 непрерывно развиваться.

2.3.3 Эксплуатация и техническое обслуживание.

Эксплуатация и техническое обслуживание системы DMS 100/200 может выполняться как на месте, так и дистанционно в централизованных пунктах эксплуатации и технического обслуживания. Функциональные изменения - модернизация системы или её адаптация могут быть осуществлены без нарушения работы коммутатора.

Внутри самой DMS 100/200 заложены функции, ответственные за непрерывное наблюдение за коммутацией, трафиком через коммутатор, связью с абонентами и другими коммутаторами. Централизованное функционирование и техническое обслуживание даёт возможность работы периферийных коммутаторов сети в автоматическом режиме.

2.3.4 Синхронные цифровые сети на основе SDH

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH, были, по сути, асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синхронизацию от центрального опорного источника. В них потеря бит ( или невозможность их точной локализации ) приводили не только к потере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимающем конце сети было проще выбросить неверно полученные фреймы, чем инициализировать восстановление синхронизации с повторной передачей потерянного фрагмента, как это делается, например, в локальных сетях. Это значит, что указанная информация будет потеряна безвозвратно. Практика показывает, что местные таймеры могут давать значительное отклонение от точной скорости передачи. Например, указывается, что для сигналов DS3 ( 44,736 Мбит/с ) такое отклонение от различных источников может достигать 1789 бит/с.

Синхронные сети имеют ряд преимуществ перед используемыми асинхронными, основные из них следующие:

- упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода, который заменяет целую 'гирлянду' мультиплексоров PDH, давая экономию не только в оборудовании ( его цене и номенклатуре ), но и в требуемом месте для размещения, питании и обслуживании;

- надёжность и само восстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно-оптические кабели (ВОК) передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищённый 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 широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления с уровнями сетевого 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 (например, за несколько дней) спланированной договоренности (например, вывод требуемого канала при проведении видеоконференции), теперь 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, 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/с, 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 (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

3. СИНХРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ СЕТИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ SDH

3.1 Синхронные цифровые сети

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH, были асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синхронизацию от центрального опорного источника. В них потери бит приводили не только к потере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимаемом конце сети было проще выбросить неверно полученные фреймы, чем инициализировать восстановление синхронизации с повторной передачей потерянного фрагмента. Это значит, что указанная информация будет потеряна безвозвратно.

Синхронные сети имеют ряд преимуществ перед используемыми асин-хронными:

- упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода/вывода, позволяя непосредственно вывести (или ввести), например, сигнал Е1(2Мбит/с) из фрейма (или в фрейм) STM-1 (155Мбит/с), заменяет целую "гирлянду" мультиплексоров PDH, давая экономию не только в оборудовании (его цене и номенклатуре), но и в требуемом месте для размещения, питания и обслуживании;

- надёжность и самовосстанавляемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно-оптические кабели (ВОК), передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех, 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 повреждённого узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися;

- гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа достаточно широкополосных каналов управления и компьютерной иерар-хической 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 (например, за несколько дней) спланированной договоренности (например, вывод требуемого канала при проведении видеоконференции), теперь 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, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDH 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/с, 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 (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

3.2 Общие особенности построения синхронной иерархии

При разработке SDH обеспечивалась преемственность европейской иерархии PDH. В том, что 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, скорость передачи которых соответствовала объединённому стандартному ряду американской и европейской иерархии PDH, а именно: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с. Цифровые сигналы каналов доступа, скорость передачи которых соответствует указанному ряду, будем называть трибами PDH (или в терминологии связистов компонентными сигналами), а сигналы, скорость передачи которых соответствует стандартному ряду скоростей SDH -трибами SDH.

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

Другая особенность - процедура формирования структуры фрейма.

Для реализации этого метода было предложено использовать понятие контейнер, в который и упаковываются трибы. По типоразмеру контейнеры делятся на 4 уровня, соответствующие уровням PDH. На контейнер наклеивается ярлык, содержащий управляющею информацию для сбора статистики прохождения контейнера. Контейнер с таким ярлыком используется для переноса информации, т.е. является логическим, а не физическим объектом, поэтому его называют виртуальным контейнером.

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

Третья особенность иерархии SDH - положение виртуального контейнера может определятся с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера в нутри поля полезной нагрузки.

Четвёртая 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 состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного (нормального для технологий пакетной обработки в локальных сетях) поля заголовка размером 9*9=81 байт.

Самой важной особенностью сети SDH является ее деление на три функциональных слоя, которые подразделяются на подслои (таблица 2.3). Каждый слой обслуживает вышележащий слой и имеет определенные точки доступа. Слои имеют собственные средства контроля и управления, что упрощает операции по ликвидации последствий отказов и снижает их влияние на вышележащие слои. Независимость слоев позволяет внедрять, модернизировать или заменять их, не затрагивая другие слои.

Таблица 2 - Деление SDH на функциональные слои

Слои	Подслои
Каналы
Тракты	низшего порядка
	высшего порядка
Среда передачи	Секции	Мультиплексные регенерационные
	Физическая Среда: ВОЛС, РРЛ

Важнейшими для последующего изложения являются сетевые слои: каналов, трактов и секций. Сеть каналов - слой, обслуживающий собственное пользователей. Их терминалы подключаются к комплектам оконечной аппаратуры SDH соединительными линиями. Сеть каналов соединяет различные комплекты оконечной аппаратуры SDH через коммутационные станции.

Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков, образуя сеть трактов. Имеются два сетевых слоя трактов (сверху вниз по иерархии SDH) низшего и высшего порядков. В слое трактов осуществляется программный и дистанционный контроль и управление соединениями. Все тракты оканчиваются в аппаратуре оперативного переключения, входящей в мультиплексоры SDH.

Групповые тракты организуются в линейные, построение которых зависит от среды передачи (оптическое волокно, радиорелейные линии). Это сетевой слой передачи. Он подразделяется на две части: слой секций (верхний) и слой физической среды. Сетевой слой секций разделяется на два. Верхним является слой мультиплексных секций (МС). МС обеспечивает передачу информации между пунктами, где оканчиваются или переключаются тракты. Нижний слой регенерационных секций (РС) - обеспечивает передачу информации между регенераторами или регенераторами и пунктами окончания или переключения трактов.

3.3 Функциональные задачи и модули сетей SDH

Сеть SDH строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенираторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью:

- сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;

- транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;

- перегрузка виртуальных контейнеров в соответствии со схемой маршрутизации из одного сегмента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросс-коммутации, решаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов - DXC;

- объединение нескольких однотипных потоков в распределительный узел - концентратор (или хаб) - задача концентрации, решаемая концентраторами;

- восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;

- сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих устройств, например, конвертеров, интерфейсов, конвертеров скоростей, конвертеров импедансов и т.д..

3.4 Мультиплексор

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH в отличие от обычных мультиплексоров, используемых, например, в сетях PDH, выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются более универсальными и гибкими устройствами, позволяющими решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять еще и задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включенных в спецификацию мультиплексора. Принято выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибам PDH и SDH иерархий (рис.3.1). Терминальный мультиплексор может или вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать их с линейного входа на выход трибного интерфейса. Он может также осуществлять локальную коммутацию входа одного трибного интерфейса на выход другого трибного инерфейса. Как правило эта коммутация ограничена трибами 1.5 и 2 Мбит/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синхронный мультиплексор (SMUX):терминальный мультиплексор (TM) или мультиплексор ввода/вывода(ADM)

Для мультиплексора максимального на данный момент действующего уровня SDH иерархии (STM- 64), имеющего скорость выходного потока 10 Гбит/с, максимально полный набор каналов доступа может включать PDH трибы 1.5, 2, 6, 34, 45, 140 Мбит/с и SDH трибы 155, 622 и 2500 Мбит/с, соответствующие STM-1, 4, 16. Если PDH трибы являются "электрическими", т.е. использующими электрический сигнал для передачи данных, то SDH трибы могут быть как электрическими ( STM-1) так и оптическими ( STM-1, 4, 16). Для мультиплексоров SDH уровня STM-16 из этого набора исключается триб 2500 Мбит/с, для уровня STM-4 исключается триб 622 Мбит/с, а для уровня STM-1 исключается триб 155 Мбит/с. Конкретный мультиплексор может и не иметь полного набора трибов для использования в качестве каналов доступа. Это определяется не только пожеланиями заказчика, но и возможностями фирмы-изготовителя.

Другой важной особенностью SDH мультиплексора является наличие двух оптических линейных входов (каналов приёма/передачи), называемых агрегатными выходами и используемых для создания режима стопроцентного резервирования, или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надёжности. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резервными (линейная топология) или восточными и западными (кольцевая топология). Если резервирование не используется (так называемый незащищённый режим), достаточно только одного выхода (одного канала приёма/передачи). Резервирование 1+1 в сетях SDH является их внутренней особенностью и не имеет ничего общего с так называемым внешним резервированием, когда используется альтернативный (резервный) путь от одного узла сети к другому, как это делается в так называемой ячеистой сети SDH, работающей в незащищённом режиме.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рис.3.1). Он позволяет вводить/выводить соответствующий им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым TM, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять смыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ("восточной" и "западной") в случае выхода из строя одного из направлений. Он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольцо.

3.5 Топология "кольцо"

Эта топология, рис.3.2, широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приёма/передачи): восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Топология "кольцо" с защитой 1+1 на уровне трибных блоков TU-n

Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, т. е. быть защищённой от некоторых достаточно характерных типов отказов.

3.6 Краткие сведения об аппаратуре

SMA-1 (синхронный мультиплексор, ввод - вывод) представляет собой комбинацию мультиплексора, переключателя и оптической линейной системы 155 Мбит/с для передачи широкополосного траффика, объединенных в едином субблоке.

Он рассчитан на использование в сетях со стандартом мультиплексирования SDH (синхронная цифровая иерархия), но может быть использован в существующих сетях, базирующихся на PDH (плезиохронная цифровая иерархия). SMA соответствует всем рекомендациям МККТТ.

Устройство может быть скомпановано для различных приложений путем выбора комбинаций плат и программного управления.

Основное назначение состоит в переключении широкополосных сигналов в сетях кольцевой, цепочечной топологии, а также в режиме точка-точка. Устройство может комплектоваться портами 2 Мбит/с (G.703) для компонентных (трибутарных) потоков и портами STM-1 155 Мбит/с (G.709) как для линейных, так и для трибутарных потоков. Возможны варианты оптических или электрических портов.

Предусмотрены интерфейсы для операторного контроля и управления либо с помощью местного терминала (типа PC), либо с помощью удаленного терминала управления элементами сети - ЕМ (терминал типа "рабочая станция").

Местный терминал может быть подключен через интерфейс RS-232 к любому SMA-1 сети.

Соединение производится по принципу "когда требуется", т.е. терминал не является постоянной частью любого конкретного SMA-1. Терминал используется для управления и контроля (например, при пуско-наладочных работах и диагностике неисправностей) SM.A-1, к которому он подключен в данный момент.

ЕМ подключается через порт Q (по МККТТ) к элементу сети SMA-1, выполняющему функции сетевого шлюза. С другими элементами сети он связан с помощью каналов, выделенных в STM-1, что обеспечивает возможности управления всей сетью.

SMA-1 представляет собой субблок с задней панелью, куда вставляются блок синхронизации, блок сетевого фильтра, блок вспомогательных интерфейсов, блок панельного дисплея субблока и линейный оконечный блок аварийных сигналов. В субблок вставляются ряд базовых врубных блоков (плат) и дополнительные блоки, определяемые требованиями пользователя. Термин "дополнительные блоки" включает дублирующие блоки, а также базовые блоки, используемые при резервировании.

Базовыми блоками являются плата контроллера мультиплексора, плата переключателя и блок питания. Блоками, определяемыми пользователем являются плата связи, плата оптического мультиплексора, плата электрического мультиплексора, трибутарная плата 2 Мбит/с и вариант симметричных или несимметричных линейных оконечных блоков 2 Мбит/с. Платы оптических и электрических мультиплексоров функционируют либо как линейные платы STM-1 (занимающие позиции 1 и 2 в субблоке), либо как трибутарные платы STM-1 (на позициях 4-7).

Замечания.

1. Практически в позициях 404 - 407 может располагаться любая комбинация трибутарных плат и плат оптического или электрического мультиплексора (т.е. трибутарные платы STM-1).

2. Обеспечено место для вспомогательной платы (позиция 415). Эта плата предназначена для пропускания потока данных через SMA-1 со скоростью 9,6 кбит/с. Она прозрачна и не влияет на работу SMA-1.

Применения

Любой SMA-1 может быть сконфигурирован для использования в различных сетевых вариантах, определяемых нуждами пользователя. Существуют две основные конфигурации мультиплексора: мультиплексор ввода-вывода и оконечный мультиплексор.

Мультиплексор ввода-вывода

Это главный вариант использования SMA-1. В этом режиме сигналы могут быть введены или выведены через Трибутарные порты или проключены между линейными портами.

В этой конфигурации:

- если SMA-1 является частью кольцевой сети он может функционировать как главный кольцевой мультиплексор, т.е. обеспечивать точку доступа для синхронизации и большую часть сетевого траффика;

- независимо от того сконфигурирован ли он как главный сетевой мультиплексор, SMA-1 может быть дополнен платой связи и функционировать как шлюзовой мультиплексор, т.е. обеспечивать доступ к сети терминалу управления элементами сети - ЕМ.

3.6.1 Функциональные особенности

Функциональными особенностями, важными для работы, являются: синхронизация, возможности резервирования, связь, переключение, обнаружение неисправностей и аварийные сообщения.

1. Синхронизация

Тактовые сигналы необходимы для обеспечивания синхронизации внутренних функций маршрутизации и тактирования выходного сигнала STM-1 Они могут быть сформированы от различных внешних источников или от внутреннего генератора. Выбор внешнего или внутреннего источника осуществляется оператором. Дополнительно, в определенных пределах, различные приемники тактовых сигналов могут быть независимо сформированы оператором для приема различных внешних сигналов.

2. Резервирование

В простейшей комплектации SMA-1 весьма уязвим из-за возможности отказа любой базовой платы. Для устранения этого могут быть приняты определенные меры, сводящиеся в основном к дублированию плат Резервирование осуществляется в основном автоматически, но некоторые операции (установка параметров, альтернативное исполнение) выполняются оператором.

3. Связи

Обеспечиваются каналы связи между:

- ЕМ и мультиплексором сетевого шлюза, через локальную вычислительную сеть (ЛВС);

- между мультиплексором сетевого шлюза и другими SMA-i -элементами сети, через байты DCC в цикле STM-1.

Некоторые операции установки каналов связи выполняются с участием оператора.

4. Переключения

Каждая трибутарная плата 2 Мбит/с имеет 16 портов. Каждая линейная плата STM-1 предназначена для 63 сигналов 2 Мбит/с. Оператор может осуществлять перекрестные соединения с помощью платы переключения между: линия-линия, линия и трибутарный поток, между трибутарными потоками.

5. Обработка аварийных сигналов и аварийная сигнализация.

При обработке аварийных сигналов используются параметры, установленные оператором через местный терминал. Оборудование описывается устанавливаемыми параметрами, загружаемыми в базу данных. Эти параметры могут быть изменены при пуско-наладочных работах в соответствии с требованиями руководства. Впоследствии оператор может уточнять эти параметры, используя данные аварийных сообщений и местный терминал для контроля аварийных состояний.

3.6.2 Применение SMA-1

SMA-1 может быть сконфигурирован для решения различных сетевых задач, определяемых нуждами потребителя. Существует две базовых конфигурации мультиплексора:

- Мультиплексор ввода вывода. В этом варианте SMA-1 может также, в зависимости от структуры и характеристик сети, функционировать как главный кольцевой мультиплексор и/или как шлюзовой мультиплексор.

- Оконечный мультиплесор. В этом варианте SMA-1 также может функционировать как шлюзовой мультиплексор.

В любом их выше указанных вариантов в любую позицию, предназначенную для установки трибутарных плат, может быть установлена либо трибутарная плата 2 Мбит/с, либо трибутарная плата STM-1.

Мультиплексор ввода-вывода

Мультиплексор ввода-вывода - основной вариант использования SMA-1. Конфигурация SMA-1 для этого случая иллюстрируется на рис. 3.5.

В режиме ввода-вывода входящий поток (линия East или линия West) разбивается в трибутарных платах на контейнеры VC-12 - 2 Мбит/с. Из входных трибутарных потоков формируются контейнеры 2 Мбит/с, вставляемые в исходящий поток (линия East или линия West).

SMA-1 может также формировать и выделять контейнеры 6 Мбит/с (WC-2), 34 Мбит/с или 45 Мбит/с (VC-3) и 140 Мбит/с (VC-4), 2 Мбит/с (VC-12) или 1,5 Мбит/с (VC-11).

Таким образом, в данном варианте возможно выделение и введение информационных потоков в линейные порты. В этом режиме возможно сквозное пропускание информационных потоков с линии East в линию West и обратно. Возможно изменение временных положений отдельных контейнеров для осуществления переключении.

Функция главного кольцевого мультиплексора

Если мультиплексоры ввода-вывода соединяются в кольцевую сеть, главный кольцевой мультиплексор является элементом, обеспечивающим доступ к кольцу для сигналов синхронизации и большей части сетевого траффика. Синхронизация осуществляется либо от внешнего источника, либо от трибутарного входа. Главный кольцевой мультиплексор представляет собой мультиплексор ввода-вывода, укомплектованный платой связи.

Позиция трибутарных плат

Трибутарные платы 2 Мбит/с производят размещение и мультиплексирование первичных информационных сигналов в структуре STM-1, т.е. являются портами SMA-1 для плезиохронных сигналов 2 Мбит/с. До 16 потоков 2,048 Мбит/с могут обрабатываться каждой трибутарной платой.

Можно использовать другие Трибутарные платы. Они выполняют те же функции, что и платы 2 Мбит/с и обеспечивают следующие возможности.

а. 34 Мбит/с трибутарная плата, обрабатывает до трех информационных потоков 34,68 Мбит/с.

в. 45 Мбит/с трибутарная плата, обрабатывает до трех информационных потоков 44,76 Мбит/с

с. 140 Мбит/с трибутарная плата, обрабатывает один поток 139.264 Мбит/с

Каждая из плат оптического и электрического мультиплексора содержит мультиплексор/демультиплексор STM-1, приемо-передатчик 155 Мбит/с и устройства, обеспечивающие выполнение поддерживающих функций. Единственным отличием этих плат является наличие в первой оптического, а во второй -электрического внешних интерфейсов. Каждая плата может использоваться как линейная плата (линейная плата STM-1), размещаемая в позициях 402 и 410, или как трибутарная плата для сигналов STM-1, размещаемая в позициях 404....407 субблока.

В любом варианте мультиплексора ввода-вывода или оконечного мультиплексора в качестве трибутарных плат (позиции 404...407) может использоваться любая комбинация тркбутарных плат и либо платы оптического мультиплексора, либо плата электрического мультиплексора (как трибутарная плата STM-1) в зависимости от потребности конкретной сети, в которой работает SMA-1.

3.6.3 Синхронизация

Для обеспечения синхронизации, необходимой для выполнения функций внутренней маршрутизации и тактирования выходных сигналов STM-1, необходимы синхросигналы. Они могут быть получены либо от различных внешних источников через различные интерфейсы, либо от внутреннего генератора. Выбор внешнего или внутреннего источника осуществляется оператором. Кроме того, в определенных пределах, оператор может независимо назначить потребителей синхросигналов, формируемых различными внешними источниками.

Режимы синхронизации

Синхронизация различных устройств SMA-1 базируется на использовании генераторов с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) и трех режимов работы:

- нормальный. В этом режиме, устанавливаемым оператором через местный терминал, возможен выбор различных источников синхросигналов для синхронизации ФАПЧ, что позволяет обеспечить переход к другим вариантам построения сетевой синхронизации;

- режим сохранения. Этот режим не устанавливается оператором. Это резервный режим, включающийся при отсутствии всех синхросигналов и обеспечивающий поддержание частоты в системах с ФАПЧ в определенных пределах относительно частоты последнего используемого источника синхросигнала;

3.7 Схема преобразований

Схема преобразований СЦИ приведена на рис.3.5. В качестве полезной нагрузки показаны сигналы ПЦИ, хотя вместо них могут использоваться ячейки АТМ и др. сигналы. Различные процессы преобразования обозначены тремя видами линий. Эти процессы можно проиллюстрировать на примере преобразования сигнала 139264 кбит/с (округлено 140 Мбит/с).

Размещение нагрузки в контейнерах показано тонкими линиями. Сигнал 140 Мбит/с размещается в С-4 асинхронно. Для подгонки скорости сигнала к скорости контейнера используется балластные биты и цифровые выравнивание. После добавления трактового заголовка РОН образуется виртуальный контейнер VC-4. Асинхронная нагрузка может размещаться только при использовании плавающего режима мультиплексирования субблоков в контейнеры верхнего ранга, с помощью TU-указателей. Для синхронной нагрузки предусмотрен и фиксированный режим. В этом случае TU-указатели исключаются, места субблоков фиксированы и определяются AU-указателями.

Для сигналов, которые не вмещаются в один контейнер, имеется возможность использования сцепок контейнеров.

Ячейки АТМ размещаются в контейнерах и их сцепках так, чтобы октеты ячеек совпадали с байтами контейнеров. Поскольку число байтов ячейки не всегда кратно числу байтов контейнера, ячейки могут выходить за пределы контейнеров. Предварительно поток ячеек скремблируется. Стандартизовано размещение ячеек в контейнерах VC-4 и их сцепках. Рассматривается специальное использование для этой цели контейнеров VC-2 и их сцепок.

Загрузка VC-4 в STM-1 в общем случае требует корректирования фаз и скоростей передачи, т.к. STM-1 жёстко синхронизируется с циклом секции данной линии, а VC-4 может поступать с другого участка сети и иметь другую тактовую частоту и дополнительные колебания фазы. Необходимость корректирования показана пунктиром. Она выполняется механизмом указателя. Благодаря этому механизму VC-4 получает возможность плавать внутри STM-1, причём начало его цикла определяется по значению указателя. Добавлением этого указателя к VC-4 образуется административный блок AU-4 (в данном случае совпадает с группой административных блоков AUG). Аналогичные операции с указателями предусмотрены на уровнях TU-3, TU-2 и TU-12.

STM-N образуется побайтным объединением N административных блоков с добавлением секционного заголовка, содержащего 9N столбцов: STM=N x AUG + SON. Это операция мультиплексирования. Каждая AUG занимает фиксированное положение в цикле СТМ-N. Число объединённых AUG отмечается в RSON. Мультиплексирование показано двойными линиями. Количество объединяемых блоков и субблоков указано у этих линий.

3.8 Основные характеристики и типы аппаратуры

3.8.1 Обобщенная логическая блок-схема и основные функции работы

Обобщенная логическая блок-схема аппаратуры, реализующая функции группообразования СЦИ, приведена на рис. 3.7.

На рисунке приняты следующие обозначения:

HCS (Higher order Connection Supervision) - контроль соединения высшего порядка;

НОА (Higher Order Assembler) - ассемблер высшего порядка;

HOI (Higher Order Interface) - стык высшего порядка;

НРА (Higher order Path Adaptation) - адаптация тракта высшего порядка;

HPC (Higher order Path Connection) - соединение трактов высшего порядка;

НРОМ (Higher order Path Overhead Monitor) - контроль трактового заголовка высшего порядка;

НРР (Higher order Path Protection) - резервирование тракта высшего порядка;

НРТ (Higher order Path Termination) - окончание тракта высшего порядка;

HUG (Higher order Path Unequipped Generator) - необорудованный генератор высшего порядка;

LCS (Lower order Connection Supervision) - контроль соединения низшего порядка;

LOI (Lower Order Interface) - стык низшего порядка;

LPA (Lower order Path Adaptation) - адаптация тракта низшего порядка;

LPC (Lower order Path Connection) - соединение трактов низшего порядка;

LPOM (Lower order Path Overhead Monitor) - контроль трактового заголовка низшего порядка;

LPP (Lower order Path Protection) - резервирование тракта нижнего порядка;

LPT (Lower order Path Termination) - окончание тракта низшего порядка;

LUG (Lower order Path Unequipped Generator) - необорудованный генератор низшего порядка;

MCF (Message Communications Function) - функция обмена сообщениями (ФОС);

MSA (Multiplex Section Adaptation) - адаптация секции группообразования;

MSP (Multiplex Section Protection) - резервирование секции группообразования;

MST (Multiplex Section Termination) - окончание секции группообразования;

N - эталонная точка регенерационной секции канала передачи данных;

ОНА (Over Head Access) - функция доступа к заголовку;

P - эталонная точка секции группообразования канала передачи данных;

PPI (PDH Physical Interface) физический стык ПЦИ;

RST (Regeneration Section Termination) - окончание регенерационной секции;

S - эталонные точки управления; например, аварийные, управляющие;

SEMF (Synchronous Equipment Management Function) - функция управления синхронной аппаратуры;

SETPI (Synchronous Equipment Timing Physical Interface) - хронирующий физический стык синхронной аппаратуры;

SETS (Synchronous Equipment Timing Source) - хронирующий источник синхронной аппаратуры;

SPI (SDH Physical Interface) - физический стык СЦИ;

Т - эталонные точки хронирования;

TTF (Transport terminal function) - функция транспортного терминала;

V - эталонная точка стыка SEMF и MCF;

U - эталонные точки доступа к заголовку;

Y - эталонные точки состояния синхронизации;

Прохождение сигнала со входа до выхода STM-N: группообразование

PPI/LPA - Физический стык ПЦИ / адаптация тракта низшего порядка: обеспечивает сетевой цифровой стык и вводит нагрузку в контейнер.

LPP - Резервирование тракта низшего порядка: обеспечивает возможность ответвления сигнала на позиции другого тракта низшего порядка для целей резервирования.

LPT - Окончание тракта низшего порядка: добавляет трактовый заголовок контейнера VC-m.

LPC - Соединение трактов низшего порядка: позволяет гибкое соединение контейнеров VC-m, (кросс-коннекция), т.е. распределяет эти контейнеры в трактах высшего порядка.

LUG - Необорудованный генератор тракта низшего порядка: в случае «неиспользуемого» соединения генерирует действительный контейнер

VC-m, со значением метки сигнала «необорудованный».

HPA - Адаптация тракта высшего порядка: осуществляет обработку указателя блока TU для индикации фазы первого байта заголовка VC-m относительно первого байта заголовка VC-n и формирует полный контейнер VC-n.

НРР - Резервирование тракта высшего порядка: обеспечивает возможность ответвления сигнала на позиции другого тракта высшего порядка для целей резервирования.

НРТ - Окончание тракта высшего порядка: добавляет трактовый заголовок контейнера VC-n.

НРС - Соединение трактов высшего порядка: позволяет гибкое соединение контейнеров VC-n (кросс-коннекция).

HUG - Необорудованный генератор тракта высшего порядка: в случае «неиспользуемого» соединения генерирует действительный контейнер VC-n со значением метки сигнала «необорудованный».

...