Платы использующиеся в мультиплексоре Metro OptiX 3100 представлены в самом широком спектре, способные удовлетворить желания любого заказчика. Набор плат плезиохронной цифровой иерархии уровня Е1, Е3, Е4 различной емкости. Платы SDH представлены тремя наиболее популярными уровнями STM-1, STM-4, STM-16. Платы услуг передачи данных: возможность передачи потока АТМ, Ethernet. Передача видео и многое другое. Платы не имеющие непосредственно к данному проекту ниже рассматриваться не будут.

Возможности оптических плат и доступные к ним слоты представлены в таблице 2.2. Оптические платы SDH имеют в названии первую букву «S». Буквы «D» и «Q» обозначают количество потоков расположенных на плате, либо два, либо четыре, цифра (например «16») обозначает какой уровень SDH позволяет передавать данная плата.

В платах PDH первая буква «Р». Необходимо упомянуть о платах услуги передачи данных. Плата AL1 рассчитана на прием и передачу потока АТМ. Плата ЕТ1 рассчитана на прием и передачу Ethernet. В колонке «Доступные слоты» указаны те слоты, в которые возможно поставить данную плату. В колонке «Выходной слот» указан тип слота, с которого непосредственно приходят и уходят кабели. В случае с оптическим интерфейсом - это слоты IU, в случае с электрическими интерфейсами (в эту категорию входят платы PDH, а также платы передачи данных ATM и Ethernet) - это слоты LTU.

2.5 Модули LTU

Рисунок 2.14 Пример одного из окон системы Т2000

Данное кольцо образуется всего двумя станциями АТС-91 и АТС-95. Общая емкость кольца - 63 потока Е1. На основе матрицы рассчитаем количество необходимых клиент трейлов на каждой станции и пути их прохождения по кольцу в сервер трейлах.

В стандарте SDH рассматриваются трейлы двух типов: трейлы виртуальных контейнеров (VC) низкого порядка (LOVC) и трейлы виртуальных контейнеров высокого порядка (HOVC). Трейлы VC высокого порядка относятся к физическим передающим средам (сегментам) уровня VC4 (виртуальный контейнер 4-го порядка). Трейлы VC низкого порядка определяют трафик сигнала на уровне, не превышающем VC4; трейлы LOVC мультиплексируются в трейл HOVC или в ряд трейлов HOVC.

Согласно терминологии eNM (сетевой менеджер), трейлы HOVC называются сервер трейлами, LOVC - клиент трейлами. Клиент трейл - это маршрут движения трафика по сети SDH. Этот маршрут задается набором перекрестных соединений, связанных посредством сети. Сервер трейл обеспечивает пропускную способность VC4, которая может быть использована для трафика клиент трейла.

Клиент трейлы определяются в соответствии с конкретными скоростями обмена - 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 140 Мбит/с.

Клиент трейлы задают несущие сигнал канала и системные ресурсы для осуществления соединений между двумя и более оконечными пунктами.

Клиент трейл может задаваться, только будучи на серверном трейле. Следовательно, преобразование сети, сначала создается сервер трейл. Затем создается клиент трейл, который проходит через заранее заданные север трейлы.

Сервер трейлы могут задаваться двусторонними (парными) или однонаправленными. Серверные трейлы, создаваемые автоматически всегда двухсторонние. В отличие от сетей, где используются мультиплексоры SТM-16 и каждый сервер трейл проключается выбором пользователя, в конфигурации с SТM-4 и SDM сервер трейлы создаются всегда автоматически на eNM, как только один мультиплексор получает от другого оптический сигнал.

В рассматриваемом нами кольце мы будем иметь 8 сервер трейлов, которые приведены в таблице 3.3.

В каждом направлении автоматически будет образовываться 4 сервер трейла уровня STM-1. От АТС-91 требуется 19 потоков до АТС-95. Для того чтобы потоки были полностью защищены следует выбрать защиту 1+1. В этом случае основной путь будет проходит по сервер трейлу 91-Е1 - 5-W1, т.к. он значительно короче и не имеет транзитных соединений, а защитный по обратной стороне кольца, то есть через транзитные станции 922, 97, 93, 959 по сервер трейлу 91-W1 - 5-Е1.

Таблица 3.3 Сервер трейлы кольца АТС91-АТС95

3.2 Расчет кольца АТС91-SSA922-АТС97-АТС93-RSU959-АТС95

3.3 Реализация мультиплексора SDH

Рассмотрим группообразование синхронных транспортных модулей STM-1.

Информация, поступающая в сеть согласовывается со структурами с помощью которых поддерживается соединение. В SDH эти структуры образуются в сетевых слоях секций и трактов и транспортируют цифровые потоки, а также широкополосную информацию. В функции этих структур входят также компенсация возможных изменений скорости и фаз транспортируемых по сети SDH цифровых потоков. Такая компенсация обеспечивает функционирование SDH как синхронной сети, допускающей плезиохронный режим. Синхронные мултиплексоры фирмы Синхронные мультиплексоры фирмы “GPT/SIEMENS” формируют потоки синхронной цифровой иерархии и плезиохронной цифровой иерархии.

На рисунке 3.1 показаны организация и связи структур мультиплексирования иерархий SDH и PDH.

Рисунок 3.1 Процесс загрузки цифрового потока в синхронный транспортный модуль STM-1

Мультиплексирование начинается с формирования контейнера. Входящие потоки PDH упаковываются (мультиплексируется) в контейнеры SDH С-12, С-3 или С-4 в соответствии с плезиохронным методом выравнивая скоростей. Каждая стандартная скорость передачи информации потока PDH постоянно назначается контейнеру определённого размера путём добавления к контейнерам заголовка тракта LO-POH. Из контейнеров создаются виртуальные контейнеры VC-12, VC-2, VC-3 или VC-4.

Виртуальный контейнер VC определяется по формуле:

VC = LO-POH + C (3.1)

Где LO-POH - заголовок маршрута низкого уровня

С - контейнер с нагрузкой

Трактовый заголовок POH создаётся (ликвидируется при распаковки сигнала) в пунктах, в которых организуется (расформировывается при распаковки сигнала) VC, и контролирует тракт между этими пунктами.

В функции POH входит контроль качества тракта и передача аварийной и эксплуатационной информации. Заголовок HO-POH тракта высшего порядка содержит так же информацию о структуре информационной нагрузки VC. Каждый виртуальный контейнер VC-12 или VC-2 генерирует, вместе с соответствующими указателями TU (указатель данных), трибутарную единицу TU-12 или TU-3.

Трибный блок TU определяется по формуле:

TU = PTR + VC (3.2)

где PTR - указатель (маркер) трибного блока;

VC - виртуальный контейнер

Трибутарный блок TU обеспечивает согласование между сетевыми слоями трактов низшего и высшего порядков и содержит информационную нагрузку и TU указатель, показывающий отступ начала цикла нагрузки от начала цикла VC высшего порядка. Один или несколько TU, занимающих определённые фиксированные позиции в нагрузке VC высшего порядка, называют “группой трибутарных единиц” (TUG). TUG образуется путем генерирования байтов TU-12 или TU-3.

Группа трибутарных едениц определяется по формуле:

TUG-2 = 4 x TU-11 (3.3)

TUG-2 = 3 x TU-12 (3.4)

TUG-2 = 1 x TU-2 (3.5)

TUG-3 = 1 x TU-3 (3.6)

TUG-3 = 7 x TUG-2 (3.7)

где TU-11,TU-12,TU-2,TU-3 - трибутарные блоки

4,3,1 - количество трибутарных блоков

TUG-2 - группа трибутарных блоков

7 - количество групп трибутарных блоков

Виртуальный контейнер высшего уровня VC-4 формируется путём мультиплексирования контейнера C-4 или нескольких групп TUG-3.

Виртуальный контейнер VC-4 определяется по формуле:

VC-4 = (3 x TUG-3) + HO-POH (3.8)

где TUG-3 - группа трибутарных блоков

3 - количество групп трибутарных блоков

HO-POH- заголовок маршрута высокого уровня

Из-за своего размера виртуальный контейнер VC-4 может передаваться только непосредственно в цикле STM-1. Виртуальный контейнер VC-4 вместе с соответствующим указателем AU-4PTR образует административную единицу AU-4.

Административный блок AU-4 определяется по формуле:

AU-4 = AU-4PTR + VC-4 (3.9)

где AU-4PTR - укозатель (маркер) административного блока AU-4

VC-4 - виртуальный контейнер высокого уровня

Указатель AU содержит разность фаз между циклами SDH более высокого порядка и соответствующим виртуальным контейнером VC-4. Один или несколько AU, занимающих определённые фиксированные позиции в нагрузке STM, называются “группой административных единиц” (AUG). Группа содержит однородный набор блоков AU-3 или один AU-4.

Сигнал STM-1 образуется побайтным соединением группы административных блоков и секционного заголовка, и определяется по формуле:

STM-N = SOH + AUG (3.10)

где SOH - секционный заголовок

AUG - группа административных блоков

3.4 Структура цикла модуля STM-1

Рассмотрим логическую структуру модуля STM-1, представленную в виде цикла STM-1 с его заголовками. Модуль STM-1 имеет скорость 155 Мбит/с. Кроме информационной нагрузки модуль STM-1 имеет избыточные сигналы, обеспечивающие автоматизацию функций контроля, управления, обслуживания и вспомогательные функции. Такие избыточные сигналы называются “заголовками” OH. Поскольку STM-1 используется в сетевом слое секций, его заголовок называется секционным SOH. Он подразделяется на заголовки регенерационной RSOH и мультиплексной MSOH секций. Секция RSOH передаётся между регенераторами, а MSOH между пунктами, в которых формируется и расформировывается STM сигнал, проходя регенераторы транзитом. Секция RSOH - выполняет функции цикловой синхронизации, контроля ошибок, указания порядка синхронизируемого модуля, а также создаёт каналы передачи данных, служебной связи и пользователя. Секция MSOH - выполняет функции контроля ошибок и создаёт каналы управления системой автоматического переключения на резерв, передачи данных и служебной связи. Структура цикла модуля STM-1 приведена на рисунке 3.2.

Цикл STM имеет период повторения 125 мкс. Обычно цикл представляется в виде двумерной структуры (матрицы), формат которой девять строк на 270 однобайтных столбцов (9270=2430 элементов). Каждый элемент соответствует одному байту информации и скорости 64 кбит/с.

Весь цикл STM-1 имеет скорость передачи равную 155,520 кбит/с и определяется по формуле:

V- STM-1 = 642430 = 155520 кбит/с

Цикл STM-1 состоит из трёх групп полей:

-поле секционных заголовков регенерационной секции (R SOH) формата 39 байтов и мультиплексной секции (M SOH) формата 59 байтов;

- поле указателя AU-4 формата 19 байтов;

- поле полезной нагрузки формата 9261 байтов.

Блок AU-4 служит для переноса одного виртуального контейнера VC-4, имеющего свой маршрутный (трактовый) заголовок высокого уровня HO-POH и показан на рисунке 3.2. Основное назначение заголовка высокого уровня HO-POH беспечить целостность на маршруте от точки сборки виртуального контейнера до точки его разборки. Следует отметить, что структура заголовка для VC-3 и VC-4 одинаковая.

Ниже представлены байты заголовка и их значение. J1 байт - передаётся в 16-ти последовательных циклах и состоит из J1 байт - передаётся в 16-ти последовательных циклах и состоит из 15-байтовой последовательности идентификаторов маршрута и первого байта суммы CRC-7 для идентификации ошибок в трассе маршрута, показаного на рисунке 3.3.

15-байтовой последовательности идентификаторов маршрута и первого байта суммы CRC-7 для идентификации ошибок в трассе маршрута, показаного на рисунке 3.3.

J1 байт - передаётся в 16-ти последовательных циклах и состоит из

15-байтовой последовательности идентификаторов маршрута и первого байта суммы CRC-7 для идентификации ошибок в трассе маршрута, показаного на рисунке 3.3.

Идентификаторы маршрута используются для того, чтобы принимаемый терминал получал подтверждение о связи с определённым передатчиком.

B3 байт - контролирующий ошибки чётности в предыдущем контейнере.

C2 байт - указатель типа полезной нагрузки. Несёт информацию о наличии полезной нагрузки. Основные типы полезной нагрузки определены в рекомендациях ITU-T G.707 и приведены в таблице 3.1.

Рисунок 3.2 Структура цикла STM-1 и VC-4, VC-3 и заголовка HO-POH

Рисунок 3.3 Структура информационного поля J1 с цикловой структурой

Таблица 3.6 Значения указателя типа полезной нагрузки C2

G1 байт - указатель состояния маршрута. Используется для передачи информации о состоянии линии к удалённому терминалу. Предусмотренно использование G1 байта для передачи информации об ошибках двух категорий. Структура байта представлена на рисунке 3.5.

FEBE (Far End Block Error) - наличие блоковой ошибки на удалённом конце. Сигнал посылаемый в ответ на получение на удалённом конце ошибки четности по BIP-8 (метод контроля чётности).

FERF (Far End Receive Failure) - наличие неисправностей на удалённом конце. Сигнал, посылаемый в случае возникновения на удалённом конце нескольких неисправностей.

F2, F3 - байты, которые могут быть задействованы для организации канала связи и используются оператором для решения внутренних задач обслуживания системы передач.

H4 байт является указателем и используется при организации сверхциклов SDH. Он указывает на номер цикла VC-1, VC-2 в сверхцикле TU-1, TU-2. Этот байт также используется в процедуре смещения указателя при распаковки сигнала.

К3 байт - индикатор автоматического переключения (APS). Он используется для оперативного резервирования в системе SDH. Даже в случае отсутствия системы самодиагностики, байт K3 обеспечивает передачу команды перехода на резерв.

Рисунок 3.4 Значение байта G 1

N1 байт - это байт мониторинга взаимного соединения (TCM). Необходимость введения процедуры мониторинга взаимного соединения была связана с тем, что байт В3, обеспечивающий контроль чётности, устанавливается только для начала и конца маршрута и обеспечивает контроль качества сквозного соединения.

Если маршрут проходит через несколько секций, принадлежащим различным операторам, требуется не только сквозной, но и посекционный мониторинг параметров качества. Именно для этого была введена дополнительная процедура TCM. Согласно ей сетевой узел обеспечивает контроль четности по HO-POH и LO-POH (контроль BIP-N), а затем передаёт информацию об ошибках предыдущему узлу в байте N1 (для HO-POH) или в байте N1 (для LO-POH). Структура заголовка низкого уровня LO-POH различна по своему строению cо структурой HO-POH. Она состоит из четырёх циклически повторяемых байтов - V5, J2, N2 и K4. Для более чёткого представления структуры заголовка стоит отметить, что по закону асинхронного метода передачи (ATM) входящий сигнал 2 Мбит/с разбивается на четыре части и к каждой из частей присваивается один из байтов заголовка, показанного на рисунке 3.5. Наиболее важным для технологии передачи является байт V5, где передаётся информация о контроле чётности, индикации ошибок и типе нагрузки, представленной на Рисунке 3.5.Байты J2, N2, K4 имеют аналогичные значения с байтами J1, N1, K3 заголовка высшего уровня НО= РОН

Рисунок 3.5

Назначение полей байта V5:

- BIP-2 контроль чётности VC-12;

- REI сообщение подтверждения ошибки BIP-2(ошибка на удалённом конце);

- RFI неисправность на удалённом конце;

- RDI индикация дефекта на удалённом конце(передаётся в случае потери цикловой синхронизации).

Рассмотрим структуру заголовков цикла STM-1. Заголовок SOH,

представленный на рисунке 3.7 состоит из двух блоков заголовка регенераторной секции RSOH размером 3 9 = 27 байт и заголовка мультиплексной секции MSOH размером 5 9 = 45 байт.

Ниже представлены байта заголовка RSOH и MSOH .

Байты А1, А2 являются идентификаторами наличия цикла STM-1 в цикле STM-N (A1 = 11110110, А2 = 00101000).

Рисунок 3.6 Структура заголовка LO-POH и метод асинхронной загрузки потока 2Мбит/с в SDH модуль

Байт В1 и три байта В2 формируют две кодовые последовательности, используемые для проверки на чётность с целью обнаружения ошибок в предыдущем фрейме. BIP-8 формирует восьмибитную последовательность для размещения в В1 и BIP-24 24-битную последовательность для размещения в трёх В2.

Байт J0 трасса регенераторной секции. Он используется для передачи идентификатора секционного доступа, так что бы секционный приёмник мог проверить длительность связи с соответствующим передатчиком. Этот байт определён только для STM-1 потока.

Байты D1D12 формируют служебный канал передачи данных DCC D1D3 формируют канал регенераторной секции DCCR (192 кбит/с),

D4D12 канал мультиплексной секции (DCCM = 576 кбит/с). DCC канал может использоваться встроенными системами самодиагностики и системами сетевого менеджмента TMN для удалённого контроля и реконфигурации сети.

Определяет параметр качества источника синхронизации узла генерации транспортного модуля. Информация о параметрах источника синхронизации передаётся комбинацией битов с пятого по восьмой. Значения возможных параметров источника синхронизации.

Рисунок 3.7 Структура заголовков SOH цикла STM-1

X байты, зарезервированные для локального использования.

* не шифруемые байты. Они не должны содержать конфиденциальную информацию.

байты, зависимые от сферы передачи.

Байты D1D12 формируют служебный канал передачи данных DCC. D1D3 формируют канал регенераторной секции DCCR (192 кбит/с),

D4D12 канал мультиплексорнойной секции (DCCM = 576 кбит/с). DCC канал может использоваться встроенными системами самодиагностики и системами сетевого менеджмента TMN для удалённого контроля и реконфигурации сети.

Байты Е1, Е2 могут быть использованы для создания служебных каналов голосовой связи Е1 для регенераторной секции (64 кбит/с), Е2 для мультиплексной секции (64 кбит/с).

Байт F1 зарезервирован для создания канала передачи данных управления. Этот байт служит для передачи информации о результатах контроля чётности и обнаружения ошибок. В состав байта входят идентификаторы регенераторов RI и информационный бит S, где передаётся информация об ошибках, представленных на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 Структура канала управления F1

Байты К1, К2 обеспечивают резервное переключение и оперативную реконфигурацию сети APS. В байте К1 передаётся запрос на резервное переключение и статус удалённого конца тракта. В байте К2 передаётся информация о параметрах моста, используемого в APS c архитектурой 1:n, данные по архитектуре MSP и сообщения о неисправностях, связанные с APS.

Байты Z1, Z2 зарезервированы для будущих целей.

Байт S1 - информационный байт статуса синхронизации SSM.

3.5 Синхронизация

Оборудование SDH, как и любые другие цифровые устройства, имеет встроенные источники тактовых импульсов (часы), к которым «привязаны» рабочие циклы его подсистем. Если в сети часы различных устройств работают несинхронно (различаются длительность и фазы тактовых импульсов), то это может приводить к «проскальзыванию» бит принимаемых потоков, а при мультиплексировании этих сигналов, для их выравнивания, необходимо осуществлять процедуры вставки или изъятия бит (что, как отмечалось выше, и делается в PDH).

В SDH, где приняты синхронные схемы мультиплексирования, исключающие возможность вставки/изъятия бит, задача синхронизации узлов в сети выходит на первый план.

Общие принципы синхронизации сетей SDH определены в Рекомендациях ITU-T G.811, G.812, G.813.

Согласно этим рекомендациям элементы сети должна быть синхронизованы от центральных часов, называемых первичными эталонными часами (PRC -- Primary Reference Clock), генерирующими 2048 КГц сигнал с точностью 10-11. Этот сигнал должен быть распределен по сети. Для этого используется иерархическая структура: сигнал синхронизации транслируется устройствами поддержки синхронизации (SSU -- Synchronization Supply Units) и часами оборудования SDH (SEC -- SDH Equipment Clock). Тактовый сигнал, регенерируемый SSU и SEC, подстраивается по фазе и частоте к сигналу синхронизации, приходящему на специальный порт или выделяемому из агрегатного или трибутарного потока.

При раздаче синхронизации в сети необходимо соблюдать определенные правила:

узлы сети должны получать сигнал синхронизации только от устройств, которые содержат часы такого же или более высокого качества;

наиболее надежное оборудование (с наименьшей вероятностью отказов) должно выбираться в качестве синхронизирующего оборудования;

общее количество сетевых элементов в последовательности от PRC должно быть минимизировано (не более 10 SSU и не более 60 SEC);

нельзя допускать формирования замкнутых петель, например, когда узел А получает синхронизацию от В, В -- от С, С -- от А.

В сетях SDH предусмотрены механизмы, по-возможности, предотвращающие потерю синхронизации элементами сети. Если в результате аварии сетевое устройство перестает получать сигнал синхронизации, то оно переключается на другой источник временных сигналов с более низким приоритетом. Если это невозможно, то устройство переходит в режим удержания (hold-over mode). В этом режиме часы устройства корректируются в соответствии с данными о корректировках, сохраненными за предыдущее время работы, с поправкой на колебания температуры. Сообщения о состоянии синхронизации SSM (Synchronization Status Messages) элемента сети передаются в байте S1 секционного заголовка его соседям.

Отдельная проблема -- стыковка между сетями с независимыми источниками синхронизации. Если расхождения часов находятся в определенных пределах, то в SDH сети эта проблема решается с использованием указателей.

Управление сетями SDH.

Рассматривая базовые функциональные блоки сетей SDH, мы не упомянули еще один важный элемент синхронных сетей -- систему управления. Все элементы сети SDH являются программно управляемыми. Возможность мониторинга работоспособности сети и удаленного конфигурирования узлов -- одно из наиболее важных свойств SDH.

Системы управления сетями SDH базируются на модели TMN (Telecommunications Managemet Network -- сеть управления телекоммуникациями). Принципы TMN были изложены в 1989 г. в Рекомендации М.3010 ITU-T.

Функции TMN суммированы в выражении «Operation, administration, maintenance and provisioning» (Управление, администрирование, обслуживание и обеспечение) -- OAM&P, что, среди прочего, включает мониторинг работоспособности и контроль сообщений об ошибках.

Для предоставления этих функций TMN использует объектно-ориентированный подход, основанный на эталонной модели OSI. В модели TMN один менеджер общается с несколькими агентами. Агенты предназначены для работы с определенными управляемыми объектами MO (managed objects). Менеджер подключается к операционной системе (OS), которая есть управляющий центр для сети в целом или ее части.

В SDH сети агенты локализованы в сетевых элементах (NE). MO могут быть, как физическими устройствами (интерфейсные карты, блоки питания и т.п.), так и логическими элементами (виртуальные соединения).

В TMN также различают логические модули управления. Например, один модуль управления оперирует на уровне элементов сети (управление индивидуальным NE), другой на сетевом уровне (управление маршрутами в сети и т.п.), третий на сервисном уровне (сбор биллинговой информации и пр.).

Обмен данными между менеджером и агентами осуществляется через программный интерфейс Q3, который может быть реализован на базе протоколов X.25, ISDN или LAN. Для связи нескольких OS или их менеджеров в TMN специфицирован X интерфейс (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 Схема TMN для сети SDH

3.6 Элементы сетей SDH

Рисунок 3.11 Терминальный мультиплексор