1-4. Иерархии цифровых потоков. Особенности плезиохронной (PDH) и синхронной (SDH) иерархий. Иерархия SuperPDH. Основные фирмы-производители оборудования разных иерархий.

Для работы многих пользователей через системы связи применяется уплотнение сигналов. В цифровых технологий основной способ уплотнения - временное. При этом символы или блоки символов разных пользователей передаются в общий сигнал поочередно. Для проведения таких операций применяются специальные устройства - мультиплексоры, а для разделения цифровых потоков отдельных пользователей - демультиплексоры. Проблемы, которые возникают при этих операциях можно проиллюстрировать простой структурой, показанной на рис. 1-4-2. Здесь показана организация одного направления связи между оконечными пунктами А и Б с промежуточным пунктом В. Цифровые потоки отдельных пользователей поступают на мультиплексор, находящийся в пункте А, объединяются в общий транспортный поток и передаются по какой- либо линии связи в пункт В.

Работа мультиплексора возможна только при абсолютно одинаковых скоростях цифровых потоков пользователей. Однако задающие генераторы пользователей не могут обеспечить одинаковые скорости и фазировку сигналов. В современных цифровых системах связи существуют два основных способа выравнивания скоростей цифровых потоков - применение выравнивающих импульсов (стаффинга) и использование буферных запоминающих устройств. В зависимости от примененного способа формируются два основных иерархических формирований - плезиохронная цифровая иерархия (PDH) и синхронная цифровая иерархия (SDH).

Плезиохронная (почти синхронная) цифровая иерархия появилась исторически первой в середине XX века, а к началу 80 гг. XX в. была разработана и оформлена окончательно в Европе, Северной Америке и Японии. Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Описание стыков этих интерфейсов и уровней мультиплексирования дано в рекомендации G.703.

Очень упрощенно цифровой поток можно представить в виде отдельных кадров (циклов, фреймов). В начале кадра находится заголовок, несущий множество информации о цифровом потоке (сигналы контроля, адресации, синхронизации и пр.). Подробно со структурой цифровых потоков можно познакомиться , к примеру, в статье на сайте http://pbxlib.com.ua/network/article_161.html. В системах PDH заголовок, кроме всего прочего, несет выравнивающие импульсы, регулируя количество которых перед мультиплексированием осуществляется выравнивание скоростей в потоках. В таблице в первом столбце показаны основные параметры европейской иерархии PDH.

Таблица 1-4-1. Основные современные иерархии

На рис. 1-4-1 показана для примера структурная схема мультиплексора и демультиплексора (мульдекса) для формирования цифрового потока Е2. Входные цифровые потоки Е1 со скоростью 2.048 Мб/с поступают через преобразователи кодов HDB-3 - NRZ (о назначении которых будет рассказано в последующих материалах ) на устройства выравнивания скоростей. Здесь к потокам добавляются заголовки и выравнивающие импульсы, в следствии чего скорости увеличиваются до 2.112 Мб/с. Затем потоки с одинаковыми скоростями подаются на собственно микросхему мультиплексирования. С выхода мультиплексора сформированные цифровые потоки Е2 со скоростью 8.448 Мб/с проходят через преобразователь кода на выход передающей части мульдекса. В приемной части все операции проводятся в обратном порядке.

Рис. 1-4-1.

Однако применение выравнивающих импульсов для синхронизации потоков затрудняет построение высокоскоростных систем связи. Поясним это при помощи рис. 1-4-2. Предположим, что сигнал одного из пользователей (отмеченного на рис. 1-4-2 красной стрелкой) необходимо выделить в пункте В, а сигналы остальных пользователей отправляются в пункт Б. Для этого пользователя придется в пункте В разобрать весь цифровой поток на составляющие, т.е. провести полное демультиплексирование. Затем требуемый сигнал выделяется, а остальные потоки снова проходят мультиплексор и посылаются дальше по линии связи. Причем, чем меньше скорость выделяемого сигнала по сравнению со скоростью общего транспортного потока, тем сложнее и дороже будут мультиплексоры и демультиплексоры в пункте В, а при высоких скоростях транспортного потока - стоимость канала становится недопустимо высокой. Существует и еще ряд недостатков систем PDH, которые заставили разрабатывать другую систему - синхронную цифровую иерархию (SDH).

Рис. 1-4-2

В синхронной цифровой иерарахии (SDH) применяется более сложная структура цифрового потока. Для потока, который называется синхронный транспортный модуль первого уровня (STM-1) общий вид сигнала показан на рис. 1-4-3.

Рис.1-4-3

Из рисунка видно, что в синхронном потоке используется обширный заголовок, состоящий из 9 секций. Каждая секция представляет собой строку из 9 байт. Следовательно, общий размер заголовка составляет 81 байт. 9 секций заголовка с информационными сигналами представляют собой один кадр ( цикл, фрейм) STM-1. Кадры следуют с частотой 8 кГц.

Основной особенностью синхронной цифровой иерархии (SDH) является метод выравнивания скоростей различных потоков, основанный на использовании промежуточного буферного запоминающего устройства. Другими словами, потоки пользователей запоминаются в буферной памяти и считываются из нее с требуемыми синхронными скоростями. Однако для обеспечения бесперебойной работы по такому методу необходима память с неограниченной емкостью. Поясним это на простом примере, показанном на рис. 1-4-4. Предположим, имеется резервуар, который заполняется входным потоком с нестабильной скоростью. Выходной же поток должен иметь скорость стабильную. Очевидно, что если скорость входного потока будет больше скорости выходного, резервуар постепенно опустошиться и в дальнейшем скорости на входе и выходе сравняются. Если же скорость входного потока будет меньше скорости выходного - резервуар переполниться.

Рис. 1-4-4

Для обеспечения бесперебойной работы приходиться делать выходной поток прерывистым, поставив кран (К на рис. 1-4-4 б) с регулируемым временем отключения. В этом случае, при переполнении резервуара время отключения выходного потока нужно уменьшать, а при осушении резервуара - увеличивать. Применительно к системе синхронной иерархии подобный "кран" называется указатель, а изменение времени работы "крана" - смещение указателя.

Функционирование указателя поясняется на рис. 1-4-5. Указатель составляет четвертую строку синхронного заголовка и при номинальных скоростях цифровых потоков его размер составляет 5 байт и может меняться в пределах от 1 до 9 байт при согласовании скоростей потоков. В следствии применения механизма указателей характерной особенностью синхронных потоков является наличие фазовые скачки на 1 байт при изменении размера указателя.

Рис.1-4-5

Общий вид синхронного заголовка принято изображать в виде матрицы, в которой собраны все строки (рис. 1-4-6). Первые три строки заголовка содержат данные для управления интервалом системы связи (RSOH), а последние пять строк - для управления секцией системы связи (MSOH). На четвертой строке заголовка располагается указатель административной единицы (AU). Как указывалось выше, общее число байт заголовка - 81. Каждый байт несет определенную информацию. Подробное описание каждого байта приведено здесь.

Рис. 1-4-6

Помимо ряда существенных достоинств системы синхронной иерархии, она обладает и серьезным недостатком при согласовании с европейской иерархией PDH. На рис. 1-4-7 представлен процесс ввода потоков Е1 в синхронный пакет. Поток Е1, условно показанный на рисунке желтой фигурой, снабжается путевым заголовком и указателем в виртуальном контейнере VC-12 и трибутарной единице TU-12. Затем три аналогичных потока объединяются в группу (TUG-2). Семь таких групп в дальнейшем формируют группу TUG-3. Три группы TUG-3 объединяются в виртуальный контейнер VC-4, который снабжается путевым заголовком и указателем, образовывая административную единицу AU-4. И, наконец, AU-4 вставляется в синхронный поток STM-1. На этапах формирования TUG-3 и VC-4 потоки дополняются постоянным заполнением, не несущим никакой информации. Постоянное заполнение приходиться использовать потому, что изначально поток STM-1 создавался под американскую иерархию( T1, T2 и пр.) и не полностью согласуется в европейской иерархией (E1, E2, E3). В следствии этого в поток STM-1, работающий со скоростью 155.52 Мб/с удается вставить только 63 потока E1.

Рис. 1-4-7

Поэтому, в последнее время получает распространение еще одна иерархия цифровых потоков - супер PDH (superPDH). В этой иерархии проводится мультиплексирование множества потоков E в один этап. Так появилось оборудование для мультиплексирования до 75 потоков E1. Примеры подобного оборудования - Pasolink MX, Eclipse, Антерум 630.

Далее...