Принципы цифровых технологий передачи сигналов

ВВЕДЕНИЕ

Изобретение телефона Беллом в 1875 г. стало отправной точкой развития телефонной связи, методов и технологий передачи голоса. Прошло сто лет, прежде чем в 1975 г. появился первый микрокомпьютер. До того времени системы связи были аналоговыми (в мире практически вплоть до середины 60-х, а в Украине и России до середины 70-х годов). Цифровых систем связи до этого времени практически не было, хотя ИКМ была известна с 1937 г., а специализированные цифровые компьютеры – с 1939 г. Несмотря на то, что в связи с развитием радиолокации импульсные методы модуляции интенсивно развивались с начала 40^-Х, ИКМ не находила широкого практического применения в средствах связи ввиду громоздкости цифрового оборудования, вплоть до появления в 1959 г. компьютеров второго поколения, использующих транзисторы в качестве элементной базы.

Начало использования цифровых технологий в сетях передачи данных связано с ИКМ, а именно, с системами цифровой телефонии на основе кабельных сетей связи, используемыми для передачи голоса.

Первой коммерческой цифровой системой передачи (ЦСП) для передачи речи, использующей ИКМ и методы мультиплексирования с временным разделением каналов (ВРК), считают ЦСП компании Bell System (США), установленную в Чикаго в 1962 году. Она дала возможность передавать 24 телефонных канала по симметричному кабелю (СимКС) с медными токопроводящими жилами (ТПЖ), проложенному между офисами компании Bell System. Каждый канал использовал скорость передачи 64 кбит/с, все каналы объединялись с помощью мультиплексора (MUX) в единый цифровой поток со скоростью 1536 кбит/с, а с учетом служебного канала (8 кбит/с) этот поток увеличил скорость передачи до 1544 кбит/с. Благодаря последующей стандартизации, он стал известен как поток/тракт DS 1 или T 1, принятый далее в США за первый (или первичный) уровень мультиплексирования для ЦСП плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ/ PDH – Plesioc h ronous D igital Hierarchy). В это время появились ЭВМ третьего поколения (IВМ System 360, 1963 г.), принесших с собой концепцию вывода / ввода канала / тракта с развитой системой MUX вывода / ввода, используемых для организации коммерческих компьютерных систем цифровой передачи данных, а также для объединения компьютеров в локальные сети.

Однако только стремительное развитие микропроцессорной техники и технологии, зародившейся в 1971 г. с появлением первого микропроцессора компании Intel, сделало возможным реальное внедрение цифровой техники в телекоммуникационные системы и привело к широкому распространению и развитию компьютерных сетей, давших вторичный мощный импульс развитию сетей передачи данных на основе ИКМ.

Сетевые компьютерные технологии, разработанные первоначально на основе ЭВМ общего назначения, или мэйнфреймов, ныне применяются для объединения в сеть персональных компьютеров (ПК). Широкое использование сетевых технологий стало доступно только тогда, когда производительность и функциональные возможности микропроцессоров выросли настолько чтобы удовлетворить высоким требованиям по управлению сетью связи.

Сетевые цифровые технологии развивались до последнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса Технологии локальных сетей напротив, использовались, в основном, для передачи данных.

Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов, как за счет мультиплексирования цифровых первичных трактов T 1, так и за счет использования более рациональных методов модуляции, например, использования дифференциальной ИКМ и ее модификаций, позволивших применять для передачи речи скорости 32, 16 и 8 кбит/с.

Развитие схем мультиплексирования привело к возникновению трех цифровых иерархий с разными (для разных групп стран) уровнями стандартизованных скоростей передачи цифровых потоков: DS 2 или T 2/ Е 2, DS 3 или Т З/ Е З, DS 4 или Т 4/ Е 4. Эти иерархии, названные плезиохронными (т. е. почти синхронными) цифровыми иерархиями РDH (ПЦИ), широко использовались и продолжают использоваться как в цифровой телефонии, так и для передачи данных.

Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе РDH привело к появлению двух следующих цифровых технологий: в Америке – синхронной оптической сети SONET - Synchronous Optical Network (СОС), и в Европе – синхронной цифровой иерархии SDH - Synchronous Digital Hierarchy (СЦИ), иногда рассматриваемых как единая технология SONET/SDH, расширившая диапазон используемых скоростей передачи до 40 Гбит/с. Эти технологии используют в качестве среды передачи сигналов оптические волокна (ОВ), являющиеся основным элементом оптических кабелей (ОК).

Технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, а не речи, развивались не по линии уплотнения каналов, а по линии увеличения полосы пропускания каналов передачи данных, необходимой для передачи не только текстовых, но и графических данных, а сейчас и данных мультимедиа. В результате используемые на начальном этапе развития сетевые технологии локальных вычислительных сетей/компьютерных сетей (ЛВС), таких как ARCnet, Ethernet и Тоken Ring, реализующие скорости передачи 2…16 Мбит/с в полудуплексном режиме и 4…32 Мбит/с в дуплексном режиме, уступили место новым скоростным технологиям ЛВС: FDD I, Fast Ethernet и 100 VG - Any LAN, использующие скорость передачи данных 100 Мбит/с и ориентированных в большей части своей также на применение ОК. Апофеозом этого развития становится новая технология 1 (10) Гбит/с Ethernet.

Создание ЛВС масштаба предприятия, корпоративных, региональных и глобальных сетей передачи данных, связывающих множество локальных компьютерных сетей, в свою очередь привело к созданию таких транспортных технологий передачи данных как X. 25, цифровая сеть интегрированного обслуживания (или с интеграцией служб) ISDN (ЦСИО или ЦСИС) и ретрансляция кадров Frame Relay, решавших эти задачи первоначально на скоростях 64 кбит/с…144 кбит/с…1,5/2 Мбит/с соответственно.

Дальнейшее развитие этих технологий также шло по линии увеличения скоростей передачи и привело к трем важным результатам:

– постепенному отмиранию (в плане бесперспективности развития) существующей еще технологии Х. 25;

– увеличению скорости передачи данных, реализуемому технологией Frame Relay, до скорости Т З (45 Мбит/с);

– появлению в недрах технологии широкополосной ISDN (В-ISDN) новой технологии АТМ, или режима асинхронной передачи/пересылки, которая принципиально может применяться на различных скоростях передачи (от 1,5 Мбит/с до 40 Гбит/с) благодаря использованию техники инкапсуляции данных.

В начале ХХІ в. наибольшее внимание уделялось технологии АТМ, хотя в нашей стране существуют только изолировано функционирующие коммерческие сети АТМ и экспериментальные участки сетей, на которых эта технология отрабатывается. В отличие от этого развернуты и полномасштабно функционируют, начиная с 1993 г., десятки крупных сетей SDH. Технология SDH двинулась в регионы, на зоновые и местные участки сетей связи, трансформируя первичную сеть связи (ППС) в телекоммуникационную транспортную сеть (ТТС). На ее основе произошло крупномасштабное переоборудование старой аналоговой сети связи в цифровую интегральную сеть связи, использующую самые передовые технологии. Транспортные сети SDH перерастают в фотонные транспортные сети по технологии волнового мультиплексирования (WDM – Wavelength Division Multiplexing)

ОСОБЕННOСТИ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ

Для передачи речи или данных, рассматриваемых в общем случае как сигнал, имеющий определенные характеристики, используется канал передачи, организуемый между передатчиком и приемником. Один из основных вопросов заключается в том, может ли этот сигнал быть принят без искажений. Если нет, то насколько он искажается при прохождении по каналу передачи. Уровень допустимых искажений сигнала, а точнее отношение сигнал/шум (ОСШ), согласно известной формуле Шеннона-Хартли, определяет, наряду с шириной полосы пропускания, емкость канала связи или допустимую скорость передачи сигнала. Аналоговый сигнал, непосредственно передаваемый по каналу передачи, может быть искажен по амплитуде, фазе и частоте или времени. Эти искажения являются следствиями естественных или искусственных ограничений канала связи, например, на динамический диапазон и полосу пропускания.

При передаче сигнала на дальние расстояния энергетически выгодно использовать высокочастотную несущую, параметры которой модулируются передаваемым сигналом. Для передачи голоса по каналам связи обычно используют два метода модуляции несущей: амплитудную (АМ) и частотную (ЧМ) В процессе модуляции (а это операция нелинейная) симметрично несущей  появляются левые и правые боковые частоты , здесь  - основная полоса частот, занимаемая сигналом. Для АМ , для ЧМ  зависит от индекса модуляции и может быть принято равным, например, 7. Полоса частот, занимаемая модулируемым сигналом (или его спектр), которая и составляет в этом случае требуемую ширину полосы частот канала передачи, равна для АМ 2 , а для ЧМ 14 . ЧМ передача позволяет существенно уменьшить искажения передаваемого сигнала, особенно в канале с паразитной амплитудной модуляцией и затуханиями амплитуды, каким является радиоэфир, однако требует и существенного (в нашем случае в 7 раз) расширения требуемой полосы частот канала связи. На это идут, если передаваемый сигнал один, как например а УКВ ЧМ-трансляции которая позволяет передавать 15 кГц речевого спектра, но требует полосы канала 210 кГц. АМ-трансляция передает основную полосу частот - 5 кГц требуя для полосы канала всего 10 кГц.

Системы связи ассоциируются у нас с системами передачи речи или телефонной связи, которые только в последнее время в связи с развитием модемной и факсимильной связи стали использоваться для передачи данных. Ясно, что эти системы рассчитывались и оптимизировались на передачу речи. Из экономических соображений системы телефонной связи строились как многоканальные системы передачи (МСП), использующие различные методы уплотнения каналов для передачи по кабелю все большего и большего числа каналов (телефонных разговоров) одновременно. Из приведенного выше примера ясно, что при выборе метода модуляции предпочтение было отдано АМ. Более того основная полоса частот передаваемого речевого спектра была оптимизирована по индексу артикуляции (принятого равным 0,7), соответствующему уровню разборчивости слов 85…90% и составила 3100 Гц. Эта полоса размещалась диапазоне 300…3400 Гц.

Учитывая, что указанная полоса частот должна фильтроваться реальным, а не идеальным аналоговым полосовым фильтром, имеющим конечную крутизну спада частотной характеристики в переходной полосе, было предложено использовать - полосу в 4 кГц в качестве основной полосы стандартного канала тональной частоты (КТЧ), используемого первоначально только для передачи речи (защитная полоса между двумя соседними каналами при этом составляет 900 Гц)

Рис. 1.1. Формирование двоичного потока при ИКМ с 7-битным кодированием

Использование ИКМ (известной с 1937 г., но реализованной в технике связи только в 1962 г.) в качестве метода передачи данных позволяет: для систем цифровой телефонии – ликвидировать недостатки, присущие аналоговым методам передачи, а именно:

убрать существенное затухание сигнала и его изменение в сеансе связи и от сеанса к сеансу;

практически устранить посторонние шумы, улучшить разборчивость речи и увеличить динамический диапазон передачи;

для систем передачи данных – организовать канал передачи данных на скорости 56 или 64 кбит/с.

Рис. 1.3. Схема формирования основной канальной группы

Сформированный таким образом поток выборок от разных входных каналов направляется в канал связи. На его приемной стороне демультиплексор с помощью аналогичного коммутатора и фильтров нижних частот выделяет отдельные выборки и распределяет их по соответствующим каналам. Важно то, что коммутаторы на передающей и приемной стороне должны работать синхронно, т.е. должны быть синхронизированы. Схема временного мультиплексирования выборок приведена на рис. 1.4.

Для ИКМ в телефонных сетях коммутатор должен обращаться с периодом равным периоду дискретизации  тогда интервал коммутации канала . где n – число входных каналов мультиплексора, или мкс. Если мультиплексируются 24 канала, то мкс. Однако введенное понятие интервала коммутации как фиксированной величины верно в идеальном случае. На практике в ряде случаев оно условно, а сам процесс коммутации может быть неравномерным.

Рис. 1.4. Схема временного мультиплексирования выборок

Действительно, для синхронизации коммутаторов должен использоваться некий синхроимпульс или его цифровой аналог (например, последовательность вида “11..11” определенной длины). Если он передается по какому-то внешнему каналу управления, то рассмотренная схема идеального мультиплексирования абсолютно верна, если же используется внутриканальная синхронизация, то процесс синхронизации сводится к вставке дополнительного, так называемого выравнивающего, байта или группы байт после m выборок, либо организаций более сложной повторяющейся структуры в потоке выборок, включающей m выборок и k полей определенной длины или выравнивающих бит. Эта структура может быть разной, но она фиксирована для конкретной схемы кодирования ИКМ и носит название кадр или фрейм в терминологии связистов цикл. Несколько фреймов могут объединяться в ещё более сложную структуру под названием мультифрейм, в терминологии связистов " сверхцикл ". Период повторения фрейма – это время, требуемое на один полный цикл коммутаций с учетом времени вставки выравнивающей группы бит. Пример его вычисления при наличии выравнивающей группы бит, рассмотрен более подробно в § 1.4.2.

Другим непривычным моментом (в, казалось бы, ясной схеме временного мультиплексирования, используемой в компьютерных системах) является либо наличие в поле выборки бита, уменьшающего разрядную сетку выборки на один бит (с 7 до 6 или с 8 до 7), либо использование для целей сигнализации целых интервалов коммутации или тайм-слотов.

Рис. 1. 5. Временное мультиплексирование потока данных по схеме с бит-интерливингом

Для примера выбран вариант бит-интервиллинга, где в используемых обозначениях: 1_{1 к} …1_{4 к} ,…., 4_{1 к} …4_{4 к} – цифры 1, 2, 3, 4 соответствуют номерам бит, а индексы – номерам каналов. Стрелкой показано направление бит.

Рис. 1.7. Выходной сигнал и шум квантования при линейной кодификации

В них на входе системы, сигнал сжимается с помощью компрессора до уровня, приемлемого для передачи по каналу связи, а на выходе из канала связи сигнал с помощью эспандера (осуществляющего обратное преобразование) восстанавливается (см. рис. 1.8)

Рис. 1.8. Схема компандерной системы с компрессором и экспандером

Для реализаций такой схемы нелинейной кодификации, достаточно выбрать требуемую степень компрессии и закон нелинейного преобразования, а затем решить проблему аппроксимации функции, соответствующей выбранному закону преобразования. Для нелинейных (прямого и обратного) преобразований входа/выхода идеально подходит пара exp (x) – ln (x). Её и аппроксимируют затем по методу, близкому к линейной неравномерной адаптивной аппроксимации, оптимально выбирая число и наклон прямолинейных аппроксимирующих сегментов. В результате получают некий закон, который, будучи стандартизован, используется в коммерческих системах. Используются два таких закона для симметричного входного сигнала: А -закон (параметр А), и μ -закон (параметр μ), ниже х -вход, у -выход:

А-закон: ,       где  для ;

-закон: y = sgn (x) [ ℓn (1+ ) / ℓn (1+ )].

А -закон (А = 87,6) используется в европейских системах ИКМ и дает минимальный шаг квантования 2 / 4096, -закон используется в американских системах ИКМ (D 1 с   = 100 и D 2 с   = 255), давая минимальный шаг квантования 2 / 8159 (см. ITU-T Rес. G. 711 [30]). Указанный подход позволяет добиваться ОСШ в 30 дБ в динамическом диапазоне 48 дБ, что соответствует эквивалентной схеме кодирования с 13 битами на выборку.

Табл. 1.1. Параметры стандартных ИКМ систем

Параметры	Bell D 1	Bell D 2	U.K.	CEPT
Частотный диапазон, Гц	300-3400	300-3400	300-3400	300-3400
Частота дискретизации, Гц	8000	8000	8000	8000
Квантование: бит на выборку	7	8 (5х8/1х7)	7	8
Кодификация: бит-значение/знак	6/1	7/1	6/1	7/1
Тайм-слот на один фрейм	24	24	24	32
Выравнивание: +бит на фрейм	193=192+1	193=192+1	192+0	256
Фреймов на мультифрейм	-	12	4	16
ИКМ каналов на фрейм	24	24	24	30
Выходной поток – кбит/с	1544	1544	1536	2048
Ёмкость основного цифрового канала – кбит/с	64	64	64	64
Поток данных на канал кбит/с	56	64	56	64
Закон кодификации, значение параметра	-закон =100	-закон =255	А -закон А =87,6	А -закон А =87,6
Возможность внутриканальной сигнализации	1 бит/канал 8 кбит/с	1 бит/6 каналов 1,33 кбит/с	1 бит/2 канала 4 (2×2) кбит/с	Отдельный слот 64 кбит/с
Сигнализация по общему каналу	Не предусмо-трена	Только вместо внутриканаль-ной, 4 кбит/с	Не предусмот-рена	Отдельный слот 64 кбит/с

 

ЦСП типа Веll D 1 (как модификация системы Т 1) до сих пор существуют в северной Америке в силу большой распространенности. Эти 4-х проводные системы используются и для передачи цифровых данных со скоростью 56 кбит/с по цифровым каналам, начало которому было положено компанией АТ&Т (видимо не раньше 1973 г., после внедрения тарифа "267"), предложившей услуги Dataphone Digital Service [1].

ЦСП Веll D 2 в отличие от D 1 более продвинута: использует 8 бит на выборку в пятерках (1…5 и 7…11) фреймов и 7 бит в 6-ом и 12-ом фреймах, редуцируя закон кодификации при переходе с 8 на 7-битное квантование. Система использует выравнивание мультифреймов (12 фреймов) и допускает сигнализацию по общему каналу. В силу широкого распространения в северной Америке. Японии и юго-восточной Азии, система была стандартизована комитетом CCITT [31].

Английская система, как и D 1, использует 7-битное кодирование, но выравнивание осуществляет по мультифрейму (4 фрейма), что позволяет обойтись без 193-го бита (отсюда скорость 1536 кбит/с). Система использует европейский закон кодификации (с 1968 г.), что важно для целей совместимости. Практически вытеснена системой СЕРТ.

Система СЕРТ начала развиваться с начала 70-х годов ХХ в.. Она целиком базировалась на двоичных, а не на двоично-десятичных эквивалентах (как три предыдущие). В результате была выбрана 8-битная схема кодификации и 32 (а не 24) канала для первичного уровня мультиплексирования. Один из каналов (тайм-слот 0) целиком используется для синхронизации (выравнивания фреймов) и передачи системного статуса, второй (тайм-слот 16) – для организации общего канала сигнализации – 64 бит/с. Число фреймов в мультифрейме также кратно 2 и зависит от типа сигнализации. При внутризональной сигнализации используется 16 фреймов на мультифрейм, при использовании общего канала сигнализации – 2 фрейма на мультифрейм. Схема выравнивания проста и кратна 2: 8 бит на фрейм при выравнивании фрейма и 8 бит на 16 фреймов для выравнивания мультифрейма. Система СЕРТ являлась доминирующей не только в Европе, но и в мире.

Табл. 1.2. Три схемы ПЦИ: американская (АС), японская (ЯС) и европейская (ЕС)

Уровень цифровой иерархии	Скорости передачи, соответствующие различным схемам цифровой иерархии
	АС: 1544 кбит/с	ЯС: 1544 кбит/с	ЕС: 2048 кбит/с
0	64	64	64
1	1544	1544	2048
2	6312	6312	8448
3	44736	32064	34368
4	–	97728	139264

 

Параллельное развитие трех различных иерархий не могло способствовать развитию глобальных телекоммуникаций в мире в целом, поэтому комитетом по стандартизации ITU-Т или МСЭ- Т были сделаны шаги по их унификации и возможному объединению. В результате был разработан стандарт, согласно которому:

– во-первых, были стандартизованы три первых уровня первой иерархии (DS 1- DS 2- DS 3), четыре уровня второй иерархии (DS 1- DS 2- DSJ 3- DSJ 4) и четыре уровня третьей иерархии (Е 1- Е 2- Е З- Е 4) в качестве основных и указаны схемы кросс-мультиплексирования иерархий, например, из третьей иерархии в первую (с первого на второй уровень) и обратно (с третьего на четвертый уровень), что и показано на рис. 1.11 (коэффициенты мультиплексирования показаны на линиях связи блоков, представляющих скорости передачи);

– во-вторых, последние уровни первой (274 Мбит/с) и третьей (565 Мбит/с) иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных;

– в-третьих, была сохранена ветвь 32064-97728 кбит/с (или приближенно 32-98 Мбит/с) во второй иерархии, т.е. уровни DSJ 3 и DSJ 4, параллельные уровням DS 3 в первой иерархии и Е 4 в третьей иерархии. Уровень DSJ 3 фактически соответствует уровню Е З, что облегчает кросс-мультиплексирование со второго уровня на третий. Уровень DSJ 4 - 98Мбит/с - был, возможно, сохранен для совместимости с технологией распределенного оптоволоконного интерфейса данных FDDI.

Рис.1.11.

Рис. 1.11. С хема мультиплексирования (–––––) и кросс-мультиплексирования (•••••••) в американской (АС), японской (ЯС) и европейской (ЕС) цифровых иерархий

Работы по стандартизации иерархий в Европе и в Америке привели к:

– разработке схемы плезиохронной цифровой иерархии (РDН или ПЦИ);

– разработке схемы синхронной цифровой иерархии (SONET/SDH или СЦИ).

СИНХРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ СЕТИ

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDН, были, по сути, асинхронными системами, т. к. 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 задающие генераторы могут давать значительное отклонение от точной скорости передачи. Например, для сигналов DS 3 (44,736 Мбит/с) такое отклонение от различных источников может достигать 1789 бит/с.

В синхронных сетях средняя частота всех местных генераторов или одинакова (синхронна) или близка к синхронной (плезиохронна) благодаря использованию центрального генератора (источника) с точностью не хуже 10^-9 (что дает для DS 3 возможное отклонение скорости порядка 0,045 бит/с) В этой ситуации необходимость выравнивания фреймов или мультифреймов стоит не так остро, а диапазон выравнивания значительно уже.

Более того, ситуация с выделением определенного фрагмента потока (например, канала DS 1 или Е 1) упрощается, если ввести указатели начала этого фрагмента в структуре инкапсулирующего его фрейма. Использование указателей (техника эта стара, как компьютерный мир) позволяет гибко компоновать внутреннюю структуру контейнера-носителя. Сохранение указателей в неком буфере (заголовке фрейма или мультифрейма) и их дополнительная защита кодами с коррекцией ошибок позволяет получить исключительно надежную систему локализации внутренней структуры передаваемой по сети полезной нагрузки (фрейма, мультифрейма или контейнера).

Указанные соображения говорят о том, что синхронные сети имеют ряд преимуществ перед используемыми асинхронными, основные из них следующие:

– упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода (см. ниже), позволяя непосредственно вывести (или ввести), например, сигнал Е 1 (2 Мбит/с) из фрейма (или в фрейм) STM -1 (155 Мбит/с), заменяет целую "гирлянду" мультиплексоров РDН (см. рис. 1.12), давая экономию не только в оборудовании (его цене и номенклатуре), но и в требуемом месте для размещения, питании и обслуживании;

– надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует оптические кабели (ОК), 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 поврежденного узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися;

– гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа достаточно широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления с уровнями сетевого и элементного менеджмента, а также возможностью автоматического дистанционного управления сетью из одного центра, включая динамическую реконфигурацию каналов и сбор статистики о функционировании сети;

– выделение полосы пропускания по требованию – сервис, который раньше мог быть осуществлен только по заранее (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 АТМ;

– 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.

АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ SDН

Архитектурные решения при проектировании сети SDН могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, мы рассмотрим здесь только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа "точка-точка") топологий или топологии последовательной линейной цепи.

Табл. 2.1. Классификация стандартных оптических интерфейсов

Использование		Внутри станции	Между станциями
			Короткая секция		Длинная секция
Номинальная длина волны (нм)		1310	1310	1550	1310	1550
Тип волокна		Rec. G. 652	Rec. G. 652	Rec. G. 652	Rec. G. 652	Rec. G. 652 Rec. G. 654	Rec. G. 652
Расстояние (км)а		<2	-15		-40	-80
Уровни STM	STM -1	1-1	S-1.1	S-1.2	L-1.1	L-1.2		L-1.3
	STM -4	1-4	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2		L-4.3
	STM -16	1-16	S-4.16	S-16.2	L-16.1	L-16.2		L-16.3

а) Указанные расстояния условны и используются для классификации, а не для расчетов технических заданий.

Рис. 2. 50. Сонаправ л енный интерфейс для скорости 64 кбит/с

Разнонаправленный тип интерфейса – тип, при котором терминалы неравноправии и делятся на управляющий и управляемый; здесь тактовые сигналы направлены только от управляющего терминала к управляемому, а информационный сигнал как и симметричен и может передаваться от каждого терминала к каждому (рис. 2.51).

Рис. 2. 51. Разнонаправленный интерфейс для скорости 64 кбит/с

Интерфейс с центральным тактовы м генератором – тип, при котором тактовые сигналы направлены от центрального тактового генератора к обоим терминалам, а информационный сигнал, как и раньше, симметричен и может передаваться от каждого терминала к каждому (рис. 2.52).

Рис. 2. 52. Интерфейс с центральным тактовым генератором для скорости 64 кбит/с

Скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала. Скорости передачи данных, указанные в стандарте в основном соответствуют иерархии РDН. Тактовый (синхронизирующий) сигнал, используемый для синхронизации, может передаваться от отдельного источника, либо формироваться из передаваемого информационного сигнала. Частота тактового сигнала может в таких случаях совпадать с приведенной выше скоростью передачи данных и, в последнем случае, она может быть, в 2, 4, 8 раз меньше в зависимости от применяемого метода кодирования данных. Например, для скорости 64 кбит/с номинальной является тактовая частота 64 кГц, но может использоваться тактовая частота (октетная синхронизация).

Тип кода или алгоритм его формирования. Тип кода зависит не только от скорости передачи данных, но и от типа организации аппаратуры интерфейса, например, для скоростей 64 кбит/с. Если код не стандартизован, то описание алгоритма его формирования дается в самом стандарте, как например, для скорости 64 кбит/с при использовании сонаправленного интерфейса. Если же код стандартизован, как например, АМI, то указывается его название или дается краткое описание его особенностей.

Форма импульса и соответствующее поле допуска (маска импульса). Форма импульса и соответствующее поле допуска (маска импульса) приведены в стандарте отдельно для каждой скорости передачи и типа организации взаимодействия аппаратуры интерфейса для скорости 64 кбит/с. Маска одиночного импульса для скорости 64 кбит/с и сонаправленного интерфейса, приведена на рис. 2.53 [14] лишь для иллюстрации, так как маски представляют интерес только для разработчиков подобных интерфейсов.

Тип используемой пары и нагрузочный импеданс. Как указано, могут использоваться либо коаксиальный кабель, либо симметричная пара, либо то и другое (табл.2-5, позиция "импеданс"). Тестируемый нагрузочный импеданс при использовании симметричной пары зависит от используемой скорости передачи и варьируется в пределах 100 – 120 Ом.

Максимальные напряжения импульса и уровень сигнала в паузе. Эти параметры зависят от ряда факторов, в том числе от скорости передачи и относительного уровня шума, которые могут быть указаны специально. Порядок значений возможных при этом уровней сигналов и шума можно оценить по рис. 2.53.

Ширина импульса. В стандарте указаны либо две ширины, соответствующие ширине импульса данных и ширине тактового импульса, либо указана ширина кодированных импульсов, либо только номинальная ширина импульса данных (см. пояснения к табл. 2.5).

Остальные характеристики ясны из комментариев, указанных выше.

Рис. 2.5 3. Маска одиночного импульса для скорости 64 кбит/с и сонаправленного интерфейса

2.9.2 Реализация интерфейса G. 703

Скорости передачи данных и соответствующие им типы кода, тип используемой пары и нагрузочный импеданс, номинальное напряжение импульса (амплитуда сигнала), напряжение при отсутствии импульса (амплитуда паузы) и номинальная ширина импульса приведены в табл. 2.5.

Табл. 2.5

Скорость передачи	64 СНИ	64 ЦГИ	64 НГИ	1544	32064	44736	2048	8448	3468	139264	97728	15520
Тип кода	Спец код	AMI	AMI	AMI B 8 Z S	B 6 ZS B 8 ZS	AMI	B 3 ZS	HDB 3	HDB 3	HDB 3	CMI	AMI
Импенданс (кракс), Ом				75	75	75	75	75	75	75	75	75
Амплитуда сигнала, В	120	110	120	100	110			120
Амплитуда паузы, В	1	1,1	1,0	3,0	1.0	1.0	1,0	2,37	2,37	1	+/-0.55	2.3
Ширина импульса, нс	3,9	15,6	16.6	323,5	79	15,5	11,2	244	59.	14,65	3,69	5,12

Из этой таблицы ясно, что полная реализация интерфейса G. 703 для всех возможных скоростей и типов организации взаимодействия аппаратуры дело весьма трудоемкое, поэтому производители ограничиваются реализацией указанного стандарта для конкретно используемой скоростями передачи, например, для скорости 2048 кбит/с в случае SDН канала 2 Мбит/с. Для скорости 64 кбит/с производители а большинстве случаев указывают и тип организации взаимодействия аппаратуры интерфейса, например. сонаправленный. Для сигналов со скоростями передачи п ×64 кбит/с, характерных д