Общие особенности построения синхронной иерархии

Рассмотрим общие особенности построения синхронной цифровой иерархии SDН. Несмотря на очевидные преимущества сетей SDН перед сетями РDН, они не имели бы такого успех: если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов РDН. Как мы уже отмечали при разработке технологии SONET обеспечивалась преемственность американской, а при разработке SDН – европейской иерархий РDН. В окончательном варианте стандарты SONET / SDН поддерживал обе указанные иерархии. Это выразилось в том, что терминальные мультиплексоры и мультиплексоры ввода/вывода сетей SONEТ / SDН, через которые осуществляется доступ в сеть были рассчитаны на поддержку только тех входных каналов, или каналов доступа, скорость передачи которые соответствовала объединенному стандартному ряду американской и европейской иерархий РDН, именно: 1,5; 2; 6; 8; 34; 45; 140 Мбит/с. Цифровые сигналы каналов доступа, скорость передачи которых соответствует указанному ряду, будем называть трибами Р D Н (или в терминологии связисте компонентными сигналами), а сигналы, скорость передачи которых соответствует стандартном ряду скоростей SDН – трибами SDН.

Итак, первая особенность иерархии SDН – поддержка в качестве входных сигналов канале доступа только трибов РDН и SDН.

Другая особенность – процедура формирования структуры фрейма.

Два правила относятся к разряду общих: при наличии иерархии структур структура верхней уровня может строиться из структур нижнего уровня, несколько структур того же уровня, могут быть объединены в одну более общую структуру. Остальные правила отражают специфику технологии. Например, на входе мультиплексора доступа имеем трибы РDН, которые должны быть упакованы в оболочку фрейма так, чтобы их легко можно было ввести и вывести в нужном месте с помощью мультиплексора ввода-вывода. Для этого сам фрейм достаточно представить в виде некоторого контейнера стандартного размера (в силу синхронности сети его размеры не должны меняться), имеющего сопровождающую документацию-заголовок, где собраны все необходимые для управления и маршрутизации контейнера поля-параметры, и внутреннюю емкость для размещения полезной нагрузки, где должны располагаться однотипные контейнеры меньшего размера (нижних уровней), которые должны иметь некий заголовок и полезную нагрузку и т. д. по принципу матрешки, или по методу последовательных вложений, или инкапсуляции.

Для реализации этого метода было предложено использовать понятие “контейнер”, в который и упаковывается триб. По типоразмеру контейнеры делятся на 4 уровня, соответствующие уровням РDН. На контейнер должен наклеиваться ярлык, содержащий управляющую 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.

Итак, вторая особенность иерархии SDН – трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии РDН.

Виртуальные контейнеры могут объединяться в группы двумя различными способами. Контейнеры нижних уровней могут, например, мультиплексироваться (т. е. составляться вместе) и использоваться в качестве полезной нагрузки контейнеров верхних уровней (т.е. большего размера), которые в свою очередь, служат полезной нагрузкой контейнера самого верхнего уровня (самого большой размера) – фрейма STМ -1.

Такое группирование может осуществляться по жесткой синхронной схеме, при которой место отдельного контейнера в поле для размещения нагрузки строго фиксировано. С другой стороны, из нескольких фреймов могут быть составлены новые (более крупные) образования – мультифреймы.

Из-за возможных различий в типе составляющих фрейм контейнеров и непредвиденных временных задержек в процессе загрузки фрейма положение контейнеров внутри мультифрейма может быть, строго говоря, не фиксировано, что может привести к ошибке при выводе / вводе контейнера, учитывая общую нестабильность синхронизации в сети. Для устранения этого факта на каждый виртуальный контейнер заводится указатель, содержащий фактический адрес начала виртуального контейнера на карте поля, отведенного под полезную нагрузку. Указатель дает контейнеру некоторую степень свободы, т. е. возможность "плавать" под действием непредвиденных временных флуктуаций, но при этом гарантирует, что он не будет потерян.

Итак, третья особенность иерархии SDН – положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронное обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки.

Хотя размеры контейнеров различны и емкость контейнеров верхних уровней достаточно велика, может оказаться так, что-либо она все равно недостаточна, либо под нагрузку лучше выделит несколько (в том числе и с дробной частью) контейнеров меньшего размера. Для этого в SDН- технологии предусмотрена возможность сцепления или конкатенации контейнеров (составление нескольких контейнеров вместе в одну структуру, называемую связистами "сцепкой"). Составной контейнер отличается соответствующим индексом от основного и рассматривается (с точки зрения размещения нагрузки) как один большой контейнер. Указанная возможность позволяет с одной стороны оптимизировать использование имеющейся номенклатуры контейнеров, с другой стороны позволяет легко приспособить технологию к новым типам нагрузок, не известных на момент ее разработки.

Итак, четвертая особенность иерархии SDН – несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения полезной нестандартной нагрузки.

Пятая особенность иерархии SDН состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного (нормального для технологий пакетной обработки в локальных сетях) поля заголовков размером 9×9 = 81 байт. Хотя перегруженность общим заголовком невелика и составляет всего 3,33%, он достаточно большой, чтобы разместить необходимую управляющую и контрольную информацию и отвести часть байт для организации необходимых внутренних (служебных) каналов передачи данных. Учитывая, что передача каждого байта в структуре фрейма эквивалентна потоку данных со скоростью 64 кбит/с, передача указанного заголовка соответствует организации потока служебной информации эквивалентного 5,184 Мбит/с.

Естественно, что при построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый (порождающий) член ряда. Если для РDН значение DS 0 (64 кбит/с) вычислялось достаточно просто, то для SDН значение первого члена ряда можно было получить только после определения структуры фрейма и его размера. Схема логических рассуждений достаточно проста. Во-первых, поле его полезной нагрузки должно было вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC -4, формируемый при инкапсуляции триба 140 Мбит/с. Во-вторых, его размер: 9×261 = 2349 байт и определил размер поля полезной нагрузки STМ -1, а добавление к нему поля заголовков определило размер синхронного транспортного модуля SТМ -1: 9×261 + 9×9 = 9x270 = 2430 байт или 2430×8 = 19440 бит, что при частоте повторения 8000 Гц позволяет определить и порождающий член ряда для иерархии SDН: 19440×8000 = 155,52 Мбит/с.

2.3. ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ SDH

Рассмотрим топологию сетей SDH и особенности ее выбора. Для того чтобы спроектировать сеть в целом, нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в ТЗ на стадии проектирования. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.

2.4.1. Топология "точка-точка"

Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология "точка-точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDН -сети (рис. 2.28). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1 + 1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный.

Рис. 2.28. Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, например, с 622 Мбит/с (STМ -4) на 2,5 Гбит/с (SТМ -16) или с 2,5 Гбит/с (STМ -16) на 10 Гбит/с (SТМ -64). Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (используется в качестве радиусов) и является основой для топологии "последовательная линейная цепь". С другой стороны, топологию "точка-точка" с резервированием можно рассматривать как вырожденный вариант топологии "кольцо" (см. ниже).

2.4.2. Топология "последовательная линейная цепь"

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводиться и выводиться каналы доступа. Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так и мультиплексоров вывода / ввода в точках ответвлений. Эта топология напоминает последовательную линейную цепь, где каждый мультиплексор вывода / ввода является отдельным ее звеном. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рис. 2.29, либо более сложной цепью с резервированием типа 1 + 1, как на рис. 2.30 Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом [48].

Рис. 2. 29. Топология "последовательная линейная цепь" типа "уплощенное кольцо"

Рис. 2. 30. Топология "последовательная линейная цепь" типа «уплощенное кольцо" с защитой

2.4.3. Топология "звезда", реализующая функцию концентратора

В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам (рис. 2.31).

Рис. 2. 31. Топология "звезда" с мультиплексором в качестве коммутатора

Ясно, что этот концентратор должен быть активным и интеллектуальным (в терминологии локальных сетей), т. е. быть мультиплексором вывода / ввода с развитыми возможностями кросс - коммутации (как описано выше). Иногда такую схему называют оптическим концентратором (хабом), если на его входы подаются частично заполненные потоки уровня STM-N (или потоки уровня ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напоминает топологию звезда, где в качестве центрального узла применен мультиплексор SDH.

2.4.4. Топология "кольцо"

Эта топология, см. рис. 2.32, широко используется для построения SDН сетей первых двух уровней SFН иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии – легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию, в синхронных мультиплексорах SMUХ двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приёма/передачи): восток – запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (показаны стрелками на рис. 2.32).

Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, т.е. быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов. Поэтому есть смысл остановиться на них подробно в следующем разделе.

Рис. 2.32. Топология "кольцо" с защитой 1+1 на уровне трибных блоков TU-n