Принципы построения аппаратуры оптических систем передачи и транспортных сетей

Общая структура аппаратуры (на примере оборудования SDH) транспортных сетей представлена на рис. 1.4. В этой структуре предусмотрены:

- агрегатные (линейные) интерфейсы, в которых определены характеристики оптических передатчиков и приемников;

- функции подстройки указателей TU и AU, мультиплексирование/демультип­лексирование стандартных блоков в TUG, AUG и STM-N для аппаратуры SDH;

- кроссовые компоненты (матрица коммутации цифровых сигналов, оптиче­ский коммутатор волновых каналов и оптических пакетов) для переключений электрических и оптических трактов с целью реализации транзита в узлах, вы­деления и ввода цифровых потоков и волновых каналов, защитных переклю­чений в соединениях и т.д.;

- канальные (пользовательские) интерфейсы, предоставляемые для загруз­ки/выгрузки цифровых данных различным пользователям транспортной сети (электронные АТС, коммутаторы Ethernet и т.д.);

- локальное и сетевое управление с поддержкой функций интерфейсов F (RS- 232) и Q (G.773), каналов передачи данных управления и протокольных на­полнений;

- тактовая сетевая синхронизация с возможностью программирования приори­тетов выбора синхросигналов и портов их ввода, например, порт ТЗ, или ли­нейные порты, или компонентные порты Е1, а также вывода синхросигнала в порт Т4;

- сигнализация обслуживания для световой и звуковой индикации аномальных состояний в корзине оборудования, на стойке, в ряде и т.д.;

- электропитание аппаратуры, осуществляемое от источников питающих напря­жений 48 В и 60 В.

Ряд устройств аппаратуры могут дублироваться с целью повышения надежности. Обязательное резервирование обеспечивается кроссовым коммутаторам (100% — ре­зерв, обозначаемый 1+1 или 1:1), устройствам тактовой синхронизации, в некото­рых применениях резервируются линейные (агрегатные) интерфейсы, пользова­тельские интерфейсы, электропитание. Частичное резервирование для пользова­тельских интерфейсов осуществляется, например, в режиме 1:2, 1:3, 1:4 и т.д., т.е. на несколько физических окончаний одно резервное. Резервирование предполагает автоматическое переключение за время не более 50 мс, что сохраняет в большинст­ве случаев установленные соединения в сети.

 

Общая структура, представленная на рис. 1.4, пригодна для описания любого вида аппаратуры, например, терминального мультиплексора, мультиплексора вво­да/вывода цифровых потоков, узла кроссовой коммутации и даже регенератора. При этом исполнение аппаратуры может быть в нескольких видах, например, уни­версальный мультиплексор в широкой корзине с рядами посадочных мест — сло­тов, компактный мультиплексор на 1-2 платах в корпусе, миниатюрный мультип­лексор, размещенный на одной плате без корпуса, называемый микромультиплек­сором.

Для каждого исполнения мультиплексоров определен набор функций. Наиболь­шие возможности, т.е. максимальный набор функций, обеспечивается в универ­сальном исполнении мультиплексора, где на базе корпуса (корзины) можно реали­зовать:

- терминальный мультиплексор;

- мультиплексор доступа (ввода/вывода) к отдельным цифровым потокам высо­кого и низкого уровней;

- кроссовый коммутатор с возможностями любых перекрестных соединений трактов высокого и низкого уровней;

- регенератор линейного сигнала или оптический усилитель.

Указанные обстоятельства способствовали наиболее широкому использованию универсальных мультиплексоров на сетях связи местного, регионального и магист­рального назначений.

Компактные мультиплексоры также широко используются в сетях связи, но ме­стного и специального назначения, например, в сетях доступа, технологических се­тях трубопроводного, железнодорожного транспорта и т.д. В компактных мультип­лексорах в основном повторимы функции универсальных мультиплексоров, но с существенными ограничениями, например, по числу пользовательских и агрегат­ных портов, по коммутационным возможностям матриц кроссовой коммутации И т.д.

Одноплатное исполнение бескорпусных мультиплексоров предназначено для решения ограниченных задач по транспортировке цифровых потоков. Эти мультип­лексоры встраиваются в различное телекоммуникационное оборудование, напри­мер, в концентраторы и коммутаторы ATM, в коммутаторы Ethernet, в персональ­ные компьютеры (рабочие станции). Основная задача, решаемая микромультиплек­сорами, заключается в высокоэффективной передаче по соответствующей линии (оптической, медной или радио) информационных сообщений. При этом может за­фиксироваться минимальное число ошибок передачи, обеспечиваться защита пере­дачи, высокая скорость и устойчивый тактовый синхронизм.

Для создания различных сетевых элементов на основе универсального мультип­лексора требуется ограниченное количество функциональных компоновочных бло­ков. Известны три основных вида компоновочных блоков: сменные функциональ­ные блоки, соединительные интерфейсы и полки (корзины) оборудования.

Функциональные возможности сетевого элемента в основном определяются сменными блоками. К этим блокам относятся: агрегатный и пользовательские ин­терфейсы, коммутационные матрицы, процессоры указателей, генераторы тестовых последовательностей, блок доступа к заголовку, блок питания.

Соединительные интерфейсы предназначены для установления соединений с внешними устройствами. Они могут содержать электронику для защитных пере­ключений. Соединительные интерфейсы выполняются под инфраструктуру потре­бителя ресурсов транспортной сети. Например, это могут быть коаксиальные или симметричные интерфейсы на основе медных проводников, также это могут быть и волоконно-оптические интерфейсы для пользовательских возможностей на STM-1, STM-4, STM-16. К соединительным интерфейсам также относятся интерфейсы слу­жебной связи, сигнализации, синхронизации, управления.

Полки (корзины) оборудования могут выполняться одно- и двухрядными с раз­личной емкостью сменных блоков. При этом посадочные места сменных блоков могут быть универсальными или жестко программируемыми, закрепляемыми.

Сменные блоки и соединительные интерфейсы в полке связаны шинной струк­турой, пример которой для аппаратуры SDH приведен на рис. 1.5.

Шинной архитектуре соответствует соединение плат в корзине оборудования, как показано на рис. 1.6.

Таким образом, аппаратура транспортных сетей строится по модульному прин­ципу. В каждом модуле реализуются определенные функции схемы мультиплекси­рования SDH, ОТН, ATM, Ethernet, контроля, обслуживания, оперативного пере­ключения, электропитания, сигнализации, управления. Кроме того, модульная структура однозначно вписывается в структуру оптической транспортной сети, представленную в главе 2.

 

Рис. 1.5. Пример структуры оборудования SDH

 

Электронные процессоры-контроллеры являются основными и обязательными элементами сменных блоков аппаратуры. Например, основной контроллерный блок в аппаратуре SDH выполняет две основные функции:

- управление и контроль сменного блока;

- конфигурирует сменный блок и контролирует его;

- контролирует и регулирует функции сменного блока;

- производит самопроверку и диагностику отказов на плате и во всем контрол­лере;

- обеспечивает сопряжение с контроллером канала служебной связи при конфи­гурировании и загрузке программного обеспечения;

- производит измерение аналоговых сигналов (например, при передаче в опти­ческую линию или на приеме).

Рис. 1.7. Пример общей структуры контроллера

 

Основой контроллера является микропроцессор (например, МС68332). Кроме того, в контроллере размещаются различные виды электронной памяти:

- PROM, Programmable Read Only Memory — программируемое постоянное за­поминающее устройство;

- ROM, Read Only Memory — постоянное запоминающее устройство;

- RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом, энергоне­зависимая память данных, статическая;

- EEPROM, Electrically Erasable Programmable Read Only Memory — электриче­ски стираемая программируемая память (стирание по байтам), применяемая для соединительных интерфейсов;

- EPROM, Erasable Programmable Read Only Memory — стираемая программи­руемая память.

Устройства памяти в контроллере могут быть во время работы загружены но­вым программным обеспечением.

Контроллер связан с другими устройствами шинами. Разрядность шины данных динамически адаптируется процессором к разрядности шины данных соответст­вующей памяти. Для выбора памяти используются внутренние сигналы.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) необходим для обработки аналого­вых сигналов процессором. Например, когда необходимо фотоэлектрический сиг­нал на приеме измерить по амплитудному значению.

Основной микропроцессор и микропроцессор связи взаимодействуют между собой через общую память RAM и две линии квитирования. Двунаправленные драйверы (обозначено треугольниками) предназначены для включения в работу шины сигналов и шины передачи данных. Для поддержки функций сетевого управ­ления формируются шины каналов передачи данных:

DCCr, Data Communication Channel г — канал передачи данных для секции ре­генерации SDH

DCCm, Data Communication Channel m — канал передачи данных для секции мультиплексирования SDH.

Интерфейсы процессоров являются собственными средствами для устранения отказов, для загрузки программного обеспечения и тестирования аппаратных средств. Для поддержки служебных встроенных каналов управления систем пере­дачи (ЕСС, Embedded Control Channel) предусматривается контроллер протоколов HDLC (High-level Data Link Control).

Важнейшей функцией каждого сменного блока является обработка тактовых сигналов. При этом реализуются функции:

- подстройка тактового сигнала;

- подстройка цикловой синхронизации;

- тактовая синхронизация.

Задача подстройки тактового сигнала генератора в сменном блоке состоит в том, чтобы синхронизировать тактовый сигнал этого генератора с задающим гене­ратором всего оборудования. При этом выбирается качественный сигнал с устра­ненным фазовым дрожанием. Тактовый сигнал может иметь частоты 38,88 МГц, 77,76 МГц и другие. Цикловая синхронизация осуществляется с частотой 8 кГц. Эти такты синхронизированы с тактами 38,88 МГц или другими.

Контрольные вопросы

1. Что следует понимать под оптической системой передачи?

2. Какие компоненты различают в системах передачи?

3. Какое назначение имеют мультиплексоры в системе передачи?

4. Какие каналы образуются в системах передачи?

5. Чем отличаются каналы КТЧ и ОЦК?

6. Какое назначение имеют промежуточные станции в системах передачи?

7. Что используется в качестве физической среды передачи?

8. Почему стеклянные световоды нашли широкое применение в системах пере­дачи и транспортных сетях?

9. Что следует понимать под транспортной сетью?

10. Какие сети электросвязи входят составной частью в транспортную сеть?

11. Какие электронные компоненты аппаратуры оптических систем передачи можно считать основными для цифрового мультиплексирования?

12. Какие оптические компоненты обеспечивают передачу и восстановление сигналов в волоконных световодах?

Глава 2