Существует вариант временного уплотнения цифровых сигналов, который отличается тем, что осуществляется объединение и разделение М цифровых сигналов (Рис. 10).
Рис.10. Вариант временного уплотнения цифровых сигналов
Здесь входные цифровые потоки, имеющие тактовую частоту Ft, объединяются в устройстве объединения (УО) в один суммарный цифровой поток, который имеет тактовую скорость, в М раз превышающую Ft. На приемной стороне этот поток разделяется устройством разделения (УР) на М первичных (исходных) потоков.
Различают два варианта объединения цифровых потоков:
- синхронное объединение,когда исходные цифровые потоки синхронны по частоте и фазе (их тактовые скорости строго одинаковы);
- асинхронное объединение,когда производится объединение цифровых потоков, у которых тактовые скорости несколько отличаются друг от друга по причине использования независимого ГО на приемной и передающей сторонах.
Есть несколько способов объединения цифровых сигналов:
1) посимвольное, 2) поканальное, 3) посистемное.
Рассмотрим сначала посимвольное синхронное объединение (Рис. 10) и принцип работы устройства объединения. Здесь каждый из исходных цифровых потоков ЦПi, i = 1, ..., М, поступает на соответствующую схему Иi, на второй вход которой подается последовательность импульсов Uкi той же частоты Ft = 1/Tt, но длительностью t £ Tt /М. Последовательности UKi и UKj , i ¹ j сдвинуты друг относительно друга на интервал D tij = (i - j)Tt /M ине пересекаются во времени (Рис.11, в,г).
Рис.11. Стандартный абонентский цифровой сигнал
На выходе схемы И, получаем цифровой поток той же частоты, но с укороченными по времени символами, а на выходе схемы ИЛИ - суммарный поток (ЦПS), у которого на каждом интервале Тtразмещается М символов (по одному из каждого исходного ЦП (Рис. 11, д).
В Европе принята следующая иерархия цифровых систем:
- четыре первичные цифровые системы объединяются в одну вторичную (Е2 - ВЦСП); четыре вторичные в одну третичную (Е3 - ТЦСП);
- четыре третичные в одну четверичную (Е4 - ЧЦСП);
- четыре четверичные в одну пятеричную (Е5 - ПтЦСП).
Первичная цифровая система передачи (ПЦСП) типа ИКМ-30 обеспечивает передачу 30 телефонных сигналов. Тогда соответственно ВЦСП обеспечивает передачу 120 сигналов, ТЦСП - 480, ЧЦСП - 1920 и ПтЦСП - 7680 сигналов.
Вместо типа цифровой системы передачи зачастую указывают только количество передаваемых ею каналов, например ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 и ИКМ-7680.
Для разделения суммарного ЦП на исходные необходимо ввести в его состав сигнал синхронизации (СС). Если СС вводить после каждой группы по M информационных символов (Рис. 11, д),то эффективность суммарного цифрового потока будет равна ЭS = M/(M+C), где С - число синхросимволов (компонентов сигнала синхронизации). Даже при С = М, что явно недостаточно для надежного выделения синхросигнала, и М = 8 получим ЭS = 0,5.
Чтобы существенно повысить информационную эффективность суммарного потока, используют дополнительную ступень преобразования (Рис. 12). Здесь суммарный поток, полученный путем синхронного объединения, имеющий скорость М×Ft, поступает в блок буферной памяти 2.
Считывание цифровой информации из памяти производится с частотой fт.гр > М×Ft , в результате блок цифровых символов объемом К × М бит (К - целое число) передается за меньшее время. В освободившееся временное окно вставляется группа импульсов синхросигнала, содержащая q символов, следующих с той же частотой считывания fт.гр .
На выходе схемы «ИЛИ» 3(Рис. 12) получаем полный цифровой поток, содержащий как информационные, так и синхронизирующие символы.
Рис. 12. Дополнительная ступень преобразования
На практике вместо одной буферной памяти емкостью КМ бит удобнее использовать для каждого первичного потока свой индивидуальный блок памяти емкостью К бит (Рис. 14), а устройство объединения УО выполнить по схеме (Рис. 10). При этом блоки БП1 - БПМ работают синхронно с частотой считывания, равной fт.гр /М, и на их выходах образуются синхронные цифровые потоки вида (Рис. 13, б), при условии, что М= 1.
Рис. 13. Суммарный групповой поток.
Временное «окно» в каждом считанном потоке рассчитано на q/M бит, причем во всех первичных потоках эти незанятые позиции совпадают во времени.
Посимвольное объединение преобразованных первичных потоков осуществляется с помощью схем И, ИЛИ (Рис. 10), при этом на позиции временного «окна» через отдельный вход схемы ИЛИ вводится q-разрядная группа служебных символов, следующих с групповой тактовой частотой fт.гр,как и для варианта на рисунке (Рис.12). Групповой поток ЦПS на выходе УО в схеме (Рис. 14) такой же, как и на рисунке (Рис. 12), т.е. равен сумме двух сигналов, изображенных на рисунке (Рис. 13 а, б).
Рис.14. Функциональная схема устройства формирования
группового потока.
Объединение асинхронных цифровых потоков предусматривает две ступени. На первой каждый из исходных Цпi, i = 1, ..., М, поступает на свой блок буферной памяти БП, (Рис. 15), при этом на выходах блоков получаем синхронные потоки с одинаковой тактовой частотой fТ*. На второй ступени осуществляется типовое объединение полученных потоков с помощью блока синхронного объединения (БСО).
Рис. 15. Функциональная схема объединения асинхронных потоков.
При выполнении БСО по схеме (Рис. 14) удобно объединить индивидуальные блоки памяти, используемые для каждого ЦПi на первой и второй ступенях преобразования, и тогда приходим к обобщенной схеме устройства временного объединения (Рис. 16).
Рис. 16. Обобщенная схема устройства временного объединения.
Здесь каждый j-й блок асинхронного согласования (БАС), j = 1, 2, ..., M, на стороне передачи (БАСПД) формирует цифровой поток с тактовой частотой fт.гр /М. Он содержит на одних известных временных позициях ряд служебных символов, а на других, тоже известных позициях, - информационные символы первичного цифрового потока ЦПj, который поступает на вход своего БАСпд со своей тактовой частотой fтj.
В устройстве объединения УО синхронные преобразованные потоки посимвольно объединяются и формируют вторичный (групповой) цифровой поток ЦП с тактовой частотой следования fТ.гр, которая соответствует стандартной цифровой иерархии.
В оконечном пункте приема этот поток в устройстве разделения УР делится на M синхронных первичных преобразованных потоков, каждый из которых поступает на свой приемный блок асинхронного согласования (БАСпр). На выходе этого блока получаем снова исходный первичный поток ЦПj со своей тактовой частотой fТj.
Для правильного разделения генераторное оборудование приема (ГОпр) синхронизируется по тактовой частоте fТ.гри частоте следования синхросигнала СС с помощью приемника синхросигнала (ПрСС) и выделителя тактовой частоты ВТЧ, входящего в состав ГОпр.
Совокупность устройств на рисунке (Рис.16) без учета генераторного оборудования часто называют: на стороне передачи - мультиплексором (МUХ), на стороне приема - демультиплексором (DМХ), асовместно - мульдексом (МХ).
В русскоязычной технической литературе эти устройства называют также оборудованием временного группообразования(ОВГ), добавляя при необходимости указание на то, какие групповые потоки образуются и на какой стороне: передачи или приема. Например, ОВВГпд - оборудование вторичного временного группообразования на стороне передачи, ОТВГпр - третичного на стороне приема и т.п.
Главное требование, предъявляемое к ОВГ, - соблюдение принципа «прозрачности». Он заключается в том, что оборудование временного группообразования не должно накладывать никаких ограничений на структуру объединяемых цифровых сигналов. Соответственно объединяемые должны передаваться по групповым трактам высших уровней без каких-либо изменений их структуры и тактовой частоты.
Обычно тактовые частоты объединяемых ЦПj близки друг к другу и почти равны номинальной частоте fт.ном, однако каждая из них может независимо меняться в пределах fтj = fт.ном(1 ± δf(t)), где δf(t) - относительная нестабильность автономных генераторов, которые формируют эти потоки.
В последних разработках оборудования временного группообразования применяется одностороннее (положительное) согласование скоростей. Такое согласование выполняется тогда, когда на первой ступени преобразования первичного потока выполняется условие
f*т.ном(1 - δf2) > fт.ном(1 + δf1),
т.е. когда при малых отклонениях частот записи и считывания мгновенное значение частоты считывания f*т всегда больше, чем записи fт,
Такая процедура согласования скоростей, которая называется плезиохронной (почти синхронной или PDH - Pleziochronous Digital Hierarchy) отличается тем, что, во-первых, уменьшается период появления «лишних» символов за счет расхождения частот, а во-вторых, образуются только избыточные символы, т.е. в преобразованном потоке появляются только «лишние» неинформационные импульсы, которые устраняются с помощью одной команды согласования скоростей (КСС) и одного сигнала коррекции.
Положительное согласование скоростей нашло исключительное применение в аппаратуре связи стандарта PDH, дальнего зарубежья. Отметим, что стандарты на построение оборудования временного группирования (ОВГ) с двухсторонним и односторонним согласованием скоростей существенно различаются, поэтому в одной ЦСП нельзя использовать на стороне передачи и приема ОВГ разных стандартов.
Существующие плезиохронные методы объединения потоков имеют ряд существенных недостатков.
В PDH системах для выравнивания скоростей приходится добавлять выравнивающие биты в поток, причём в неравные промежутки времени. Из-за этого поток в целом становится не совсем регулярным. Поэтому, чтобы извлечь информацию какого-либо отдельного канала из общего потока, нужно сначала «расшить» весь поток по каналам и удалить лишние выравнивающие биты. Это существеннейший недостаток PDH систем. Становится невозможным на промежуточных пунктах выделять или вводить отдельные каналы или группы каналов без полного демультиплексирования (расшивки) всего потока, а после вывода / ввода (drop / insert) снова мультиплексировать с добавлением новых выравнивающих бит.
Этот недостаток мало сказывается при передаче потока транзитом на длинных магистральных линиях, где такие вводы/выводы редки. А в сетях малой протяжённости, например, между банками и их филиалами, такая операция происходит весьма часто. Это ведёт к существенному увеличению объёма аппаратуры и удорожанию связи.
Другой недостаток PDH – ограниченные возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации (для сигналов маршрутизации практически нет места в циклах и сверхциклах). Поэтому в некоторых случаях дополнительные сигналы передают малым количеством бит взамен других сигналов и не каждый цикл, что ограничивает возможности PDH систем.
Рекомендация G.703 МККТТ вообще не предусматривает необходимые для маршрутизации адресные заголовки. Из-за отсутствия адресов назначения тех или иных каналов при многократных мультиплексированиях / демультиплесированиях можно вообще потерять «историю» возникновения и передачи информации, что приведёт к нарушению схемы маршрутизации всего потока. Некоторые возможности использования PDH систем с разными иерархиями и аппаратурой разных стран для совместной работы предусмотрены в рекомендациях G.747и G.755 МККТТ.
Возникшие проблемы кардинально удаётся решить лишь в рамках нового подхода организации глобальной сети связи. Технические возможности позволяют осуществлять синхронизацию передаваемых и принимаемых потоков всей участвующей в соединении каналов аппаратуре от единого источника высокостабильных сигналов синхронизации. Это сразу снимает проблему необходимости кодовых посылок сигналов синхронизации в циклах и сверхциклах. Причём, стабильность единой системы синхронизации обеспечивается вплоть до весьма высоких тактовых частот (десятки ГГЦ). Значит можно организовать весьма высокоскоростные потоки (выше, чем в PDH), а значит есть запас битовых позиций для организации передачи избыточных символов помимо информационных. Причём этот запас может быть весьма значительным. Это позволяет придавать каждому каналу свои ярлыки, адреса и многие другие дополнительные свойства, позволяющие легко распознавать каждый канал.
Такой путь признан мировым сообществом в качестве оптимального и для его реализации разработана технология синхронной цифровой иерархии (СЦИ) – Synchronous Digital Hierarchy (SDH).
В рекомендации G.707 МККТТ приводятся его следующие преимущества:
- упрощённая техника объединения / разделения цифровых потоков;
- прямой доступ к компонентам без необходимости расшивки всего потока;
- расширение возможностей эксплуатации в сети и технического обслуживания;
- лёгкий переход к всё более высоким скоростям передачи;
- возможность передачи как сигналов SDH систем, так и PDH систем.
Исторически, недостатки, связанные с плохой совместимостью аппаратуры разных стран PDH систем, работающих на разных стандартах, могли проявиться и при разработке SDH систем. Каждая группа разработчиков стремилась внедрять в свою систему уже существующие PDH системы своих стран.
Вначале разработки велись применительно к волоконно-оптическим линиям связи. В США разрабатывали систему синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичную синхронную цифровую иерархию SDH. Они были основаны каждый на своих стандартах организации структуры циклов и скоростей передачи. Такой подход сулил много проблем в будущем при международных стыках. Поэтому комитет SONET отказался от дальнейшей разработки и внедрения своей обособленной иерархии. Трудности в основном заключались в необходимости обеспечения совместной работы систем, основанных на разных стандартах скоростей:
Совместные усилия привели к разработке и публикации в Синей книге трёх основополагающих рекомендаций CCITT (Европейский комитет), теперь называется ITU–I по SDH: Рек. G.707; G. 708; G. 709 и параллельно для Америки организации ANSI и Bellcore опубликовали аналогичные стандарты для SONET.
Чтобы понять принципы организации SDH систем, необходимо освоить ряд новых терминов.
Скорость передачи на первом уровне стыка сетевого узла (ССУ) (Network Node Interface – NNI) установлена равной 155520 кбит / с (выше верхней скорости Европейской PDH, равной 139264 кбит / с). Скорости более верхних уровней SDH получаются умножением в целое число раз: 4 (622080 кбит / с), 16 (2448320 кбит / с), разрабатываются и в 64 раза больше). В стадии разработки уровни ниже первого, например, уровни ниже 60 Мбит / с.
Основополагающим в технологии SDH является принцип построения сети SDH по функциональным слоям. Самый верхний слой – пользователи, нижний – физическая среда передачи сигналов. Каждый вышележащий слой является клиентом нижележащего, который его обслуживает. Разделение на слои отображено в таблице:
Такая структура позволяет производить усовершенствование и замену на более современную аппаратуру в любом слое независимо от других слоёв. Это достигается путём жёсткого соблюдения интерфейсов между слоями независимо от типа оборудования и страны производителя.
интерфейс:
– это совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных устройств;
– позволяет иметь внутри каждого слоя собственные средства автоматизации функций контроля, управления и обслуживания (Operation, administration and Management – OAM).
Название слоя
Примеры
Пользователей
Телефонные абоненты;
источники передачи данных
Каналов
сеть
коммутации каналов
сеть
Коммутации пакетов
Трактов
Низшего порядка
Сеть трактов VC – 12
Высшего порядка
Сеть трактов VC – 4
Среды передачи
Секций
мультиплексных
Волоконно – оптическая сеть
регенерационных
Физическая среда
Слой пользователей – это вся совокупность аппаратных свойств абонентов сети, передающих и получающих информацию.
Сеть каналов – слой, обслуживающий пользователей, содержит электронные АТС, обеспечивающие подключение терминалов пользователей к тем или иным комплектам оконечных АТС системы SDH.
Сетевой слой трактов имеет два подуровня: низшего и высшего поядков, обслуживающих соответственно более низкоскоростные и высокоскоростные потоки.
Групповые тракты на выходе образуют групповые потоки, которые посредством оборудования сопрягаются с линейным трактом – средой передачи.
Информация клиента поступает из слоя в слой или выводится из слоя через точки доступа – интерфейсы.
Совокупность средств передачи информации клиента и средств автоматизации ОАМ внутри слоя называют трассой. Трасса состоит из одного или нескольких звеньев. Границами звеньев являются стык сетевого узла (ССУ), параметры которого оговорены в Рек. G. 708 (структура циклов); в Рек. G. 703 – (электрические характеристики); в Рек. G. 957 – (оптические характеристики).
Горизонтальное деление структуры сети SDH дополняется вертикальным – на подсети, например, международные, национальные, межзоновые, соединённые друг с другом соединительными линиями.
При переходе из слоя в слой информация преобразовывается для адаптации передачи в данном слое (преобразование сигналов, кодов, структуры циклов и т.п.).
На первом этапе, пока SDH системы не являются основными в задачу создаваемых SDH сетей входит передача потоков, образованных РDH системами. Для адаптации РDH потоков для компенсации скоростей используется система УКАЗАТЕЛЕЙ (Points – (P)) и специально зарезервированные биты в циклах SDH (Рек. G. 811).
Передача информации называется в SDH – транспортированием. Сам процесс транспортирования очень напоминает железнодорожные перевозки полезных грузов. Рельсы – линии связи. Конечные станции – терминальные окончания. Промежуточные пункты и разъезды – регенерационные и транзитные пункты. Узлы – узловые пункты. Поезда – циклы.
Грузы грузят в контейнеры различных размеров: 2т; 5т; 20т – целый вагон. Несколько вагонов, предназначенных в одно направление в составе поезда могут включить в сцепку друг с другом. Подобная терминология и в SDH системе.
Информацию пользователя, снабжённую для транспортирования нужными заголовками (сопроводительный документ), помещают в контейнер соответствующего размера (их размеры стандартизованы). Но т.к. этот контейнер не физический ящик, а последовательность бит (блоков) определённой длины и структуры, то такой контейнер называют виртуальным (Virtual Container – VC). Точнее, входящий поток стандартной скорости вначале преобразуется в блоки – контейнеры, которые посредством операции размещения (SDH – mapping) преобразуются в VC с периодом 125
