Подавляющее большинство современных мультиплексоров ввода/вывода строятся по модульному принципу. Среди этих модулей центральное место занимает кросс-коммутатор или просто коммутатор - DXC. В синхронной сети он позволяет установить связи между различными каналами, ассоциированными с определенными пользователями сети, путем организации полупостоянной (временной) перекрестной связи, или кросс- коммутации, между ними. Возможность такой связи позволяет осуществить маршрутизацию в сети SDH на уровне виртуальных контейнеров, например, рис. 2-2, 2-3), управляемую сетевым менеджером (управляющей системой) в соответствии с заданной конфигурацией сети.
Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рис. 2-22, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между грибным блоком TU и каналом доступа (грибным интерфейсом), что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рис.2-23), что равносильно локальной коммутации каналов (как отмечалось у ТМ и ADM выше). На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами (рис. 2-23).
Все это говорит о возможности распределенного управления процессом коммутации в узлах сети SDH. Однако эти возможности в большинстве своем ограничены как по числу коммутируемых каналов, так и по типу виртуальных контейнеров VC, доступных для коммутации. Поэтому в общем случае приходится использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков (34 Мбит/с и выше) и синхронных транспортных модулей $ТМ-N (рис.2-24). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.
Существуют несколько типов коммутаторов SDXC в зависимости от того, какие виртуальные контейнеры они могут коммутировать. Их обозначение в общем случае имеет вид SDXC и/т, где и означает номер виртуального контейнера, который коммутатор может принять на вход, а т - номер максимально возможного уровня виртуального контейнера, который он способен коммутировать. Иногда вместо номера виртуального контейнера m указывают набор коммутируемых виртуальных контейнеров, например, т/р/о. Так например, для уровня STM-1 могут быть указаны следующие типы коммутаторов:
- SDXC 4/4 - коммутатор, позволяющий принимать и обрабатывать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с;
- SDXC 4/3/2/1 - коммутатор, позволяющий принимать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с, и обрабатывать VC-З, VC-2 и VC-1, или потоки 34 или 45, 6 и 1.5 или 2 Мбит/с;
- SDXC4/3/1 - коммутатор, позволяющий принимать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с, и обрабатывать VC-3 и VC-1, или потоки 34 или 45 и 1.5 или 2 Мбит/с;
- SDXC4/1 - коммутатор, позволяющий принимать VC-4, или потоки 140 и 155 Мбит/с, и обрабатывать VC-1, или потоки 1.5 или 2 Мбит/с.
Коммутатор выполняет ряд специфических функций в зависимости от режима работы и состава оборудования, с которым он работает.
2.3.6. Функции, выполняемые
коммутатором
Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором. Они иллюстрируются рис.2-25:
• маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке РОН соответствующего контейнера;
• консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, про- водимая в режиме работы концентратора/хаба;
• трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, (point-to- multipoint), осуществляемая при использовании режима связи "точка-мультиточка";
• сортировка или перегруппировка (grooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных, например, по типу контейнеров, потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;
• доступ к виртуальному контейнеру VC (test access), осуществляемый при тестировании оборудования;
• ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.
2.3.7. Методы кросс- коммутации и
взаимодействие сетей SDH
Как было указано выше кросс-коммутатор может осуществлять три типа коммутации: внутреннюю, локальную и проходную. Рассмотрим кратко как это осуществляется.
Коммутатор может рассматриваться как некоторая внутренняя
многопостовая сеть, связывающая три типа портов: линейные порты
ввода/вывода (in), линейные порты вывода/ввода (trib) и три6ные порты ввода/вывода (trib). Ядром такого
коммутатора является неблокируемая, полно. доступная (в общем случае с трех
сторон - in, out, trib) матрица размера и х и (рис.2-26).
Матриц управляется микроконтроллером и обеспечивает в общем случае коммутацию
сигналов следующий уровней: TU-1 (1.5 или 2 Мбит/с), TU-2 (6 Мбит/с), TU-3 (34
или 45 Мбит/с) и AU-4 (140 Мбит/с). Поэтом возможна организация как однонаправленных,
так и двунаправленных соединений типа: in out,
out-in, in-trib, trib-in, trib-out.
Первые два типа (in-out, out-in) относятся к классу проходных соединений, следующие четыре (in-trib, trib-in, trib-out) - к классу внутренних и последнее (trib-trib) - к классу локальных. Как правило, допускаются соединения типа "точка-точка" - отображение одного входа/выхода на один, выход/вход; "точка-мультиточка" - отображение одного входа на несколько выходов (называемое иногда мультикастинг), например, входа 2 на грибные выходы п-2, п-1, п; "точка - все точки" (отображение, называемое иногда бродкастинг или вещание).
Емкость кросс- коммутаторов может быть достаточно большой до 4096 х 4096 (или 4032 х 4032) соединений. Например, коммутатор компании Siemens, входящий в состав мультиплексоров SM-1/4, имеет емкость 1008х1008 неблокируемых соединений [53].
Мультиплексоры, имеющие такие мощные коммутаторы, дают возможность осуществлять два типа взаимодействия в сети SDH. Во-первых, осуществить связь двух колец SDH с перегрузкой трафика с одного кольца на другое. Причем, два кольца могут быть связаны как с помощью одного, так и двух мультиплексоров. Во-вторых, мультиплексор, рассматриваемый как автономный узел сети, может осуществлять функции концентратора с перегрузкой потоков на три (трехлучевая звезда) или на четыре (чвтырехлучевая звезда) направления. Это позволяет использовать их в сетях с ячеистой структурой, характерной для телефонных сетей общего пользования, где кольцевые схемы иногда менее эффективны ввиду большого различия потоков в сегментах замкнутого маршрута, называемого "технологическим кольцом", чтобы отличать его от топологического кольца SDH, где число потоков во всех сегментах одинаково. Для осуществления таких типов соединений можно использовать блоки коммутаторов, вставляемые в стойку центрального узла (в топологии "звезда"). Для мультиплексоров уровня STM-4 это могут быть, например, 2 дополнительных коммутатора уровня STM-1, способных коммутировать порядка 126- 252 первичных цифровых каналов по 2 Мбит/с каждый, как показано на рис.2-20б [54].
Другим важным примером применения кросс- коммутаторов является организация связи не только различных сегментов сети SDH, но и связи в единую сеть сегментов сетей, различных по технологии, например сетей PDH, SONET и SDH. Характерным примеров таких коммутаторов (класса SDXC 4/3/1), выпускаемых, как правило, в виде отдельных устройств, являются Т::DAX компании ECI и 1641$Х компании Alcatel [55,56].
Коммутатор Т::DAX поддерживает европейские стандарты PDH и SDH и американские стандарты Async и SONET и позволяет осуществлять форматные преобразования PDH, SDH и SONET фреймов, обрабатывая следующий набор грибов PDH, SDH и SONET: 1.5 или 2 Мбит/с, 34 или 45 Мбит/с; STM-1; STS-1,3; ОС-З. Его эквивалентная коммутирующая емкость: основная - 1792х2 Мбит/с, рас- ширенная - 3584х2 Мбит/с [55]. Вариант его использования приведен ниже на рис.2-39.
Коммутатор 1641SX также поддерживает стандарты трех основных технологий PDH, SDH и SONET и позволяет локально или дистанционно обрабатывать потоки с суммарным эквивалентом STM-1 портов: 48, 112 или 192 с квадратной матрицей коммутации или с эквивалентом STM-1 портов: 224 или 560 со специальной матрицей. В конфигурации с эквивалентом 48 STM-1 портов он позволяет, например, коммутировать: 448 каналов 2 Мбит/с, 24 канала 34 Мбит/с и по 16 каналов 140 ))убит/с и STM-1 [56]. Коммутатор может широко использоваться в различных топологиях типа "звезда'(рис.2-27), либо как шлюз между сетями PDH и SDH (рис.2-27а) или между сетями SDH и NET (рис.2-27б), либо вместо мультиплексоров более высокого уровня (рис.2-27в), либо как много портовый концентратор для связи с узловыми мультиплексорами ячеистой сети (рис.2-27г).
Используя описанные выше функциональные элементы SDH, можно построить различные сеть SDH, отличающиеся топологией, выбираемой в соответствии с целями и задачами, которые требуется решить.
Рассмотрим топологию сетей SDH и особенности ее выбора. Для того, чтобы спроектировать сеты целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональна задача, поставленная в ТЗ на стадии проектирования. Это могут быть задачи выбора топологии сеть выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача можно быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, и 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 SDH 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.
Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по транс- океанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, напри- мер, с 622 Мбит/с (STM-4) на 2.5 Гбит/с ($ТМ-16) или с 2.5 (STM-16) на 10 Гбит/с ($ТМ-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 вводится и выводиться каналы доступа. Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих конца цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает последовательную линейную цепь, где каждый мультиплексор ввода/вывода 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].
2.4.3.
Топология «звезда», реализующая функцию
концентратора
В этой топологии один из удаленных 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). Ясно, что этот концентратор должен быть активным и интеллектуальным (в терминологии локальных сетей), т.е. быть мультиплексором ввода/вывода с развитыми возможностями кросс- коммутации (как описано выше). Иногда такую схему называют оптическим концентратором (хабом), если на его входы подаются частично заполненные потоки уровня $ТМ-N (или потоки уровня на ступень ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напоминает топологию "звезда", где в качестве центрального узла используется мультиплексор SDH.
Эта топология, см. рис.2-32, широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток - запруд, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (показаны стрелками на риск. 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.
2.5. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
СИНХРОННЫХ ПОТОКОВ
Одним из основных преимуществ технологии SDH является возможность такой организации сети, при которой достигается не только высокая надежность ее функционирования, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля. Такие сети и системы логично назвать существующим в нашей литературе по системному анализу термином самовосстанавливающиеся. Заметим, что применительно к сетям SDH иногда используется термин "самозалечивающиеся" [11].
В принципе существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей [51,52], которые могут быть сведены к следующим схемам:
1 - резервирование участков сети по схемам 1+1 и 1:1 (см. объяснение ниже) по разнесенным трассам;
2 - организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1+1 и 1:1;
3 - резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1;
4 - восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла; 5 - использование систем оперативного переключения.
Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации. В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам (стопроцентное резервирование), сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам:
— резервирование по схеме 1+1 - сигналы анализируются и выбирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;
— резервирование по схеме 1:1 - альтернативным маршрутам назначаются приоритеты- низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.
Это общие методы восстановления работоспособности, применимые для любых сетей (см. ни- же, 2.7.3, пример с ячеистой сетью).
Во втором случае, наиболее распространенном в сетях SDH, используется топология типа "кольцо", которое может быть организовано с помощью двух волокон (топология "сдвоенное кольцо") или четырех волокон (два сдвоенных кольца). Несмотря на более высокую стоимость четырехволоконного варианта он стал использоваться в последнее время, так как обеспечивает более высокую надежность. Например, такую схему защиты позволяет реализовать мультиплексор 1664 SM/С компании Alcatel и мультиплексоры других фирм.
Защита маршрута в сдвоенном кольце, которая соответствует типу 1+1, может быть организована двумя путями [51].
Первый путь - используется защита на уровне грибных блоков
TU-n, передаваемых по разным кольцам. Весь основной трафик передается в
одном из направлений (например, по часовой стрелке). Если в момент
приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит
сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг
колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит
распределенный по кольцу характер, а сам метод носит название метода
организации однонаправленного сдвоенного кольца.
Второй путь - защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используются как основное, второе - как защитное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки TU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основного и защитного колец на границах дефектного участка (рис.2-33a), образующее но- вое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора (восточной или западной). Современные схемы управления мультиплексорами могут поддерживать оба эти метода защиты. Треугольники на рис.2-33 — 2-36 и последующих обозначают мультиплексоры SDH.
В третьем случае восстановление работоспособности
осуществляется за счет резервирования на уровне грибных интерфейсов. Схема
резервирования в общем случае N:1, что допускает различную степень
резервирования: от 1:1 (100%) до меньшей степени, например, 4:1 (25%), когда
на4 основных грибных интерфейсных карты используется одна резервная, которая
автоматически вы6ирается системой кросс- коммутации при отказе одной из
основных. Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре
SDH для резервирования грибных карт 2 Мбит/с (4:1 или 3:! для STM-1 или 16:1,
12:1, 8:1 для STM-4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков,
например, блоков кросс коммутации и систем управления и резервного питания,
время переключения которых на запасные не превышает обычно
В четвертом случае резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного y3. ла из схемы функционирования. Так, системы управления SDH мультиплексоров обычно дают возможность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа (рис.2-33б).
В пятом случае, характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс- коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в сну чае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих или исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков. Процедура такой реконфигурации может быть централизованной или распределенной [11]. В первом случае она осуществляется сетевым центром управления, может быть реализовано достаточно просто, во втором - совместное решение о реконфигурации должно вырабатываться группой прилегающих систем оперативного переключения. Могут применяться и комбинированные методы.
Использование систем оперативного переключения по принципу организации защиты напоминает схему резервирования 1:1 метода резервирования по разнесенным трассам. Разница, однако, состоит в том, что в последнем случае физический или виртуальный канал уже существует, тогда в первом он формируется в момент оперативного переключения (действие более характерное 41!!й коммутатора/маршрутизатора в сетях пакетной коммутации).
Архитектурные решения при проектировании сети SDH 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 часть используется сочетание кольцевой и радиальной (типа "точка-точка") топологий или топологии по следовательной линейной цепи.
2.6.1 Радиально-кольцевая архитектура
Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведен на рис.2-34. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь". Вместо последней может быть использована более простая топология "точка-точка". Чист радиальных ветвей ограничивается из соображений допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на кольцо.
2.6.2 Архитектура типа
"кольцо-кольцо"
Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рис.2-35 показана схема соединения двух колец одного уровня - STM-4 с помощью интерфейсных карт STM-1, а на рис.2-36 - каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении можно использовать необходимые оптические трибы предыдущего иерархического уровня при переходе от кольца одного уровня к другому (напри- мер, триб STM-1 при переходе на кольцо $ТМ-4 и триб STM-4 при переходе на кольцо STM-16).
2.6.3. Линейная архитектура для сети большой протяженности
Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте (в линейном тракте) между ТМ (рис.2-37) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора еще и регенераторы для восстановления (регенерации) затухающего оптического сигнала, Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-Т Rec. G.957 и Rec. G.958 [24, 25].
Принято различать три типа стандартизованных участков - секций: оптическая секция (участок от точки электронно-оптического до точки опто- электронного преобразований сигнала), которая по сути являются участком волоконно-оптического кабеля между элементами сети SDH (на рис.2-37 не показано), регенераторная секция и мультиплексная секция (рис.2-37).
Оптические секции нормируются, согласно [24] по
длине, при этом выделяют три категории: I - внутристанционная секция, длиной
до 2-х км, S - короткая межстанционная секция, подряда
Мультиплексная секция рассматривается как участок
тракта между транспортными узлами, (мультиплексорами и коммутаторами), допускающий
аналогичное автоматическое поддержание функционирования.
Регенераторная секция рассматривается как участок тракта между двумя регенераторами или между регенератором и другим элементом сети SDH. В [24] для аналогичных определений используются опорные точки А (вход/выход волокна) и С (вход/выход начала/окончания регенератор- ной секции RST) в схеме представления регенераторной секции, определенные в стандарте ITU-T Rec. G.783 [22]. Более подробно это изложено в рекомендациях ITU-Т [24, 25] или в работах [6, 47].
Описанный выше секционный заголовок SOH фрейма STM-N, содержащий управляющую информацию, делится, как указывалось, на две части: RSOH - заголовок регенераторной секции - 27 байтов (строки 1-3, столбцы 1-9) и MSOH - заголовок мультиплексной секции - 47 байтов (строки 5-9, столбцы 1-9) [17]. Регенераторная секция обрабатывает RSOH, который содержит синхросигнал, а также управляющую и контрольную информацию, позволяющую локализовать поврежденную секцию. Этот заголовок, будучи сформированным и введенным в фрейм на входе RST, считывается каждым регенератором и выводится из фрейма на выходе RST, что более подробно описано в [17]. Классификация секций приведена в таб.2-1. Она дает стандартное обозначение секций в зависимости от уровня STM (1, 4, 16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри стан- ции (код использования I), между станциями - короткая секция (код использования S), между станциями - длинная секция (код использования L). В общем случае кодировка типов использования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и имеет формат:
<код использования> - <уровень $ТМ> .
<индекс источника>
Здесь код использования и уровни $ТМ приведены выше, а индекс источника имеет следующие значения и смысл:
— 1 или без индекса - указывает на источник с длиной волны 1310 нм;
— 2 - указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего рекомендациям G.652 (секции S) и G.652, G.654 (секции L);
— 3 - указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего рекомендации G.653.
Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регенераторная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник света с длиной волны 1550 нм.
2.6.4. Архитектура разветвленной сети
общего вида
В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для глобальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mash) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному пути. Это, наряду с присущим сетям SDH внутренним резервированием, позволяет повысить надежность всей сети в целом. Причем при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основ- ном маршруте используется волоконно-оптический кабель (ВОК), то на резервном - радиорелейная линия (РРЛ), или наоборот.
На рис.2-38 представлена архитектура такой разветвленной (глобальной) сети, остов (или опорная/магистральная сеть) которой сформирован для простоты в виде одной сетевой ячейки, узлами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу "каждый с каждым". К этому основу присоединены периферийные сети SDH различной топологии, которые могут быть "образами" либо корпоративных сетей (с выходом на LAN), либо общегородских сетей SDH или MAN (ОГС), либо сегментов других глобальных сетей WAN (ГСС). Эта структура может рассматриваться как некий об- раз глобальной сети SDH.
Еще один пример сети SDH общего вида приведен на рис.2-39. Эта сеть рассматривается в [55] как пример законченного решения сети, связывающей сегменты, использующие как топологии $DH, так и PDH.
Схема сети (рис.2-39) состоит из трех колец SDH, связанных между собой тремя сегментами. Два верхних кольца STM-4 связаны последовательной линейной SDH цепью уровня STM-16. Левые верхнее (STM-4) и нижнее ($ТМ-1) кольца связаны линией Е4 PDH (140 Мбит/с), терминальные мультиплексоры PDH которой PSM-1 на уровне триба Е4 непосредственно связаны с SDH мультиплексорами SDM-1. Замыкающее звено между правым верхним и нижним кольцами SDH использует кросс-коммутатор Т::DAX, связанный на уровне PDH грибов с двумя мультиплексорами SDM-1 нижнего кольца $ТМ-1 с одной стороны и мультиплексором SDM-1 с другой. Последний выполняет несколько функций:
— терминального мультиплексора последовательной линейной цепи SDM-1;
— мультиплексора ввода/вывода для сети доступа, организуемой через PCM-2, и потоков от кросс- коммутатора Т::DAX;
— концентратора-коммутатора потоков между Т::DAX, верхним кольцом STM-4, линейной цепью SDM-1 и PDH мультиплексором PCM-2 в сети доступа.
Наконец, сети SDH общего вида можно рассматривать как транспортную сеть для АТМ трафика, учитывая, что виртуальные контейнеры VC-n могут нести в упакованном виде поток АТМ ячеек в качестве полезной нагрузки. Можно отметить, что в настоящее время стандартизованы процедуры такой упаковки (инкапсуляции) АТМ ячеек в виртуальные контейнеры ЧС-4 и ЧС-4-Хс, используемые в схемах мультиплексирования SDH (более подробно см. рекомендации ITU-Т G.709 [18] или работу [162]).
Для сопряжения SDH и АТМ сетей (рассматриваемых как сети доступа) уже сейчас существуют коммутаторы доступа АТМ, осуществляющие упаковку ячеек АТМ в виртуальные контейнеры SDH. Одним из них является, например, коммутатор АТОМ компании ECI. Схема общей сети SDH и АТМ сети доступа приведена на рис.2-40.
Сокращения, приведенные на указанных рисунках расшифрованы в списке сокращений в конце
2.7. АППАРАТУРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ СЕТЕЙ SDH
2.7.1. Схемная реализация и
характеристики синхронных мультиплексоров
Синхронные мультиплексоры разрабатываются различными зарубежными компаниями и имеют определенные различия характеристик и возможностей, однако в силу высокого уровня стандартизации технологии SDH они в значительной степени унифицированы по основным параметрам. Чтобы понять их внутреннюю структуру, ниже для примера рассмотрены блок-схемы трех мультиплексоров различных уровней: STM-1 (компании Nortel), STM-4 (компании GPT) и уровней STM-4/16 (компании Alcatel). Приведенные спецификации соответствуют, как правило, спецификациям, указанным в фирменной документации.
2.7.1.1 Реализация мультиплексоров
STM-1
Структурная схема мультиплексора STM-1 типа TN-1Х компании Nortel (Northern Telecom) приведена на рис.2-41. Мультиплексор смонтирован на стойке и состоит из следующих основных блоков [48]: четырех грибных интерфейсных блоков TlU с 16 электрическими портами 2 Мбит/с для ввода/вывода до 63 входных потоков;
-двух (основного и резервного) менеджеров полезной
нагрузки - устройств для формирования и управления полезной нагрузкой
(различные типы полезной нагрузки в виде VC-п, TU- п, TUG-2, TUG-
-двух оптических или электрических агрегатных блоков AU А и В с выходными портами 155 Мбит/с (STM-1) "восток" и "запад" для формирования выходных потоков;
-двух (основного и резервного) блоков питания (на схеме не показаны);
одного контроллера и локальной панели оператора (на схеме не показаны).
Он также обеспечивает мультиплексирование до шестидесяти трех входных потоков 2 Мбит/с, подаваемых на входные порты грибных интерфейсных блоков, в один или два потока по 155 Мбит/с, формируемых на выходе электрических или оптических агрегатных блоков.
TN-1Х может быть использован (сконфигурирован) для работы в качестве:
— терминального мультиплексора TM с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме "основной/резервный" для создания защиты типа 1+1 агрегатных портов;
— мультиплексора ввода/вывода с двумя агрегатными блоками (портами "восток" - "запад") для работы в сетях с топологией "кольца" и защитой типа 1+1, создаваемой при организации двойного кольца со встречными потоками (рис. 2-33), или "последовательной линейной цепи" (рис. 2-29);
— мультиплексора ввода/вывода с одним агрегатным блоком для работы в качестве ТМ без защиты в сетях с топологией "точка - точка" или в сетях с топологией "последовательная линейная цепь".
Мультиплексор и его блоки имеют следующие характеристики:
Интерфейсные входы и выходы грибов:
— скорость передачи данных на входе - 2048 кбит/с;
— линейный код - HDB3;
— входной импеданс - 75 Ом (коаксиальный вход), 120 Ом (симметричный вход);
— амплитуда импульса на выходе - +2.37 В (75 Ом) и +3.0 В (120 Ом);
— номинальная длительность импульса - 244 нс;
— максимально допустимые потери в кабеле - 6 дБ;
— максимально допустимые потери на отражение на входе/выходе - 18/8 дБ; — соответствие стандартам - ITU-Т Rec. G.703.
Оптические входы и выходы агрегатных блоков: —
выходная мощность - 1 мВт;
— чувствительность приемника - -34 дБ (при коэффициенте ошибок 10 10).
— максимально допустимые потери на секцию - 28 дБ;
— длина волны - 1310 нм;
— тип волокна оптического кабеля - одномодовый;
— соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.957 (для STM-1).
Электрические входы и выходы агрегатных блоков: —
линейный код - CMI;
— входной импеданс - 75 Ом;
— максимально допустимые потери на отражение на входе/выходе - 15 дБ;
— максимально допустимые потери в кабеле на входе - 12.7 дБ;
— амплитуда выходного импульса - 1.0 В;
— соответствие стандартам - ITU-T Rec. G.703.
2.7.1.2 Реализация мультиплексоров
STM-4
Структурная схема мультиплексора STM-4 типа SMA-4 компании GPT приведена на рис.2-42. Мультиплексор смонтирован на двойной стандартной стойке (980х450х280 мм) и состоит из следующих ос- новных блоков:
— грибных блоков с набором электрических портов для приема входных потоков различной скорости (от 1.5 и 2 до 140 и 155 Мбит/с);
— двух пар (основной и резервной) мультиплексоров и коммутаторов для мультиплексирования, локальной коммутации и управления потоками;
— двух оптических агрегатных блоков с выходными портами 622 Мбит/с (STM-4) "восток" и "запад" для формирования выходных потоков;
— двух (основного и резервного) блоков питания (на схеме не показаны);
— интерфейсами контроля и управления, служебным каналом.
Он обеспечивает мультиплексирование различных входных потоков, подаваемых на входные электрические порты грибных интерфейсов: до 252 или 504 потоков 1.5 Мбит/с или 2 Мбит/с, или до 12 или 24 потоков 34 Мбит/с или 45 Мбит/с, или до 4 или 8 потоков 140 Мбит/с, или до 6 или 12 частично заполненных потоков 155 Мбит/с (при суммарном потоке не выше 252 или 504 потоков 2 Мбит/с) в один или два потока 622 Мбит/с, формируемых на выходе оптических агрегатных блоков.
SMA-4 может быть использован (сконфигурирован) для работы в качестве:
— терминального мультиплексора (TM) с двумя агрегатными блоками, используемыми в режиме: "основной/резервный" - для создания защиты типа 1+1 агрегатных портов для схемы "точка-точка" или защиты типа 1:п для потоков 1.5 или 2 Мбит/с, осуществляемой блоком резервирования грибов (рис. 2-42) при наличии соответствующего резерва входных портов;
— мультиплексора ввода/вывода с двумя агрегатными блоками (портами "восток" - "запад") для работы в сетях с топологией "кольцо" и защитой типа 1+1, создаваемой при организации двойного кольца со встречными потоками (рис. 2-33), или с топологией "последовательная линейная цепь" по схеме на рис. 2-29;
— мультиплексора ввода/вывода с одним агрегатным блоком для работы в качестве TM без защиты в сетях с топологией "точка - точка" или в сетях с топологией "последовательная линейная цепь";
— оптического концентратора (хаба) для осуществления функций консолидации и сортировки в качестве центрального узла в топологии "звезда", на вход которого подаются потоки STM-1 (до 12 частично заполненных STM-1 потоков могут консолидироваться на уровне VC-12 в один или два STM-1 или STM-4 потока);
— небольшого коммутатора, функционирующего самостоятельно или способного объединить до четырех колец 622 Мбит/с.
Мультиплексор и его блоки имеют следующие характеристики:
Интерфейсные входы и выходы грибов:
— скорость передачи данных на входе - 1.5, 2, 34, 45 и 140 Мбит/с, по стандарту - ITU-Т Rec. G.703 или 155 и 622 Мбит/с по стандарту ITU-T Rec. G.709 [18];
— входной импеданс - 75 Ом (коаксиальный вход) - для 15 - 140 Мбит/с, 120 Ом (симметричный вход) - для 1.5 и 2 Мбит/с.
Оптические входы и выходы грибов и агрегатных
блоков:
— длина волны - 1310 нм - для коротких и средних оптических секций, 1550 нм - для длинных секций;
— максимально допустимые потери на секцию:
— STM-4 - 12/12/24 дБ - для коротких, средних и длинных секций при 1310 нм и 24
дБ - для длинных секций при 1550 нм;
— STM-1 - 18/18/28 дБ - для коротких, средних и длинных секций при 1310 нм и 28 дБ -для длинных секций при 1550 нм;
— тип волокна оптического кабеля - одномодовый; — оптические соединители - FC, PC или DIN;
— соответствие стандартам - ITU-Т Rec. G.709 [18] и ITU-Т
Rec. G.957 [24]. Электрические входы и выходы блоков с STM-1:
— линейный код
- CMI;
— входной импеданс - 75 Ом;
— соответствие стандартам - ITU-Т Rec. G.703 [14].
Одной из особенностей мультиплексоров SMA-4 является развитая система защиты, реализуемая путем резервирования различного типа:
— типа 1:1 - для любой пары портов и агрегатных блоков;
— типа 1:п, где n < 8, для 2 Мбит/с грибов;
— дублирование блоков коммутатора, контроллера мультиплексора, связи и питания;
— использование обеих ветвей "восток" - "запад" с выбором лучшего по качеству сигнала, получаемого приемным блоком, для автоматической защиты грибных блоков;
— автоматическое переключение на обходной путь основного потока (4xVC-4) в случае неисправности мультиплексора.
Другой особенностью является преемственность: SMA-4, являясь членом семейства мультиплексоров для уровней $ТМ-1, STM-4 и STM-16, путем простой замены блоков может быть модифицирован в SMA-16 для работы на скорости 2.5 Убит/с.