Сети SDH. Параметры. Функциональные элементы. Топология.
Технология SDH разработана для транспортных сетей, позволяющих гибко формировать цифровые каналы широкого диапазона скоростей.
Каналы SDH относятся к классу полупостоянных (постоянная коммутация разрывается по истечении какого-то времени) – формирование канала происходит по инициативе оператора сети SDH (для устойчивых во времени потоков) и используется термин кросс-коннект (cross-connect), а не коммутация. Применяются для объединения большого количества периферийных каналов, менее скоростных или технологии PDH.
Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением временем, при котором информация от отдельных абонентов адресуется относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях коммутации пакетов.
Технология SONET/SDH поддерживает определенную иерархию скоростей:
| STM-1 | 155, 520 Мбит/с |
| STM-4 | 622,080 Мбит/с |
| STM-16 | 2,488 Гбит/с |
| STM- 64 | 9,953 Гбит/с |
| STM-256 | 39,81 Гбит/с |
Все уровни скоростей (соответственно форматы кадров) имеют название: STM-N (Synchronous Transport Module level N).
Операции мультиплексирования и ввода-вывода выполняются с использованием виртуальных контейнеров (Virtual Container, VC), которые переносят через сеть SDH блоки данных PDH. Виртуальный контейнер содержит также служебную информацию, заголовок (о процессе прохождения контейнера вдоль пути его начальной до конечной точки) и др. служебные данные. В результате чего, он имеет больший размер, чем блок данных.
Виртуальные контейнеры являются единицей коммутации мультиплексоров SDH. В каждом мультиплексоре существует таблица соединений (кросс-соединений) портов, чтобы обеспечить сквозной путь для соединения конечных точек сети, к которым присоединено оборудование пользователей.
Для совмещения в рамках одной сети синхронной передачи кадров STM-N с асинхронным характером переносимым этим кадров данных PDH, применяются указатели. Они заменяют выравнивание скоростей асинхронных источников с помощью дополнительных битов. Указатель определяет текущее положение виртуального контейнера («плавает») в структуре более высокого уровня – трибутарном блоке (которые объединяются в административный) или административном, которые занимают фиксированное положение в кадре. Система указателей позволяет мультиплексору находить положение пользовательских данных в синхронном потоке байтов кадров STM-N и «на лету» извлекать их, принятый в PDH.
Схема мультиплексирования SDH предоставляют разнообразные возможности по объединению пользовательских потоков 2 Мбит/с (один поток Е4; 63 потока Е1; один поток Е3 и 42 потока Е1 и др.).
Достоинства:
· гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей, позволяющих вводить (add, insert) в магистральный канал и выводить (drop) из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости, не демультиплексируя поток в целом. Уровни стандартизированы, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей;
· отказоустойчивость сети, «живучестью», автоматическая реакция оборудования на обрыв кабеля, отказ порта, мультиплексора, направляя трафик по резервному пути или переход на резервный модуль;
· мониторинг и управление сетью на основе информации, встроенной в заголовки кадров. Уровень управляемости сети не зависит от оборудования производителя, создается основа для наращивания функций менеджмента;
· высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа (голосового, видео, данных). Техника TDM, лежащая в основе SDH, обеспечивает трафику каждого абонента гарантированную пропускную способность, а также низкий фиксированный уровень задержек;
· может легко интегрироваться с технологией DWDM сети SDH, обеспечивающей передачу информации по оптическим магистралям с более высокими скоростями за счет мультиплексирования с разделением по длине волны. В магистральных сетях на основе DWDM сети SDH будут играть роль сети доступа, как сети PDH по отношению к SDH.
Недостатки: неспособность динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети - свойстве, обеспечиваемом пакетными сетями.
Типы оборудования:
Основным элементом сети SDH является мультиплексор. Он оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH. Порты Mux SDH делятся на агрегарные (линейные) и трибутарные (порты ввода-вывода). Mux SDH делятся на терминальные (Terminal Multiplexor, TM) и ввода-вывода (Add-Drop Multiplexor, ADM). Разница между ними не в составе портов, а в положении Mux в сети SDH. TM завершает агрегарные каналы, мультиплексируя в них большое количество каналов ввода-вывода (трибутарных). Mux ADM транзитом передает агрегарные каналы, занимая промежуточное положение на магистрали. Агрегарные порты Mux поддерживают максимальный для данной модели уровень скорости STM-N, который является характеристикой мультиплексора в целом (STM-4 или STM-16).
Мультиплексоры, называемые кросс-коннекторами (Digital Cross-Connect, DXC), выполняют операции коммутации над произвольными контейнерами, в отличии от мультиплексоров ввода-вывода, поддерживает только специальные операции, коммутации контейнеров из агрегарного потока с соответствующим контейнером трибутарного потока. Могут быть и универсальные со всеми перечисленными свойствами.
Другим элементом являются регенераторы, необходимые для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами, зависящих от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания ВОК. Преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, при этом восстанавливается форма сигнала и его временные характеристики.
Стек протоколов SDH состоит из протоколов 4-х уровней:
1. физический уровень (photonic) , фотонный, кодирует биты информации путем модуляции света (кодируется оптический сигнал потенциальным кодом NRZ);
2. уровень секции (section) поддерживает физическую целостность сети. Секцией в технологии SDH называется каждый непрерывный отрезок ВОК, который соединяет пару устройств сети между собой (мультиплексор – регенератор, регенератор – регенератор). Секцию называют регенерационной, т.е. не требует оконечных мультиплексоров. На основе служебной информации может проводить тестирование секции и операции административного контроля;
3. уровень линии (line), отвечает за передачу данных между двумя мультиплексорами сети. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STM-N для операции мультиплексирования и демультиплексирования. Протокол линии также ответственен за проведение операции реконфигурирования линии в случае отказа какого-либо ее элемента, называют мультиплексной секцией,
4. уровень тракта (path) отвечает за доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт – это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол должен принять данные в пользовательском формате (например Т1) и преобразовать его в синхронные кадры STM-N.
Типовые топологии:
Наиболее часто используются кольца и линейные цепи мультиплексоров, также ячеистая топология близкая к полносвязной.
Кольцо SDH строится из мультиплексоров ввода-вывода, имеющих по два агрегарных порта. Пользовательские потоки вводятся и выводятся через трибутарные порты, образуя соединение «точка-точка» (через мультиплексоры кольца). Отказоустойчивость или живучесть высокая – при однократном обрыве кабеля соединение сохраниться, если его направить по кольцу в противоположном направлении. Кольцо строится на основе кабеля с двумя волокнами. Для повышения надежности и пропускной способности могут применять четыре волокна. Для протяженных линий связи могут применяться плоские кольца.
Цепь – это линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных – терминальные, а остальные (промежуточные) мультиплексоры ввода-вывода.
Эти базовые топологии могут комбинироваться, образуя участки с радиально-кольцевой топологией.
Ячеистая топология, при которой мультиплексоры соединяются друг с другом большим количеством связей, чтобы повысить производительность и надежность сети.