Архитектура и ассоциации слоев транспортных цифровых сетей
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное
Образовательное бюджетное учреждение
Высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
Н. Н. Кулева,
Е. Л. Федорова
Перспективные технологии
В инфокоммуникационных системах.
Архитектура SDH
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
СПб ГУТ)))
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
УДК 621.316.5
621.395
Рецензенты:
кандидат технических наук, профессор кафедры Фотоники и Линий связи
Лев Николаевич Кочановский
кандидат технических наук, начальник центра управления сетью ЗАО «РАСКОМ»
Дмитрий Александрович Никитин
Утверждено редакционно-издательским советом СПбГУТ
в качестве учебного пособия
| Кулева, Н. Н. | |
| Перспективные технологии в инфокоммуникационных системах. Архитектура SDH: учебное пособие / Н. Н. Кулева, Е. Л. Федорова; СПбГУТ. – СПб., 2016. – 67 с. Приведена архитектура транспортных сетей синхронной цифровой иерархии. Рассмотрены этапы мультиплексирования при формировании агрегатных сигналов STM‑N, sSTM‑2n, sSTM‑1k и при организации конкатенированных трактов виртуальных контейнеров. Указаны ассоциации сетевых слоев при передаче сигналов контроля качества передачи и аварийных сигналов. Приведены алгоритмы функций адаптации, завершения трейла и соединения в сетевых слоях. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи, профиль Оптические системы и сети связи, квалификация (степень) бакалавр. Издание второе. |
УДК 621.316.5
621.395
Ó Кулева Н. Н., Федорова Е. Л., 2016
Ó Федеральное государственное образовательное
бюджетное учреждение высшего
образования «Санкт-Петербургский
государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича», 2016
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
A(Adaptation) – адаптация;
A1, A2 -байты цикловой синхронизации для STM;
A1-A4 -байты цикловой синхронизации для sSTM;
ADM (Add/Drop Multiplexer) – мультиплексор ввода-вывода;
AIS(Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния;
AMI(Alternative Mark Inversion) – код с чередованием полярности;
AP(Асcess Point) – точка доступа;
ATM (Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный режим передачи;
AU (Administrative Unit) – административный блок;
AU-3(Administrative Unit level 3) – административный блок третьего порядка;
AU-4(Administrative Unit level 4) – административный блок четвертого порядка;
AU-AIS(Administrative Unit Alarm Indication Signal) - сигнал индикации аварийного состояния административного блока;
AUG(Administrative Unit Group) –группа административных блоков;
AU-LOP(Administrative Unit Loss Of Pointer) - потеря указателя
aдминистративного блока;
AU PTR (Administrative Unit Pointer) – указатель административного блока;
B1 -байт контроля ошибок регенерационной секции;
B2 -байт контроля ошибок мультиплексной секции;
B3 -байт контроля ошибок трактов виртуальных контейнеров VC-3, VC-4;
B3ZS (Bipolar with 3 Zero Substitution) - биполярный код с замещением трех нулей;
B8ZS (Bipolar with 8 Zero Substitution) - биполярный код с замещением восьми нулей;
BIP(Bit Interleaved Parity) – проверка на четность чередующихся бит (проверка на четность);
BIP-2 (Bit Interleaved Parity -2) – проверка на четность чередующихся бит c номерами 1 и 2 (контроль ошибок в слое трактов низкого порядка);
BIP-8 (Bit Interleaved Parity - 8) – проверка на четность чередующихся бит с номерами 1, 2...8 (контроль ошибок в регенерационной секции и трактах высокого порядка);
BIP-24xN (Bit Interleaved Parity -24хN) – проверка на четность чередующихся бит с номерами 1, 2, 3...24хN (контроль ошибок в мультиплексной секции);
C (Connection) – соединение;
C(Container) – контейнер;
С2 -байт метки сигнала;
C-11 (Container of level 11) - контейнер первого уровня. Служит для размещения информации со скоростью 1544 кбит/с;
C-12 (Container of level 12) - контейнер первого уровня. Служит для размещения информации со скоростью 2048 кбит/с;
C-2 (Container of level 2) - контейнер второго уровня. Служит для размещения информации со скоростью 6312 кбит/с;
C-31 (Container of level 31) - контейнер третьего уровня. Служит для размещения информации со скоростью 34368 кбит/с;
Служит для размещения информации со скоростью 34368 кбит/с;
C-32 (Container of level 32) - контейнер третьего уровня.Служит для размещения информации со скоростью 44736 кбит/с;
C-4 (Container of level 4) - контейнер четвертого уровня. Служит для размещения информации со скоростью 139264 кбит/с;
CP (Connection Point) – точка соединения;
D1-D12 -байты встроенного канала управления;
DWDM (Dance Wavelength Division Multiplexing) – плотное мультиплексирование с разделением по длинам волн;
E-11 -цифровой сигнал первого уровня плезиохронной цифровой иерархии в Северной Америке и Японии;
E-12 -цифровой сигнал первого уровня плезиохронной цифровой иерархии в Европе и Австралии;
E-2 -цифровой сигнал второго уровня плезиохронной цифровой иерархии в Северной Америке и Японии;
E-31 -цифровой сигнал третьего уровня плезиохронной цифровой иерархии в Европе и Австралии;
E-32 -цифровой сигнал третьего уровня плезиохронной цифровой иерархии в Северной Америке;
E-4 -цифровой сигнал четвертого уровня плезиохронной цифровой иерархии в Европе и Австралии;
F2, F3 -байтыканалов пользователей тракта;
G1- байт статуса или состояния тракта виртуального контейнера высокого порядка;
GFP (GenericFramingProcedure)–основная процедура для формирования кадров, позволяющая осуществлять более эффективное отображение данных в сетях SDH;
H1, H2, H3 –байты указателя административного блока;
H4 -байт индикатора положения;
HDB-3 (High Density Bipolar-3) – код высокой плотности единиц с замещением четырех нулей;
HP PLM(Higher Order Path Payload Mismatch) – несовпадение полезной нагрузки тракта высокого порядка;
HP TIM(Higher Order Path Trace Identifier Mismatch) - несовпадение идентификатора трассы тракта высокого порядка;
HPA(Higher order Path Adaptation) - адаптация тракта высокого порядка;
HPC(Higher order Path Connection) – соединение тракта высокого порядка;
HPT(Higher order Path Termination) - завершение тракта высокого порядка;
IP(Interworking Protocol) – протокол взаимодействия (протокол сети Internet);
J0 -байт идентификатора трассы регенерационной секции;
J1 -байт идентификатора трассы тракта высокого порядка;
J2 -байт идентификатора трассы тракта низкого порядка;
K1 и K2 -байты каналов автоматического защитного переключения APS(Automatic Protection Switching) для защиты мультиплексной секции и индикации дефектов удаленного конца мультиплексной секции (MS RDI);
K3- байт канала автоматического защитного переключения APS (Automatic Protection Switching) для защиты на уровне трактов VC-4/VC-3;
K4 - байт канала автоматического защитного переключения APS (Automatic Protection Switching) для защиты на уровне трактов низкого порядка;
LOF(Loss Of Frame) – потеря цикла;
LOS(Loss Of Signal) – потеря сигнала;
LPA(Lower order Path Adaptation) - адаптация к слою тракта низкого порядка;
LPC(Lower order Path Connection) - соединение тракта низкого порядка;
LP PLM(Low order Path Payload Mismatch) –несовпадение полезной нагрузки тракта низкого порядка;
LPT(Lower order Path Termination) - завершение тракта низкого порядка;
LP TIM(Low order Path Trace Identifier Mismatch) – несовпадение идентификатора трассы тракта низкого порядка;
M1 -байт индикации ошибки удаленного конца мультиплексной секции (MS REI);
MSA(Multiplex Section Adaptation) - адаптация к слою мультиплексной секции;
MS-AIS(Multiplex Section Alarm Indication Signal) – индикация аварийного состояния мультиплексной секции;
MSOH(Multiplex Section Overheard) – заголовок мультиплексной секции;
MST(Multiplex Section Termination) - завершение мультиплексной секции;
N1 - байт оператора сети для обеспечения функции контроля тандемного соединения для транспортирования
VC-4-Xc/VC-4/VC-4;
N2- байт оператора сети для обеспечения функции контроля тандемного соединения для транспортирования VC-2|/VC-12/VC-11;
NRZ (Not Return Zero) – формат символов без возращения к нулю;
OTM(Optical Time Multiplexing) – оптическое мультиплексирование с разделением во времени;
PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) – плезиохронная цифровая иерархия;
PPI(PDH Physical Interface) –физический интерфейс сигнала PDH;
PPT (PDH Physical Termination) – завершение тракта PDH;
POH(Path Overhead) – трактовый заголовок;
PTR(Pointer) – указатель;
RDI(Remote Defect Indication) – индикация дефектов удаленного конца;
REI(Remote Error Indication) – индикация ошибок удаленного конца;
RSOH(Regenerator Section Overhead) – заголовок регенерационной секции;
RST(Regenerator Section Termination) – завершение регенерационной секции;
S1 -байт статуса синхронизации;
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия;
SOH (Section Overhead) – секционный заголовок;
SP RING(Shared Protection Ring) – «кольцо» с совместно используемой
защитой;
SPI(SDH Physical Interface) – физический интерфейс синхронной цифровой иерархии;
STM-0 (Synchronous Transport Module of level 0) – синхронный транспортный модуль нулевого уровня SDH (соответствует Sonet ОС-1) со скоростью 51,840 Мбит/с;
sSTM-1k(Sub Synchronous Transport Module level 1k) – субсинхронный транспортный модуль уровня 1k, где k=1,2,4,8,16 ( при k=1 скоростьsSTM-11 равна 2880 кбит/с);
sSTM-2n(Sub Synchronous Transport Module level 2n) – субсинхронный транспортный модуль уровня 2n, где n=1,2,4 (при n=1 скоростьsSTM-21 равна 7488 кбит/с);
STM-1 (Synchronous Transport Module level 1) – синхронный транспортный модуль первого уровня SDH со скоростью 155,520 Мбит/с;
STM-4 (Synchronous Transport Module level 4) – синхронный транспортный модуль четвертого уровня SDH со скоростью 620,080 Мбит/с;
STM-16 (Synchronous Transport Module level 16) – синхронный транспортный модуль шестнадцатого уровня SDH со скоростью 2488,320 Мбит/с;
STM-64 (Synchronous Transport Module level 64) – синхронный транспортный модуль 64 уровня SDH со скоростью 9,95328 Гбит/с;
STM-256 (Synchronous Transport Module level 256) – синхронный транспортный модуль 256 уровня SDH со скоростью 39,81312 Гбит/с;
STM-N (Synchronous Transport Module level N) – синхронный транспортный модуль SDH уровня N, где N=1, 4, 16, 64, 256;
T (Termination) – завершение;
TC(TandemConnection) – тандемное соединение;
TCP(Termination Connection Point) – завершающая точка соединения;
TM(Terminal Multiplexer) – оконечный мультиплексор;
TU-11(Tributary Unit level 11) – трибутарный блок, соответствующий виртуальному контейнеру VC-11 в схеме мультиплексирования SDH;
TU-12(Tributary Unit level 12) – трибутарный блок, соответствующий виртуальнойму контейнеру VC-12 в схеме мультиплексирования SDH;
TU-2(Tributary Unit level 2) – трибутарный блок, соответствующий виртуальнойму контейнеру VC-2 в схеме мультиплексирования SDH;
TU-3(Tributary Unit level 3) – трибутарный блок, соответствующий виртуальнойму контейнеру VC-3 в схеме мультиплексирования SDH;
TU-AIS(Tributary Unit Alarm Indication Signal) – индикация аварийного состояния трибутарного блока;
TUG-2(Tributary Unit Group level 2) – группа трибутарных блоков второго порядка;
TUG-3(Tributary Unit Group level 3) – группа трибутарных блоков третьего порядка;
TU-LOP(Tributary Unit Loss of Pointer) – потеря указателя трибутарного блока;
TU PTR(Tributary Unit Pointer) –указатель трибутарного блока;
TU-n(Tributary Unit level n) – трибутарный блок уровня n;
V1- V4 –байты указателя трибутарных блоков TU-11, TU-12, TU-2;
V5 -первыйбайт трактового заголовка виртуальных контейнеровVC-11, VC-12, VC-2;
VC-11(VirtualContainer level 11) - виртуальный контейнер первого уровня для размещения сигнала со скоростью 1544 кбит/с;
VC-11-Xc(VirtualContainer level 12-Xc) - конкатенированный виртуальный контейнер первого уровня для размещения сигнала со скоростью 1544 кбит/с увеличенной в X раз полезной нагрузкой, где X=2,…64;
VC-12(VirtualContainer level 12) - виртуальный контейнер первого уровня для размещения сигнала со скоростью 2048 кбит/с;
VC-12-Xc(VirtualContainer level 12-Xc) - конкатенированный виртуальный контейнер первого уровня для размещения сигнала со скоростью 2048 кбит/с увеличенной в X раз полезной нагрузкой, где X=2,…64;
VC-2(VirtualContainer level 2) - виртуальный контейнер второго уровня;
VC-2-Xc(VirtualContainer level 2-Xc) - конкатенированный виртуальный контейнер второго уровня с увеличенной в X раз полезной нагрузкой, где X=2...7;
VC-3(VirtualContainer level 3) - виртуальный контейер третьего уровня;
VC-3-Xc(VirtualContainer level 3-Xc) - конкатенированный виртуальный контейнер третьего уровня для размещения сигнала с увеличенной в X раз полезной нагрузкой;
VC-4(VirtualContainer level 4) - виртуальный контейер четвертого уровня;
VC-4-Xc(VirtualContainer level 4-Xc) - конкатенированный виртуальный контейнер четвертого уровня с увеличенной в X раз полезной нагрузкой, где X=2...256;
VC-n-Xс(VirtualContainer level n-Xc) - конкатенированный виртуальный контейнер n уровня с увеличенной в X раз полезной нагрузкой,
WDM(Wavelength Division Multiplexing) – мультиплексирование с разделением по длинам волн;
АРХИТЕКТУРА И АССОЦИАЦИИ СЛОЕВ ТРАНСПОРТНЫХ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ
Телекоммуникационные транспортные сети включают сети передачи информации, сети тактовой синхронизации и сети контроля и управления.
Непосредственно архитектура транспортных сетей имеет трехслойную структуру, состоящую из канального слоя, слоя трактов и слоя секций.
Архитектурное представление транспортных сетей позволяет рассматривать и анализировать процессы передачи сигналов, методы формирования трактов, работу мультиплексоров и другие сетевые проблемы в целом и по отдельным процедурам, и в этом случае все процессы, происходящие при функционировании сетей, представляются как элементарные или составные функции адаптации, завершения трейла и соединения, а границы слоев как типовые интерфейсы, либо контрольные точки.
Под элементарной функцией понимается функция, которая не может быть разделена на более простые функции; другими словами - она неделима в отношении сети.
Функция адаптации – это элементарная функция, которая передает собранную информацию от слоя к слою путем изменения ее представления.
Функция завершения трейла – также элементарная функция в пределах слоя, которая производит добавление и чтение служебной информации для наблюдения и контроля адаптированной информации.
Функция соединения – элементарная функция в пределах слоя, обеспечивающая маршрутизацию сигналов. Функция соединения не изменяет количество информации, однако в функциях соединения Международными Рекомендациями установлены ограничения на возможности соединений.
Понятие составной функции включает функции, которые представляют совокупность элементарных функций в пределах слоя. Например, комбинация нескольких элементарных функций адаптации в пределах слоя – это составная функция адаптации. Составной функцией может быть также комбинация функций адаптации и завершения.
Главной составной функцией называется функция, которая представляет совокупность элементарных или составных функций в пределах больше одного слоя.
Кроме того, при необходимости в любом слое может быть организован подслой. Так, например, при организации тандемных соединений (TC) и при организации защиты вводятся подслои тандемного соединения и подслои защиты.
Прохождение компонентного сигнала по участку транспортной сети, включающему оконечные мультиплексоры (TM)илимультиплексоры ввода/вывода(АDМ), с полным описанием элементов архитектуры сети представлено в Учебном пособии Н.Н.Кулевой и Е.Л.Федоровой «Транспортные технологии SDH и OTN».
Ассоциации (взаимосвязи) сетевых слоев, состоящих в отношениях клиент/сервер, позволяют оценить функционирование каждого слоя сети в отдельности и всю сеть как единое целое.
В табл. 1.1 приведены примеры ассоциаций сетевых слоев транспортных цифровых сетей с параметрами слоев клиента и ссылками на соответствующие рисунки.
Архитектура сети синхронной цифровой иерархии содержит сети слоев трактов виртуальных контейнеров низкого и высокого порядков, а также сети слоев секций (мультиплексных, регенерационных и физической среды передачи).
В сетях слоев трактов включаются функции адаптации, завершения трейла и соединения. Функции соединения реализуются на матрицах соединений. Процесс управления позволяет изменить маршрутизацию в сети. В сетях слоев трактов включаются функции соединения для обеспечения защиты (1:N).
В сетях слоев секций включаются функции адаптации и завершения трейла. В сетях слоев мультиплексных секций используются функции соединения для обеспечения защиты.
На рис. 1.1 показан фрагмент транспортной сети SDHс топологией «точка – точка». Компонентными сигналами являются потоки Е-4. Слой
Р-4, как слой клиента, поддерживается слоем сервера – слоем тракта VC-4. Граница слоев Р-4 / VC-4показана штрихпунктирной линией. Далее тракт VC-4, как клиент в следующей ассоциации, поддерживается сервером – мультиплексной секцией STM-N. Граница этих слоев также показана штрихпунктирной линией.
На рис. 1.2. показан фрагмент транспортной сети SDH, в которой компонентными сигналами являются потоки Е-n (n=11, 12, 2, 3). Слои мультиплексной и регенерационной секций декомпозированы в один слой. На рисунке показано четыре ассоциации слоев. Сервером для тракта низкого порядка VC-n является тракт высокого порядка VC-4.
На рис. 1.3 сервером для тракта низкого порядка VC-nявляется слой мультиплексной секции sSTM-1k или sSTM-2n.
Таблица 1.1
Примеры ассоциаций слоев клиент/сервер транспортных цифровых сетей
| № | Слой клиента | Слой сервера | Характеристическая информация слоя клиента | См. рис. |
| Тракт 1544 кбит/с, асинхронный | Тракт VC-11 | 1544 кбит/с ± 50 ppm | 1.2, 1.3 | |
| Тракт 1544 кбит/с, синхронный по байтам | Тракт VC-11 | 1544 кбит/с, номин., структура цикла соответствует G.704 | 1.2, 1.3 | |
| Тракт 2048 кбит/с, асинхронный | Тракт VC-12 | 2048 кбит/с ± 50 ppm | 1.2, 1.3 | |
| Тракт 2048 кбит/с, синхронный по байтам | Тракт VC-12 | 2048 кбит/с, номин., структура цикла соответствует G.704 | 1.2, 1.3 | |
| Тракт 6312 кбит/с, асинхронный | Тракт VC-2 | 6312 кбит/с ± 30 ppm | 1.2, 1.3 | |
| Тракт 34368 кбит/с, асинхронный | Тракт VC-3 | 34368 кбит/с ± 20 ppm | 1.2 | |
| Тракт 44736 кбит/с, асинхронный | Тракт VC-3 | 44736 кбит/с ± 20 ppm | 1.2 | |
| Тракт 139264кбит/с, асинхронный | Тракт VC-4 | 139264 кбит/с ±15 ppm | 1.1 | |
| Виртуальные тракты АТМ | Тракты VC-11, VC-12, VC-2, VC-3, VC-4, VC-4-Xc, VC-4-Xv | Ячейки 53 байта | ||
| Ethernet | Тракты VC-11, VC-12, VC-2, VC-3, VC-4, VC-11-Xv, VC-12-Xv, VC-2-Xv, VC-3-Xv? VC-4-Xc, VC-4-Xv | Кадры GFP | ||
| Тракт VC-11 | Тракт VC-4 | Сигнал VC-11 со смещенным циклом | 1.2 | |
| Тракт VC-12 | Тракт VC-4 | Сигнал VC-12 со смещенным циклом | 1.2 | |
| Тракт VC-2 | Тракт VC-4 | Сигнал VC-2 со смещенным циклом | 1.2 | |
| Тракт VC-3 | Тракт VC-4 | Сигнал VC-3 со смещенным циклом | 1.2 | |
| Тракт VC-11 | Мультиплексная секция sSTM-2n или sSTM-1k | Сигнал VC-11 со смещенным циклом | 1.3 | |
| Тракт VC-12 | Мультиплексная секция sSTM-2n или sSTM-1k | Сигнал VC-12 со смещенным циклом | 1.3 | |
| Тракт VC-2 | Мультиплексная секция sSTM-2n | Сигнал VC-2 со смещенным циклом | 1.3 | |
| Тракт VC-4 | Мультиплексная секция STM-N, N=1, 4, 16, 64, 256 | Сигнал VC-4 со смещенным циклом | 1.1, 1.2, 1,4 | |
| Мультиплексная секция STM-N | Регенерационная секция STM-N | Сигналы STM-N, N=1, 4, 16, 64, 256 | 1.1, 1.4 | |
| Мультиплексная секция sSTM-2n | Регенерационная секция sSTM-2n | Сигналы sSTM-2n, n=1, 2, 4 | 1.3 | |
| Мультиплексная секция sSTM-1k | Регенерационная скция sSTM-1k | Сигналы sSTM-1k, k=1, 2, 4, 8, 16 | 1.3 | |
| Регенерационная секция STM-1 | Слой секции физической среды STM-1, оптическое волокно | Скремблированный сигнал STM-1, формат NRZ | 1.1 | |
| Регенерационная секция STM-1 | Слой секции физической среды STM-1, коаксиальная пара, внутриузловое соединение | Скремблированный сигнал STM-1 , код CMI, формат NRZ | 1.1 | |
| Регенерационная секция STM-N | Слой секции физической среды STM-N, оптическое волокно | Скремблированный сигнал STM-N, формат NRZ | 1.1, 1,4 |
|
|
Задачи
1. 1.Для транспортной сети с топологией «точка–точка» представить графически, используя элементы архитектуры сетевых слоев, прохождение заданного компонентного сигнала.
| Номер варианта | Компонентные сигналы | Агрегатные сигналы | Тракты в сети VC‑n |
| Е‑11 | sSTM‑11 | VC‑11 | |
| Е‑12 | sSTM‑116 | VC‑12 | |
| Е‑12 | sSTM‑28 | VC‑12 | |
| Е‑11 | STM‑1 | VC‑11 | |
| Е‑12 | STM‑4 | VC‑12 | |
| Е‑3 | STM‑16 | VC‑3 | |
| Е‑3 | STM‑0 | VC‑3 | |
| Е‑4 | STM‑256 | VC‑4 | |
| Е‑2 | STM‑64 | VC‑2 | |
| Е‑3 | STM‑16 | VC‑3 |
1.2. Для транспортной сети с топологией «точка–точка» представить графически, используя элементы архитектуры сетевых слоев, прохождение заданного компонентного сигнала.
| Номер варианта | Компонентные сигналы | Агрегатные сигналы | Тракты в сети VC‑n |
| sSTM‑11 | STM‑0 | VC‑12 | |
| sSTM‑116 | STM‑4 | VC‑12 | |
| sSTM‑21 | STM‑1 | VC‑11 | |
| sSTM‑24 | STM‑4 | VC‑2 | |
| STM‑1 | STM‑4 | VC‑2 | |
| STM‑4 | STM‑256 | VC‑4 | |
| STM‑0 | STM‑16 | VC‑3 | |
| STM‑16 | STM‑64 | VC‑3 | |
| STM‑16 | STM‑256 | VC‑4 | |
| STM‑64 | STM‑256 | VC‑4 |