Измерительное и испытательное оборудование для лабораторий, производства, телекоммуникаций

Технология SDH

Синхронная цифровая иерархия (SDH) и синхронная оптическая сеть (SONET) относятся к группе оптоволоконных систем передачи данных, которые могут передавать цифровые сигналы с различными характеристиками.

Появление SDH

Организации по стандартизации утвердили SDH около 1990-х годов и с тех пор синхронная цифровая иерархия и синхронная оптическая сеть значительно поспособствовали увеличению производительности и уменьшению затрат телекоммуникационных сетей, основанных на оптоволокне.

SDH обеспечила сети передачи данных развитой структурой сигнала с богатым набором характеристик и возможностью стабильно работать с оборудованием различных производителей. Все это привело к появлению новых сетевых приложений, развертыванию нового оборудования и новой топологии и возникновению значительно более мощных рабочих систем в сфере сетей передачи данных.

С усложнением цифровых сетей в начале 1980-х годов сетевые операторы и потребители стали испытывать потребность в новых возможностях, которые не могли быть реализованы при существующих стандартах передачи данных. Данные возможности базировались на мультиплексировании более высокого порядка с иерархией растущих скоростей до 140 Мб/с или 565 Мб/с в Европе и были утверждены в конце 1960-х годов и 1970-х вместе с появлением цифровой передачи посредством коаксиальных кабелей. Рост возможностей сдерживался высокой стоимостью скоростной передачи данных и цифровых устройств. Метод мультиплексирования позволил объединить слегка асинхронные (плезиохронные) потоки, что привело к появлению плезиохронной цифровой иерархии (PDH).

Развитие волоконно-оптической системы передачи и больших интегральных схем сделало возможным появление и новых более сложных стандартов. Возникли потребности в улучшенных и более развитых службах, которые, в свою очередь, требовали большей пропускной способности, улучшенного мониторинга эксплуатационных показателей и большей гибкости сети. На формирование нового стандарта значительное влияние оказали два фактора:

1) предложения Международного консультационного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ) по внедрению широкополосной цифровой сети с интеграцией услуг (B-ISDN), что открывало возможности для новых единых мультиплексных стандартов, которые лучше поддерживали коммутируемые широкополосные услуги;

2) ликвидация американского монополиста услуг связи Bell в 1984 году вынудило разделить монополию на несколько крупных корпораций, что привело к формированию нового стандарта оптического интерфейса для межстанционных линий связи с новыми возможностями улучшенного управления.

Широкое признание получил новый синхронный мультиплексный метод, основанный не на побитовом перемежении, как в PDH, а на чередовании байтов со скоростями передачи от 64 кбит/с (0-й уровень цифровой иерархии) до 1544 кбит/с (1-й уровень цифровой иерархии) и 2048 (1-й уровень цифровой иерархии в Европе). Таким образом, новый мультиплексный метод должен обеспечить такой же уровень коммутационной гибкости и ниже, и выше первичных скоростей (хотя многие PDH-системы не обеспечивали гибкость сети ниже первичной скорости). Вдобавок новый стандарт должен был получить полноценные опции управления для поддержки новых сервисов и обеспечения более централизованного сетевого контроля.

Стандарты SDH

Новый стандарт впервые появился в виде SONET, сформулированный американской корпорацией Bellcore, а затем прошел ряд проверок, в результате которых и получился дополненный стандарт, схожий с международным SDH. И SDH, и SONET появились между 1988 и 1992 годами.

Стандарт SONET утвержден Американским национальным институтом стандартов (ANSI), поэтому здесь полезная нагрузка передается в соответствии с североамериканской иерархией скоростей PDH: 1,5/6/45 Мб/с + 2 Мб/с (в США известна под названием Е-1). SDH перенял значительную часть SONET и является международным стандартом, однако зачастую воспринимается как европейский стандарт, так как его поставщики используют только с иерархией скоростей, утвержденной Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI): 2/34/140 Мб/с (8 Мб/с опущено в SDH). Оба института стандартизации – ETSI и ANSI утвердили и конкретизировали характеристики SDH/SONET для использования в своих географических сферах влияния.

Самый первый стандарт SDH определил передачу данных 1,5/2/6/34/45/140 Мб/с со скоростью передачи 155,52 Мб/с и разрабатывался с учетом поддержки различных типов трафика, включая асинхронный режим передачи (АТМ) и межсетевой интернет-протокол (IP) со скоростями, кратными 155,52 Мб/с. Базовый юнит в передаче в сети SONET – 51,84 Мб/с, однако для возможности передачи 140 Мб/с в SDH он втрое больше этого – 155,52 Мб/с. Подсистема SDH совместима с подсистемой SONET, но взаимодействие трафика остается возможным. Взаимодействие для тревог и контроля производительности системы между системами SDH и SONET в целом невозможно. Это можно реализовать только в некоторых случаях для некоторых возможностей между оборудованием SDH и чуть реже между оборудованием SONET.

И хотя SDH и SONET изначально задумывались для работы с оптоволоконными сетями, существуют радиочастотные системы SDH, действующие в тех же диапазонах скоростей и совместимые и с SDH, и с SONET.

Характеристики SDH

Интерфейсы передачи трафика

SDH работает с любыми интерфейсами передачи трафика вне зависимости от производителя. При 155 Мб/с SDH поддерживает оптический и электрический интерфейсы, а на более высокой скорости – только оптический интерфейс. Эти более высокие скорости кратны 155,52 Мб/с и формируются с учетом последовательности n х 4, например 622,08 Мб/с (622 Мб/с) и 2488,32 Мб/с (2,5 Гб/с). Для соответствия роста и потребностей широкополосных сервисов мультиплексирование для более высоких диапазонов скоростей, например 10 Гб/с, продолжается в той же последовательности и ограничено только технологическими рамками, а не нехваткой стандартов, как это было в случае с предшествующим PDH.

Любые скорости передачи интерфейса включают в себя SDH-заголовки для поддержки различного оборудования и пропускной способности полезной нагрузки для трафика. Области заголовков и полезной нагрузки могут полностью или частично заполняться. Скорости ниже 155 Мб/с могут поддерживаться при использовании интерфейса 155 Мб/с с частично заполненной областью полезной нагрузки. В качестве примера можно привести радиосистемы, у которых лимиты распределения частот по объему ниже, чем у полной полезной нагрузки SDH, но их порты передачи трафика должны подключаться к портам 155 Мб/с с кросс-коммутацией. Интерфейсы иногда могут использоваться на более низких уровнях синхронизации. Так, в северной Америке в стандарте SONET применялся уровень с 51,84 Мб/с, а в Европе был утвержден уровень SDH в 34 Мб/с, чья скорость передачи данных идентична тому же уровню в PDH.

Уровни SDH

В процессе мультиплексирования полезные нагрузки строятся по принципу виртуальных контейнеров высокого и низкого порядка, каждый из которых включает в себя ряд заголовков для управления и отслеживания ошибок. Передача затем поддерживается прикреплением дополнительных заголовков различного уровня.

Функции управления

Для поддержки ряда операций SDH имеет уровень управления, сигналы которого передаются по выделенному каналу передачи данных. Это стандартный профиль, реализуемый в структуре контрольных сообщений сети вне зависимости от оборудования или оператора. С другой стороны, не существует четкого определения того, что должно содержаться в передаваемых наборах сообщений, поэтому не существует взаимодействия управляющих каналов между оборудованием в SDH-интерфейсе. 

В другом месте, например в интерфейсе сетевого управления для каждого узла (обычно LAN-сети), существует больше согласования. Так, сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи утвердил интерфейс Q3em, определяющий взаимодействие SDH-оборудования и его управляющего. И сейчас производители оборудования SDH дорабатывают программное обеспечение для совместимости с этим интерфейсом.

Стандартное применение сети

Давление эволюционного отбора

Потребность в уменьшении затрат на функционирование сетей и повышении их прибыльности стали главными условиями для появления SDH. Это можно было достичь путем улучшения управления сетевыми операциями и внедрением более надежного оборудования. И в обоих случаях SDH показала себя с лучшей стороны.

Повышение прибыльности может произойти при растущем спросе на усовершенствованные службы, включая широкополосный доступ, улучшенную реакцию, большую гибкость и надежность сетей. Для широкополосных служб, обычно базирующихся на протоколе АТМ, существует ряд методов для качественной маршрутизации через PDH-сети. Однако характеристики SDH делают ее более приемлемой для этого использования, так как здесь обеспечивается лучшее качество передачи, невероятная гибкость маршрутизации и поддержка ряда возможностей, например функции самовосстановления.

SDH и АТМ обеспечивают различные, но фактически совместимые возможности, необходимые в сетях.

Операции

Управление пропускной способностью трафика в сетях нуждается в следующих операциях:

  • защита – позволяет восстановить работоспособность за миллисекунды;

  • восстановление – позволяет восстановить работоспособность за секунды или минуты;

  • формирование – для распределения пропускной способности на предпочтительные маршруты;

  • консолидация или сбор трафика от  незаполненных несущих каналов на несколько каналов в целях уменьшения потерь пропускной способности трафика;

  • сортировка различных типов трафика из смешанной полезной нагрузки на отдельные направления для каждого типа трафика.

1.jpg

Все эти функции были доступны в коммутируемой сети при использовании гибких коммутаторов для выделенных линий и услуг общественной телефонии со скоростью, втрое кратной 64 кбит/с. Однако в случае с ранней версией сети широкополосного доступа все операции защиты и, в некоторой степени, операции восстановления производились путем переупорядочивания кабелей на распределительном щите по всей протяженности сети.

Разумеется, это не лучшим образом сказывалось на надежности сети. Данные распределительные щиты состоят из большого массива кабелей и разъемов, которые приходилось переключать вручную. При частом переключении кабелей на данных щитах создавалась опасность снижения надежности и проблемы с управлением.
Автор: , «ПРОФКОН»