SDH: помнишь, как все начиналось

Структурная схема мультиплексирования сигнала SDH

Острая необходимость в стандартизации синхронных волоконно-оптических сетей была осознана, лишь когда стали ясны преимущества этих сетей перед плезиохронными и полным ходом шли разработка и внедрение оборудования для них. Телекоммуникационные операторы ощутили это первыми. Попытки состыковать оборудование разных производителей к положительному результату не привели. В начале 1984 г. в США состоялся Форум по совместимости систем передачи, который обратился в Американский национальный институт стандартов (ANSI) с просьбой о скорейшем принятии спецификаций синхронной передачи по волоконно-оптическим сетям. Цель данной стандартизации - сопряжение оборудования различных производителей на уровне оптических интерфейсов.

Задача была поставлена перед двумя комитетами ANSI: T1X1, занимающимся цифровой иерархией и синхронизацией, и T1M1, решающим вопросы сетевого администрирования и эксплуатации. В результате проделанной этими комитетами работы родился черновой вариант стандарта под названием SYNTRAN, основывающийся на скорости передачи 45 Mбит/с. Однако время шло, и производители создали новые системы. Компания АТ&T, применив самые новейшие технологии, произвела на свет систему METROBUS, скорость передачи которой составляла уже 150 Мбит/с. В 1985 г. комитет T1X1 по предложению компании Bellcore принял решение сформулировать стандарт, базирующийся на концепции синхронной сети как единого целого (SONET, Synchronous Optical NETwork), который будет определять наряду с оптическим интерфейсом формат сигнала и скорость его передачи.

На этом этапе стандартизации европейские институты не проявляли большого интереса к SONET. Исторически сложилось так, что иерархии скоростей передачи в США и Европе основывались на различных базовых скоростях сигналов - Т1 (1,544 Мбит/с) и Е1 (2,048 Мбит/с) соответственно. Чтобы избежать углубления этой пропасти, требовалось участие Европы в развитии стандартов синхронной передачи. Однако заинтересовать Европу можно было лишь возможностью поддержки стандартом SONET 2-мегабитной иерархии.

Летом 1986 г. МККТТ(в настоящее время комитет T в МСЭ, или ITU-T) наконец решил навести порядок, создав единый стандарт, который удовлетворил бы обе стороны, т. е. поддерживал бы как европейскую, так и американскую иерархии. В июле 1986 г. рабочая группа XVII МККТТ начала работу над новым стандартом синхронной цифровой иерархии (SDH). Полтора года ушло на согласование рекомендаций. В феврале 1988 г. комитет T1X1 принял предложения МККТТ по изменению стандарта SONET. Рабочая группа XVIII утвердила три рекомендации, относящиеся к SDH, которые были опубликованы в "Синей книге":

Именно эти рекомендации положили начало процессу стандартизации систем SDH на более детальном уровне, который продолжается и по сей день.

SDH и SONET - близнецы-братья

Рекомендации ITU-T могут рассматриваться как всемирные стандарты для синхронной передачи. Однако они дают некоторую степень свободы при реализации конкретной системы. Так, реализация SDH, используемая в Европе и большей части остального мира, отличается определенными деталями от североамериканской реализации, которая развивалась из оригинального стандарта ANSI SONET. Рассматривая различия между SONET и SDH, самое лучшее - считать SONET частью стандарта SDH.

Первый уровень иерархии SONET - STS-1 (STS - Synchronous Transport Signal) для электрического сигнала или OC-1 (OC - Optical Carier) для оптического - соответствует скорости передачи 51,48 Мбит/с. Первый же уровень SDH соответствует 155 Мбит/с. В табл. показано соответствие между иерархиями SONET и SDH.

Когда базовый сигнал OC-1/STS-1 мультиплексируется в OC-3/STS-3, он становится идентичным в формате кадра и базовой скорости сигналу STM-1. Однако остается разница в обработке указателей. Схема мультиплексирования SDH сигнала по стандарту ETSI показана на рис. 1.

Кто более матери-истории ценен

В силу более широкого распространения европейской иерархии сигналов более ценным для матери-истории оказался стандарт SDH. Производители взялись за аппаратную реализацию новой технологии. Шаг за шагом рождалось оборудование, обеспечивающее все большие скорости передачи. Не так давно появилось оборудование STM-16 (2488,32 Мбит/c), а скоро можно ожидать создания устройств на основе STM-32 (9953,28 Мбит/c). Системы синхронной передачи преодолели ограничения плезиохронных систем-предшественниц (PDH). SDH-технология предоставила и операторам телекоммуникационных сетей, и конечным пользователям ряд значительных преимуществ.

Благодаря перечисленным преимуществам SDH стала технологией N 1 для создания транспортной сети.

Сети SDH

Рассмотрим используемые в SDH устройства и те причудливые конфигурации, в которые они подчас объединяются, организуя единую сеть.

Функционально мультиплексор SDH имеет два набора интерфейсов: пользовательский и агрегатный. Пользовательский набор отвечает за подключение пользователей, а агрегатный - за создание линейных межузловых соединений.

Данные интерфейсы позволяют создавать следующие базовые топологии (рис. 2):

• кольцо
• цепочка
• точка-точка

Из данных базовых элементов, как из кубиков, складывается топология всей сети мультиплексоров. Сложные сети обычно имеют многоуровневую структуру. Первый уровень - оборудование доступа пользователей. Этот уровень состоит из оборудования "последней мили" и, как правило, мультиплексоров STM-1. Первое отвечает за доведение сигнала пользователей (чаще всего сигнала E1, E2) до мультиплексоров первого уровня. В роли оборудования "последней мили" обычно выступают так называемые оптические модемы, по сути являющиеся конвертерами электрического сигнала в оптический и обратно. Мультиплексоры данного уровня собирают каналы пользователей для дальнейшей транспортировки. Следующий уровень составляют мультиплексоры доступа к сети (как правило, STM-4). Они осуществляют сбор потоков STM-1 и дальнейшее их мультиплексирование. Последний уровень - транспортный - на данный момент определяют мультиплексоры STM-16, которые занимаются сбором и дальнейшей передачей STM-4 потоков.

Описанная модель редко находит воплощение в реальной жизни, зачастую сети имеют более уродливую форму. Однако несмотря ни на что сети, построенные на основе мультиплексоров SDH различных уровней (STM-1, STM-4, STM-16), позволяют эффективнее использовать сетевые ресурсы и имеют более высокую надежность. Такие сети управляются централизованно. Несколько компьютеров (или один - в зависимости от используемого оборудования) обеспечивают постоянный контроль и мониторинг. Любая неполадка, любой сбой оборудования немедленно отображается на экране, привлекая к себе внимание оператора. Причем в большинстве случаев проблема решается на месте, без выезда на объект и без потери сигнала заказчика. Централизованная система управления предоставляет оператору мощные средства мониторинга и тестирования каналов, позволяет свести до минимума расходы на эксплуатацию сети и обеспечить пользователей возможностью оперативной реконфигурации каналов. И надо отметить, что централизованная система управления - основное в SDH-технологии. Качество оборудования SDH, предоставляемого тем или иным производителем, определяется в первую очередь возможностями системы управления сетью SDH.

Оборудование SDH прекрасно справляется с организацией бесперебойной связи. Однако не стоит забывать, что немаловажную роль здесь играет оборудование "последней мили". Именно оно отвечает за качественное доведение канала пользователя до сети SDH. Наиболее популярное оборудование такого типа выпускает фирма ADC. Опто-электрические конвертеры (DFLC-XR, SFLC, QUAD-FLC) представляют собой два приемо-передающих устройства, работающих в паре: одно из них находится непосредственно у пользователя, другое - в месте расположения мультиплексора SDH. Средой передачи служит оптоволоконная линия. В таблице приведены характерные особенности указанных конвертеров.

Данные устройства подключаются к аппаратуре пользователя по электрическому интерфейсу G.703, поэтому если последняя имеет интерфейс V.35, целесообразнее использовать оборудование FTL-C-F-SD фирмы Pan Dacom, которое может быть укомплектовано как G.703, так и V.35. Более того, последние устройства имеют встроенные механизмы тестирования линии и обладают возможностью дистанционного управления.

Развитие сетей на базе SDH-технологии началось в Москве в 1993 г. Первыми стали мультиплексоры уровня STM-1. Спустя некоторое время, по мере развития московских телекоммуникационных компаний и исчерпывания их сетевых ресурсов, возникла потребность уже в мультиплексорах уровня STM-4. Можно ожидать, что в скором будущем понадобятся мультиплексоры STM-16.

Среди оборудования SDH, установленного в Москве, первое место по количеству занимают мультиплексоры SDH первого уровня (STM-1) фирмы Nortel -TN-1X. Это оборудование первым появилось на российском рынке, первым было сертифицировано Министерством связи РФ, первым пропустило живой трафик. Кроме того, сегодня Nortel предлагает целый ряд изделий SDH (TN-1C, TN-1P,TN-4X,TN-16X). TN-1P и TN-1C можно определить как мультиплексоры пользовательского доступа. Компактные размеры и соответствие уровню STM-1 делают их идеально подходящими для участка "последней мили". Однако данное оборудование появилось на свет сравнительно недавно, так что большого распространения еще не получило. Продукты TN-4X и TN-16X являются соответственно мультиплексорами SDH 4-го и 16-го уровней.

Второе место по популярности занимает SDH-оборудование, появившееся под маркой Philips (на сегодняшний день поставляется другими фирмами). К моменту появления в московских сетях мультиплексоры серии PHASE FNS - ADM 4/1 были наилучшим техническим решением. Созданные согласно концепции "два в одном", они идеально подходили как для строительства новых SDH-сетей первого и четвертого уровня, так и для наращивания ресурсов уже достаточно развитых сетей первого уровня. Универсальная полка таких изделий позволяет трансформировать мультиплексор STM-1 в STM-4, лишь добавив соответствующие карты. Данное изделие прекрасно справляется с функциями кроссового коммутатора, выполняя электронные кроссовые соединения на уровнях от VC-12 до VC-4 (см. врезку).

Однако ничто не стоит на месте, технологии стремительно развиваются и то, что вчера было модным техническим решением, сегодня становится обыденным. В Москве появились сети SDH, строящиеся на оборудовании таких компаний, как Lucent Technologies, ECI, Siemens. А компания NEC пошла еще дальше, открыв завод по производству SDH-оборудования в Подмосковье. Москва стала некоей гигантской теплицей для сетей на основе SDH и, может быть, именно эта технология послужит добротным компостом для сетевых решений будущего.

Структурная схема мультиплексирования сигнала SDH

На самом низком уровне мы имеем контейнер С-n, где n варьируется от 1 до 4. Этот базовый элемент сигнала STM (Synchronous Transport Module - название принято для обозначения уровней SDH-иерархии; например, сигнал STM-1 - 155,52 Мбит/с, STM-4 - 622,08 Мбит/с и т.д.) представляет собой группу байтов, выделенных для переноса сигналов со скоростями по рекомендации G.702. Другими словами, это то, что мы имеем на входе в SDH-мультиплексор.

Данные сигналы преобразуются в так называемые виртуальные контейнеры (VC-n), где n варьируется от 1 до 4. Виртуальные контейнеры низкого порядка формируются из контейнера С-1 или С-2 и дополнительной емкости для трактового заголовка (POH - Раth Overhead). В виртуальные контейнеры высокого порядка (n=3 или n=4) вместо С-n может входить также сборка компонентных блоков (TUG). POH включает в себя информацию для контроля характеристик VC, сигналы для техобслуживания и признаки тревожных ситуаций. В случае VC высокого порядка в POH входят еще и признаки структуры мультиплексирования.

Компонентный блок (TU-n), где n варьируется от 1 до 3, состоит из VC и указателя компонентного блока и обеспечивает сопряжение уровней высокого и низкого порядка. Значение указателя определяет согласование фазы VC с добавленным к нему POH компонентного блока. Группа компонентных блоков (TUG-n), где n=2 или n=3, - это группа идентичных TU или TUG, позволяющая осуществлять смешение полезной нагрузки.

Административный блок (AU-n), где n=3 или n=4, состоит из VC-3 или VC-4 и указателя AU. Он обеспечивает сопряжение путей более высокого порядка и уровня секции с мультиплексированием. Значение указателя определяется согласованием фазы VC-n с кадром STM-1. Группа административных блоков (AUG) - группа AU c чередующимися байтами - занимает фиксированное положение в нагрузке STM-1. Синхронный транспортный модуль (STM-N) содержит n групп AUG c информацией SOH(Section Overhead), касающейся кадрирования, обслуживания и работы. N групп AUG чередуются через один байт и находятся в фиксированном положении по отношению к STM-N.