Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

(символьный (первый) вариант и численный (второй) вариант, где значения приведены в байтах

или битах).

Формулы для варианта 1 имеют вид:

Здесь поток T1 формально представлен в виде 24-байтной последовательности; С-11 = 25

байт; VC-11 = 26 байт, так как VC-11 РОН = 1 байт; TU-12 PTR = 1 байт. При преобразовании VC-

11 в TU-12 добавляется фиксированное пустое поле FS

U-12

9 байт (этого не было в варианте

сборки, порожденном Е1) в результате чего формируется такой же по формату фрейм TU-12 (9x4

= 36 байт). Последующий процесс тот же, что и в варианте сборки, порожденном Е1.

Формулы для варианта 2 имеют вид:

Здесь поток ЕЗ (34368 кбит/с) может быть формально представлен в виде 537-байтной по-

следовательности (34368/64=537), которая дополняется 219 байтами до 756-байтной полезной на-

грузки (формат 9x84 байта) виртуального контейнера VC-3. Соответствующая ей скорость 48384

кбит/с принимается за скорость контейнера С-3 [46]. При этом контейнер С-3 преобразуется в

VC-3 по общей схеме: VC-3 = VC-3 РОН + PL, где PL - полезная нагрузка, представляемая в виде

трех идентичных субфреймов SF (формат 3x84 байта), обозначаемых в [16] как Tl, T2 и ТЗ. Здесь

мы обозначим их как Т

1,2,3

, чтобы не путать с трибами Тn. В соответствии с [16] полезная нагрузка

(символьный вариант) формируется по более сложной схеме:

Здесь VC-3

- информационная часть нагрузки SF (1431 бит), FS

VC-3

- фиксированное пус-

тое поле SF контейнера VC-3 (573 бита), JCB

VC-3

- биты управления выравниванием SF (2x5 бит),

JOB

VC-3

- биты возможного выравнивания SF (2 бита).

В результате численный вариант формирования полезной нагрузки примет вид:

Формулы для варианта 3 имеют вид:

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

Здесь поток Т3 (44736 кбит/с) может быть формально представлен в виде 699-байтной по-

следовательности (44736/64=699), которая дополняется 57 байтами до 756-байтной полезной на-

грузки (формат 9x84 байта) виртуального контейнера VC-3. При этом структура контейнера С-3

преобразуется в VC-3 по той же схеме, что и в варианте 2: VC-3 = VC-3 РОН + PL, но PL пред-

ставляется в виде девяти идентичных субфреймов SF (формат 1x84 байта). В соответствии с этим

полезная нагрузка (символьный вариант) формируется по схеме:

Здесь используются те же обозначения, что и раньше: VC-3

имеет длину 621 бит, FS

VC-3

43 бита, JCB

VC-3

- 5 бит, JOB

VC-3

- 1 бит. Дополнительно в SF резервируется поле OHC

VC-3

длиной

2 бита для организации в будущем канала связи заголовка.

В результате численным вариант формирования полезной нагрузки примет вид:

Формулы для варианта 4 имеют вид:

Здесь поток Е4 (139264 кбит/с) может быть формально представлен в виде 2176-байтной

последовательности (139264/64=2176), которая дополняется 164 байтами до 2340-байтной полез-

ной нагрузки (формат 9x260 байт) виртуального контейнера VC-4. При этом контейнер С-4 преоб-

разуется в VC-4 по аналогичной схеме: VC-3 = VC-3 РОН + PL, но PL представляется в виде девя-

ти идентичных субфреймов SF (формат 1x260 байт), разделенных на 20 блоков по 13 байт каж-

дый. В соответствии с этим полезная нагрузка (символьный вариант) формируется по наиболее

сложно формализуемой схеме (рис. 2-10):

Обозначения те же: VC-4

- суммарная длина на один SF - 1934 бита (20*12*8 (поля 961) +

8 (байт W) + 6 (байт Z)); FS

VC-4

- 130 бит (13*8 (байты Y) + 5*5 (байты X) + 1 (байт Z)); JCB

- 5

бит (5*1 - байты X); JOB

- 1 бит (байт Z); ОНС

- 10 бит (5*2 - байты X); байты: W (I I I I I I I I),

X (С R R R R R О О), Y (R R R R R R R R), Z (I I I I I I S R); I - информационный бит; С - бит

управления выравниванием; R - бит заполнения пустого поля; О - бит канала связи заголовка; S -

бит возможного выравнивания.

В результате численный вариант формирования полезной нагрузки примет вид:

Аналогично могут быть описаны варианты сборки модуля STM-1 по схеме на рис. 2-5.

1 - вариант сборки, порожденный трибом Т1 (1,5 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-11:

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

T1



C-11



VC-11



TU-11



TUG-2



VC-3



AU-3



AUG



STM-1;

2 - вариант сборки, порожденный трибом Е1 (2 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-12:

E1



C-12



VC-12



TU-12



TUG-2



VC-3



AU-3



AUG



STM-1;

3 - вариант сборки, порожденный трибом Т2 (6 Мбит/с), отображаемым на контейнер С-2:

T2



C-2



VC-2



TU-2



TUG-2



VC-3



AU-3



AUG



STM-1;

4 - вариант сборки, порожденный трибами Е3 или Т3 (34/45 Мбит/с), отображаемыми на контей-

нер С-3:

E3/T3



C-3



VC-3



AU-3



AUG



STM-1;

5 - вариант сборки, порожденный трибом Е4 (140 Мбит/с):

EOC-3



VC-3



AU-3



AUG



STM-1.

Сборка модулей STM-1 является одним из основных этапов в структуре мультиплексиро-

вания SDH. Для первого уровня синхронной иерархии он является последним этапом мультиплек-

сирования, тогда как для последующих уровней необходимо рассмотреть, как из модуля первого

уровня собирается модуль требуемого уровня. Это сделано в следующем пункте.

2.1.7. Сборка модулей STM-N

Выбор ряда скоростей для STM-N иерархии SDH, то есть дальнейшее стандартное наращивание

скоростей передачи, первоначально предполагалось осуществлять по схеме, формально соответ-

ствующей схеме SONET, используя фактически скорости кратные STM-1, с коэффициентами

кратности 1, 4, 8, 12, 16. Два уровня SDH иерархии: STM-1 = 155,52 Мбит/с и STM-4 = 622,08

Мбит/с, были зафиксированы в 1988 г. в стандарте G.707 (редакция 1988 г.) [16] и назывались со-

ответственно первым и четвертым уровнем иерархии SDH (хотя логично было бы называть их

первым и вторым уровнем, так как промежуточных уровней между ними нет).

Последующий период разработки и применения этого стандарта, показал, что коэффици-

енты кратности 8 и 12, имеющие скорости 1244,16 и 1866,24 Мбит/с, предложенные в [16, редак-

ция 1988 г.] не были осуществлены на практике, а сам ряд SDH скоростей из арифметической

прогрессии, заложенной в SONET (см. гл. 3), трансформировался в геометрическую прогрессию

вида 1,4, 16, 64, 256, диктуемую желанием иметь постоянный коэффициент мультиплексирования

- 4.

Следуя этому ряду коэффициентов, в настоящее время эксплуатируются или разрабатыва-

ются SDH системы со скоростями, соответствующими окончательной версии SDH иерархии:

STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 или 155,52; 622,08; 2488,32; 9953,28 и 39813,12

Мбит/с. Три первых уровня (называемых по-старому первым, четвертым и шестнадцатым) были

"де-юре" стандартизованы в предпоследней редакции ITU-T Rec. G.707 [16, редакция 1993 г.],

четвертый - в последней опубликованной (на начало 2000 г.) редакции [16, редакция 19.03.96].

Последний (пятый) уровень "де-факто" реализован и используется в серийно производимой аппа-

ратуре (см. разд. 2.7.3), но "де-юре" пока не стандартизован.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как покаскадно (поэтап-

но): 4х1



4, 4х4



16, 4х16



64, 4

64



256,

так и непосредственно по схеме N:1



N, где N = 4,

16, 64, 256. При этом для схемы непосредственного мультиплексирования используется чередова-

ние байтов.

Например, если шестнадцать STM-1 каналов (0, 1, 2, ... 13, 14, 15 или в шестнадцатерич-

ном исчислении 0, 1, 2, ... D, E, F) на входе мультиплексора STM-16 генерируют шестнадцать байт-

последовательностей: b

..., b

,..., b

..., ..., b

..., b

..., то в результа-

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

те мультиплексирования на выходе STM-16 формируется байт-последовательность:

...b

... .

Фактически так просто удается мультиплексировать только тогда, когда все STM-1 имеют

одинаковую структуру полезной нагрузки, если нет, то нужно, чтобы соблюдались некоторые так

называемые правила бесконфликтного объединения. В стандарте G.708 (версия 1988 г.) требо-

валось, чтобы все STM-1 принадлежали к одной из трех категорий:

1 - AU-3 (разного типа), несущие С-3 в качестве полезной нагрузки;

2 - AU-n (разного типа), но несущие тот лее тип TUG-2 в качестве полезной нагрузки;

3 - Различные типы TUG-2 в качестве полезной нагрузки.

В том же стандарте предпоследней версии (1993 г.) и затем в последней версии стандарта

G.707 [16] в связи с различиями схем мультиплексирования ETSI и SONET/SDH (см. рис. 2-4, 2-5)

эти правила объединения STM-N еще более ужесточаются, так как требуется идентичность схемы

(т.е. последовательности шагов в алгоритме) мультиплексирования и указываются предпочти-

тельные схемы, а именно:

- при мультиплексировании последовательностей STM-N, содержащих VC-11, которые исполь-

зуют различные TU-n (TU-11 или TU-12), предпочтение отдается схеме на рис. 2-5, исполь-

зующей TU-11; это значит, что VC-11, мультиплексированный по схеме на рис. 2-4, должен

быть демультиплексирован, начиная с TUG-2, до уровня VC-11, т.е. по схеме: TUG-2TU-

12VC-11, а затем ремулътиплексирован по схеме: VC-11 TU-11  TUG-2;

- при мультиплексировании последовательностей STM-N, содержащих AUG, которые исполь-

зуют разные AU-n (AU-4 или AU-3), предпочтение отдается схеме на рис. 2-4, использующей

AU-4. Те же STM-N, которые использовали AU-3, т.е. собирались по схеме на рис. 2-5, должны

быть демультиплексированы до уровня TUG-2 (по схеме: AUGAU-3VC-3TUG-2) или

VC-3 (по схеме: AUGAU-3VC-3) в зависимости от типа полезной нагрузки, а затем ре-

мультиплексированы по схеме: TUG-2TUG-3VC-4AU-4AUG или VC-3TU-

3TUG-3VC-4AU-4AUG соответственно;

- для случая объединения конкатенированных фреймов (сцепок) такие правила еще не разрабо-

таны.

Ясно, что эти сложности возникают как правило при пересечении границ зон действия

различных форматов SDH-мультиплексирования (ETSI-SONET/SDH).

Техника демультиплексирования/ремультиплексирования в настоящее время широко ис-

пользуется при стыковке систем с различными типами формируемых модулей, как это имеет ме-

сто в радиорелейных и спутниковых системах SDH (см. ниже).

Если при формировании модуля STM-N используется каскадное мультиплексирование, то

оно осуществляется по схеме чередования групп байтов, причем число байтов в группе равно

кратности мультиплексирования предыдущего каскада. Например, если формирование STM-16

происходит по двухэтапной схеме: 4xSTM-lSTM-4 и 4xSTM-4STM-16, то на первом этапе

используется мультиплексирование по схеме с байт-интерливингом, а на втором - по схеме с ин-

терливингом по группам, состоящим из четырех байтов. Если предположить, что на вход каждого

из четырех STM-4, питающих STM-16, поступают последовательности {b

} (здесь подстрочные

индексы i=0,1,2,3 - номера входов, а надстрочные индексы j=l,2,3,4 - номера мультиплексоров

STM-4), то процесс формирования молено представить схемой, представленной на след. стр.

Ясно, что если формирование STM-64 происходит по трехэтапной схеме: 4xSTM-lSTM-

4, 4xSTM-4STM-16, 4xSTM-16STM-64, то на первом этапе используется мультиплексирова-

ние по схеме с байт-интерливингом, на втором - с интерливингом по группам, состоящим из четы-

рех байтов, а на третьем - с интерливингом по группам из 16 байтов.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

2.1.8. Структура фреймов STM-N

Все варианты мультиплексирования, с которыми мы ознакомились, сводились к формированию

физического модуля STM-1, а затем STM-N. Рассмотрим логическую структуру модуля STM-N,

представленную в виде фрейма STM-N с его заголовками.

Структура фрейма модуля STM-N приведена на рис. 2-11. Фрейм для удобства рассмотре-

ния представлен в виде двумерной структуры (матрицы) с форматом 9 строк на 270xN однобайт-

ных столбцов. Структуру можно развернуть в виде одномерной повторяющейся с частотой вы-

борки 8000 Гц цифровой последовательности, или кадра, длиной 2430xN байтов (9*270=2430).

Такая развертка, соответствующая отображению матрицы на одномерный массив, осуществляется

построчно в соответствии со схемой мультиплексирования, начиная с 1 строки по 9.

Фрейм состоит из трех групп полей: поля секционных заголовков SOH формата 3x9xN и

5x9xN байтов, поля указателя AU-4 формата lx9xN байтов и поля полезной нагрузки формата

9x26lxN байтов (N=1, 4 16, 64, 256).

2.1.8.1. Административные блоки в STM-N

Нагрузка STM-N допускает фиксированное отображение N групп административных блоков AUG

на общее поле полезной нагрузки. Причем каждая группа AUG может состоять из одного AU-4

(см. рис. 2-12,а) или из трех AU-3, мультиплексированных по схеме с байт-интерливингом (см.

рис. 2-12,6). При этом строка указателей AU-n PTR содержит либо AU-4 PTR для блока AU-4, ли-

бо три AU-3 PTR для AU-3.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

Положение контейнеров VC-n внутри фрейма STM-1 не фиксировано, так как указатели

AU-n PTR (n=3,4) задают положение первых байтов VC-n относительно фиксированных позиций

указателей. Это позволяет VC-n "плавать" внутри блока AU-n и компенсировать не только раз-

ность фаз VC и SOH, но и разность скоростей составляющих их фреймов (по 3 байта зарезервиро-

ваны для положительного и отрицательного выравнивания, см. ниже).

Блок AU-4 имеет полезную нагрузку 9x261 байтов и служит (рис. 2-4) для транспортиров-

ки одного VC-4, имеющего свой маршрутный заголовок РОН (левый столбец размером 9 бай-

тов). Основное назначение РОН - обеспечить целостность связи на маршруте (тракте) от точки

сборки виртуального контейнера до точки его разборки (назначение отдельных байт см. ниже в

разд. 2.1.9.3).

Полезная нагрузка VC-4 (9x260 байтов) при двухэтапной схеме мультиплексирования

служит для транспортировки нескольких трибных блоков TU-n (n=1,2,3). Виртуальный контейнер

VC-n, ассоциированный с каждым из TU-n, также не имеет фиксированной позиции по отноше-

нию к началу VC-4. Она задается указателем TU-n PTR.

В свою очередь AU-3 (рис. 2-5) служит для транспортировки (с использованием VC-3)

трибных блоков TU-n (n=1,2) при двухэтапной схеме мультиплексирования. Виртуальный контей-

нер VC-n, ассоциированный с каждым из TU-n, также не имеет фиксированной позиции по отно-

шению к началу VC-3. Она задается указателем TU-n PTR. Виртуальный контейнер VC-3 имеет

такой же заголовок РОН, как и VC-4 (см. разд. 2.1.9.3).

2.1.8.2. Мультиплексирование административных блоков

Рассмотрим более подробно схему мультиплексирования административных блоков AU-n в мо-

дуль STM-N. В соответствии с рис. 2-3 она осуществляется в два этапа: AU-n  AUG и AUG 

STM-N. Последний этап является общим и не зависит от типа AU-n.

Схема мультиплексирования N AUG в модуль STM-N приведена на рис. 2-13 (см. след.

стр.). AUG состоит из фрейма размером 9x261 байтов и заголовка 1x9 байтов в 4 строке, исполь-

зуемого под указатель. Фреймы AUG мультиплексируются по схеме с байт-интерливингом, фор-

мируя поле полезной нагрузки STM-N размером Nx261, а заголовки по той же схеме в общую

строку 4 Nx9 общего заголовка STM-N.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

Мультиплексирование AU-4 и AU-3 в AUG отличаются друг от друга. Для AU-4 оно пока-

зано на рис. 2-14, а для AU-3 на рис. 2-15 (ниже).

В первом случае мультиплексирования фактически не происходит, просто 9 байт заголов-

ка AU-4 помещаются в первые 9 байтов строки 4, образуя указатель AU-4 PTR, а в поле полезной

нагрузки 9x261 AUG непосредственно размещается VC-4. При этом AU-4 PTR указывает на по-

ложение 1 байта VC-4 (см. рис. 2-14).

Блок AU-3 (см. рис. 2-15) состоит из фрейма размером 9x87 байтов, в структуре которого

есть 2 фиксированных резервных столбца 30 и 59, байты b

i,30

и b

i,59

в которых (для каждого AU-3)

должны быть произвольными, но одинаковыми, и заголовка 1x3 байта (Н1,Н2,НЗ), помещенного в

начале строки 4. Мультиплексирование осуществляется по схеме с байт-интерливингом отдельно

для заголовков и фреймов, причем положение 1 байта VC-3 и резервных столбцов (наполнителей)

не фиксируется, а задается указателями AU-3 PTR.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

2.1.8.3. Мультиплексирование трибных блоков

Как видно из рис. 2-3, VC-4 и VC-3 формируются из TUG-3 и/или TUG-2, а те, в свою очередь, из

TU-n, причем группа трибных блоков TUG-3 используется только в схеме ETSI для формирования

STM-N.

Структура TUG-3 представлена фреймом 9x86 байтов. Для формирования VC-4 три груп-

пы TUG-3 мультиплексируются по схеме с байт-интерливингом так, как показано на рис. 2-16.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

В результате этого формируется поле 9x258 байтов, которое дополняется впереди напол-

нителем из 2 фиксированных резервных колонок 2 и 3, для заполнения поля полезной нагрузки

VC-4 (9x260 байтов), при этом первая колонка является заголовком VC-4 РОН, см. рис. 2-16.

Группы TUG-3, в свою очередь, могут быть сформированы из семи групп TUG-2 путем

мультиплексирования по схеме с байт-интерливингом, как это показано выше на рис. 2-8 (схема

мультиплексирования) и рис. 2-9 (состав VC-n и расположение указателей TU-n PTR). В этом слу-

чае 7xTUG-2 занимают поле 9x84 байта, оставляя незаполненными первые два столбца в качестве

фиксированного наполнителя.

Аналогично TUG-3 могут быть сформированы из одного трибного блока TU-3, состояще-

го, как отмечалось выше, из одного виртуального контейнера VC-3, имеющего формат 9x85 бай-

тов (с учетом 1 столбца VC-3 РОН), и указателя TU-3 PTR (Н1,Н2,НЗ), занимающего первые три

байта первого столбца TUG-3. Остальные 6 байтов занимает фиксированный наполнитель (см.

рис. 2-17). Структура заголовка VC-3 РОН такая же, как и у VC-4 РОН. точное назначение байтов

см. разд. 2.2.9.

С другой стороны для формирования VC-3 достаточно смультиплексировать 7 групп

TUG-2 (см. рис. 2-5), которые точно укладываются в поле полезной нагрузки VC-3 (9x84 байтов).

Наконец, используя TUG-2 как промежуточный этап, можно сформировать VC-3, мульти-

плексируя TU-2, TU-12 или TU-11, аналогично тому как это показано на рис. 2-8, 2-9 для TUG-3.

Разница только в том, что использовать фиксированный наполнитель вообще не потребуется.

2.1.8.4. Схема нумерации AU-n/TU-n в кадре STM-1

При логическом формировании фреймов различных структур: AUG, AU-n, VC-n, TUG-n и TU-n, -

было удобно их матричное (двумерное) представление. При решении задач ввода/вывода или ком-

мутации, или преобразования VC-n, TU-n и AU-n удобно одномерное представление модуля

STM-l в виде кадра, так как нам важно знать адреса, где физически находятся части указанных

структур внутри одномерного потока циклически повторяющихся кадров. Эта задача формально

решается легко, если известна схема формирования модуля STM-1, так как алгоритм преобразова-

ния фрейма STM-l в кадр путем построчной (слева-направо, сверху-вниз) развертки двумерной

матрицы в матрицу-строку всегда известен.

Так, в случае фрейма STM-1, сформированного через AU-4, столбцы полезной нагрузки

можно адресовать, используя три индекса к, l, т, где k представляет номер TUG-3, l - номер TUG-

2 и т - номер TU-1. Если он сформирован через AU-3, то достаточно знать только индексы l и т

[16].

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

Каждый трехиндексный адрес способен локализовать положение одной адресуемой еди-

ницы, в качестве которой выступает 1 столбец фрейма (9 байтов) именуемый тайм-слотом (TS).

Например, в VC-4 (где 261 столбец-тайм-слот) схема нумерации тайм-слотов начинается для TU-

12 с 10 столбца, следовательно поле полезной нагрузки содержит 252 TS, а так как фрейм TU-12

состоит из 4 столбцов, то VC-4 содержит всего 63 TU-12. Каждый столбец-тайм-слот, принадле-

жащий к одному и тому же TU-12 должен иметь тот же самый уникальный набор индексов. В ре-

зультате все 63 TU-12 (а значит и все 63 триба Е1 в VC-12) будут иметь уникальные адреса, начи-

ная с триба 1 - TU-12(1,1,1) и кончая трибом TU-12(3,7,3).

Трехиндексный адрес позволяет определить номера столбцов, физически относящихся к

одному и тому же AU-n. Так для фрейма, сформированного через AU-4, эти номера можно опре-

делить по формуле:

соl

= 10 + [k-l] + 3·[l-1] + 21·[m-l] + 63·[x-l], где x

= 1,2,3,4.

В результате для триба 1, или TU-12(1,1,1), получаем столбцы: 10, 73, 136, 199. Более под-

робно о схемах нумерации см. ITU-T G.707 [16].

2.1.8.5. Указатели AU-n

Как мы уже отмечали, указатели AU-n позволяют гибко и оперативно (в динамике) отображать

положение виртуального контейнера VC-n внутри полезной нагрузки фрейма AU-n, что позволяет

VC-4 "плавать" внутри AU-n. Фактически этот указатель не только позволяет учесть разницу в по-

ложении VC-n и SOH, но и разницу в скоростях фреймов.

Указатель AU-4 начала контейнера VC-4 помещается в байтах HI, H2 и НЗ (байты в заго-

ловке SOH, строка 4), как показано на рис. 2-18. Аналогично этому в 9 байтов той же строки по-

мещаются и три указателя AU-3 (по три байта каждый) на три контейнера VC-3.

Машинное слово указателя

Байты HI и Н2 рассматриваются как одно машинное слово указателя, которое имеет

структуру:

N N N N S S I DI D I D I D I D ,