ELEKTRONSKI FAKULTET U NIŠU

SEMINARSKI RAD IZ OPTIČKIH MREŽA

“SINHRONA DIGITALNA HIJERARHIJA ( SDH )”

U Nišu, februar 2014.godine

1

10 SINHRONA DIGITALNA HIJERARHIJA

Kada je razvijena PDH hijerarhija, smatralo se da ima dovoljan kapacitet, koji je tada odgovarao zahtevima za transport glasa i podataka. Međutim, kako je vreme prolazilo i potražnja za uslugama je rasla, potreba za većim brzinama prenosa je nastala vrlo brzo, uglavnom zbog eksplozije u prenosu podataka. Projektovanje još veće brzine PDH je veoma složen i neekonomičan proces, jer da bi se postigla veća brzina prenosa, mora se dodati odredjen broj faza za multipleksiranje,a samim tim, mora se dodati i sličan broj faza za demultipleksiranje tamo gde je potrebno ( vidi poglavlje 8 za više detalja o PDH ). U stvari, Medjunarodna telekomunikaciona unija ( ITU ), nije radila izvan standarda za PDH sisteme izvan 140 Mbps, i koji god sistem je izašao za veću brzinu prenosa podataka bio je u vlasništvu prodavaca. Nakon pojave tehnologije optičkih vlakana u 1980-im, koji imaju ogroman kapacitet kanala, sistemi ograničeni PDH standardima postaju pravo usko grlo u transportu većeg broja kanala u optičkom medijumu.

10.1 EVOLUCIJA SINHRONE DIGITALNE HIJERARHIJE

Digitalna mreža je u malim segmentama počela zamenu analogne veze. Broj segmenata je rastao sa potražnjom za povećanim saobraćajem. Ovi segmenti, iako poseduju unutar sebe Master-Slave sinhronizaciju, rade na principima PDH hijerarhije u interkonekciji sa svim ostalima. Čak svi segmenti mreže jednog operatera ne mogu biti integrisani na filozofiji Master-Slave sinhronizacije, što dovodi do previše interkonekcije na pleziohronom nivou. Svaka takva interkonekcija davala je povoda za zastoj u mreži, što je bilo veoma nepoželjno. Na kraju, broj zastoja u mreži postao je nepodnošljiv ( videti sekciju 7.9 za detaljniju analizu ovog problema ). Telekomunikacioni operateri su onda započeli uspostavljanje sinhronizacije za kompletne svoje mreže u 1970-im. Troškovi visoke preciznosti atomskih časovnika i pomoćni pribor vremenske distribucije su takodje u opadanju, čineći sinhronizaciju mreže široko pristupačnom.

Takodje, integracija mreža različitih proizvodjača nije moguća na optičkom nivou zbog nestandardnih optičkih interfejsa povezanih sa PDH. To je postao veliki problem jer je vremenom nastala veća potreba za medjusobnim vezama izmedju različitih mreža nezavisno od proizvodjača. Drugi problem za medjunarodni saobraćaj su različiti standardi električnih nivoa u

2

digitalnim signalima u Evropi, Japanu i Americi ( E1 u Evropi i ostatku sveta, a T1 u Severnoj Americi i Japanu ).

Ovi faktori su iziskivali novi standard koji bi mogao da prevazidje sve ove probleme i koji bi mogao koristiti u nekom periodu u budućnosti. U razvoju novih standarda, mnogo više faktora je uzeto u obzir, koji su ponudili bolje uslove od PDH standarda ( o ovome će biti reči u narednim poglavljima ).

Sinhronizacija široke mreže u predloženom novom standardu nudi bit po bit identifikaciju digitalnog signala u mreži. Standard je imao fenomenalnu prednost zato što je mogao da identifikuje svaki vremenski slot u prenosu bitova. Prema tome, svaki kanal ( koji se odnosi na bilo koji vremenski slot ) može se direktno izbaciti ili ubaciti. Iako postoji mogućnost da se direktno izbaci čak i 64-kbps kanali, obično se koriste sistemi na nivou E1. Ali, to se može postići samo ako se koristi direktno multipleksiranje od pritoka umesto hijerarhijskog multipleksiranja. Ovi zahtevi dovode do moranja za promenom hijerarhije. Slika 1.10 ilustruje koncept.

E2 prenos bitova ( koji se nazivaju i pritoke ) stižu na E3 multiplekser u svoje vreme, što znači da su brojevi bitova ili brojevi vremenskih slotova različiti u zavisnosti od vremena dolaska u E3 multiplekser. ( Ovo nije isto što i različita bitska brzina, što smo videli ranije u poglavlju 8).

Nakon neophodne ekualizacije brzine, bitovi se multipleksiraju kako stižu. Odlazeći E3 tok bitova tako sadrži sekvencu svakog prvodolazećeg bita iz E2, potom drugodolazećeg bita svakog E2 i tako dalje. U primeru na slici 10.1, u datom trenutku vremena, sledeći brojevi bitova su

3

dostupni za multipleksiranje: 6. prvog E2, 2. drugog E2, 13. trećeg E2 i 25. četvrtog E2. Oni se multipleksiraju po istom tom redosledu. Ovi multipleksirani bitovi su postavljeni u bitnim pozicijama obeleženim za pritokama bitova podataka, set I od E3 toka nakon kadriranja, alarm bitova, itd. ( videti sekciju 8.3 za detalje vezane za E3 ).

Sada, gledajući u E3 tok bitova, možemo videti da je lako moguće razdvojiti 4 E2 jer se svi tretiraju kao “učesnički podaci” na fiksnim pozicijama u E3 toku podataka. Medjutim, mi ćemo biti na gubitku da znamo funkciju svakog od pojedinačnih E2 bitova. Bićemo u mogućnosti da znamo ove detalje ako koristimo E2 multiplekser, koji će prepoznati strukturu okvira za E2, a nakon posmatranja formulisanih bitova za nekoliko okvira, utvrdiće se odgovarajući E2 tok, i tek tada se mogu identifikovati svi delovi E2 toka bitova sa njihovih položaja i demultipleksira ih u E1.

Sa druge strane, ako koristimo direktno multiplesiranje od E1 pritoke, na primer, sa zajedničkim setom kadriranih bitova, pojedinačni kanali mogu biti lako izdvojeni ako se znaju pozicije bitova ( vidi sliku 10.2 ).

Direktan multiplekser prikazan na slici 10.2 je hipotetički model i on je samo za ilustraciju koncepta. Recimo 63 E1 su multipleksirani u zajednički ram ( 63 je izabran samo zato da bi odgovaralo broju koji se koristi u STM-1). Tako se kroz znanje pozicije bitova, pritoke mogu identifikovati i odvojiti. Multipleksiranje može biti na nivou bita ili na nivou bajta ( jedan bajt u vremenu se naziva „bajt multipleksiranje“.

4

Možete videti da li imate sinhronu mrežu, možete identifikovati pojedinačne bitove bez greške i sa direktnim strukturom za multipleksiranje, možete da otpustite ili ubacite pritoku, bez potrebe za demultipleksiranje celog toka bitova.

Ovaj koncept je primenjen za dizajniranje potpuno novog standarda digitalnog multipleksiranja hijerarhija i zove se Sinhrona Digitalna Hijerarhija ( SDH ). Na početku, u februaru 1985. Bell-Core Technologies USA predložila je novi standard nazvan Sinhrona Optička Mreža ( SONET ), koji je u upotrebi u Severnoj Americi i Japanu. Principi su kasnije usvojeni od strane ITU-T i oni su izvedeni iz SDH standarda. Prve preporuke SDH standarda, tj. G.707, G.708, G.709 su odobreni u februaru 1988.godine, a njihove poboljšane verzije su nastale 1990.godine. Dok je G.707 definisao standardizovane SDH nivoe, G.708 je opisao principe i osnovne strukture. Strukture multipleksiranja osnovnih ramova definisane su u G.709. Nakon toga, G.708 je korišćen za definisanje sub-STM-0 mreže, G.709 je korišćen za definisanje novog transportnog standarda pod nazivom Optička Saobraćajna Mreža ( OTN ), i SDH je redefinisana u preporuci G.707/Y1322 u decembru 2003.godine. Izmene su nastavljene i kasnije, najnovija verzija je G.707/Y1322 (2007) napravljena 29.jula 2007.godine.

SDH je konačno evoluirala, osiguravajući da ona ne samo zadovoljava trenutne potrebe, već i da zadovoljava potrebe i u buduće. Standard je napravljen kako bi se osiguralo da bude potpuno kompatibilan sa svim digitalnim hijerarhijama koje se koriste u svetu bilo evropskim, američkim

5

ili japanskim. Takodje je kompatibilan sa SONET-om i mnogim drugim tehnologijama kao što su ATM, IP i druge.

Konačno, SDH ima mnogo prednosti nad PDH, koje će se sumirati u nerednim poglavljima.

10.2 Prednosti SDH

10.2.1 Brzine prenosa podataka

Mnogo veće brzine prenosa podataka ( ili bitske brzine; “ brzine prenosa podataka” ili “ bitske brzine” su sinonimi u raspravi o SDH i ne treba ga mešati sa komunikacijom podataka ) su moguće. PDH je definisao brzinu prenosa podataka samo do 140 Mbps. Osim toga, sistemi nisu definisani od strane ITU-T, ali neki vlasnički sistemi i dalje postoje. Medjutim, u SDH, brzine prenosa podataka idu do STM-256, tj. do 40 Gbps. STM je skraćenica za “sinhroni transportni modul”; transport jedinica podataka u SDH se naziva transport modula, najmanji je STM-1 sa brzinom prenosa podataka od 155 Mbps. Trenutno, najveću upotrebu stekli su sistemi do 10 Gbps ( STM-64 ), iako su počeli da se upotrebljavaju i STM-256 ( 40 Gbps ) sistemi.

10.2.2 Direktno izbacivanje/ubacivanje pritoka

Zbog sinhrone prirode multipleksiranja, što je i objašnjeno u prethodnim sekcijama, moguće je izbaciti ili ubaciti pritoku ( pritoka u digitalnom prenosnom sistemu je tok podataka koji može biti E1=2Mbps, T-1=1.544 Mbps ili bilo koji drugi viši tok podataka ) bez potrebe da se ide kroz više faza multipleksiranja ili demultipleksiranja. Sve ovo dovodi do drastično niže cene ovih sistema.

To je, u stvari, jedna od najvažnijih prednosti SDH. Ovo, zajedno sa potrebom za većim brzinama prenosa podataka i kompatibilnosti širom sveta, bila je osnova za uvodjenje SDH sistema.

6

10.2.3 Automatsko zaštitno prebacivanje/samoizlečenje

SDH mreža je generalno konstruisana u obliku prstenova gde god je to bilo moguće ( to ćemo videti detaljnije u poglavlju 12 ). Dizajn SDH predvidja tzv. automatsko prebacivanje zaštite ili funkciju samoizlečenja, što znači da ukoliko postoji kvar usluga, u čvoru ili u više čvorova, zbog prekida vlakna ili bilo kog drugog problema, saobraćaj će automatski biti preusmeren sa oštećenog čvora nekim alternativnim pravcem. Ovo obezbedjuje gotovo trenutnu obnovu saobraćaja, što dovodi do velike pouzdanosti i tačnosti popravke od strane timova za održavanje koji neće imati pritisak da moraju problem rešiti u što kraćem roku. To je razlog zašto se ova osobina SDH mreže zove „samoizlečenje“.

10.2.4 Kompatibilnost sa preovladjujućim standardima

Zbog toga što je došao novi standard, koji je bolji od ostalih, ne znači da su postojeće mreže preko noći napuštene. Uspostavljanje ovih mreža uključivalo je ogromne troškove,a mnoge od njih još uvek nisu odradile svoj radni vek. Tako da, i za mnogo godina, one će negde naći svoju primenu. SDH je dizajniran da bude u stanju da primi skoro sve postojeće standarde, omogućujući povezivanje na sve evropske, japanske i američke standarde. Stoga, SDH je u stanju da prodre sve granice i da neprimetno obavlja saobraćaj. Vlasnici starijih mreža nemaju razloga da brinu zbog pojave SDH.

Razne PDH hijerarhije koje se koriste širom sveta prikazane su na slici 10.3, i sve ove hijerarhije su lako smeštene u SDH. SDH je takodje u potpunosti kompatibilan sa američkim standardom SONET.

7

Iako više brzine od onih prikazanih na slici 10.3 su takodje u upotrebi, one su uglavnom u vlasništvu proizvodjača i nisu standardizovane od strane ITU-T.

10.2.5 Kompatibilnost sa prodavcima

Optički interfejs je standardizovan u SDH. Pre SDH, nije bio standardizovan, tako da je svaki prodavac koristio drugačiji interfejs, bez kompatibilnosti sa ostalima. Sa optičkom kompatibilnošću opreme različitih proizvodjača, koji se odnosi na to da opreme različitih proizvodjača mogu biti povezane bez posebnog inerfejs uredjaja. Ovo se pokazalo kao revolucija jer se pretvorilo u brzu i ekonomičnu interkonekciju širom sveta.

10.2.6 Kompatibilnost sa protokolima za prenos podataka

Prenos podataka je rastao brže od glasovnog saobraćaja u prethodnim godinama, ali nema transportnih mreža koje su dostupne isključivo za saobraćaj podataka. Prenos podataka je

8

okosnica na dugim relacijama pa se stoga gradi na već postojećoj infrastrukturi. SDH omogućava veoma efikasno mapiranje skoro svih komunikacionih protokola, kao što su HDLC, Ethernet, IP, ATM, LAPS itd.

10.2.7 Odlične operacije, administracija i menadžment

PDH ima veoma ograničen skup funkcionalnosti O&M, sa nekoliko bitova koji ukazuju na neuspeh ili greške kao pomagala. PDH ima veoma ograničene karakteristike upravljanja. Nasuprot tome, struktura SDH obuhvata veliki broj bajtova kao overhead bajtove za O&M. Iako ovi overhead bajtovi neznatno smanje efikasnost prenosa, oni u velikoj meri poboljšavaju operacije, administraciju, održavanje i mogućnosti mreže. Veliki broj alarma brzo i precizno generiše lokacije kvarova. Pored toga, veliki broj bajtova je rezervisan za prenos podataka kako bi se olakšalo upravljanje celom mrežom. Ovo uključuje konfigurisanje i pružanje željenog nivoa protoka izmedju bilo koje dve ili više tačaka, praćenje, isključenja, cross veze itd.

10.3 Cena koja je plaćena za prednosti

Naravno, sve prednosti koje su objašnjene u sekciji 10.2 nisu dobijene besplatno. Postoji cena koju treba platiti, u smislu: (i) uspostavljanje vremenske raspodele kroz mrežu, (ii) dodat jitter zbog prilagodjenja pokazivača, (iii) siromašniju efikasnost uramljivanja, i (iv) pretnja virusa.

10.3.1 Uspostavljanje vremenske raspodele kroz mrežu

Pošto cela mreža treba da bude sinhrona, odnosno, lokacije bitova koje se odnose na pojedinačne pritoke moraju biti precizno poznate, mora biti uspostavljena vremenska raspodela kroz mrežu. Visoko precizni atomski časovnici se moraju koristiti na strateški bitnim lokacijama u mreži, koji treba da budu podržani od strane visoko preciznih jedinica snabdevanja sinhronizacije ( SSUs ) ( vidi poglavlje 5 za detaljniju raspravu o časovnicima ). To je skupo,

9

medjutim, troškovi su znatno smanjeni u nedavnoj prošlosti, što je učinilo sve ovo pristupačnijim.

10.3.2 Dodat džiter zbog prilagodjenja pokazivača

Tačne lokacije pritoka su u SDH označene putem nečega poznatog kao „pokazivač“ ( kasnije ćemo detaljno o tome u ovom poglavlju). Pokazivač treba često da se prilagodjava brzini podataka i varijacijama zbog džitera, zbog nestabilnosti opreme, a i zbog problema u prenosnom medijumu, a i takodje da prate lokacije pritoka. Svaki put se odvija podešavanje pokazivača, a dodatni džiter je uveden u tok bitova. Ovaj džiter je uzrok poteškoćama u demultipleksiranju na niskim brzinama pritoka signala, što dovodi do složenijih kola.

10.3.3 Siromašnija efikasnost uramljivanja

Zbog velikog broja bitova koji se koristi u SDH za potrebe pojačane OAM ( O&M u PDH postaje OAM, odnosno, operacije administracije i održavanje/upravljanje u SDH ) funkcijama, zapravo koristi koje nose SDH sisemi su manje u poredjenju sa PDH sistemima kao odnos ukupnog kapaciteta. Na primer, PDH, E4 signal ( ili tok bitova ) nosi 64 E1 kao korisni teret, kada je E4 brzina bitova je 139.264 Mbps, dok STM-1 ( najniža konfiguracija SDH ) nosi 63 E1 kao korisni teret, kada je brzina bitova 155.520 Mbps.

Medjutim, sa jednostavnim prenosom većih brzina u “ optičkom vlaknu “ , ovi dodatni bitovi u overhead-u su lako pristupačni, naročito imajući u vidu brojne prednosti OAM-a.

10.3.4 Pretnja virusa

Pošto su SDH sistemi visoko zavisni od softvera za OAM funkcije, oni su ranjivi na viruse, a naročito ako se OAM funkcijama upravlja preko zajedničkih objekata računara, koji se koriste za druge opšte namene. Bezbednost SDH sistema će takodje biti veoma visok standard.

10

Ipak, ogromne mogućnosti upravljanja softverom koje nudi SDH lako nadmašuju pretnje.

U ukupnom scenariju, prednosti teško nadmašuju nedostatke, i na taj način sklanjaju PDH i otvaraju teren za SDH.

10.4 SINHRONI TRANSPORTNI MODUL

Transport u telekomunikacijama ima isto značenje kao i inače. To znači slanje i prijem robe na velikim udaljenostima. Kada se roba šalje sa jednog kraja i prima na drugom kraju, trebala bi da bude transportovana. Tako u slučaju telekomunikacija, prenos i prijem komunikacionih signala ili toka bitova, zove se transport.

U SDH, tok bitova je sinhronizovan i transportovan je u ramovima, koji se zovu moduli. Razmotrimo koncept direktnog multipleksiranja objašnjenog u sekciji 10.1 ( pogledati sliku 10.4).

Kao što je prikazano, direktno multipleksiranje ( umesto višestepenog multipleksiranja u PDH ) 63 E1 proizvodi najmanji hijerarhijski modul SDH koji se zove STM-1. Treba obratiti pažnju na to da je brzina prenosa bitova mnogo veća nego što je potrebno za 63 x 2.048 Mbps.

63 x 2.048 = 129.024 Mbps

11

a kod STM-1 = 155.520 Mbps

( Najmanji modul u SDH je zapravo STM-0, koji nosi 21 E1, i ima brzinu protoka od 51.840 Mbps. STM-0 je ekvivalentan sinhronom transportu signala STS-1 kod SONET standarda, koji se koristi u Severnoj Americi i Japanu. STM-0 može da primi 21 E1 ( koji su na nominalnoj brzini protoka od 2 Mbps ) ili 28 T-1 ( koji su na nominalnoj brzini protoka od 1.5 Mbps ). Ostali nivoi SDH i SONET-a su takodje kompatibilni, na primer, STS-3 je ekvivalentan sa STM-1 pri brzini protoka od 155.520 Mbps, STS-12 je ekvivalentan sa STM-4 pri brzini protoka od 622.080 Mbps, i tako dalje. STM-0, medjutim, nije popularan u proizvodnji, tako da je najmanja konfiguracija koja se može kupiti STM-1. )

Veće brzine protoka u SDH su definisane višim nivoima STM-a, kao što su STM-4, STM-16 itd. Iako su u egzaktnom umnošku od STM-1, oni nisu multipleksirani u hijerarhiji kao kod PDH, ali koriste koncept direktnog multipleksiranja prikazanog na slici 10.4 u svakoj fazi. Različite SDH brzine protoka su definisane od strane ITU-T i to je prikazano na slici 10.5.

Slika 10.5 prikazuje sve module definisane od strane ITU-T za SDH hijerarhiju, njihove tačne brzine protoka podataka ( bitova ), poznatije kao brzine prenosa podataka. STM-1 je osnovni modul, a ostatak su njegovi jednostavni umnošci.

12

10.5 Formiranje STM-1

Sada da vidimo kako se formira STM-1 od 63 E1 pritoka i kako bitska brzina 129.024Mbps (2.048 x 63) postaje 155.520Mbps. Gde su svi ovi ektra (ili overhead) bita iskorišćeni, kako se oni koriste, i zašto?

Hajde da preispitamo koncept direktnog multipleksiranje člana 10.1 (slika L0.2), gde je hipotetički slučaj direktnog multipleksiranja 63 E1s uzet. Slika je ponovo nacrtana kao slika 10.6. To je upravo ono što je urađeno, u principu, da se dobije STM-1 ram od 63 E1s. Nažalost, međutim, stvari nisu tako jednostavne. Postoje problemi koje treba prevazići da bi se formirali praktični sistemi. Pogledajmo ih jedan po jedan.

Slika 10.6Direktno multipleksiranje 64 E1 za sinhroni sistem.

10.5.1 Poravnanje E1 pritoka

Kao što smo videli tokom diskusije o PDH multipleksiranju (član 8.2.1), bitske brzine svih E1 pritoka nisu potpuno iste, verovatno zbog različitih izvora svojih originations i različitih medija preko kojih stignu na STM-1 multiplekser. Tako, proces poravnjanja sličan kaošto je opisano u odeljku 8.2.3 mora da bude usvojen.

13

Stoga su izabrane velike bitske brzine, tako da E1 sa najvećom brzinom protoka se lako prilagođava. Ova visoka stopa automatski prilagođava manje brzine protoka pritoka proglašenjem potrebnog broja poravnajućih prilike bita ili kao poravnanje bita ili bita sa podacima. Međutim, pre nego što počnemo istraživanje detalja procesa poravnanja u STM-1, treba da znamo "brzinu emitovanja ramova" STM-1.

10.5.2 Brzina emitovanja rama kod STM-1

Podsetimo se osnova uzorkovanja Nikvistove toreme (objašnjeno u odeljku 3.2),koji navodi da bilo koji analogni signal može verno biti rekonstruisan preko njenih uzoraka ako se uzorkovanje vrši na više od dva puta maksimalne frekvencije signala. Shodno tome, govor je uzorkovan na 8 kHz (više nego duplo maksimalna frekvencija, odnosno, 3.4kHz). Tako, 8000 uzoraka proizvode se svake sekunde, prevedeno na vreme to je 125 µs između svakog uzorka. Dakle, ovih 125 µs su usvojeni kao standardan period za ram u PCM ili E1 (PDH nivo 1, vidi odeljak 8.1) multipleksiranje. Iаko u višim nivoimа PDH multipleksirаnjа kаo što E2, E3, itd , vremena emitovanja rama su bile sаsvim drugаčije ,dok je projektovana SDH hirearhija, uočeno je dа je nаjviše pogodаn zа korišćenje 125 µs kаo stаndаrdno vreme emitovanja rama ne sаmo zа STM-1 nego zа sve nivoe STM .U stvari vreme emeitovanja rama nemа nikаkve veze sа brzinom uzorkovаnjа prenos podаtаkа morа dа se odvijа nа unаpred definisаnoj bitskoj brzini kаo što je 2.048 Mbps zа E1 i 8.448 Mbps zа E2, itd,. Nаprotiv ,vreme emitovanja rama je tаko izаbrаno dа prenese podаtke na datoj brzini bez greske , koliko moguće. Shodno tome ,pogodаn okvir trаjаnje 125 µs je izаbrаn zа PCM ili E1 , jer je omogućаvаo lаko rаzumevаnje zаhvаljujući činjenici dа uzorkovanje pri 8000 - Hz obezbeđuje jedаn uzorаk za svаki od 30 multipleksirаnа kаnаla tokom 125 µs. Broj bitovа koji se može poslаti u rаmu niti može dа bude suviše nizаk , niti suviše visok. Mаnji broj bitovа po ramu vodi do slаbe efikаsnosti rama jer je broj ' referentnih bitа ", (koji su overheаd bitovi ) koji se prenose u svаkom ramu pored bitovа podаtаkа je konstantan. Veomа veliki broj bitovа u ramu može dovesti do većeg broja grešаkа zbog problemа prenosnog medijuma ili zbog loše tаčnosti prijemnikovog sаta. Tаko, rаzumаn bilаns je normаlno obezbeđen projektovаnjem . U slučаju STM-1, broj bitа po rаmu je 155,520,000 / 8000, dok u STM-4, oni su 4 x 155,520,000 / 8000 po rаmu. STM-1 stopа se dobijа množenjem sa 16 i 64 u slučаju STM-16 i STM-64. Dаkle, broj bitа po rаmu postаje veomа visok u slučаju višeg redа STM-a jer se trаjаnje rama drži konstаntno nа I25 µs. Međutim, ova visokа brzinа prenosа ne uzrokuje veliki problem u isprаvnom prenosu i prijemu bitovа zbog veomа visoke tаčnosti čаsovnikа koji se koriste i

14

efikаsnog otkrivаnja greške i mehanizama za korekciju. Sаdа dа vidimo proces obrаzloženjа. Po ITU-T preporukаmа, sаt tаčnost dozvoljeno zа E1 čvorovа je ±50 ppm

(ili ±50 × ). Stogа, ukupаn broj bitovа koji mogu biti više ili mаnje

Dаkle, аko smo zаdržаti marginu zа ubacivanje 1 bit po rаmu za E1 pritoke u STM-1, biće

Broj dodаtnih bitovа u sekundi = 1 x 8000 = 8000

Međutim, zahtevani dodatni biti su sаmo ±102 u sekundi (plus neke više nа rаčun oštećenjа tokom prenosa, аli vаrijаcija neće biti mnogo). Tаko, 1 bit po rаmu izgledа dа je previše. Tаko, dа štede nа broj ubacivanih/ poranajućih bitа (а sаmim tim i poboljšаnje efikаsnosti rama), 1 bit se ubаcuje u svаkom četvrtom ramu koji nаm dаje mаrginu od 8000/4 = 2000 bitа/s koji je tаkođe mnogo više nego nаšem zаhtevimа ±102 Bita / s.

Dа se prilagode vаrijаnte i pozitivnih i negаtivnih strana, dva bitа su, u stvаri, obezbeđena u svаkom četvrtom tamu. Jedаn bit se koristi zа tаkozvаno pozitivаno poravnanje a drugi zа negаtivno poravnanje. Kаdа je bitska brzina dolаzne E1 pritoke mаnja od 2.048 Mbps, poravnajući bit je dodаt (u stvari, poravnajuci opportunity bit nаzvan "S1,, predviđen za ovаj cilj se proglаšаvа kаo poravnajući bit nego stvаrno da se dodaje ekstrа bit), to se zove "pozitivno poravnanje." Kаdа je bitska brzina ulаznih E1 pritokа veća od 2048 Mbps, poravnajući bit se briše (u stvаri poravnajuci opputnity bit pod nаzivom "S2" se zа tu svrhu koristi se kаo podaci ili informаcioni bit nego zаprаvo brisаnjа bilo kog bita), to se zove "negаtivnа poravnanje“.

Struktura viserama kombinuje četiri E1 rama kako je prikazano na Slici 10.7.Imajte na umu da je 'S1' bit poslednji bit bajta sa brojem 103 i "S2,, bit je prvi bit 104. bajta. Takođe primetite prisustvo "kontrolne poravnajuće bite“ "C1 i C2" u tri od bajtova. Kada se sva tri C1 bita 0, bit S1 je bitpodataka (tj.,C1C1C1 = 000) i kada sva

15

Slika 10.7Višeramna struktura 500-PS kombinuje četiri E1 pritoke. Bitovi se prenose sleva na desno i odozgo na dole. (b) dve vrste predstavljanja višerama.

tri njegova C1 bita su 1 (tj., C1C1C1 = 111) bit S1 je poravnajući bit. Slične indikacije su dati od strane tri C2 malo o s2 bita (vidi odeljak 8.2.3 za više detaljia o procesu poravnanja).Možda se pitate o ostalim detaljima strukture rama. Videćemo o njima vrlo brzo. Hajde da prvo vidimo detalje o brzini poravnanja.

16

Ukupan broj bitova podataka je 1023 u svakom ramu, a tu su i 2000 takvih ramova svake sekunde. Dakle, broj bita u sekundi = 1023 x 2000. Ili data rate je = 2.046.000 bita / s Sada ako je bit S1 je takođe bit podataka, onda ukupan broj bitova podataka će biti 1023 + 1 = 1024, i stoga,

Data rate = 1024 x 2000 = 2048 kbits / s, što je normalna brzina E1 .Ako je S2 bit takođebit podataka, onda ukupan broj bitova podataka će biti 1023 + 2 = 1025, i stoga, Data rate = 1025 k 2000 = 2050 kbits / s

Stvarna brzina prenosa podataka će biti negde između granica 2046 i 2050 kbps, dajući potpuni opseg poravnanja do 4 kbps nasuprot uslovu ±102 = 204 bps ili tako. Ostali bitovi u strukturi okvira su

R biti: Oni su fiksni popunjujući (poravnajući) biti u ovoj strukturi rama. Svrha je da se napravi ram određene veličine dodavanjem nekih suvišnih bita, tako da se mogu uklopiti lako sa drugim vrstama ramova ušemu za multipleksiranje STM-1. Za primer, STM-1 ram može da obuhvati različite pritoke kao što su E1, T-1, E3, F4, itd (Naknadno će biti diskutovano).

O biti: Ovo su "overhead" biti kanala koji se koriste za razna održavanja i alarm funkcije. Detalji ovih bitova će biti obrađeni u sledećem poglavlju OAM karakteristika SDH.

S1, S2 biti: Već su diskutovani. Cl, C2 biti: Već su diskutovani. I (ili D) biti: Već su diskutovani.

Korišćenje različitih tipova bitova da se formira struktura rama smo videli da se zove "mapping" i sama struktura rama se zove „kontejner". To su dva veoma osnovnih koncepata u SDH. Hajde da ih vidimo u malo više detalja.

10.6 Kontejner

Kontejner je jedan od osnovnih blokova koji ulaze u sastav SDH. 136-bajtna struktura rama koju smo videli na slici 10.7 je zapravo definisan SDH kontejner pod nazivom "C".

Koncept kontejnera može lako da se razume iz samog naziva. Razmislite slučaj gde kamion mora da se natovari sa različitom robom, različitih veličina. Ako oni se slože u kamion u svojoj originalnoj veličini, oni ne mogu da se"spakuju" pravilno u kamion, što dovodi do oštećenja tokom prevoza. Dakle, moramo da dizajniramo kontejner,

17

adekvatne veličine, koje će ispuniti dva cilja, prvo, smeštaj robe različitih veličina pravilno spakovanih unutar kontejnera uz pomoć punjivog materijala koji može da menja količinu i oblik u zavisnosti od veličine robe, i drugo, uklapanje dimenzije kamiona ispravno kada su naslagani jedni pored drugih i jedni preko drugih u određenom broju redova i kolona. Uzgred, za primenu SDH (i naravno, mnoge druge primene u telekomunikacionim sistemima) prenos telekomunikacionog saobraćaja je savršeno analogan sa sistemima prevoza fizičke robe. Kontejner C sa slike 10.7 je dizajniran tako da može da nosi E1 pritoku sa različitom brzinom podataka (varirajuća brzina podataka podrazumeva da E1 može sadržati različit broj bitova u svakoj jedinici vremena, recimo, 1 s, analogno robi različitih veličina).Poravnajući biti S1 i S2 deluju kao punjivi materijal. Fiksni punjivi biti R služe kao punjenjivi materijal za postizanje kontejnera veličine 136 bajtova, što će se dobro uklapiti u kamion STM-1 da dozvoli da ponese 63 takvih kontejnera. Neki čitaoci mogu imati sumnje zašto ne smanjiti broj R bajtova i smanjiti veličinu kontejnera, tako da bi se omogućio prenos više kontejnera u kamionu date veličine. Odgovor leži u ugrađenoj fleksibilnosti kamiona STM-1, koji mora da se prilagodi ne samo kontejneru ove veličine, već i kontejneru raznih drugih veličina za smeštaj raznih postojećih standarda za prenos, kao što su T-1 (Sevrno Američki PCM standald od 1.544Mbps, koji se sastoji od 24 kanala od 64 kbps), E3 (PDH trećeg nivoa na 34.366 Mbps), T-2 (Severno Američki PDH nivo 2 standard na 6.312 Mbps), E4(PDH nivo 4 na 139,264Mbps), itd. Prirodno, ako kamion mora biti u stanju da pravilno spakuje kontejnere ovih različitih veličine (jedan tip u jednom trenutku), onda veličine kontejnera za raznu robu moraju biti odabrane na takav način da je kamion u stanju da primi u bilo kom datom trenutku potreban tip kontejnera pravilno i, stoga, neki kontejneri možda nose previše punjivog materijala, dok drugi mogu da nose suviše malo ili bez punjivog materijala. Slede vrste kontejnera koji se koriste u SDH za različite brzine pritoka(vidi sliku 10.8). Može se videti na Slici 10.8 da dok su E1, E3 i E4 Evropski PDH standardi, T-1, T-2, i T-3 (ili DS1, DS2, a DS3) su Severno Američki PDH standardi. To znači da je SDH fleksibilan da primi sve postojeće standarde koji se primenjuju u svetu. Takođe je moguće da se prihvati standarde komunikacije podataka kao što su ATM, HDLC, PPP, Ethernet, itd,mapirajući ih u neke od ovih kontejnera.Takođe možete videti da su kontejneri dobili razne nivoe u rastućem poredku, kako se brzina prenosa od pritoka povećava . Kontejner nivo 1 je namenjen za T1 ili E1, nivo 2 je za T-2, nivo 3 je za T-3/E3, a nivo 4 je za E4. Međutim, nivo 1 kontejner je podeljen u dva dela: Nivo 1 tip 1, odnosno, C11 za nošenje T-1, a nivo 1 tip 2, odnosno, C12 za nošenje je E1. Za nivo 3, samo jedna veličina kontejnera je dizajnirana za T-3 ili E3 (odvojeni kontejneri bi imali smisla ako bi bili u stanju da nose 4 E3s, ali to nije moguće pri datoj STM-1 brtini od 155,520 Mbps, nakon zadržavanja margine za dovoljan

18

Slika 10.8 Različiti kontejneri definisani u SDH za različite standarde brzina prenosa podataka pritokama

broj nadzemnih bita, tako malo dodatnoe dopune se koristi za E3, dok održavaju zajedničku veličinu kontejnera za E3 i T-3).

10.7 Mapiranje

Mapiranje je još jedan najosnovniji koncept u SDH. Hajde da ponovo razmotrimo "kojntejner"sa Slika 10.7. Videli smo u prethodnom delu (Odeljak 10.6) iznad, da su kontejneri tako dizajnirani da su u stanju da prime robu (počnimo da nazivamo tu robu "korisni teret" kako ih nazivaju u telekomunikacionom žargonu) različitih veličina unutar njih, prilagođavanjem količine materijala za punjenje. Ono što je prilagođeno u ovom procesu je,, fiksirani punjivi bajtovi R " količina koja se prilagodi da primi različite veličine tovara. Međutim, da bi mogli da prepoznaju: nosive bite, punjive bite, i druge overhead bite pojedinačno, radi odvajanja u prijemniku, lokacija svakog od ovih bita mora da se popravi. Ovo podešavanje od fiksnih punjivih bita i fiksiranje njihove lokacije u strukturi rama za razne vrste korisnog terata se zove mapiranje.Na primer, kontejner od slici 10,7 (nacrtan na Slika 10.9a) pokazuje mapiranje "E1" pritoku u kontejner "C12. Istom kontejneru C12, kada je mapiran za ATM ćeliju, izgleda kao što je prikazano na slici 10.9b

19

Slika 10.9 Mapiranje (a) E1 i (b) ATM ćelija u kontejner c12

Možete da vidite razliku u broju lokacija R bajtova u mapiranju "E1" u poređenju sa mapiranjem 'ATM ćelija "u kontejner "C-12. Dok mapiranje E1 sadrži 49 R bita, ATM mapiranje ne sadrži R bite. (To je zbog prirode ATM prenosa, koji je sistem za prenos podataka, ne zahteva fiksne bitne pozicije za postizanje sinhronizacije). Na ATM ćelije koje su 53 bajta svaka može da počne i i da se zavrsi bilo gde u kontejneru. Drugim rečima, ATM ćelije mogu da pređu granice kontejnera. Jedna ATM ćelija može biti delimično u jednom kontejneru i delimično u drugom. Tako, ATM teret koji nosi kontejner ne morau biti fiksna strukture, to može biti bilo koje dužine i vrste kontinuiranog terata. Stoga, punjivi i ravnajući biti nisu potrebni. Zastupljenost je prikazana u svrhu ilustracije samo u stvarnom mapiranju raspodela bajtova je nešto drugačija zbog stvaranja "virtuelnih kontejnera", koji su kreirani iz kontejnera. Pogledajmo ove virtuelne kontejnere.

20

10.8 Virtualni kontejneri

Kontejner koji treba da se stavi na kamion, kao što je opisano u Odeljku 10.6, treba da imaa oznaku o sadržaju kontejnera, tako da primajuća strana može na odgovarajući način razdvojiti kontejnere koji nose različite materijale. Takođe, zamislite situaciju gde nema dostupnog telefona na kojoj primajući strana može da prenese poruku pošaljiocu o pravilnom prijemu materijala. U takvoj situaciji, kontejner koji se otprema na odredište u suprotnom smeru tek nakon prijema kontejnera iz iste destinacije može biti zatraženo da nosi ovu informaciju o pravoj (ili na drugi način) potvrdi sadržaja. To je tačno ono sto je urađeno u slučaju SDH kontejnera.

Kontejner C12 (ili bilo koji drugi kontejner za to) je učitan sa nekim dodatnim informacijama o sadržaju (vrsta tereta, prazna, itd) i performanse prenosa (pravilna isporuka tereta). Kontejner tako napunjen sa ovim informacijama se naziva "virtuelni kontejner". Ukupno 4 bajtova se dodaju kontejneru da se napravi virtuelni kontejner."Teret" ostaje isti, jer sva 4 bajta su "overhead" bajta. Ovaj virtuelna kontejner se zove VC-12 i prikazan je na slici 10.10. Virtuelni konktejner je stvarni entitet koji se transportuje sa kraja na kraj (od korisnika do korisnika) u SDH mreži, sve dok kontejner postane vidljiv samo tokom faze multipleksiranja i demultipleksiranja. (Sasvim zanimljivo da "virtuelni" kontejner je je "stvarni" kontejner.)

Sva četiri bajta (V5, J2, N2, i K4) zajedno kao grupa se zove "putanja iznad (POH)" bajtova, ili da budem precizan, "nižeg reda putanja iznad bajtova "(LO-POH). Oni su overhead bajtovi jer oni nisu korisnički podaci ili teret i koriste se za pravilan prenos i praćenje tereta. Oni se zovu nižim redom nego VC-12 (ili C12) je niža reda kontejner u multipleksirajućoj šemi STM-1. Slika 10.8 prikazuje razne vrste kontejnera koji se koriste u STM-1. VC-11, VC-12 se nazivaju nižim redom kontejnera dok VC-4 se zove kontejner višeg reda. Drugi kontejneri mogu biti svrstani u bilo veći ili manji red u zavisnosti od izabrane strukture multipleksiranja. (Ovo će biti jasno u narednim odeljcima gde vidimo kompletnu struktura multipleksiranja SDH.) Dakle, overhead bajtovi koji se koriste da nose VC-12 do pravilnog odredišta se nazivaju LO-POH. Kakva je ovo „putanja“? Ovde nailazimo još jedan veoma važan koncept koji se koristi u SDH da se sistematski definišu različite faze mreže. Videćemo o "putanji" uskoro.

21

Slika 10.10Četiri bajta se dodaju kontejneru na slici 10.7 da se napravi virtuelni kontejner VC-12 . (a-c) Tri tipa predstavljanja istog VC-12. Jedan bajt iznad svakog se ubacuje u početak svakog podrama (125 µs) multirama

22

10.8.1 Brzine prenosa

Jedna bitna stvar koju treba napomenuti su promene koje se dešavaju u brzinama prenosa kad smo dodali overhead bajtov. Imajte na umu da trajanje rama kontejnera „C"i virtuelnog kontejnera je isto (125 µs za zaseban ram i 500 µs za više rama), Tako, kada smo dodali dodatne bajtove u ram sa željom da zadrže isto trajanje rama, brzina prenosa mora da se poveća. Hajde da izračunamo brzinu prenosa podataka C12 i VC-12

Brzina prenosa C12 = Broj bita u ramu / trajanje rama = 136 x 8/500 x

=2.176Mbps

i

Brzine prenosa VC-12 = 140x 8/500 x = 1120/500 x = 2.240 Mbps

23