Синхронная цифровая иерархия — это технология, с помощью которой создаются надежные транспортные сети и цифровые каналы, позволяющие работать с различными скоростями передачи данных. Она позволяет эффективно объединить потоки данных с различной пропускной способностью.
Так как принцип построения SDH предполагает синхронность передачи данных, отдельные битовые потоки встраиваются и извлекаются из высокоскоростных потоков относительно легко.
Наиболее часто технология применяется в первичных сетях, на основании которых в дальнейшем строится инфраструктура различных сетей передачи и телефонных линий.
В сетях SDH реализован принцип коммутации каналов при помощи технологии синхронного мультиплексирования с разделением по времени. Основной особенностью такого подхода является принцип маршрутизации данных, в котором не используются конкретные физические адреса получателя. Вместо этого для корректного определения адресата используются служебные данные, в которых хранится временное положение данных, относительно других фрагментов в составном кадре.
Технология способствует гибкому и относительно быстрому созданию постоянного канала с двухточечной топологией между двумя подключенными к сети устройствами. Первичные сети организовываются за счет коммутации каналов. Вторичные сети, включая телефонные и компьютерные, функционируют на основе каналов, образованных первичными сетями, пропускная способность которых, как правило, достаточно высока, и может достигать десяти гигабит в секунду.
Синхронная цифровая иерархия SDH и ее вариант SONET были зарегистрированы организациями по стандартизации в 1990-х годах. Они стали революционным решением, которое позволило существенно снизить стоимость телекоммуникационных сетей на оптических волокнах и, в то же время, увеличить их производительность. SDH пришла на смену уже устаревшей на тот момент технологии PDH. На сегодняшний день существуют еще более совершенные технологии, в частности технология уплотненного волнового мультиплексирования DWDM, которая эффективно регулирует передачу информации по волновым каналам.
Технология SDH дает возможность сетям использовать сложную структуру сигнала, которая не зависит от поставщика, и предоставляет широкий спектр функций. Это позволило инженерам разрабатывать новые сетевые приложения, развертывать новое оборудование в сетевых топологиях и управлять операционными системами, мощность которых значительно превышала предыдущие версии, работавшие в сетях PDH.
Развитие электроники и технологии оптоволоконной передачи сигнала способствовали созданию более сложных стандартов. Также на это оказал влияние увеличившийся спрос на более сложные услуги, которые требовали большей гибкости сети, современных средств мониторинга производительности и большей полосы пропускания.
Специалисты пришли к выводу, что необходим принципиально новый синхронный метод мультиплексирования, основой которого должно стать чередование байтов как структуры мультиплексирования от 64 кбит/с до первичных скоростей 1544 кбит/с (1,5 Мбит/с) и 2048 кбит/с (2 Мбит/с), а не на чередовании битов, как это было в технологии PDH, который позволял бы выделять поток данных с низкой скоростью от высокоскоростного без потребности в демультиплексировании.
Результатом длительной разработки стала технология Synchronous Digital Hierarchy, оно из особенность которой — это обратная совместимость. С ее помощью стало возможно использовать магистральные сети для передачи цифровых каналов PDH на скорости, на порядки превышающей скорость привычных в то время сетей. После успешных испытаний был принят единый стандарт и ряд спецификаций, в том числе Q.812, G.957, G.783, Q.811, G.774, G.958, G.708, G.773, G.784, G.703, G.707, G.702 и др.
Рассмотрим основы технологии sdh. Сеть, устроенная по данной технологии, в процессе передачи данных объединяет битрейт A с сигналами S, в результате чего создается поток данных с битрейтом B = A · S. В сетях предыдущего поколения PDH этот процесс существенно отличается. В них для передачи используются отдельные пути с минимальными расхождениями в тактовой частоте.
Технология синхронности позволяет легко добавлять и удалять мультиплексные системы низших порядков с более высокими по уровню иерархии. В качестве простого примера можно привести работу телефонных сетей.
Для передачи данных внутри сети SDH используются виртуальные контейнеры. Для администраторов доступно около пяти процентов пропускной способности, используемых с целью управления, обслуживания и прочих накладных расходов.
Программное обеспечение в сетях SDH для управления сетевыми взаимодействиями, как правило, использует протокол Transaction Language 1 / Q3. Передача административных данных для управления сетью осуществляется по выделенным каналам. На практике в настоящее время регенераторы используются все реже ввиду экономической неэффективности.
Принцип построения цифровых систем передачи предполагает использование не только оптоволоконных кабелей, но и других каналов связи, в том числе беспроводных: направленных радиоканалов, спутниковой микроволновой связи, медных линий. Для поддержки должно уровня сигнала на больших расстояниях используются специальные устройства — регенераторы. Для объединения различных сигналов в высокоскоростные потоки применяются мультиплексоры. Контроль и управление оборудованием sdh осуществляется профессиональными сетевыми администраторами.
Основой сети, сконструированная по технологии SDH, является мультиплексор. Мультиплексор SDH — это электронное оборудование, основной функцией которого является построение сетей связи на основе оптоволоконных каналов с интегрированными данными Ethernet и TDM. Устройство способно работать с различными стандартами, включая топологии “цепь”, “звезда”, “кольцо”, и другие комбинированные варианты. Оно используется для организации магистральных сетей для передачи совместных данных систем Ethernet и PDH.
Виды мультиплексоров SDH:
Терминальный мультиплексор TM. Основная функция таких устройств заключается в коммутации сигналов с трибного интерфейса на линейный выход или наоборот: с линейного выхода на трибный интерфейс.
I/O мультиплексор .ADM Устройство ввода-вывода в дополнение к возможностям терминальных аппаратов дает возможность осуществлять сквозную коммутацию потоков выхода в двух направлениях. Кроме того, в случае проблем с одним направлений, такой мультиплексор замыкает каналы передачи и приема на обеих сторонах.
Модели мультиплексоров от современных производителей, как правило, являются универсальными и могут быть использованы в любом месте в сети.
Принципы построения sdh транспортных сетей предполагают использование мультиплексоров для реализации общих стандартов в работе разных сетей. Стандартизированная система позволяет упростить задачу оптимизации связи и присоединения к сети устройств различных моделей и производителей.
Процесс мультиплексирования предполагает возможность вставки определенного массива битов данных в общий поток с обязательным условием синхронности.
Синхронность в телефонных цифровых сетях передачи подразумевает возможность передачи массива битов одного вызова в одном кадре передачи. Технология PDH в этом плане оказалась малоэффективной в связи с высокой стоимостью полосы пропускания.
Пришедший ей на смену стандарт SDH позволил осуществлять мультиплексирование и синхронизацию без вставки массива битов. Вместо этого основные принципы построения синхронной цифровой иерархии заключаются в чередовании байтов, что позволяет обеспечить точную синхронизацию и, при этом, высокий уровень гибкости сети. В этом и заключается основное отличие PDH от SHD.
В технологии SDH используются такие скорости и транспортные модули STM:
STM-1. Обеспечивает максимальную скорость передачи данных до 155 мегабит в секунду;
STM-4. Скорость до 622 Мбит/с;
STM-16. До 2.5 гигабит в секунду.
STM-64. До 10 Гбит/с.
Ниже подробнее рассмотрим принцип формирования скоростей передачи данных более подробно.
SDH определяет независимые от поставщиков интерфейсы трафика. Базовая скорость STM-1 в 155 Мбит/с определена как для медных, так и для оптических интерфейсов. Однако для последних скорость может быть гораздо выше. Она определяется как целое число, кратное 155.52 Мбит/с по формуле 4n. То есть, следующий уровень скорости STM-4 будет составлять 155.52 · 4 ≈ 622 (Мбит/с), STM-16: 622 · 4 ≈ 2.5 (Гбит/с) и т.д. Модули STM-n используют разные типы аппаратуры sdh.
С увеличением спроса на широкополосную связь нагрузка на сеть существенно возрастает. Для ее поддержки скорость мультиплексирования может расти до 10 Гбит/с. Максимальная скорость ограничивается исключительно возможностями технологии, а не отсутствием соответствующих стандартов, как это было с предыдущем поколением PDH. Следует отметить, что 155-мегабитный интерфейс не гарантирует аналогичную скорость передачи данных. Реальная пропускная способность интерфейса может быть ниже. Это связано с определенными накладными расходами.
Принцип работы SDH предполагает распределение полезной нагрузки на несколько уровней в виртуальные контейнеры более высокого и низкого порядка. Каждый из контейнеров содержит некоторые служебные функции для управления и мониторинга ошибок.
Далее передача данных поддерживается дополнительными слоями функций управления трафиком. Такое наслоение в технологии SDH подходит для многоуровневой концепции сервисной сети лучше, чем ориентированные на передачу стандарты прошлого поколения PDH.
Структура SDH предусматривает наличие уровня управления для поддержки операций, передача данных в котором осуществляется по выделенному каналу DCC. Такие каналы характеризуются наличием стандартного профиля для обработки данных управления сетью, независимо от оператора или поставщика услуг.
Однако общего стандарта содержания таких данных разработано не было. Поэтому оборудование SDH различных поставщиков, как правило, не может взаимодействовать между собой. Однако для интерфейса управления сетью для каждого узла, взаимодействия по которому обычно осуществляется через LAN-сеть, был разработан стандарт ITU-TS, который определяет интерфейс Q3em между оборудованием SDH и его менеджером. Поставщики технологии вынуждены использовать программное обеспечение, совместимое с этим интерфейсом.
Технология синхронной цифровой иерархии позволяет конструировать сети с различными базовыми и комбинированными топологиями, включая стандартные схемы:
кольцо. Наиболее распространенная схема, применяемая при организации сетей SDH, которая характеризуется наличием большого количества модификаций и вариантов. Такая схема обеспечивает различные типы резервирования в sdh. Для организации простейшего варианта топологии требуется применение мультиплексоров вставки/выделения;
цепь. Условия работы сети sdh по синхронизации данной топологии являются самыми простыми. Устройства присоединяются один за одним, образуя цепочку. В качестве конечных точек данной схемы используются терминальные мультиплексоры. В середине цепи могут применяться различные устройства, в частности регенераторы и I/O мультиплексоры. Основным преимуществом такой схемы является легкость в организации. Однако такие сети, как правило, наименее надежны;
звезда. Данная топология предполагает соединение нескольких цепей в одну общую схему через специальное распределительное устройство — концентратор, основная задача которого заключается в маршрутизации данных между разными сетями.
Сети, построенные по технологии синхронной цифровой иерархии обладают рядом особенностей, которые положительно их характеризуют. Рассмотрим основные из них:
устойчивость к отказам. Сети SDH работают практически при любых условиях и никогда не “падают”. Этого удалось добиться за счет использования “умного” оборудования, программное обеспечение которого отслеживает наиболее вероятные ч частые причины отказа, в частности, поломку мультиплексора, недоступность порта, обрывы и др. При возникновении непредвиденных отключений, оборудование переключается на использование резервных каналов, по которым направляются все данные.Задержка переключения составляет не более 50 миллисекунд.
эффективность. SDH позволяет одновременно работать с сетями, построенных с использованием разных каналов, включая беспроводную связь. Вся информация остается легко доступной и может быть получена в любой момент без полного декодирования всего потока данных.
высокое качество обслуживания трафика. Вне зависимости от типа передаваемых данных, мультиплексирование гарантирует абонентам невысокий уровень задержек и постоянную пропускную способность.
эффективная управляемость. Служебные данные передается в каждом заголовке кадра, что позволяет осуществлять более эффективное администрирование.
В данном материале была рассмотрена современная технология построения первичных сетей, появление которой стало прорывом в телекоммуникационном мире и позволило в разы увеличить производительность существующих сетей и одновременно снизить стоимость и сложность построения каналов связи.
На сегодняшний день SDH сети используются в телекоммуникационных инфраструктурах повсеместно. На данной технологии развернуты как небольшие региональные сети, так и крупные международные коммуникации. Их универсальность позволяет использовать в качестве каналов связи новые типы оптических магистралей с ядром DWDM — следующим поколением сетей, основой которых является спектральное мультиплексирование.
