Файл: Учебное пособие Москва 2007 Рекомендовано умо по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия по специальности 210404.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.03.2024
Просмотров: 43
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ РФ Московский технический университет связи и информатики МС. Тверецкий ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ Учебное пособие Москва 2007 Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия по специальности
210404 .
210404 .
2
УДК 621.395.341 (075) МС. Тверецкий. Проектирование цифровых телекоммуникационных систем Учебное пособие / МТУСИ. – Мс. Рассмотрены задачи, наиболее часто возникающие при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ по проектированию линий передачи цифровых телекоммуникационных систем СЦИ. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности
210404 Многоканальные телекоммуникационные системы, но может быть использовано и при изучении соответствующих разделов курсов других специальностей и направлений. Ил. 46, табл. 35, список лит. 7 названий.
© Московский технический университет связи и информатики, 2007
3 ВВЕДЕНИЕ В пособии рассмотрены задачи, наиболее часто возникающие при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ по проектированию линий передачи цифровых телекоммуникационных систем синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Прежде всего, в пособии дается общая краткая характеристика СЦИ, характеристика транспортной сети и методы преобразования информации в СЦИ. Необходимость включения этих материалов в пособие продиктовано достаточно серьезными изменениями в международных рекомендациях, которые были осуществлены в последнее время. Заметим, что во всех материалах пособия были учтены рекомендации МСЭ-Т и Европейского института стандартов электросвязи до 2004 года включительно. Далее в пособии приведены материалы по методам защиты транспортной сети СЦИ. В традиционные материалы этого раздела введены некоторые уточняющие моменты, а также относительно широко рассматриваются задачи защиты широко распространенной структуры типа совмещенные кольца. На конкретном примере рассматривается способ построения такой структуры и определение нагрузки на соединительные линии. Выбор оптических интерфейсов и оптических волокон рассматривается в пособии также с учетом современных данных. Приводятся параметры оптических волокон, выпускаемых ведущими производителями, учтены современные рекомендации по кодам оптических интерфейсов, в том числе и с применением оптических усилителей. К этим материалам относятся разделы, которые позволяют произвести поверочные расчеты по выбору оптических кодов применения. Рассмотрены особенности систем передачи со спектральным разделением. Приведены типовые сетевые структуры таких систем, даны параметры оптических интерфейсов, показаны способы расчета протяженностей кабельных участков и регенерационных секций этих систем. Материалы темы транспортной сети СЦИ логически завершает тема по нормированию важнейших параметров качества передачи – параметров возникновения ошибок. Поскольку данное пособие не является всеобъемлющим, в нем рассматривается только нормирование эксплуатационных параметров. Заметим, что проведенное корректно проектирование сетевой структуры системы СЦИ предполагает соответствие параметров каналов и трактов этой структуры целевым нормам качества передачи. Принципы управления СЦИ рассмотрены ранее материалов по тактовой синхронизации
(ТС) транспортной сети СЦИ, поскольку задачи построения сети ТС включают в себя и вопросы управления сетью СЦИ в целом. Управление системами передачи СЦИ в данном пособии дано относительно кратко, так как существует достаточно большое количество материалов на эту тему. Построению сети ТС уделено относительно много места, поскольку эта тема является ключевой при проектировании сетей СЦИ. Здесь следует отметить относительно небольшой, но очень важный раздел по построению сети ТС методом объединения трасс прохождения синхро- сигнала. Завершает пособие относительно небольшой раздел по расчету важнейших параметров надежности каналов и трактов СЦИ. Малое количество материалов этого раздела является следствием недостаточно стандартизированных на международном уровне соответствующих методики малым объемом сведений по параметрам надежности тех или иных составляющих сетей СЦИ. Материалы пособия носят общий характерно в ряде случаев, где этого требовала логика изложения, сопровождаются числовыми примерами.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 210404 Многоканальные телекоммуникационные системы, но может быть использовано и при изучении соответствующих разделов курсов других специальностей и направлений.
4 1. ОСОБЕННОСТИ СЦИ Синхронная цифровая иерархия (СЦИ) – это международный стандарт высокоскоростных синхронных сетей связи, обеспечивающий прогрессивный подход к построению транспортных сетей и организации сетевого управления. Технология СЦИ обеспечивает технические возможности построения транспортных сетей и позволяет оператору быстро откликаться на изменение требований пользователей и пропускной способности. Сети СЦИ могут иметь конфигурации, обеспечивающие возможности автоматического восстановления для повышения надежности сетевой инфраструктуры. Принцип мультиплексирования СЦИ позволяет осуществлять коммутацию (оперативное переключение) низкоскоростных потоков в составе высокоскоростных без необходимости полного демультиплексирования последних, что является одним из самых важных преимуществ СЦИ по сравнению с принципами, принятыми в плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ). Основными преимуществами СЦИ являются наличие единых международных стандартов меньшие размеры оборудования по сравнению с оборудованием ПЦИ; гибкость и надежность сетевой инфраструктуры развитое сетевое управление совместимость оборудования различных производителей. Технология СЦИ изменила подходы к построению не только телекоммуникационного оборудования, но и к самой структуре сетей связи. Эта технология определяет не отдельные участки транспортной сети, организованные системами передачи ПЦИ по топологии точка- точка, а всю транспортную сеть, включая удаленное управление и коммутацию потоков. Таким образом, структура транспортной сети трансформируется от совокупности соединений
«точка-точка» к однородной сети управляемых узлов, причем системы удаленного управления становятся стандартными компонентами транспортной сети. Технология СЦИ характеризуется следующими принципами построения сетей широким использованием кольцевых сетевых структур оптимальным использованием существующей сетевой инфраструктуры применением интегрированной системы управления. Эти принципы позволяют наиболее полно использовать возможности волоконно- оптических кабелей и преимущества технологии СЦИ по вводу/выводу цифровых потоков информации для реализации экономически эффективных гибких сетевых решений. В настоящее время во всем мире происходит процесс фотонизации волоконно- оптических телекоммуникационных систем, охватывающий как транспортную сеть, таки сети доступа. Сущность фотонизации заключается в исключении из всех звеньев передающей цепи преобразования оптического сигнала в электрический и электрического в оптический. Это позволяет существенно увеличить как скорость передачи сигналов, таки протяженность участка линии передачи между соседними промежуточными пунктами. Кроме того, фотонизация заметно повышает технико-экономические показатели оборудования и его надежность в результате исключения электронно-оптических преобразователей. Несмотря на то, что фотонизации приводит к изменению в транспортных сетях, в частности, изменяет принципы коммутации и маршрутизации сигналов, сетевые структуры СЦИ при этом не упраздняются. С учетом динамики формирования оптической транспортной сети
(ОТС) в Рекомендации МСЭ-Т G.959.1 вводится понятие пред-ОТС, которое характеризует транспортную сеть (ТС) на стадии, предшествующей созданию ОТС. Входе преобразования ТС в ОТС первоначально предусматривается формирование островов ОТС в пределах одиночных административных доменов (в пределах сетей отдельных операторов. Взаимодействие между островами ОТС и фрагментами ТС на базе ПЦИ и СЦИ при этом должно происходить через упрощенный тип междоменного оптического стыка (IrDI – Inter Domain Interface).
5 При проектировании сетевых структур СЦИ с целью повышения надежности, уменьшения эксплуатационных расходов и капитальных затрат, связанных с развитием на перспективу, рекомендуется в соответствии с с РД 45.047-99 ориентироваться на использование оптических кабелей (ОК) только с одномодовыми оптическими волокнами (ОВ) даже на участках сети с малой пропускной способностью применение ОК с резервными ОВ; применение более высокоскоростной аппаратуры линейного тракта (выше на один или два уровня, по сравнению с исходными данными в части требуемой пропускной способности. Действительно, многомодовые ОВ бесперспективны, так как при весьма ограниченной скорости передачи позволяют использовать однопролетные участки протяженностью порядка нескольких километров. Возможности одномодовых ОВ существенно шире, что в перспективе позволит использовать их и на ОТС. Целесообразность прокладки ОК с резервными ОВ имеет несколько аспектов. Во- первых, это запас по пропускной способности линии, так называемый пространственный способ уплотнения информации. Заметим, что увеличение числа ОВ в ОК враз приводит к увеличению затратна сооружение ВОЛП всего на 20 %. Во-вторых, использование резервных ОВ эффективно увеличивает надежность линии передачи. Применение аппаратуры с большей пропускной способностью также целесообразно. Например, синхронный мультиплексор уровня STM-16 дороже по стоимости мультиплексора уровня STM-4 всего на 30 – 40 %, что приведет к увеличению затрат в целом на сооружение линии передачи всего на несколько процентов. Дополнительная пропускная способность линии передачи в данный момент может быть эффективно использована для увеличения надежности передачи за счет резервирования. При проектировании ВОЛП рекомендуется также ориентироваться на организацию од- нопролетного участка волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) между двумя соседними сетевыми узлами, применяя для этого, при необходимости, оптические усилители (ОУ). Появление ОУ и их применение в составе аппаратуры линейного тракта позволило увеличить предельную длину кабельного участка более чем в 2 раза, то есть появилась возможность не применять на трассах ВОЛП необслуживаемых промежуточных пунктов. Это снимает проблемы электропитания необслуживаемых промежуточных пунктов и их охраны от несанкционированного доступа. Особенно эффективно использование ОУ на линиях с волновым уплотнением. ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ СЦИ Принципами СЦИ предусматривается создание на сети связи универсальной транспортной сети, объединяющей сетевые ресурсы, которые выполняют функции передачи информации, контроля и управления (оперативного переключения, резервирования и др. Транспортная сеть
СЦИ является базой для всех существующих и планируемых служб, интеллектуальных, персональных и других сетей. Информационной нагрузкой транспортной сети СЦИ могут быть сигналы систем передачи ПЦИ, потоки ячеек АТМ или иные цифровые сигналы. Возможности транспортирования разнородных сигналов нагрузки достигаются в СЦИ благодаря использованию принципа контейнерных перевозок. В транспортной сети СЦИ перемещаются специальные цифровые структуры виртуальные контейнеры, в которых размещаются блоки передаваемых сигналов. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от их содержания. После доставки на место и выгрузки из контейнера блоки объединяются, и сигналы нагрузки обретают исходную форму. Поэтому транспортная сеть СЦИ является прозрачной и может использоваться для развития любых действующих сетей. Транспортная сеть СЦИ содержит автоматизированную систему контроля и управления и систему тактовой синхронизации.
6 Транспортная сеть СЦИ построена по функциональным слоям, связанным отношениями клиент/слуга. Клиентом для верхнего слоя сети является потребитель. Сам верхний слой, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего и т.д. Все слои выполняют определенные функции и имеют стандартизованные точки доступа. Каждый слой оснащен собственными средствами контроля и управления, что минимизирует операции при авариях и снижает влияние аварии на другие слои. Функции каждого слоя не зависят от способа физической реализации нижнего обслуживающего слоя. Каждый слой может создаваться и развиваться независимо. Указанное послойное построение облегчает создание и эксплуатацию сети и позволяет достичь наиболее высоких технико-экономических показателей. Основных слоев в сети СЦИ – три (см. рисунок 1): каналов, трактов и среды передачи. Сети слоя каналов соединяют различные комплекты оконечной аппаратуры СЦИ и терминалы потребителей. Слой каналов поддерживает такие службы, как служба аренды каналов, служба пакетной коммутации, коммутации каналов и др. Ниже лежит слой трактов. Он делится на два слоя трактов нижнего и верхнего ранга уровня. Сети трактов полностью независимы от физической среды и могут иметь собственную топологию. В слое трактов осуществляется программный и дистанционный контроль и управление соединениями. Слой среды передачи делится на два слой секции (верхний) и слой физической среды. Секции выполняют все функции, которые обеспечивают передачу информации между двумя узлами слоя трактов. В качестве физической среды используются волоконно-оптические Рис Послойное построение сети СЦИ Сети слоя каналов
VC-12
VC-2
VC-3 Мультиплексные секции Регенерационные секции Линии передачи Слой каналов Слои трактов Слои среды передачи Слой трактов нижнего ранга Слой трактов верхнего ранга Слой секций
VC-3
VC-4
7
(ВОЛП) или радиорелейные линии передачи. В слое секций СЦИ имеются два слоя слой мультиплексных секций (MS) и слой регенерационных секций (RS). Информационными цифровыми структурами, образуемыми в сетевых слоях секций и трактов являются следующие.
1 Синхронный транспортный модуль (Synchronous Transport Module, STM) является блочной информационной структурой длительностью 125 мкс, используемой для организации соединений в слое секций СЦИ. Состоит из информационной нагрузки и секционного заголовка
(SOH). Эта структура предназначена для передачи информации со скоростью, синхронизированной с сетью. Базовый SТМ имеет скорость 155520 кбит/с и называется SТМ-1. Скорости высших SТМ враз выше. Определены значения N = 4, 16, 64 и 256 . Эти значения соответствуют уровням СЦИ.
SOH несет сигналы системы обслуживания СЦИ в сетевых слоях секций и делится на заголовки регенерационной и мультиплексной секций (RSOH и MSOH). RSOH действует в пределах регенерационной секции, а MSOH проходит прозрачно регенераторы и действует в пределах всей мультиплексной секции, начиная сформирования и до расформирования STM-1.
2 Виртуальный контейнер (Virtual Container, VC-n, m) является блочной информационной структурой, используемой для организации соединений в слое трактов СЦИ. Состоит из информационной нагрузки и трактового заголовка (РОН). Период повторения виртуальных контейнеров 125 мкс. Информация, определяющая начало VC, обеспечивается обслуживающим сетевым слоем.
РОН – несет сигналы системы обслуживания СЦИ в слое трактов. Определены два типа виртуальных контейнеров. Виртуальный контейнер нижнего ранга
(m = 12, 2, 3) содержит контейнер С плюс заголовок РОН виртуального контейнера нижнего ранга, который обслуживает четыре последовательно передаваемых контейнера. Таким образом, виртуальные контейнеры нижнего ранга объединяются в сверхциклы длительностью х
= 500 мкс. Виртуальный контейнер верхнего ранга (n = 3, 4) содержит либо один контейнер С, либо набор групп субблоков (TUG-2 или TUG-3) и заголовок РОН виртуального контейнера верхнего ранга.
3 Административный блок (Administrative Unit-n, AU-n) представляет собой информационную структуру, обеспечивающую согласование между слоем трактов верхнего ранга и слоем мультиплексных секций. Состоит из информационной нагрузки (виртуального контейнера верхнего ранга) и указателя административного блока, который обозначает отступ начала цикла нагрузки от начала цикла мультиплексной секции. Один или более административных блоков, занимающих фиксированное положение в нагрузке STM, называются группой административных блоков (AUG).
4 Субблок или компонентный блок (Tributary Unit-m, TU-m) также блочная информационная структура, обеспечивающая согласование между слоем трактов нижнего ранга и слоем трактов верхнего ранга. Состоит из информационной нагрузки (виртуального контейнера нижнего ранга) и указателя субблока, который показывает отступ начала цикла нагрузки относительно начала цикла виртуального контейнера верхнего ранга. TU-m (m = 12, 2, 3) состоит из
VC-m и указателя субблока. Один или более субблоков, занимающих фиксированные позиции в нагрузке VC-n верхнего ранга, называются группой субблоков (TUG).
В настоящее время рассматривается стандартизация N = 1024
8
5 Субсинхронные транспортные модули – информационные структуры, используемые для организации относительно низкоскоростных соединений в слое секций СЦИ. Различают три типа субсинхронных транспортных модулей
– STM-0 – информационная структура, содержащая информационную нагрузку и секционный заголовок. Скорость передачи STM-0 – 51840 кбит/с;
– sSTM-2n – информационная структура, содержащая одну или несколько TUG-2 и секционный заголовок, со скоростью передачи х кбит/с (n=1,2,4);
– sSTM-1k – информационная структура, содержащая один или несколько TU-12 и секционный заголовок, со скоростью передачи х кбит/с (k=1,2,4,8,16).
6 Контейнер (C-n) представляет собой информационную структуру, формирующую синхронную с сетью информационную нагрузку для виртуального контейнера. Каждому виртуальному контейнеру соответствует свой контейнер. Определены функции адаптации используемых на сети скоростей к ограниченному числу стандартных контейнеров. Схема преобразований СЦИ приведена на рисунке 2. В качестве полезной нагрузки могут использоваться сигналы ПЦИ, ячейки АТМ и др. сигналы. Различные процессы преобразования обозначены тремя видами линий размещение или преобразование (mapping) – это процедура адаптации сигналов нагрузки к виртуальным контейнерам на границах сети СЦИ; мультиплексирование или группообразование – это процедура адаптации нескольких структур слоя трактов нижнего ранга к тракту верхнего ранга или нескольких структур слоя трактов верхнего ранга к мультиплексной секции корректирование или синхронизация (выравнивание) – это процедура, посредством которой в субблок или административный блок вводится информация об отступе начала этой структуры от начала цикла обслуживающего слоя. Эти процессы можно проиллюстрировать на примере преобразования сигнала 139264 кбит/с (≈
140 Мбит/с). Размещение нагрузки в контейнерах показано тонкими линиями. Сигнал 140
Мбит/с размещается в С асинхронно. Для подгонки скорости сигнала к скорости контейнера используются балластные байты и положительное побитное выравнивание. После добавления трактового заголовка РОН образуется виртуальный контейнер VC-4.
При размещении сигналов с меньшими скоростями могут использоваться бит- и байт- синхронный режимы. Для сигналов, скорости которых оказываются промежуточными между скоростями, соответствующими стандартным контейнерам или превышающими величину 140 Мбит/с, используются сцепки контейнеров. Сцепка или конкатенация – процедура объединения нескольких виртуальных контейнеров, в результате которой их совокупная емкость может быть использована как один контейнер, в котором обеспечивается целостность последовательности бит. Различаются два вида сцепки
- смежная сцепка (Contiguous Concatention) - виртуальные контейнеры занимают соседние временные позиции и обрабатываются совместно в процессе передачи от начала до конца цифрового тракта
- виртуальная сцепка (Virtual Concatention) – индивидуальные виртуальные контейнеры, входящие в сцепку, обрабатываются раздельно. В последнем случае на приеме предусматривается буферизация принимаемых контейнеров для компенсации разницы во времени их прохождения посети х
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
AU-4-64c
AU-4-256c
C-11
VC-11
TU-11 х х х х х х х х х Т
AUG-1
AU-4
VC-4
AU-3
VC-3
C-4
C-3
C-2
C-12
VC-3
VC-2
VC-12
TU-3
TU-2
TU-12
TUG-2
TUG-3 х х
AUG-16
VC-4-16c
VC-4-4c Т
AUG-64 х х Т
C-4-4c
C-4-16c
STM-0 х Т
VC-4-256c
C-4-256c х
VC-4-64c
C-4-64c
AUG-4 х
AU-4-4c
AUG-256 х х х х х х Т
TUG-2n
TUG-1k
sS
ТМ-2n
sS
ТМ-1k х х х х Корректирование Размещение Обработка указателей Мультиплексирование
Рис.2
Схема преобразований СЦИ
10 Загрузка VC-4 в STM-1 в общем случае требует корректирования фазы и скорости передачи, так как STM-1 жестко синхронизируется с циклом секции данной линии, а VC-4 может поступать с другого участка сети и иметь другую скорость передачи и другое смещение относительно начала STM-1. Корректирование скорости передачи выполняется механизмом указателя посредством двустороннего согласования скоростей, благодаря которому VC-4 получает возможность смещаться внутри STM-1 вперед или назад натри байта, по мере достижения соответствующего расхождения фазового сдвига. Такая процедура называется смещением указателей. Корректирование же смещения (сдвига фазы) обеспечивается заменой адреса начала VC-
4 в административном блоке AU-4. Последняя операция называется согласованием указателей. Корректирование скорости передачи предусмотрено и на уровнях TU-3, TU-2 и TU-12, но при этом смещение субблока происходит на один байт.
STM-N образуется побайтным объединением N административных блоков с добавлением секционного заголовка, содержащего 9N столбцов STM-N = N x AUG + Н. Это операция мультиплексирования. Каждая AUG занимает фиксированное положение в цикле STM-N. Число объединенных AUG отмечается в Н. Количество объединяемых блоков и субблоков называется коэффициентом мультиплексирования. Технология СЦИ обеспечивает полную совместимость с оборудованием сетевых технологий типа АТМ (Asynchronous Transfer Mode асинхронный режим передачи) и IP (Internet
Protocol протокол передачи Интернет) и совместимость аппаратуры СЦИ различных производителей на основе стандартных оптических и электрических стыков (поперечную совместимость. В отличие от оборудования ПЦИ современные сетевые элементы СЦИ обладают гораздо большей степенью функциональной интеграции. К базовым функциям сетевых элементов можно отнести
- мультиплексирование (объединение) входных потоков в транспортные модули, пригодные для транспортировки в сети СЦИ;
- транспортирование модулей посети с возможностью ввода/вывода компонентных потоков- перегрузка контейнеров в соответствии с заданным маршрутом, осуществляемая в выделенных узлах сети
- объединение (концентрация) нескольких однотипных потоков в распределительном узле
- регенерация амплитуды, формы и временного положения импульсов передаваемых сигналов- сопряжение сети СЦИ с сетью пользователя. Мультиплексоры СЦИ являются универсальными сетевыми элементами, позволяющими решать практически все перечисленные выше задачи. На рисунке 3 показана обобщенная функциональная схема мультиплексора. Рассмотрим вначале последовательность преобразования сигнала при прохождении его через мультиплексор от входа сети доступа (соответствующего цифровому сетевому стыку по ГОСТ до выхода в синхронную сеть (образование синхронного модуля STM-N).
PPI/LPA (PDH Physical Interface)/(Lower order Path Adaptation) (Физический стык
ПЦИ/адаптация тракта низшего порядка) – образует сетевой цифровой стык, соответствующий ГОСТ 26886-86, и вводит нагрузку в контейнер.
LPP (Lower order Path Protection) (Резервирование тракта низшего порядка) – обеспечивает возможность ответвления сигнала на позиции другого тракта низшего порядка для резервирования) (Окончание тракта низшего порядка) – добавляет трактовый заголовок контейнера VC-m.
LPC (Lower order Path Connection) (Соединение трактов низшего порядка) – позволяет осуществлять гибкое соединение контейнеров VC-m, (кросс-коннекция), то есть распределяет эти контейнеры в трактах высшего порядка.
11
LUG (Lower order Path Unequipped Generator) (Генерация сигнала необорудованного тракта низшего порядка) – в случае неиспользуемого соединения генерирует действительный контейнер VC- m, со значением метки сигнала «необорудованный».
HPA (Higher order Path Adaptation) (Адаптация тракта высшего порядка) – осуществляет обработку указателя блока TU для индикации фазы первого байта заголовка VC-m относительно первого байта заголовка VC-n и формирует полный контейнер VC-n. Н (Higher order Path Protection) (Резервирование тракта высшего порядка) – обеспечивает возможность ответвления сигнала на позиции другого тракта высшего порядка для целей резервирования.
HPT (Higher order Path Termination) (Окончание тракта высшего порядка) – добавляет трактовый заголовок контейнера VC-n.
HPC (Higher order Path Connection) (Соединение трактов высшего порядка) – осуществляет гибкое соединение контейнеров VC-n (кросс-коннекция).
HUG (Higher order Path Unequipped Generator) (Генерация сигнала необорудованного тракта высшего порядка) – в случае неиспользуемого соединения генерирует действительный контейнер VC-n со значением метки сигнала «необорудованный».
MSA (Multiplex Section Adaptation) (Адаптация мультиплексной секции) – обрабатывает указатель блока AU-4 для индикации фазы заголовка VC-n (POH) относительно заголовка STM-
N (Н. Осуществляет объединение групп административных блоков (AUG) по байтам для формирования полного цикла STM-N.
MSP (Multiplex Section Protection) (Резервирование мультиплексной секции) – обеспечивает возможность ответвления сигнала на другое линейное оборудование для резервирования.
MST (Multiplex Section Termination) (Окончание мультиплексной секции) – генерирует подзаголовок М.
RST (Regeneration Section Termination) (Окончание регенерационной секции) – генерирует подзаголовок RSOH; затем сигнал STM-N скремблируется, за исключением ряда 1 заголовка
SOH, в котором содержится цикловой синхросигнал.
SPI (SDH Physical Interface) (Физический стык СЦИ) – преобразует сигнал STM-N внутреннего логического уровняв стыковый сигнал STM-N. Стыковым сигналом может быть либо агрегатный оптический сигнал, либо компонентный, как электрический (только для N=1), таки оптический сигнал. При обратном прохождении сигнала (от синхронной сети к сети доступа) все операции, кроме операций, указанных ниже, являются обратными. Исключение составляет функция адаптации тракта низшего порядка, которая должна обеспечивать буферную память и сглаживающую схему для уменьшения фазовых флуктуаций синхросигнала, выделяемого из принимаемого информационного сигнала, которое возникает в процессе группообразования и смещения указателя.
SPI (Физический стык СЦИ) – преобразует стыковой сигнал STM-N в сигнал STM-N внутреннего логического уровня и выделяет синхросигнал из линейного сигнала.
RST (Окончание регенерационной секции) – определяет цикловой синхросигнал STM-N, дескремблирует сигнал и осуществляет обработку подзаголовка RSOH.
HPOM (Higher order Path Overhead Monitor) (Контроль заголовка тракта высшего порядка контролирует трактовый заголовок контейнера VC- n без его изменения.
LPOM (Lower order Path Overhead Monitor) (Контроль заголовка тракта низшего порядка контролирует трактовый заголовок контейнера VC- m без его изменения. Обозначения на рисунке 3 ясны из описания прохождения сигнала через мультиплексор. К ним нужно добавить следующие.
S – эталонные точки управления – точки взаимодействия с функцией SEMF.
SEMF (Synchronous Equipment Management Function) – функция управления синхронной аппаратурой.
12 Рис. 3 Обобщенная функциональная схема мультиплексора
HPC
TTF
T
HOA
LCS
T
LPC
S
S
LOI
LPA
LPP
LPT
PPI
S
S
S
S
T
T
T
T
U
HOI
LPA
HPP
HPT
PPI
S
S
S
S
T
T
T
T
U
S
RST
MST
MSP
SPI
S
S
S
S
T
T
T
T
U
MSA
U
T
S
Y
N
P
HUG
HPOM
S
T
S
T
LUG
LPOM
S
T
S
T
HPA
HPP
LPT
S
S
S
T
T
T
U
HCS
SETPI Внешняя синхронизация
SETS Т
Y
S
S Стык OHA
OHA
U
S
MCF
SEMF
S
V
N
P тык тык Т
13
SEMF (Synchronous Equipment Management Function) – функция управления синхронной аппаратурой.
SETPI (Synchronous Equipment Timing Physical Interface) – физический стык тактового генератора.
SETS (Synchronous Equipment Timing Source) – тактовый генератор Т – эталонные точки хронирования;
TTF (Transport Terminal Function) – функция транспортного терминала
V – эталонная точка стыка между SEMF и MCF;
U – эталонные точки доступа к заголовку
Y – эталонные точки состояния синхронизации. М (Message Communication Function) – функция формирования сообщений. Реальные мультиплексоры обычно выполняют лишь некоторые функции из тех, которые представлены на обобщенной схеме (рисунок 3). Перечень функций данного мультиплексора определяется его конфигурацией. В относительно простых мультиплексорах конфигурация не- изменяема; как правило, она задается заказчиком оборудования в соответствии с теми сетевыми задачами, которые призван решать данный мультиплексор. В более сложных, модульных конструкциях, конфигурация может изменяться добавлением и сменой определенных модулей – блоков, реализующих те или иные функции. Конфигурацию многих мультиплексоров частично можно изменять на уровне операционной системы управления. Модульные мультиплексоры, с возможностью широкого наращивания функций, обычно применяют на интенсивно развивающихся сетях. Следует отметить, что блоки структурной схемы мультиплексора практически никогда полностью не совпадают с функциональными блоками. Состав структурных блоков зависит от элементной базы, от особенностей производства и ряда других обстоятельств. Принято различать терминальные мультиплексоры (ТМ), мультиплексоры ввода/вывода
(МВВ) и мультиплексоры – аппаратуру оперативного переключения (АОП). В ТМ обычно осуществляется коммутация каналов доступа, а в МВВ можно осуществлять проходную коммутацию высокоскоростных потоков, а также осуществлять замыкание канала приема на канал передачи со стороны линейных или агрегатных (оптических) выходов. АОП отличается от МВВ значительно бóльшим количеством коммутируемых соединений. Роль концентраторов и регенераторов на сети обычно также выполняется мультиплексорами. Подробнее о функциях и конфигурации мультиплексоров см, например, в [1].
3. ЗАЩИТА В СЕТЯХ СЦИ Существующие методы восстановления работоспособности сетей СЦИ можно свести к следующим (которые могут использоваться ив комбинации
1. Резервирование терминального оборудования по принципу N:m, где N – число рабочих блоков, m – число резервных блоков (обычно m = 1, N = 1…16);
2. Резервирование участков сети по схемам 1+1 или 1:N по разнесенным трассам по принципу переключения линий (на уровне оптических интерфейсов) или трактов
3. Применение самовосстанавливающихся кольцевых структур и линейных сетей по схемам или 1:N;
4. Восстановление работоспособности сети обходом отказавшего узла
5. Использование аппаратуры оперативного переключения (АОП). Перечисленные методы достаточно подробно рассмотрены в [1]. Согласно же рекомендации МСЭ-Т G.841, схемы резервирования, применяемые в СЦИ, делятся на два класса во- первых, защита маршрута потока данных СЦИ (SDH trail protection), которая осуществляется на уровне секции или на уровне тракта, и, во-вторых, защита соединения подсети (subnetwork con-
nection protection - SNCP). Рассмотрим резервирование линейных мультиплексных секций, резервирование кольцевых структур типа однонаправленное кольцо, кольцо MS SPRING (Multiplex section shared
14
protection ring) и MS DPRING (multiplex section dedicated protection ring), и линейное резервирование маршрута VC, относящиеся к первому классу, а также защиту соединения подсети. Защита маршрута потока данных Резервирование линейных мультиплексных секций (linear multiplex section protection) может быть общим (1:N) или выделенным. Оно защищает слой мультиплексных секций и применяется в сетях физической топологии «точка-точка». Одна резервная мультиплексная секция может использоваться для защиты нескольких рабочих мультиплексных секций. Резервирование мультиплексных секций не обеспечивает защиту трафика в случае выхода из строя узла сети. Оно позволяет выполнять однонаправленные и двунаправленные защитные переключения. Функции MSP на концах мультиплексной секции (см. рисунок 4) делают запросы ивы- дают подтверждения о переключении, используя байты автоматического переключения на резерв байты K1 ив заголовке MSOH резервной секции. При этом используется бит- ориентированный протокол, описанный в рекомендации G.841. Защитное переключение называется однонаправленным, если из двух направлений передачи потоков данных переключается только то из них, в котором произошел сбой. У каждого из этих способов есть свои преимущества. При однонаправленном переключении нет необходимости использовать протокол защиты, что упрощает схему защиты и увеличивает скорость переключения на резерв. Кроме того, при однонаправленном переключении относительно выше вероятность восстановления соединения при возникновении на сети нескольких аварий. При двунаправленном переключении возникновение аварии на одном маршруте в двунаправленной секции вызывает переключение обоих маршрутов на резервные (то есть переключается секция целиком. Это создает лучшие условия для восстановления данной секции. Помимо этого, одинаковое оборудование и одинаковая задержка в обоих направлениях упрощает обработку аварийных ситуаций по сравнению с однонаправленным переключением, при Регенератор- ратор
MST
RST
SPI
MSA
SPI
RST
MST
MSA
Регене- ратор
MST
RST
SPI
MSA
SPI
RST
MST
MSA
Регене- ратор
Резервная секция
Рабочая-1
Рабочая-2
Рабочая-N
MSA
MSA
Для доп. нагрузки
Для доп. нагрузки
– адаптация мультиплексной секции
MSP
– защита мультиплексной секции
MST
– окончание мультиплексной секции
RST
– окончание регенераторной секции
SPI
– физический интерфейс СЦИ Рис. 4 Резервирование мультиплексных секций по схеме 1:N
15 котором протяженности маршрутов приема и передачи могут существенно различаться. Наконец, при двунаправленном переключении имеется возможность передавать дополнительную информацию по каналам защиты. Применение самовосстанавливающихся кольцевых структур наиболее распространенный метод защиты в сетях СЦИ. Для организации кольца может использоваться как два волокна (сдвоенное кольцо, таки четыре волокна (счетверенное кольцо. Существует множество вариантов организации защиты в кольцевых структурах, которые условно можно разделить на две категории одно и двунаправленные кольца. В однонаправленных кольцах информация в рабочем состоянии передается водном направлении, например почасовой стрелке. Резервные пути организуются в другом кольце, информация в котором передается в противоположном направлении. На рисунке представлено однонаправленное сдвоенное кольцо с резервированием типа 1+1. На передаче информация вводится как в рабочее, таки в резервное кольцо посредством соединения типа мост. На приеме информация выводится через соединение типа переключение, которое управляется системой постоянного контроля качества передачи. В случае сбоя в рабочем тракте информация автоматически начинает поступать из резервного кольца. Так как информация постоянно передается по основному и резервному кольцам, использование резервных путей для передачи дополнительной информации невозможно. На рисунке 6 показано двунаправленное сдвоенное кольцо. Здесь информация в рабочем состоянии передается по обоим волокнам, для чего отводится половина их информационной емкости. Другая половина предназначается для передачи информации в аварийном состоянии. Подробнее о способах защиты в двунаправленных кольцах сказано далее. Резервирование кольцевых структур типа MS SPRING основано на разделении ресурсов кольцевой структуры СЦИ. При этом для передачи потоков в рабочем состоянии используются все волокна (как в двухволоконном, таки в че- тырехволоконном кольце, но 50% емкости каждого волокна являются рабочей, а 50% – защитной. При отсутствии аварий каналы защиты могут быть использованы для передачи дополнительной нагрузки. Обычно разделение ресурсов производится на уровне административных блоков. Поэтому применение такой схемы невозможно на кольцах с аппаратурой первого уровня СЦИ (SТМ-1). Входящие и исходящие рабочие потоки Рис. 5 Однонаправленное сдвоенное кольцо с резервированием типа 1+1 Соединение переключение Соединение мост рабочее ОВ резервное ОВ Рис. 6 Двунаправленное сдвоенное кольцо с резервированием типа 1:1 рабочие каналы резервные каналы
16 передаются двунаправлено через одни и те же пролеты по рабочим каналам. Пара входящего и исходящего потоков использует только емкость пролетов, расположенных между узлами, где они вводятся и выводятся. Как показано на рисунке 7, схема распределения потоков между узлами влияет на максимальную нагрузку, которая может быть размещена в кольце типа MS
SPRING. Суммарная емкость потоков, которые передаются через пролет, не может превышать пропускную способность рабочих каналов данного пролета. В зависимости от схемы распределения потоков максимальная загрузка двунаправленного кольца MS SPRING может превышать максимальную нагрузку однонаправленного кольца с равной скоростью передачи оптического сигнала и равным количеством волокон. Суммарная загрузка кольца равна 16 AU-4. Пролеты A-B и
A-
D загружены полностью.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Узел Узел Узел Узел C
2 AU-4 8 AU-4 6 AU-4
Двухволоконное кольцо Вся нагрузка направлена в узел A Суммарная загрузка кольца равна 32 AU-4. Все пролеты загружены пол- ностью.
Узел Узел Узел Узел C
8 AU-4 8 AU-4
Двухволоконное кольцо STM-16 8 AU-4 8 Вся нагрузка локализована только между соседними узлами
Суммарная загрузка кольца равна 22 AU-4. Все пролеты загружены пол- ностью.
Узел Узел Узел Узел C
2 AU-4 1 AU-4
Двухволоконное кольцо STM-16 4 AU-4 5 AU-4 4 AU-4 3 AU-4 3 Смешанное распределение нагрузки между узлами Рис. 7 Различные варианты распределения потоков между узлами
17 Протоколы MS SPRING позволяют разделить доступную пропускную способность между тремя типами каналов
– рабочие каналы, передающие нормальную защищенную нагрузку
– каналы защиты, которые могут переносить дополнительную нагрузку
– не сбрасываемые незащищенные каналы (переносят нагрузку NUT – non-pre-emptible
unprotected traffic). Нормальная нагрузка защищена от сбоев протоколом автоматического переключения на резерв (APS) MS SPRING. Дополнительная нагрузка не защищена ив случае сбоя сбрасывается сигналом APS для защиты нормальной нагрузки. Нагрузка NUT переносится каналами с отключенным механизмом APS (те. рабочими каналами и соответствующими резервными каналами. Нагрузка, передаваемая этими каналами, не защищена, но и не сбрасывается механизмом защитного переключения. Таким образом, она имеет более высокий уровень надежности, чем дополнительная и менее высокий, чем нормальная нагрузка. При защитном переключении кольца нормальная нагрузка, которая передавалась через вышедший из строя пролет, переключается узлом на резервные каналы, осуществляющие передачу в противоположном направлении (рисунок 8). Эта нагрузка передается подлинному пути кольца через резервные каналы к другому переключающему узлу, где нормальная нагрузка пе-
Рис. 8 Резервирование двухволоконного двунаправленного кольца Рабочие каналы Каналы защиты
A
F
B
E
C
D Рабочее состояние Рабочие каналы Каналы защиты
A
F
B
E
C
D Аварийное состояние
18 реключается из резервных каналов обратно в рабочие. В обратном направлении нормальная нагрузка передается аналогично. Вовремя защитного переключения, когда отказавший пролет заменяется резервными каналами, составляющими длинный путь между переключающими узлами, каждый пролет используется для восстановления нагрузки. Таким образом, емкость резерва равномерно разделяется между всеми пролетами. В четырехволоконных кольцах (см. рисунок 9) применяется не только защитное переключение колец (когда нагрузка распространяется по резервным каналам длинного пути, но и переключение пролетов, которое направляет нагрузку по резервным волокнам пролета, в случае сбоя только основных. Однако переключение колец и пролетов не могут использоваться одновременно, нов кольце может быть одновременно несколько переключений пролетов, поскольку они локальны. Для того, чтобы обеспечить переключение кольца, каналы защиты разделяются между всеми пролетами. Кроме того, в резервных каналах может передаваться дополнительная нагрузка, когда эти каналы не используются для восстановления нормального трафика. Таким образом, каждый резервный канал может использоваться несколькими службами. Если дополни-
Рис. 9 Резервирование четырехволоконного двунаправленного кольца Рабочие каналы Каналы защиты
A
B
E
C
D Рабочее состояние
F Рабочие каналы Каналы защиты
A
B
E
C
D Повреждение рабочих волокон на пролете В–С
F
19 тельная нагрузка в кольце не передается, то при определенных множественных авариях, приводящих к изоляции узла, службы (действующие в разных пролетах и использующие одинаковые каналы) могут соперничать за доступ к одному и тому же резервному каналу. Результатом этого может стать неправильное соединение. Поэтому необходим механизм, предотвращающий неправильные соединения. Как показано на рис. 10, аварии на пролете между узлами A и F, атак- же между A и B, изолирующие узел А, приводят к тому, что каналы Q и R пытаются занять один резервный канал № 1P. Потенциальное неправильное соединение может быть определено установлением переключающих узлов и анализом нагрузки, которая будет переключаться. Переключающие узлы могут быть определены по их адресам в байтах К и К. Переключающие узлы определяют нагрузку, подлежащую защитному переключению, по информации, содержащейся в их картах кольца и по идентификаторам переключающих узлов. Потенциальное неправильное соединение должно быть подавлено вставкой соответствующих AU-AIS (сигнал индикации аварии аварийного состояния административного блока – передача «1» во всем AU, включая указатель AU) в тех каналах, где оно может произойти. В частности, нагрузка, выводимая и вводимая в узле (узлах, изолированном от кольца, должна быть подавлена сигналом AU-AIS. Если кольцо работает на уровне AU-4, подавление выполняется переключающими узлами. Подавление AU происходит для нормальной или дополнительной нагрузки передаваемой или принимаемой поре- зервным каналам (то есть нормальная нагрузка, передаваемая или принимаемая по рабочим каналам, никогда не подавляется. Рис. 10. Возникновение неправильного соединения
Рабочий канал № 1W Рабочий канал № 1W
A
F
B
E
C
D Рабочее состояние Канал Q Канал R Канал Q Резервный канал № 1P
A
F
B
E
C
D Авария на узле A Канал R
20 Например, пусть сегмент кольца, состоит из трех узлов, A, B и С, где B – аварийный. По обычному сценарию, оба узла – Аи Сбудут взаимно посылать запросы на переключение соединений, предназначенных для B. Когда узел A получает запрос от C и определяет по карте кольца, что B находится между Аи Сон устанавливает, что узел B изолирован от кольца. Узлы
A и С по своим картам определяют, какие каналы вводятся и выводятся узлом B, и подавляют эти каналы вставкой AU-AIS до того, как будет выполнено защитное переключение. Таким образом, любой узел кольца, который был связан с B, теперь будет получать по этим каналам сигнал AIS. Защита мультиплексных секций с выделенным кольцом MS DPRING применяется как для двухволоконных (см рисунок 5), таки четырехволоконных вариантов. Как уже говорилось, отличительной особенностью этой схемы защиты является то, что кольца разделяются на две группы (по одному кольцу для двухволоконного варианта и по два кольца для четырех- волоконного варианта) с противоположным направлением передачи сигнала. Нормальная нагрузка передается по одной группе волокон, а другая группа используется для резервирования. В схемах однонаправленного кольца максимальное число потоков в основном кольце ограничено емкостью одного пролета. Таким образом, если поставлена задача резервировать все потоки в кольце, эффективность схем MS DPRING и MS SPRING оказывается сравнимой лишь при малом числе узлов (примерно до пяти. По мере увеличения числа узлов эффективность схемы MS DPRING начинает заметно уступать эффективности MS SPRING. Схема MS DPRING также требует использования байтов K1 и K2 для защитного переключения. Попутно заметим, что протоколы с использованием байтов К и К ограничивают число узлов в кольце шестнадцатью, поскольку для адресов узлов в этих байтах выделено четыре бита (2 4
= 16). Линейная защита маршрута виртуального контейнера (linear VC trail protection) – это механизм выделенной защиты, который может быть использован в сети любой физической архитектуры. Это сквозной защитный механизм ион необязательно должен использоваться во всех VC в мультиплексной секции. Защита маршрута VC высокого/низкого порядка (LO/HO VC) является механизмом защиты уровня трактов и может быть использована для защиты маршрута через всю сеть оператора или через сети нескольких операторов. Линейная защита маршрута VC может использовать как однонаправленное, таки двунаправленное переключение. При использовании двунаправленного переключения в резервных каналах можно передавать дополнительную нагрузку. Схема защиты может быть как 1+1, где выделенный резервный маршрут используется только для защиты, таки, где по резервному маршруту может передаваться дополнительная нагрузка. Двунаправленное переключение и схема 1:1 требуют использования протокола APS для координации операции переключения на ближнем и дальнем конце маршрута. Однонаправленное защитное переключение для схемы 1+1 показано на рис. 11. Оно идентично двунаправленному за исключением того, что при отказе водном направлении передачи, неповрежденное направление не переключается. Следовательно, не требуется канал APS для координированного переключения неповрежденного направления передачи. Двунаправленное защитное переключение для схемы 1+1 показано на рис. 12. При отказе одного из направлений передачи переключатель на дальнем конце выбирает сигнал,
передаваемый поре- зервному маршруту. Для двунаправленного переключения посылается сигнал через протокол
APS, чтобы неповрежденное направление передачи также переключилось на резервный маршрут. Следует отметить, что большинство существующих мультиплексоров поддерживают только однонаправленное переключение. Поэтому, в случае сетей с высокими задержками нужно применять специальный вариант протокола MS SPRING (G.841, Annex A) который позволяет устранить указанные проблемы.
21 Резервирование типа MS SPRING на сетях большой протяженности (трансокеанских или спутниковых отличается от рассмотренного ранее метода защиты общего назначения MS
SPRING. В таких сетях применение MS SPRING общего назначения может привести к тому, что после аварии маршрут передачи окажется чрезвычайно длинным, например, если предположить (см. рисунок 8), что узлы Аи находятся на одном континенте, а все остальные – на другом. Возникающие при таком подходе задержки приведут к заметному ухудшению качества передачи. Рис. 11. Однонаправленное переключение при резервировании 1+1 Сбой одного направления передачи
A
B Нормальные условия
A
B рабочий маршрут резервный маршрут Рис. 12. Двунаправленное переключение при резервировании 1+1
A
B Нормальные условия
A
B Сбой одного направления передачи рабочий маршрут резервный маршрут
22 Когда происходит защитное переключение в кольцевой сети большой протяженности, все пораженные аварией блоки AU-4 переключаются оконечными передающими узлами на резервные каналы, которые идут в обход аварии. Когда данные блоки достигают приемных узлов, они переключаются на исходные точки вывода, как показано на рисунке 13. Для выполнения защитного переключения используются локальные карты кольца узлов и протокол байтов. Сравнение рисунков 8 и 13 показывает, что в последнем случае длина защитных каналов существенно сокращается. В обычных кольцевых сетях дополнительная нагрузка удаляется из кольца до тех пор, пока авария не будет устранена. В сетях большой протяженности после переключения пораженных маршрутов AU-4 дополнительная нагрузка может быть восстановлена в резервных каналах, неиспользованных для восстановления защищенной нагрузки. При восстановлении дополнительной нагрузки для сигнализации используется канал DCC. Отметим еще некоторые требования к кольцевым сетям MS SPRING большой протяженности. Время переключения должно быть менее 300 мс независимо оттого, переносит ли кольцо дополнительную нагрузку. (В обычном случае – менее 50 мс, если кольцо не переносит дополнительную нагрузку, и может быть более 50 мс, если переносит) Так как в данных кольцах для переключения используются карты кольца, должен быть реализован механизм для автоматической поддержки этих карт. Для этих целей предлагается использовать каналы DCC. Рис. 13. Защитное переключение в кольце MS
SPRING большой протяженности Рабочие каналы Каналы защиты
A
F
B
E
C
D Рабочее состояние Специальное прохождение Обычное прохождение
A
F
B
E
C
D Аварийное состояние
23 В случае аварии, переключение устанавливается любым узлом, чья нагрузка была поражена. В данных кольцах не производятся завороты потоков. Все узлы сети могут производить переключения, используя карты кольца. Поскольку нет заворотов, нет и проблемы потенциальных неправильных соединений. Следовательно, использовать подавление потоков с помощью сигналов аварии AU-AIS, описанное ранее при рассмотрении колец MS SPRING общего назначения, также не требуется. Переключения при одиночных и множественных авариях производятся одинаковым образом. Защита соединения подсети Защита соединения подсети SNCP основана на механизме защиты выделенной части сети и может использоваться при различных топологиях такой части сети и на любом выделенном уровне сети. Она может быть использована для защиты любой части тракта, если эта часть имеет два различных сегмента между точками соединения (CP), или между CP и оконечной точкой соединения (TCP), или между двумя TCP. Защита типа SNCP представляет собой схему линейной защиты, которая может быть использована для индивидуальной защиты сигналов VC-n любого уровня внутри мультиплексной секции, причем она может охватывать только часть VC-n низкого порядка (LO VC), размещенных в контейнере VC-n высокого порядка (HO VC). Решение о защитном переключении может быть принято либо в результате внутреннего мониторинга показателей производительности (или ошибок, и тогда такой тип защиты обозначается как SNC/I (subnetwork connection protection with inherent monitoring), либо в результате мониторинга без перерыва сервиса, такой тип защиты обозначается как SNC/N (subnetwork
connection protection with non-intrusive monitoring). Сказанное позволяет отнести схемы защиты с выделенным кольцом MS DPRING или- нейной защиты маршрута виртуального контейнера (linear VC trail protection) к защите типа
SNCP. Взаимодействие кольцевых структур Динамика развития сетей СЦИ предполагает на определенном этапе соединение кольцевых структур. Чтобы обеспечить защиту потоков, проходящих через такие сети, должно быть организовано взаимодействие между двумя кольцами СЦИ, связанными между собой одним или двумя узлами. Термин взаимодействие колец определяет не столько процесс, сколько топологию взаимодействия, которая подразумевает наличие интерфейса между взаимодействующими кольцами. Защита взаимодействующих структур сетей СЦИ детально рассмотрена в рекомендации МСЭ-Т G.842. Существуют две схемы взаимодействия колец – соединение одним узлом и соединение двумя узлами каждого кольца. Соединение одним узлом обеспечивает защиту мультиплексной секции, соединяющей кольца, ноне защищает от отказа одного из взаимодействующих узлов (рисунок а. Соединение двумя узлами устраняет этот недостаток. Особая форма соединения двумя узлами обозначается термином взаимодействующие кольца – это топология сети, посредством которой два кольца соединены двумя узлами каждого кольца. При такой топологии авария любого из соединяющих узлов не вызовет потери рабочих каналов (рисунок б. В двух взаимодействующих кольцах могут применяться разные схемы защиты например или MS SPRING). Рассмотрим взаимодействие произвольного кольца с кольцом MS
SPRING. Узлы кольца MS SPRING должны быть способны соединяться с другими структурами на двух узлах. Архитектура соединения колец позволяет защищенному блоку выдерживать отказ
24 одного из соединяющих узлов, двух соединенных узлов колец или соединения между двумя соединяющими узлами (см. рисунок б. Два соединяющих узла необязательно должны быть соседними. Соединение колец не требует межколь- цевой сигнализации (обеспечение защиты соединяющей линии не считается межкольцевой сигнализацией. Рисунок 15 представляет нормальное состояние взаимодействующего кольца MS SPRING при отсутствии аварий. На рисунке показан маршрут с терминальным узлом А, проходящий через два соединяющие кольца узла – первичный и вторичный. Первичным узлом является ближайший к терминальному. Первичный и вторичный узлы определяются для каждого маршрута отдельно. Узлы кольца MS SPRING могут взаимодействовать с любой сетевой структурой, при условии выполнения интерфейсных требований, показанных на рисунке 15. На первичном узле используется функция вывод с продолжением (Drop and Continue) (принятый от узла А сигнал выводится во второе кольцо и продолжается на вторичный узел. При
Узел А терминал Рабочие каналы Резервные каналы Первичный узел Вторичный узел
R
Р
Т
Р
T
S
R
S
R
P
= R
S
= T
A
R
A
= T
P
= (T
S
) Рис. 15. Взаимодействующее кольцо MS SPRING: нормальное состояние Рис. 14. Схемы взаимодействия колец а) Соединение одного узла Кольцо 1 Кольцо 2 Одиночные точки отказа
R
A
T
A б) Соединение двух узлов Кольцо 1 Кольцо 2
R
A
T
A
T
1
1
R
11
T
1
2
R
12
A
Z
R
11
= или T
12
T
11
=T
12
25 этом для продолжения на вторичный узел могут использоваться как рабочие, таки резервные каналы кольца. На рисунке показано использование только рабочих каналов. На рисунках 16,
17, 18 показаны переключения маршрута при различных авариях, не требующие специальных пояснений. Рис. 16. Взаимодействующее кольцо MS SPRING: авария вне терминирующего, первичного или вторичного узлов Узел А терминал Рабочие каналы Резервные каналы Первичный узел Вторичный узел
R
Р
Т
Р
T
S
R
S
R
P
=R
S
=T
A
R
A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
=T
P
=(T
S
) Рис. 17. Взаимодействующее кольцо MS SPRING: авария первичного узла Узел А терминал Рабочие каналы Резервные каналы Первичный узел Вторичный узел
R
Р
Т
Р
T
S
R
S
26 В заключение рассмотрим примеры прохождения маршрута при взаимодействии двух колец
MS SPRING, кольца MS SPRING с кольцом SNCP и двух колец SNCP, показанные соответственно на рисунках 19, 20 и 21. Здесь функция переключение реализуется или посредством селектора сервиса (СС), или – селектора маршрута (СМ. Первый из них осуществляет переключение на основе мониторинга передаваемой информации, а второй – с привлечением карт кольца. Для этих случаев читателю предлагается самостоятельно проследить восстановление маршрутов при различных авариях. Рис. 18. Взаимодействующее кольцо MS SPRING: пропадание передачи на первичном узле
Узел А терминал Рабочие каналы Резервные каналы Первичный узел Вторичный узел
R
Р
Т
Р
T
S
R
S
Рис. 19. Взаимодействие двух колец MS SPRING
СС
СС Вторичный узел Вторичный узел Первичный узел СМ Кольцо
MS Кольцо
MS Селектор сервиса
27 Рис. 21. Взаимодействие двух колец SNCP СМ СМ – селектор маршрута Вторичный узел Вторичный узел Первичный узел Первичный узел Кольцо Кольцо СМ СМ СМ
5 Рис. 20. Взаимодействие кольца MS SPRING с кольцом SNCP Вторичный узел Вторичный узел Первичный узел Первичный узел Кольцо
MS Кольцо
SNCP
СС СМ СМ СМ
СС - селектор сервиса СМ – селектор маршрута
28 4. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УЧАСТКОВ СЕТИ И ВЫБОР КОНФИГУРАЦИИ СЕТЕВОЙ СТРУКТУРЫ Современные сети СЦИ находятся на этапе интенсивного развития, для которого характерны сетевые структуры типа совмещенные кольца. Эти структуры можно рассматривать как переходные к наиболее совершенной (но и наиболее сложной и дорогой) ячеистой структуре. Совмещенные кольца могут располагаться как городском районе с высокой плотностью населения и большой деловой активностью, таки в сельской местности. В последнем случае секции кольца могут иметь большую протяженность. В проекте для городского района должен быть приведен план территории с указанием расположения улиц и территории застройки, на нем также должны быть отмечены точки возможного размещения оборудования систем СЦИ. Преимущественно оборудование систем СЦИ должно устанавливаться в помещениях станций первичной и вторичных телекоммуникационных сетей. Допустимо размещение оборудования в помещениях потребителей услуг связи, например, в помещениях диспетчерских энергосистем, воинских частей и тому подобное. Кабель преимущественно должен прокладываться в канализации. В некоторых случаях допустимо организовывать воздушные линии, подвешивая кабель на опорах ЛЭП или контактной сети железных дорог. Известны сети, использующие для прокладки кабеля туннели метро. В грунт в городских районах кабель прокладывается в исключительных случаях. Для кольца вне городской территории должна быть приведена достаточно подробная карта местности, на которой нанесены населенные пункты, железные и автомобильные дороги, реки. Следует дать краткую климатическую характеристику местности и характеристику грунта вдоль предполагаемой трассы. При выборе трассы следует минимизировать затраты на строительство и эксплуатацию. Для этого по возможности надо сочетать фактор наименьшей протяженности трассы с максимальным удалением от источников опасных и мешающих влияний и минимальным количеством пересечений трассы с автомобильными и железными дорогами, водными преградами и тому подобное. Трасса должна быть достаточно близка к автомобильным дорогам для удобства ее строительства и обслуживания. Допускается подвеска кабеля на опоры ЛЭП или контактной сети железных дорог. Конфигурация кольцевой части, расположенной в городском районе, может быть задана в индивидуальном задании. В общем случае она должна определяться расположением потребителей услуг связи. Например, кольцевая трасса может соединять городские АТС и МТС. Поскольку емкость адресного поля в байтах автоматического переключения на резерв К и К
MSOH ограничена четырьмя разрядами, число узлов в кольцевой структуре не следует устанавливать более 16. Обычно число узлов в кольце равно 5…7. Конфигурация сетевой структуры в сельском районе выбирается исходя из двух факторов. Во-первых, следует учитывать, что протяженность секций систем передачи СЦИ не превышает км, причем применение дистанционного питания нежелательно, поскольку это потребует применения кабеля с металлическими элементами, более дорогого и более подверженного опасными мешающим влияниям. Во-вторых, конфигурация должна учитывать дальнейшее развитие сети, то есть при выборе этого сегмента нужно учитывать (предположительно) подключение к нему в последующем других кольцевых структур. В настоящее время при проектировании ВОЛП с целью повышения надежности, уменьшения эксплуатационных расходов и капитальных затрат, связанных с развитием на перспективу, следует ориентироваться на Руководящий документ РД 45.047-99, который рекомендует
- использование оптических кабелей (ОК) только с одномодовыми оптическими волокнами (ОВ) даже на участках сети с малой пропускной способностью
- применение ОК с резервными ОВ;
- применение более высокоскоростной аппаратуры линейного тракта (на один или два уровня SТМ-N в ЦСП СЦИ), по сравнению с исходными данными в части требуемой пропускной способности.
29 Целесообразность прокладки ОК с резервными ОВ имеет несколько аспектов. Во- первых, это запас по пропускной способности ВОЛП на перспективу развития, так называемый пространственный способ уплотнения информации. При этом увеличение числа ОВ в ОК враз приводит к увеличению затратна сооружение ВОЛП всего на 20 %. Во-вторых, это эффективное использование резервных ОВ для увеличения надежности функционирования ВОЛП. При этом резервные ОВ могут быть использованы
- для замены рабочих, если их параметры в процессе прокладки или эксплуатации вышли за допустимые пределы
- для организации переключения на резервную мультиплексную секцию
- для обнаружения и локализации причин постепенно развивающихся отказов без перерыва связи подключением оптического рефлектометра к резервным ОВ, если эти причины являются общими для всех ОВ в ОК (например, в случае перегибов в ОК из-за смещения грунта, повреждения соединительной муфты и т.д.). Целесообразно ориентироваться также на применение аппаратуры с бóльшей пропускной способностью. Например, синхронный мультиплексор SТМ-16 дороже по стоимости мультиплексора SТМ-4 всего на 30 – 40 %, что опять же приведет к увеличению затрат в целом на сооружение ВОЛП всего на несколько процентов. Однако дополнительная пропускная способность аппаратуры СЦИ до того, как будет востребована необходимостью увеличения скорости передачи в перспективе, может быть эффективно использована, как это уже отмечалось, для улучшения показателей надежности посредством резервирования в подсети.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ МЕЖСТАНЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ На практике емкость межстанционных связей определяется в результате анализа трафика существующих в этих районах телефонных сетей общего пользования, других вторичных сетей, использующих стандартные цифровые потоки, и потребностей в услугах связи тех или иных организаций, расположенных в данном районе. Такой анализ представляет собой сложную и трудоемкую задачу, которая здесь не рассматривается. Поэтому в данном случае можно рекомендовать задание гипотетических величин межстанционного трафика. Так, например, пусть выбрана сетевая структура, показанная на рисунке 22. Для нее составляется таблица 1, в верхней части ячеек которой указано количество потоков со скоростями 2,048 Мбит/с (вдаль- нейшем такие потоки будем обозначать как потоки Е, которые должны быть организованы между соответствующими узлами. В нижней части ячеек указаны маршруты этих потоков (номера оконечных и промежуточных узлов. Поскольку потоки предполагаются двусторонними, таблица будет симметрична относительно диагонали. Для простоты симметричная часть таблицы не заполнена. Предположим, что емкости межстанционных связей установлены и отображены в таблице
1. Очевидно, что теперь несложно подсчитать нагрузку на соединительные линии (СЛ) структуры сети. Это удобно сделать, составив таблицу, подобную таблице 2, во втором столбце которой указать потоки, проходящие по соответствующей СЛ, а в третьем – величины этих потоков. Четвертый столбец данной таблицы отображает нагрузку на соответствующую
СЛ (сумму слагаемых в соответствующей ячейке третьего столбца. Если соединение колец предусматривает защиту типа выделение с продолжением, то следует учесть, что между узлами, входящими в соединение колец (в данном случае между узлами и 6-7), будут проходить потоки соединительных линий между кольцами (1-6 и 5-7). В таблице 2 величины этих потоков отмечены курсивом (в строках 5-1 и 6-7). Рис. 22 Расчетная сетевая структура
3
8
7
1
6
2
4
5
30 Таблица 1
№№ узлов
1 2
3 4
5 6
7 8
1
10
1-2
20
1-2-3
30
1-5-4
40
1-5
30
1-6
20
1-6-7
10
1-6-8 2
40
2-3
30
2-3-4
20
2-1-5
10
2-1-6
20
2-1-6-7
30
2-1-6-8 3
20
3-4
10
3-4-5
20
3-2-1-6
30
3-4-5-7
40
3-2-1-6-8 4
10
4-5
5
4-5-1-6
10
4-5-7
15
4-5-7-8 5
20
5-1-6
30
5-7
40
5-7-8 6
20
6-7
10
6-8 7
10
7-8 8 Таблица 2 Линия Маршруты Потоки Нагрузка
1-2 1-2, 1-2-3, 2-1-5, 2-1-6, 2-1-
6-7,
2-1-6-8,3-2-1-6, 3-2-1-6-8 10+20+20+10+20+30+20+40 170 2-3 1-2-3, 2-3, 2-3-4, 3-2-1-6, 3-
2-1-6-8 20+40+30+20+40 150 3-4 2-3-4, 3-4, 3-4-5, 3-4-5-7 30+20+10+30 90 4-5 1-5-4, 3-4-5, 3-4-5-7, 4-5, 4-
5-1-6, 4-5-7, 4-5-7-8 30+10+30+10+5+10+15 100 5-1 1-5-4, 1-5, 2-1-5, 4-5-1-6, 5-
1-6 30+40+20+5+20+125+205
115+330=445 6-7 1-6-7, 2-1-6-7, 6-7 20+20+20+125+205
60+330=390 7-8 4-5-7-8, 5-7-8, 7-8 15+40+10 65 8-6 1-6-8, 2-1-6-8, 3-2-1-6-8, 6-8 10+30+40+10 90 5-7 3-4-5-7, 4-5-7, 4-5-7-8, 5-7,
5-7-8 30+10+15+30+40
125
1-6 1-6, 1-6-7, 1-6-8, 2-1-6, 2-1-
6-7,
2-1-6-8, 3-2-1-6, 3-2-1-6-8, 4-
5-1-6, 5-1-6 30+20+10+10+20+30+20+40+5+20
205
3-2-1-6-
8→3-4-5-7-8 4-5-1-
6→4-5-7-6 Потоки «продолжений» могут передаваться по резервным каналам в этом случае они не входят в нагрузку линий колец между соединяющими узлами (в ячейках четвертого столбца строки вторые слагаемые не учитываются. Оценивая результаты, полученные указанным способом, можно попытаться выровнять нагрузку между СЛ сетевой структуры. Так, например, в данном случае можно перераспределить нагрузку между СЛ 5-7 и 1-6 изменив маршруты потоков между узлами 3-8 итак, как это показано в нижней строке таблицы 2. Результаты такого перераспределения представлены в таблицах 3 и 4.
31 Таблица 3
№№ узлов
1 2
3 4
5 6
7 8
1
10
1-2
20
1-2-3
30
1-5-4
40
1-5
30
1-6
20
1-6-7
10
1-6-8 2
40
2-3
30
2-3-4
20
2-1-5
10
2-1-6
20
2-1-6-7
30
2-1-6-8 3
20
3-4
10
3-4-5
20
3-2-1-6
30
3-4-5-7
40
3-4-5-7-8 4
10
4-5
5
4-5-7-6
10
4-5-7
15
4-5-7-8 5
20
5-1-6
30
5-7
40
5-7-8 6
20
6-7
10
6-8 7
10
7-8 8 Таблица 4 Линия Маршруты Потоки Нагрузка
1-2 1-2, 1-2-3, 2-1-5, 2-1-6, 2-1-
6-7,
2-1-6-8,3-2-1-6 10+20+20+10+20+30+20 130 2-3 1-2-3, 2-3, 2-3-4, 3-2-1-6 20+40+30+20 110 3-4 2-3-4, 3-4, 3-4-5, 3-4-5-7,
3-4-5-7-8 30+20+10+30+40 130 4-5 1-5-4, 3-4-5, 3-4-5-7, 3-4-5-7-
8,
4-5, 4-5-7-6, 4-5-7, 4-5-7-8 30+10+30+40+10+5+10+15 150 5-1 1-5-4, 1-5, 2-1-5, 5-1-6 30+40+20+20+170+160
110+330=440 6-7 1-6-7, 2-1-6-7, 4-5-7-6, 6-7 20+20+5+20+170+160
65+330=395 7-8 3-4-5-7-8, 4-5-7-8, 5-7-8, 7-8 40+15+40+10 105 8-6 1-6-8, 2-1-6-8, 6-8 10+30+10 50 5-7 3-4-5-7, 3-4-5-7-8, 4-5-7-6, 4-
5-7, 4-5-7-8, 5-7, 5-7-8 30+40+5+10+15+30+40 170 1-6 1-6, 1-6-7, 1-6-8, 2-1-6, 2-1-
6-7,
2-1-6-8, 3-2-1-6, 5-1-6 30+20+10+10+20+30+20+20 160 После расчета нагрузки на СЛ в рабочем режиме следует выбрать тип защиты цифровых потоков. В общем случае для кольцевых участков сети рекомендуется защита типа MS SPRING. При этом не играет роли количество волокон в кольце – два или четыре, поскольку как в том, таки в другом случае потребуется удвоение пропускной способности линий кольца. Так как указанный тип защиты осуществляется на уровне административных блоков AU-N, двух- волоконное кольцо должно использоваться для систем передачи не ниже второго уровня (STM-
4). Тип защиты MS SPRING эффективен для колец с относительно большим числом узлов (не менее 4-5). При меньшем количестве узлов следует рекомендовать тип защиты MS DPRING
(MS-SNCP). Таким образом, в рассматриваемой структуре можно выбрать для левой части (см. рисунок 22, узлы 1, 2, 3, 4 и 5) тип защиты MS SPRING, а для правой (узлы 6, 7 и 8) – MS
DPRING.
32 С учетом рекомендации устанавливать аппаратуру с уровнем на одну-две ступени выше, чем требуется на момент проектирования, включим в состав рабочих резервируемых потоков потоки продолжения (см. таблицу 4). В дальнейшем эти потоки могут быть исключены из числа рабочих и их передача будет осуществляться по резервным каналам. Таким образом, для
СЛ кольца 1-2-3-4-5 при защите типа MS SPRING потребуется емкость х каналов Е или установка оборудования третьего уровня (STM-16), обеспечивающего передачу 1008 потоков Е. Запас при этом составит 1008-880=128 потоков Е или 14,55%. При защите типа MS DPRING по каждой из соединительных линий кольца проходят все межузловые потоки. Таким образом, нагрузка на СЛ кольца 6-7-8 составит (см. таблицу 4)
395+105+90=590 каналов Е. Это несколько больше, чем может обеспечить оборудование второго уровня (STM-4) – 504 потока Е. В этом случае можно отказаться от резервирования потоков продолжения, тогда нагрузка на СЛ составит 65+105+50=220 и тогда возможно будет применение оборудования STM-4. Использование же защиты типа MS SPRING наоборот потребует увеличения ресурсов соединительных линий сдох, что также потребует использования оборудования третьего уровня (STM-16), нос меньшим запасом на развитие. В соответствии с выбранными типами защиты следует рассмотреть соответствующую схему соединений в подсети (в данном случае аналогичную представленной на рисунке 20) и показать прохождение потоков при различных аварийных ситуациях.
6. ВЫБОР ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ И ТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Параметры оптических интерфейсов (точек стыков) соответствуют параметрам оборудования к концу срока его службы при наихудшем сочетании климатических и других условий эксплуатации. Особенности нормирования, контроля и измерения параметров оптических интерфейсов определяются постоянным совершенствованием элементной базы оборудования и требованиями современной концепции контроля и управления. Типовая структурная схема участка линейного тракта с использованием ОВ (для одного направления передачи) между соседними пунктами приведена на рисунке 23. В любом случае эта схема состоит из последовательного соединения передающего устройства (ПдУ) аппаратуры окончания оптического линейного тракта (АЛТ), станционного оптического кабеля (СОК, линейного оптического кабеля (ЛОК), СОК и приемного устройства (ПрУ) АЛТ. Рис. 23 Схема участка линейного тракта ВОСП
ЛОК СОК ОПТИЧЕСКИЙ СТЫК р
р
1
Н
р
2
Н
р
2 ЦИФРОВОЙ СТЫК
STM-N
STM-N
ПрУ
ПдУ
Пд Пр СОК
33
АЛТ оборудования СЦИ представляет собой плату оптического стыка в составе аппаратуры синхронного мультиплексора STM-N, на цифровом стыке которой формируется цифровой электрический сигнал STM-N го уровня иерархии СЦИ (N = 1, 4, 16, 64, 256), параметры которого определены в Рекомендации МСЭ-Т G.707.Y.1322. Как видно из рисунка 23, параметры оптического стыка могут измеряться либо непосредственно на разъемных оптических соединителях АЛТ (р – уровень мощности оптического излучения на выходе ПдУ, р – уровень мощности оптического излучения на входе ПрУ), либо в точках соединения между СОК и ЛОК на передаче Пд и на приеме Пр. В соответствии с принятыми стандартами нормирование параметров оптического стыка должно осуществляться именно в точках оптического тракта Пд (нормируемый уровень мощности
р
1Н
) и Пр (нормируемый уровень мощности
р
2Н
). На рисунке 24 приведена структурная схема участка линейного тракта оборудования
СЦИ (для одного направления передачи) в случае применения оптических усилителей ОУ
1
– на передаче и ОУ
2
– на приеме (для систем СЦИ си секциями большой протяженности.
ОУ
1
и ОУ
2
могут применяться как отдельные конструктивные элементы линейного оборудования ВОСП (плата оптических усилителей, либо конструктивно входить в состав платы оптического стыка. В первом случае параметры оптического стыка могут измеряться либо непосредственно на выходе ПдУ (уровень мощности р) и входе ПрУ (уровень мощности р, либо на выходе ОУ
1
(уровень мощности р) и входе ОУ
2
(уровень мощности р, либо в точках соединения СОК и ЛОК на передаче ГПд (нормируемый уровень мощности
р
1Н
) и приеме ГПр нормируемый уровень мощности
р
2Н
). Во втором случае параметры оптического стыка могут измеряться либо непосредственно на выходе ПдОУ (уровень мощности р) и входе ПрОУ (уровень мощности р, либо в точках
ГПд и ГПр. Принятые стандарты предполагают нормирование параметров оптического стыка в обоих случаях в точках ГПд и ГПр. Участок оптического тракта между точками ГПд и ГПр, вот- личие от схемы рисунка 23, называется главным оптическим трактом (сточки зрения нормирования параметров оптического стыка. Участки оптического тракта, примыкающие к АЛТ и содержащие ОУ, называются вспомогательными трактами, и не являются определяющими для нормирования. Для систем передачи СЦИ с универсальными возможностями построения транспортной сети требуется обеспечение так называемой поперечной совместимости, то есть возможности использования на концах участка оптического тракта оборудования различных производителей. Это требование привело к классификации оптических стыков по коду применения. Обозначение кода применения состоит из обозначения типа применения, далее, через тире, обозначения уровня STM-N, отделенного точкой приводимого (или неприводимого) цифрового символа, обозначающего длину волны источника излучения и тип применяемого оптического кабеля. ТИП ПРИМЕНЕНИЯ – УРОВЕНЬ STM . ЦИФРОВОЙ СИМВОЛ ТИП ПРИМЕНЕНИЯ
- I – для внутриобъектовой связи (intra),
- S – для короткой межстанционной связи (short),
- L – для длинной межстанционной связи (long);
- V – для очень длинной межстанционной связи (very);
- U – для сверхдлинной межстанционной связи (ultra). УРОВЕНЬ STM:
N = 1, 4, 16 и 64.
34 Рис. 24 Структурная схема линейного тракта ВОСП с оптическими усилителями
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
STM-N
STM-N р СОК
ГПд СОК
ГПр ОПТИЧЕСКИЙ СТЫК р
р
1
Н
р
2
Н
Р
2 ЦИФРОВОЙ СТЫК
ОУ
1
ОУ
2
ЛОК СОК СОК р
ПрОУ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ТРАКТ ГЛАВНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ТРАКТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ТРАКТ р
ПдУ
ПрУ
ПдОУ
35 ОТСУТСТВИЕ ЦИФРОВОГО СИМВОЛА – означает номинальную длину волны источника излучения 1310 нм и тип кабеля с ОВ, соответствующим рек. G.652 МСЭ-Т (используется для внутриобъектовой связи. ЦИФРОВОЙ СИМВОЛ
- 1 – номинальная длина волны источника излучения 1310 нм и тип кабеля со стандартным ОВ (рек. G.652 МСЭ-Т);
- 2 – номинальная длина волны источника излучения 1550 нм и тип кабеля со стандартным ОВ (рек. G.652 МСЭ-Т);
- 3 – номинальная длина волны источника излучения 1550 нм и тип кабеля с ОВ с нулевой смещенной дисперсией (рек. G.653 МСЭ-Т);
- 5 – номинальная длина волны источника излучения 1550 нм и тип кабеля с ОВ с ненулевой смещенной дисперсией (рек. G.655 МСЭ-Т). Коды применения для оборудования СЦИ представлены в таблицах 5, 6 и Таблица 5 КЛАССИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ Рек. G.957 МСЭ-Т) Использование Внутри станции Между станциями Короткая секция Длинная секция Номинальная длина волны источника, нм
1310 1310 1550 1310 1550 Тип волокна Рек. МСЭ-Т)
G.652
G.652
G.652
G.652
G.652,
G.654
G.653 Расстояние, км
≤2
≈15
≈40
≈80 Уровни
СЦИ
STM-1
STM-4
STM-16 l-1 l-4 l-16
S-1.1
S-4.1
S-16.1
S-1.2
S-4.2
S-16.2
L-1.1
L-4.1
L-16.1
L-1.2
L-4.2
L-16.2
L-1.3
L-4.3
L-16.3 После выбора кода оптического интерфейса для той или иной секции следует осуществить поверочный расчет длины секции. При этом можно использовать стандартные параметры интерфейсов, приведенные в таблицах П1.1…П1.7 Приложения 1. Поверочный расчет длины секции производится по двум критериям по потерям мощности оптического сигнала на кабельном участке и по допустимой дисперсии кабельного участка (допустимому уширению передаваемых импульсов. Для расчета по потерям мощности рассмотрим диаграмму уровней оптической секции, представленную на рисунке. На этой диаграмме приняты обозначения
р
пер макс, р
пер мин – максимальный и минимальный соответственно уровни передачи оптического передатчика
р
пр макс – уровень перегрузки оптического приемника
р
пр мин – минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи
А
эз
– эксплуатационный запас оптического тракта
А
макс
, Амин – максимальное и минимальное соответственно допустимые затухания оптического тракта Э – энергетический потенциал системы передачи. Величины
р
пер макс, р
пер мин р
пр макс р
пр мин, А
эз
соответствуют выбранному интерфейсу и могут быть взяты из таблиц П1.1…П1.7 Приложения 1 или из технических данных выбранного оборудования. Величины
А
макс
, А
мин
и Э – рассчитываются. Рис. 25 Диаграмма уровней оптической секции Уровни передачи
А
мин
А
макс
р
пр макс
р
пер мин
р
пер макс
р
пр мин
А
эз
Э
36 Таблица 6 КЛАССИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ (коды VSR, I, S, L для STM-64, 256) Рек. G.691 МСЭ-Т)
Использование Очень малая Внутри станции Между станциями Короткая секция Длинная секция Номинальная длина волны источника, нм
1310 1310 1310 1550 1550 1550 1550 1310 1550 1550 1550 1310 1550 1550 Тип ОВ (рекомендация
МСЭ-Т)
G.652
G.652 G.652 G.652 G.652 G.653 G.655 G.652
G.652
G.653
G.655
G.652
G.652
G.653 Протяженность, км д/и
0.6 2
2 25 25 25 20 40 40 40 40 80 80
STM-64
VSR-
64.1
I-64.1r I-64.1 I-64.2r I-64.2
I-64.3
I-64.5
S-
64.1
S-64.2 S-64.3 S-64.5 L-64.1
L-64.2
L-64.3 Протяженность, км д/и
40 40 80 80
STM-256 д/и д/и д/и д/и
I-
256.2 д/и д/и д/и
S-
256.2
S-
256.3 д/и д/и
L-256.2 L-256.3 д/и – дальнейшее изучение
37 Таблица 7 КЛАССИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ (коды V и U) Рек. G.691 МСЭ-Т)
Использование Очень длинная секция Сверхдлинная секция Номинальная длина волны источника, нм
1310 1550 1550 1550 1550 Тип ОВ (рекомендация
МСЭ-Т)
G.652
G.652
G.653
G.652
G.653 Протяженность, км
60 120 120 160 160
STM-1
–
–
–
–
–
STM-4
V-4.1
V-4.2
V-4.3
U-4.2
U-4.3
STM-16
–
V-16.2
V-16.3
U-16.2
U-16.3 Протяженность, км
60 120 120
STM-64
–
V-64.2
V-64.3
–
–
STM-256 д/и д/и д/и
–
– д/и – дальнейшее изучение Следует заметить, что параметры оборудования обычно превышают стандартные, что позволяет в ряде случаев понизить уровень кода интерфейса, снизив, тем самым, стоимость оборудования, или увеличить протяженность секции. Максимальная длина секции (кабельного участка КУ) подсчитывается по формуле (1) где Ан затухание неразъемного (сварного) соединения (по требованию «Ростелеком» Ан ≤ 0,05 дБ, Ар – затухание разъемного соединения,
α
– километрическое затухание ОВ, дБ/км, стр – строительная длина кабеля,
ΔА
тр
– запас на старение кабеля. Две последние величины определяются маркой выбранного кабеля, затухания вариантов разъемных соединений приведены в таблице 8 (можно воспользоваться средними значениями) Таблица 8 ПОТЕРИ В РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ Параметр
Некалиброванные разъемы Калиброванные разъемы Потери присоединении с образцовым разъемом, дБ Среднее
0,20 Среднее
0,14 94%
< 0,30 95%
< 0,30 97%
< 0,40 99%
< 0,40 Потери присоединении любой с любым, дБ Среднее
0,30 Среднее
0,15 60%
< 0,30 94%
< 0,30 85%
< 0,50 98%
< 0,40 Макс
1,2 Макс
0,71 Если рассчитанная величина ку макс оказывается меньше протяженности проектируемой секции, следует или выбрать другое оборудование, или повысить уровень интерфейса и снова произвести указанные расчеты. При существенном превышении рассчитанного значения про, км,
/
н
р
тр
ку макс
н
стр
Э А
А
А
l
А l
(1)
38 тяженности проектируемой секции следует понизить уровень интерфейса, произведя, естественно соответствующие расчеты. Следует также убедиться в том, что минимальное затухание проектируемой секции превышает минимально допустимое для данного оборудования или равно ему (или минимально допустимое затухание для данного кода интерфейса Амин. Очевидно, должно выполняться неравенство ку + (l
ку
/l
стр
– Ан
+ Ар ≥ Амин, (2) где ку – протяженность проектируемой секции. Если неравенство (2) не удовлетворяется, на выходе передающего оборудования следует установить оптический аттенюатор, дополняющий минимальное затухание секции до величины
А
мин
При проектировании должна рассчитываться также максимальная длина кабельного участка по дисперсии
l
куд макс
в оптическом волокне. Для одномодовых волокон при скорости передачи до 2,5 Гбит/с и среднеквадратической ширине полосы источника излучения свыше 1,5 нм можно принять
l
куд макс ε 10 6
/(|D| В, км (3) где
D удельный коэффициент хроматической дисперсии пс/(нм км среднеквадратическая ширина полосы оптического излучения, нм В – скорость передачи Мбит/с. Величина выбрана из условия раскрыва глаз-диаграммы на приеме не менее 80% и составляет
0,306 – для светодиодов (LED) и одномодовых лазеров (SLM);
0,491 – для тракта STM-16;
0,115 – для многомодовых лазеров (MLM) (учет шума разделения мод. Если ширина спектра определена на уровне –20 дБ (Δλ
20
), то среднеквадратическая ширина определяется как
Δλ
В случае, если
l
куд макс меньше протяженности проектируемой секции, следует или применить кабель с меньшим удельным коэффициентом дисперсии, или передающее оборудование со спектром источника излучения меньшей ширины. В случаях применения оптических усилителей, а также использования оборудования с высокими скоростями передачи и узкополосными источниками излучения следует воспользоваться методикой, изложенной в следующем разделе.
7. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ (ВОСП-СР) В отличие от структурных схем одноканальных ВОСП, показанных на рисунках 23 ив схему ВОСП-СР добавляются оптический мультиплексор (ОМ) по длинам волн вместе с оптическим усилителем ОУ
1
на передаче и оптический демультиплексор (ОД) с оптическим усилителем ОУ
2
на приеме, как это показано на рисунке 26. В соответствии с принятыми стандартами, нормирование параметров оптического стыка для ВОСП-СР должно осуществляться в точках оптического тракта Пд i
(уровни мощности р
i
1Н
) на передаче и Пр i уровни мощности р
i
2Н
) на приеме для каждой одноканальной ВОСП-i (i =
1,…m) ив точках оптического тракта ГПд и ГПр для ВОСП-СР (см. рисунок 26). В настоящее время и на ближайшую перспективу на сетях связи операторов России в основном будут применяться линейно-цепочечные сетевые структуры (волоконно-оптические линии связи, ВОЛС) и кольцевые сетевые структуры (волоконно-оптические кольца связи, ВОКС) с вводом-выводом оптических каналов на основе технологии ВОСП-СР. Типовые схемы реализации этих структур для одного направления передачи приведены на рисунках 27 и 28 соответственно. В настоящее время на сетях связи России применяется, в основном, оборудование
ВОСП-СР, интегрированное с оборудованием ЦСП СЦИ, и общей для них системой управления. Это позволяет при эксплуатации сетевых структур ВОЛС и ВОКС использовать уже разработанные в рамках создания транспортной сети СЦИ методы и средства контроля и управления. Однако интенсивное развитие принципов построения оптических транспортных сетей и оптических технологий приведет в недалеком будущем к появлению на рынке средств связи универсальных оптических платформ с возможностью транспортирования по одному оптическому волокну любых цифровых форматов (АТМ, Gigabit Eternet, IP и т.д.) наряду с форматом
STM-N (СЦИ). Это внесет существенные коррективы при эксплуатации ВОСП-СР ив номенклатуру объектов технической эксплуатации (оптические каналы, оптические мультиплексные секции – ОМС, оптические секции передачи – ОСП) ив принципы контроля функций оптической сети. Общим для сетевых структур ВОЛС и ВОКС (см. рисунки 27 и 28) является то, что они включают оптические мультиплексоры ввода-вывода (ОМВВ), nтранспондеров (ТР) для каждого из оптических каналов ВОСП-СР, оптические усилители мощности на передающем конце оптического тракта (ОУ
1
), оптические предусилители на приемном конце оптического тракта
(ОУ
2
) и линейные (промежуточные) оптические усилители (ОУ
3
) в оптическом тракте.
Транспондер (ТР) изменяет параметры оптического сигнала для его передачи в оптическом канале ВОСП-СР. Главная задача транспондера – обеспечение стабильности центральной длины волны источника излучения данного оптического канала. Помимо этого транспондер осуществляет регенерацию сигналов. Определены два типа транспондера:
- 2R – с регенерацией цифрового сигнала по амплитуде и форме
- 3R – с регенерацией цифрового сигнала по амплитуде, форме и тактовому (временному) положению. Для ТР-2R определяется диапазон скоростей цифрового сигнала, а ТР-3R предназначен для работы на определенной (одной) скорости передачи цифрового сигнала. Параметры транспондера определяются на каждом из его х типов оптических стыков
A
i
, Б, Пд i
, и Пр i
(см. рисунок 27). Рис Структурная схема линейного тракта ВОСП-СР
Пд
i Пр
р
i
2
Н
р
i
1
Н
Пр
2 ОМ
ОУ
1 Пр Пр
ГПр
ОУ
2
/ ОД
Пд
1
Пд
2
Пд
m ГЛАВНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ТРАКТ ВОСП-СУ ОПТИЧЕСКИЙ ТРАКТ ОДНОКАНАЛЬНОЙ ВОСП-i (i=1, m) р р ОПТИЧЕСКИЙ СТЫК СОК СОК СОК СОК СОК СОК СОК СОК
ЛОК
ГПд
40 В составе оборудования ВОСП-СР могут отсутствовать транспондеры. В этом случае оптические входы Пд i
и выходы Пр i
подключаются, соответственно, к выходами входам передатчиков и приемников ВОСП. На рисунке 27 отмечены точки, в которых нормируются параметры оптических усилителей
ГПд, ГПр, Пд и
Пр
Сетевая структура ВОЛС (см. рисунок 26) включает в себя оконечный оптический мультиплексор (ОМ) и оптический демультиплексор (ОД. Протяженность ВОЛС между ОМ и ОД определяет длину регенерационной секции ВОСП-СР (для цифрового формата STM-N это совпадает с регенерационной секцией СЦИ). В общем случае регенерационная секция ВОСП-СР может состоять из одного или нескольких элементарных кабельных участков (ЭКУ). Число
ЭКУ на единицу больше числа промежуточных усилителей ОУ
3
. В зависимости от протяженности ЭКУ на входе и выходе ОМВВ могут устанавливаться соответственно ОУ
1
и ОУ
2
В терминологии, принятой для оптической транспортной сети, то есть для будущих универсальных оптических платформ на базе ВОСП-СР, ЭКУ определяют как оптическую секцию передачи (ОСП). Участок ВОЛС/ВОКС между соседними станциями, на которых установлены
ОМ/ОД или ОМВВ, определяют как оптическую мультиплексную секцию (ОМС). Протяженность же прозрачного оптического канала определяют между оптическими стыками
Пд i
и Пр см. рисунки 26 и 27). В оборудовании ВОСП-СР могут использоваться технологии
- CWDM (Corse WDM) – неплотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток превышает 20 нм
- DWDM (Dense WDM) – плотное спектральное, при котором канальный промежуток равен или 1,6 нм
- UWDM (Ultra Dense WDM) – сверхплотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток не превышает 0,2 нм. Определены также диапазоны длин волн, используемых для передачи оптических сигналов- О (original band) - от 1260 до 1360 нм
- Е (extended band) - от 1360 до 1460 нм
- S (short wavelength band) – от 1460 до 1530 нм
- Сот до 1565 нм
- L (long wave length band) – от 1565 до 1625 нм
- U (ultra long wave length band) – от 1625 до 1675 нм. В большинстве современных систем волнового уплотнения предусмотрен независимый оптический контрольный канал на длине волны 1510 нм со скоростью передачи 1544 кбит/с. Поэтому каналу организуется до шести дуплексных каналов служебной связи (на скорости 64 кбит/с каждый, осуществляется передача данных по конфигурации системы и передача предупреждающих сигналов. Коэффициент ошибок по битам при долговременном измерении в контрольном канале не должен превышать значения Система ВОСП-СР в основном нормируется по параметрам оптического стыка на входах и выходах компонентных одноканальных ВОСП. Нормирование защищенности оптического сигнала от усиленного шума спонтанного излучения (
А
осш
) осуществляется исходя из того, чтобы коэффициент ошибок по битам Кош был не более
10
-12
. Как показано в рекомендации G.663 МСЭ-Т, для этого достаточно обеспечения величины
А
осш
на приеме 13 дБ. Запас в 7 дБ вводится для компенсации возможных дополнительных потерь, связанных со спецификой работы ВОСП-СР, которые пока еще не нормированы. Поэтому на выходе того промежуточного усилителя (ОУ
3
):
А
осш
= 19 + х – k + 10 lg[x/(k+1)], (4) где х – число ЭКУ на участке регенерации ВОСП-СР, а на выходе усилителя приема (ОУ
2
) – равно 20 дБ.
41 Рис. 27 Линейная сетевая структура ВОСП-СР (ВОЛС)
Пд
ГПд
ОМС А Б Б Б Регенерационная секция СЦИ
Пд
j Пр Пр Пр Регенерационная секция СЦИ
ЭКУ, ОСП
Пд
n
Пд
1
ГПр
ГПр Пр
ГПд
ОМС Главный оптический тракт Оптический тракт (оптический канал)
ТР
ОМ/ОУ
1
ОУ
3
ОМВВ
ЭКУ, ОСП
ТР
ТР
ТР
ОУ
2
/ОД
ТР
ТР
ЭКУ, ОСПА А
42
Пд
м
ГПр
ГПр
Пр
k
Пд
j Пр А Б
А
м Регенерационная секция СЦИ
Пд
k Пр
ТР
ТР
ОМВВ
ОУ
2
ОУ
1
ОМВВ
ОУ
1
ОУ
2
ОУ
3
ОМВВ
ОУ
1
ОУ
2
ТР
ТР
ГПд
А
м
ГПд
Б
k А
Пр
ТР
ТР Оптический канал
ОМС, ОСП, ЭКУ
ОСП, ЭКУ
ОМС
ГПр
Пд
ГПд
Рис. 28 Кольцевая сетевая структура ВОСП-СР (ВОКС)
43 Не допускается превышение суммарной мощности оптического излучения (
р
сум
), вводимого в ОВ, выше класса опасности В, что составляет для длины волны =1,55 мкм величину
+27 дБм или 500 мВт. Кроме того, при высоких уровнях существенно увеличиваются нелинейные явления в ОВ, понижающие качество передаваемых сигналов. Уровень
р
сум
определяет верхний предел для уровня оптического излучения в каждом оптическом канале (
p
кан
) на входе
ВОСП-СР:
p
кан
= p
сум
– 10lgm, (5) где m – число оптических каналов. Параметры ОМ/ДМ и ОУ, определяющие специфику технологического решения, устанавливаются изготовителем аппаратуры. Соблюдение поперечной совместимости по входами выходам системы ВОСП-СР обеспечивается классификацией оптических стыков по коду применения ВОСП-СР в соответствии с Рек. МСЭ-Т G.692, определяющей число и протяженность
ЭКУ, число оптических каналов и тип ОВ. Код применения имеетследующий вид ЦИФРОВОЙ СИМВОЛ – ТИП ПРИМЕНЕНИЯ – ЦИФРОВОЙ СИМВОЛ – УРОВЕНЬ
STM – ЦИФРОВОЙ СИМВОЛ, например nWx–N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10