Принципи формування синхронних транспортних

модулів (STM)

У транспортній мережі SDH передача трибутарних (плезіохронних) сигналів здійснюється за допомогою певних інформаційних структур або інформаційних блоків. У свою чергу інформаційні блоки відповідно ієрархії транспортуються один в одному.

Інформаційний блок - це послідовність байтів, що характеризується:

- тривалістю в часі;

- кількістю байтів (обсягом, швидкістю);

- складом байтів по їхньому функціональному призначенню.

Тривалість всіх інформаційних блоків дорівнює, як правило, 125 мкс.

Кількість байтів у різних інформаційних блоках може бути різною.

Байти по їхньому функціональному призначенню підрозділяються на:

- службові, які утворять службові елементи інформаційних блоків;

- інформаційні, які призначені для передачі трибутарних сигналів.

Розрізняють наступні службові елементи інформаційних блоків:

- стафінг;

- заголовок;

- вказівник.

Службові елементи займають задані фіксовані позиції в інформаційних блоках.

Стафінг. Стафінг складається з одного або декількох байтів або бітів. Байти (біти) стафінга розташовуються на заданих фіксованих позиціях інформаційного блоку.

Стафінгові байти підрозділяються на:

- байти, що містять тільки бітові одиниці (байти постійного стафінга);

- байти, що містять бітові одиниці й біти керування вирівнюванням (С);

- байти, що містять бітові одиниці й біти можливості вирівнювання (S).

Байти постійного стафінгу призначені для додавання до байтів інформаційного блоку в процесах вирівнювання швидкостей між сигналами інформаційних блоків і між сигналом інформаційного блоку й трибутарним сигналом.

Біт керування вирівнюванням приймає значення «0» або «1» залежно від співвідношення швидкостей сигналів, що вирівнюють. Біт можливості вирівнювання приймає значення стафінга або інформаційного біта.

Байти стафінга з бітами С и S призначені для точного узгодження швидкості трибутарного сигналу зі швидкістю сигналу інформаційного блоку.

Заголовок. Заголовок складається з декількох байтів. Перший байт заголовка розташовується на початку інформаційного блоку, інші байти заголовка розташовуються на заданих фіксованих позиціях інформаційного блоку.

Заголовок виконує наступні функції по обслуговуванню засобів SDH:

- виділення початку окремих інформаційних блоків;

- передачі сигналу синхронізації;

- передачі сигналів оповіщення;

- контролю якості сигналу інформаційних блоків;

- передачі сигналів керування;

- організації службових каналів зв'язку й передачі даних;

- передачі інших службових сигналів.

Вказівник. Вказівник (вказівник) складається з декількох байтів. Байти вказівника розміщуються на заданих фіксованих позиціях інформаційного блоку. Вказівник виконує наступні основні функції:

- визначає фазу або місце розташування одного інформаційного блоку відносно іншого інформаційного блоку;

- бере участь у процедурі вирівнювання швидкості сигналу одного інформаційного блоку відносно сигналу іншого інформаційного блоку.

Часто в SDH замість терміна " узгодження швидкостей" використається термін " вирівнювання швидкостей".

Вирівнювання - це процес узгодження швидкостей сигналів інформаційних блоків, один із яких є транспортуючим і має більшу швидкість передачі, а інший є таким, що транспортується й має меншу швидкість передачі.

Для вирівнювання швидкостей сигналів використається грубе й точне вирівнювання.

В SDH використаються наступні інформаційні блоки:

- контейнер (З);

- віртуальний контейнер (VC);

- трибутарний блок (TU);

- адміністративний блок (AU);

- трибутарний груповий блок (TUG);

- адміністративний груповий блок (AUG);

- синхронний транспортний модуль (STM).

Стафінг використовується в контейнерах С і в інформаційних блоках TU/AU при позитивному вирівнюванні.

Заголовки використаються у віртуальних контейнерах VC і модулях STM.

У віртуальних контейнерах заголовок називається трактовим і позначається РОН.

У модулях STM заголовок називається секційним і позначається SОН.

Вказівники використаються в інформаційних блоках: TU/AU.

Основним сигналом у синхронній цифровій ієрархії (SDH) є сигнал синхронного транспортного модуля першого рівня (STM-1). Цей сигнал забезпечує швидкість передачі інформації 155, 52 Мбіт/с. На базі цього сигналу можуть створюватися синхронні транспортні модулі STM-N рівня N (N = 4, 16, 32, 64, 256) з більше високою швидкістю передачі (155, 52 Мбіт/с х (4, 16, 32, і т.д.). На рис.2.3 представлена спрощена схема формування сигналу модуля STM-1.

Сигнал STM-1 може формуватися з одного 140 Мбіт/с., або декількох (наприклад, шістдесяти трьох 2 Мбіт/с) плезіохронних сигналів.

Процес формування сигналу STM-1 (див. рис.2.3) полягає в наступному:

Вхідні плезиохронные сигнали (Т), призначені для передачі по мережі зв'язку, синхронізуються певним чином із циклом інформаційного блоку STM-1, формують спочатку контейнери, а потім віртуальні контейнери. Далі віртуальні контейнери завантажуються в трибутарні блоки, які синхронізовані із циклом STM-1.

Трибутарні блоки мультиплексуются побайтно і, після цього, утворять контейнер вищого порядку VC-4. Контейнер вищого порядку завантажується в адміністративний блок AU-4, що може бути рівнозначний адміністративному блоку AUG. Блок AUG перетвориться в STM-1.

STM-1

AUG

x1

AU-4

VC-4

C-4

x3 x3

TUG-3

x1

TU-3

VC-3

C-3

AU-3

VC-3

x7

TUG-2

x3

TU-2

VC-2

C-2

обробка вказівників мультиплексування коректування x 4

TU-12

VC-12

C-12

розміщення

TU-11

VC-11

C-11

1, 5

Т Мбіт/с

Рисунок 2.3. Схема формування SDH по Рек.G.709.

На рис. 2.3 прийняті наступні позначення:

Т- трибутарний плезіохронний сигнал (1, 5, 2, 6, 34, 44, 140 Мбіт/с), переданий до мережі SDH.

С - контейнер. Інформаційний блок, що за допомогою стафінга погоджує з модулем STM-1 певний обсяг трибутарного сигналу з точністю до одного або декількох бітів. Розрізняють кілька типів контейнерів:

- низького рівня (LO) - С - 11, С - 12, С - 2,

- високого рівня (НО) - С-3, С - 4.

VC - віртуальний контейнер. Інформаційний блок, що складається з контейнера С и трактового заголовка РОН. РОН додається в пункті формування VC й усувається в пункті розформування VC. Розрізняють VC високого рівня (НО): VC-3, VC-4 й VC низького рівня (LO): VC-11, VC-12, VC-2.

TU - трибутарний блок. Інформаційний блок, погоджений із циклом модуля STM-1, що складає з вказівника PTR і корисного навантаження, призначеного для завантаження віртуального контейнера свого рівня. Вказівник містить інформацію про положення віртуального контейнера відносно початку віртуального контейнера наступного більш високого рівня, у якому розміщується TU. Крім того, вказівник здійснює вирівнювання швидкості транзитного VC під швидкість що завантажує TU. Розрізняють наступні TU: TU-11, TU-12, TU-2, TU-3.

TUG - трибутарний груповий блок. Інформаційний блок, отриманий з одного трибутарного блоку й стафінга, або декількох трибутарних блоків шляхом їх побайтного мультиплексування й стафінга. Розрізняють наступні TUG: TUG-2, TUG-3.

AU-4 - адміністративний блок. Інформаційний блок, погоджений із циклом модуля STM-1, що складає з вказівника PTR і корисного навантаження, призначеного для завантаження віртуального контейнера VC-4.

Вказівник містить інформацію про положення початку VC-4 відносно початку циклу модуля STM-1. Крім того, вказівник здійснює вирівнювання швидкості транзитного VC - 4 під швидкість що завантажує AU.

AUG - адміністративний груповий блок. Блок формується в тому випадку, коли утворяться адміністративні блоки AU-3 для передачі VC-3. У цьому випадку AU-3 об’єднується по байтах в одну групу адміністративних блоків AUG. При передачі VC-4 груповий адміністративний блок повністю відповідає AU-4.

STM-1 - синхронний транспортний модуль 1-го рівня. Основний елемент синхронної цифрової ієрархії, що складає з AUG і секційного заголовка SOH. Призначений для передачі по лініях і для утворення транспортних модулів більше високого порядку STM-N.

Особливості систем передачі SDH. Головними відмінними рисами систем передачі SDH є:

- формування інформаційних модулів вищих рівнів, у тому числі й синхронних транспортних модулях, за допомогою об'єднання (побайтного мультиплексування) вирівняних по фазі адміністративних і трибутарних блоків, завантажених інформацією, призначеної для передачі;

- реалізація систем передачі на базі програмно-технічних засобів;

- наявність надлишкової інформаційної ємності в інформаційних блоках, що використовується для контролю їхнього стану й обслуговування.

Принципи SDH реалізуються на апаратному рівні за допомогою інформаційних цифрових структур, які утворюються в мережевих шарах секцій і трактів.

В шарі секцій використовуються найбільші структури SDH – синхронні транспортні модулі STM-N, які являють собою формати лінійних сигналів. Вони ж використовуються в інтерфейсах мережевих вузлів і регламентовані Рек.G.708.

Число N означає рівень SDH. Сучасна SDH має п’ять синхронних рівнів, швидкості передачі котрих (155520 – 622080 – 2488320 – 9953280– 39813120 кбіт/с) жорстко зв‘язані співвідношенням 1: 4: 16: 64: 256. Останні числа співпадають з номерами N рівнів SDH. Швидкість N-го рівня в N разів вища швидкості першого. На рис. 2.3 приведений цикл STM-1.

Як корисне навантаження показані сигнали PDH, хоча замість них можуть використовуватися і інші сигнали. Різні процеси перетворень показані трьома видами ліній. Ці процеси можуть бути проілюстровані на прикладі перетворення сигналу 139264 кбіт/с (округлено 140 Мбіт/с).

Розміщення навантаження в контейнерах показано тонкими лініями. Сигнал 140 Мбіт/с розміщується в С-4 асинхронно. Для підгонки швидкості сигналу до швидкості контейнера, використовуються баластні біти і цифрове вирівнювання.

Після додавання трактового заголовку РОН, утворюється віртуальний контейнер VC-4. (Рек.G.709). вказують способи асинхронного розміщення всіх приведених на схемі сигналів PDH. Крім того сигнали 1, 5; 2; 6 Мбіт/с можуть бути розміщені в контейнерах синхронно, а сигнали 1, 5; 2 Мбіт/с з октетною структурою – ще й байтсинхронно. Останнє забезпечує прямий доступ до каналів 64 кбіт/с. Асинхронне навантаження може бути розміщене тільки при використанні плаваючого режиму мультиплексування субблоків в контейнері верхнього рівня за допомогою ТU-вказівників. Для синхронного навантаження є і фіксований режим. В цьому випадку ТU-вказівники виключаються, місця субблоків фіксовані і визначаються АU-вказівниками.

Завантаження VС-4 в SТМ-1 у загальному випадку потребує коректування фаз і швидкостей передачі, тому що SТМ-1 жорстко синхронізується з циклом секції даної лінії, а VС-4 може надходити з другої ділянки мережі і мати іншу тактову частоту та додаткові коливання фази. Необхідність коректування показано пунктиром (рис.2.8). Воно виконується визначеним в Рек.G.709 механізмом вказівника. Завдяки цьому механізму VС-4 мають можливість “плавати” в середині SТМ-1, при цьому початок його циклу визначається позначенням вказівника. Додавання цього вказівника до VС-4 утворює адміністративний блок АU-4 (в даному випадку співпадає з групою адміністративних блоків AUG) Аналогічні операції з вказівниками виконуються і на рівнях ТU-3, а також ТU1/2.

STM-N утворюється побайтовим об‘єднанням N адміністративних блоків з додаванням секційного заголовку, який має 9N стовпців:

STM-N = N x AUG + SOH.

Це операція мультиплексування. Кожна AUG займає фіксоване положення у циклі STM-N. Число об‘єднаних AUG відмічається в RSOH. Мультиплексування показане подвійними лініями (рис.2.8). Кількість об‘єднаних блоків та субблоків вказана біля цих ліній. Оскільки схема, яку розглядаємо, допускає невизначеність побудови STM-N, Рекомендацією G.708 встановлені такі правила мережевих з‘єднань:

– при з‘єднанні AUG, одна з яких складена на основі AU-4, а друга на основі AU-3, перевага віддається першій групі; AUG, яка базується на AU-3, повинна демультиплексуватися до рівня VC-3 або TUG-2 (в залежності від виду навантаження) і знову збиратися в AUG по шляху TUG-3 /VC-4/ AU-4;

– при з‘єднанні VC-11, траспортування котрих можна використовувати як TU-11, так і TU-12, перевага віддається TU-11.

Шляхи формування STM-1 (рис.2.4):

1. 2 Мбіт/с – C-12/VC-12/TU-12/TUG-2/TUG-3/VC-4/AU-4/AUG – STM-1.

2. 34 Mбіт/с – C-3/VC-3/TU-3/TUG-3/VC-4/AU-4/AUG – STM-1.

3. 140 Мбіт/с – C-4/VC-4/AU-4/AUG – STM-1.

4. 45 Мбіт/с – C-3/VC-3/TU-3/TUG-3/VC-4/AU-4/AUG – STM-1.

5. 1, 5 Мбіт/с – C-11/VC-11/TU-12/TUG-2/TUG-3/VC-4/AU-4/AUG-STM-1.

На мережах України використовується ряд PDH європейської ієрархії (не включаються AU-3 і TU-11). Для зв’язку з мережами США і Японії є можливість транспортування цих сигналів за допомогою субблоків TU-12 і TU-3, які застосовуються для передачі сигналів 34 Мбіт/с і 2Мбіт/с. Виключається для введення в мережу сигналів 6 Мбіт/с.

POH AU+PTP SOH

+TU-PTP +AU-PTC

Рисунок 2.4 Формування STM-1

Структура циклу STM – 1 i STM – N така, що заголовок завжди

відокремлений від корисної інформації. Перевагою такого розміщення є те, що біти індивідуального заголовку можуть бути опитані, змінені, або додані у будь-який час без первинного демультиплексування корисного навантаження.

Цикл STM-1 має період повторення 125 мкс. Для наглядності цей цикл відображається у вигляді прямокутної таблиці (матриці) з 9 рядків та 270 стовпців (9х270=2430 елементів). Кожний елемент відображає 1 байт (8 біт) і відповідає швидкості передачі 64 кбіт/с, а вся таблиця - швидкості передачі першого рівня SDH: 64х2430 = 155520 кбіт/с. Перші 9 стовпців циклу STM-1 займають службові сигнали: секційний заголовок (SOH) і AU – вказівник позиції першого байту циклу навантаження. Решта 261 стовпець – корисне навантаження. SOH несе сигнали системи експлуатації SDH в мережевих шарах і розподіляється на заголовки регенераційної і мультиплексної секції (RSOH i MSOH).

STM-1

1 9 10 270

1 заголовок рег.

2 секції RSOH

3 корисне

4 AU - вказівник навантаження

5

6 заголовок муль-

7 типлексної VC-4

8 секцїї MSOH

9

Р

AU=VC+AU - вказівник О контейнер C – 4

VC=C+POH Н

Рисунок 2.5. Цикли STM-1 i VC-4

RSOH діє в межах регенераційної секції, а MSOH проходить прозоро регенератори і діє в межах всієї мультиплексної секції – від формування до розформування STM-1.

Для організації з‘єднань в мережевих шарах трактів використовуються

віртуальні контейнери (VC-N), визначені в Рек.G.708, G.709. Віртуальний контейнер – це блочна структура з періодом повторення 125 або 500 мкс (в залежності від виду тракту). Кожний VC-n складається з поля навантаження (контейнер C-n) і трактового заголовку (РОН), який несе сигнали експлуатації даного тракту: VC-n = C-n + POH. Заголовок створюється і ліквідується в пунктах, у котрих формуються і розформовуються VC-n, проходячи транзитом секції. Інформація, яка визначає початок циклу VC-n, забезпечується експлуатаційним мережевим шаром.

Перелік VC-n приведений в табл.2.2 VC-11, VC-12 i VC-2 відносяться до нижнього рівня, а VC-3 i VC-4 до верхнього рівня.

Цикл найбільшого віртуального контейнера VC-4 містить 9 рядків і 261 стовпець. Перший стовпець займає РОН, а решта 2340 елементів займає контейнер С-4 (швидкість передачі 2340х64 = 149760 кбіт/с).

Аналогічно побудований контейнер VC-3, який відрізняється лише кількістю стовпців – 85. Контейнер С-3 має 84 стовпці і вміщує корисне навантаження 84х9х64 = 48384 кбіт/с.

Таблиця 2.2

Віртуальні контейнери нижнього рівня використовують надцикл 500 мкс.

На рис.2.6 приведена структура VC-12.

0 125 250 375 500

Рисунок 2.6. Надцикл VC-12

Байти V5, j2, Z6 i Z7 утворюють заголовок тракту, а 4 групи по 34 байти навантаження – контейнер С-12 з корисною ємністю 2176 кбіт/с. VC-11 i

VC-2 мають таку ж структуру, але містять відповідно по 25 і 106 байтів в кожній з груп навантаження.

Додавання вказівників до віртуальних контейнерів верхнього рівня утворюються адміністративні блоки (AU): AU = VC-n + AU-вказівник. VC-4 утворює блок AU-4, який цілком завантажується в STM-1. VC-3 утворює AU-3. В STM-1 замість AU-4 можна ввести 3 х AU-3, які мають свої вказівники і створюють групи AUG. Всі AU-вказівники займають фіксоване положення в 4 рядку перших 9 стовпців циклу STM-1. Аналогічні операції виконуються при об‘єднанні сигналів трактів нижнього рангу в тракт верхнього. При цих операціях використовуються субблоки TU, які утворюються додаванням вказівників до віртуальних контейнерів: TU-n = VC-n + TU-вказівник (n =1, 2, 3).

Один чи більше субблоків, які займають визначені фіксовані місця в навантаженні VC-n вищого рівня, називають групою субблоків TUG. TUG-3 може містити 1 субблок TU-3, або набір із семи ідентичних TUG-2, а кожна TUG-2, чи однорідний набір ідентичних TU-12(3) або TU-11(4). Субблоки побайтно мультиплесуються в циклі групи. На рис.2.7. показана TUG-3 (в даному випадку співпадає з TU-3). Період повторення цієї структури – 125 мкс. На рис.2.8 показаний надцикл TU-2. Він представляє собою ряд із 144 байтів і складається з 4 циклів по 125 мкс.

Порівняно з VC-12 (рис.2.6.) надцикл TU-2 має 4 нових байти: V1, V2, V3, котрі утворюють TU-вказівник, і V-4 – резерв. Розміщення байтів TU-вказівника у надциклі визначається байтом Н4 заголовка тракта вищого рівня, вказаного на рис.2.6. Аналогічно побудовані надцикли TU-11 i TU-2, які відрізняються від TU-12 числом байтів у циклах 125 мкс: відповідно

27 і 108.

TUG-3 (TU-3)

1 86

1 H1 TU- вка-

2 H2 зівник

3 H3

4 VC-3

5 фіксов. 1 85

6 J1

7 баласт B3

8 C2

9 G1

F2 C 3

H4

Z3

Z4

Z5