Синхронна цифрова ієрархія та мережі

Недоліки плезіохронніх систем передавання та прогрес у технологіях волоконно-оптичних систем, які мають у порівнянні з електричними кабельними системами практично необмежену смугу пропускання та інші переваги ВОСП, стимулювали розробку та впровадження нових цифрових систем передавання інформації. Цьому також сприяла актуальність проблеми створення глобальної інтегрованої інформаційної мережі. Ці проблеми неможливо було вирішити на основі систем передавання плезіохронної ієрархії (ПЦІ або PDH). Тому в лютому 1988 р. на засіданні комісії МККТТ (зараз ITU-T) у Південній Кореї (Сеул) було підписано угоду про прийняття нового стандарту Синхронної Цифрової Ієрархії (СЦІ, або SDH) та єдиної глобальної оптичної мережі. Цей стандарт, узгоджений і прийнятий у Мельбурні (Австралія) в листопаді 1988 р. На основі SDH у різних країнах були розроблені системи передаванн. У США і Канаді це система SONET (Синхронна Оптична Мережа – Synchronous Optical Network), у Європі – SDH (Synchronous Digital Hierarchy). При прийнятті нового стандарту цифрового зв’язку – SDH – однією з вимог до нової системи було забезпечення сумісності з системами PDH. Це мало відношення, насамперед, до цифрового потоку рівня Е4 PDH (140 Мбіт/с). Для розв’язку цієї задачі в цифровий потік Е4 була введена надлишковість у вигляді додаткових бітів. Внаслідок цього швидкість передавання нового рівня підвищилася до 155.52 Мбіт/с. Така швидкість відповідає основному формату синхронного сигналу, який отримав назву синхронного транспортного модуля – STM-1. Враховуючи вимоги сумісності SDH-систем з мережами PDH, у США і Канаді було прийняте рішення перетворити американський стандарт PDH для швидкості 44.736 Мбіт/с у швидкість 51.84 Мбіт/с (це перший рівень SDH для США). Завдяки цьому за допомогою мультиплексування такого потоку з коефіцієнтом 3 досягається сумісність з Європейським транспортним модулем STM-1 (51.84х3=155.52). Нова американська синхронна система отримала назву SONET/SDH. У результаті міжнародних угод були встановлені швидкості передавання у вигляді синхронної цифрової ієрархії (СЦІ – SDH), що регламентуються рекомендаціями ITU-T (МККТТ) – G.707, структура сигналу в інтерфейсі мереженого вузлу – G.708, структура синхронного групоутворення – G.709. Так була прийнята така градація швидкостей для ієрархії синхронних сигналів:

- STM-1 – 155.52 Мбіт/с;

- STM-4 – 622.08 Мбіт/с;

- STM-16 – 2488.32 Мбіт/с (2.488 Гбіт/с);

- STM-64 – 9.953 Гбіт/с;

- у перспективі STM-256 – 39813.12 Мбіт/с (39.813 Гбіт/с);

Зауважимо, що за винятком STM-1, швидкість STM-4, STM-16 і т.д. використовується лише у волоконно-оптичних системах передавання.

На відміну від плезіохронних у мережах синхронної цифрової ієрархії використовують центральний опорний генератор синхрочастоти (таймер). Внаслідок цього в SDH середня частота всіх місцевих задаючих генераторів синхронна з точністю не гірше 10^-9. Жорстка синхронізація на всіх рівнях SDH дає можливість введення ідентифікаційних бітів, що дозволяє отримати низку переваг синхронних мереж. Основні переваги синхронних мереж такі:

1. Можливість виділення із загального групового потоку високого рівня ієрархії потоків більш низького рівня аж до потоків Е1 без повного демультиплексування (або, навпаки, введення такого потоку в груповий потік);

2. Спрощення загальної структурної схеми обладнання SDH завдяки тому, що всі функції введення-виведення виконує один мультиплексор, в тому числі він може вивести (ввести) цифровий потік Е1 РDH з потоку (фрейму) STM-1;

3. Можливість виведення (або введення) цифрових потоків будь-якого рівня з групового потоку більш високого рівня дозволяє здійснювати оперативне перемикання цифрових трактів у мережах, робити їх більш гнучкими в плані щодо їх конфігурації;

4. Швидкість передавання сигналів на стиках мережених вузлів збігається в системах SDH із лінійними швидкостями, завдяки чому відпадає необхідність використання додаткового перетворювача стикового коду в лінійний.

Гнучкість мереж SDH, використання їх сумісно з волоконно-оптичними системами, що мають дуже велику ширину смуги пропускання та високу швидкодію квантово-електронних модулів, дозволяє здійснити автоматичну комутацію цифрових потоків, а також комп’ютерне дистанційне мережею з одного центру. При цьому процес реконфігурації мережі займає час близько однієї декількох секунд.

Вищеперелічені переваги систем SDH на основі ВОСП дозволяє оптимально використовувати ємність каналів, здійснювати оперативну комутацію цифрових потоків і резервних ліній.

4.2.2. Апаратура СЦІ (SDH)

При розробці апаратури СЦІ була передбачена обов’язкова сумісність те тільки швидкостей, але також і стиків (інтерфейсів), що є відсутнім в апаратурі ПЦІ. У зв’язку з цим розробники апаратури СЦІ керуються відповідними рекомендаціями ITU-T, зокрема для SDH такими рекомендаціями є G.957 і G.691, які регламентують оптичні і електричні інтерфейси систем SDH всіх рівнів. Зокрема, до стандартних інтерфейсів, які визначаються рекомендаціями G.957, відносять такі параметри: довжину хвилі оптичного випромінювання, діапазон довжин хвиль, ширину спектральної лінії випромінювання, рівень оптичної потужності на передавання, коефіцієнт затухання, рівень чутливості приймального пристрою при заданому коефіцієнті помилки для даної швидкості передавання. Вибір значень цих параметрів визначається швидкістю передавання інформації і довжиною лінії. Апаратура SDH призначена для роботи з одномодовими волокнами. Параметри волокна теж регламентовані (Рекомендації: G.652, G.653, G.655).

У випадках, коли відстань між пунктами, які необхідно поєднати за допомогою ВОЛЗ з апаратурою SDH, перевищує довжину, що відповідає енергетичному потенціалу системи (тобто необхідний підсилювач на трасі) або на обох кінцях використовують оптичний підсилювач потужності на передавання та передпідсилювач на прийомі, керуються Рекомендаціями G.691. Крім цього, для всіх рівнів апаратури SDH стандартизовані оптичні розніми (оптичні з’єднувачі) типу FC або PC, оптичні внутристоєчні з’єднувальні шнури (patchcord), тип і габарити плат, комірок, габарити блоків і стоєк, споживана електрична потужність, напруга живлення тощо.

Структурно апаратура SDH складається з таких блоків:

- обладнання зовнішнього доступу (EAE – external access equipment);

- синхронний лінійний регенератор SLR;

- синхронні розгалужувачі – мультиплексори SLR 4D/1, SLR16D/1, які можуть бути позначені також ADM (ADD/DROP MULTIPLEXSOR).

Системи SDH будь-якого виробника будуються за узагальненою схемою, наведеною на рисунку 4.2.1.

Рис. 4.2.1. Узагальнена структурна схема системи SDH:

М – мультиплексор, ОП – оптичний підсилювач, ЗІ – з’єднувальний інтерфейс, ППП – порт первинних потоків, ЦБС – центральний блок синхронізації, БКЗ – блок керування та зв’язку, СЗ – службовий зв’язок, КПД – канал передавання даних, БОП – блок обробки показників, БЗШ – блок з’єднувальних шин

Крім вищезгаданих вузлів і блоків, до складу апаратури SDH входять:

- система контролю та керування;

- блоки аварійної та передаварійної сигналізації;

- блоки живлення та захисту від перевантажень і зовнішніх впливів, у тому числі електромагнітних полів.

Таблиця 6

Система контролю та керування являє собою сукупність датчиків різних параметрів та кіл, які об’єднують точки контролю та керування з персональним комп’ютером. На дисплеї комп’ютера відображаються значення всіх необхідних параметрів – як оптичних, так і електричних. Ця система дозволяє здійснювати діагностику всієї ділянки мережі зв’язку, в якій задіяна дана апаратура SDH. Передбачена також можливість керування та зміни конфігурації ділянок мережі.

У випадках пошкодження мережі, наприклад, обриву оптичного кабелю, в апаратурі SDH всіх рівнів для надання можливості проведення робіт по відновленню мережі та забезпечення безпеки персоналу передбачається пристрій автоматичного відключення лазера (Automatic Laser Shutdown) у

Таблиця 7

відповідності до Рекомендацій ITU-T (G.958). Цей пристрій періодично вмикає лазер із такими часовими проміжками: 70-90 секунд лазер вимкнутий, від 1 до 5 секунд працює. При відновленні лінії система автоматично відновлює свої функції.

У даний час обладнання для систем SDH виробляють більшість великих компаній, що спеціалізуються на розробці та виробництві апаратури зв’язку.

Основні компанії:

- Lucent technologies (США – штаб квартира, Франція, Нідерланди),

- Alcatel telecom (Німеччина, США),

- Siemens (Німеччина),

- NEC (Японія).