Synchronní digitální hierarchie – SDH Postupem doby rostly nároky

Synchronní digitální hierarchie – SDH
Postupem doby rostly nároky na kapacitu přenosových prostředků, a to nejen
díky rozmachu telefonního provozu, ale zejména z důvodu prudkého nárůstu
požadavků na přenos dat. Přidávání dalších stupňů do plesiochronní digitální
hierarchie by nebylo efektivnf a ani technicky schůdné. Bylo nutné vytvořit novou
hierarchii na odlišných principech, která by navíc byla celosvětově standardizována.
Tak vznikla synchronní digitální hierarchie, s těmito hlavnfmi znaky:
• použivá se řízené prokládáni po celých bytech (8 bitů), takže pomocí adresace
informačního pole tzv. ukazatelem se lze dostat k žádané informaci (kanálový
interval) i v rámcích signálů vyšších řádů,
• veškeré signály v SDH se multiplexují synchronně s pevným časovým
vztahem mezi signálem vyššího a nižšího řádu,
•
•
•
počítá se s vysokými přenosovými rychlostmi, nejnižší stupeň SDH začíná
přibližně v oblasti, kde PDH končí (140-155 Mbit/s),
standardizovaným přenosovým médiem je optické vlákno dovolující vysoké
přenosové rychlosti až desítek Gbit/s (s pomocí vlnového muldexu WDM až
Tbit/s, viz [1]),
standardízovaný způsob řízeni přenosové sítě a pružné zajištěni bezchybného
provozu i při poruchách.
Pro větší flexibilitu multiplexováni a sjednoceni evropské a americké hierarchie
obsahuji však rámce SDH více pomocných a výplňových informací (tzv. záhlaví).
Celosvětově standardizovaná technologie SDH vychází z amerického
standardu SONET (Synchronous Optical Network), kde signálu STM-I synchronní
digitální hierarchie v podstatě odpovídá druhý hierarchický stupeň STS-3.
2.1 Hierarchické stupně SDH
Základní signály synchronní digitální hierarchie se nazývají synchronní
transportní moduly STM-N, kde N vyjadřuje hierarchický stupeň. Nejnižší v hierarchii
je STM-l, další se tvoří sdružováním vždy čtyř signálů nižšího řádu, takže následují
STM-4, STM-16, STM-64. Číslo N nám tedy udává, do kolika signálů STM-llze STMN demultiplexovat.
Rámec STM-I se kresli podobně jako rámce signálů vyšších řádů v PDH ve
tvaru tabulky, kde jednotlivé byty po sobě následují pc řádcích zleva doprava. U
STM-I máme 9 řádků po 270 bytech (obr. 2.1). Prvních 9 bytů každého řádku nese
pomocnou informaci (záhlavO: v prvním řádku synchroskupinu rámcového souběhu,
dále zabezpečeni, služební a řídicí datové kanály, ve čtvrtém řádku ukazatel atd.
Zbylých 261 bytů každého řádku tvoří informační pole pro přenos sjgnálu (tzv.
užitečné zátěže) v podobě tzv. virtuálního kont~jneru VC-4. Kontejnerem se v SDH
nazývá rámec bezprostředně určený pro přenos signálů. Virtuální proto, že nemá v
informačním poli STM-I stálou polohu, ale na základě hodnoty ukazatele může
začínat kdekoli v informačním poli.
U všech hierarchických stupňů a multiplexních jednotek v SDH je důsledně
udržována délka rámce 125 us jako u PCM I. řádu, viz [2]. Přenosovou rychlost
můžeme snadno spočítat, vynásobíme-li rozměry tabulky počtem bitů v bytu a
opakovači frekvencí rámců (8 kHz):
V = 270·9·8·8 .103 = 155 52 Mbit / S
Obr. 2.1 Rámec STMI
Přenosové rychlosti signálů vyšších řádů budou narozdíl od PDH vždy
přesným čtyřnásobkem (tab. 2.1).
Signály nižších řádů se prokládají synchronně po bytech v signál vyššího řádu (ve
schématickém znázorněni struktury rámce se prolož sloupce tabulky). Tabulka bude
mít vždy 9 řádek, počet bytů v řádku poroste v násobcích čtyř (např. u STM-4 celkem
1080 bytů, z toho 36 záhlaví a 1044 informační pole).
Tab. 2.1 Hierarchické stupně SDH
2.2 Začleňováni signálů PDH do SDH
Poměrně složitá vnitřní multiplexní struktura SDH počítá se začleňovánfm
nejrůznějších typů signálů PDH evropské, americké japonské hierarchie. Z těchto
důvodů bylo vytvořeno jemnější členěni rámce STM-I na nižší multiplexní jednotky,
které lze různe kombinovat, aby se dosáhlo univerzálnosti použití. Základní
jednotkou je již zmíněný virtuální kontejner (nese přenášený signál). Rozlišují
se číselně podle řádu (1 až 4), případně typu.
Virtuální kontejner VC-4 vyplňuje celé informační pole STM-1 2349 bytů (viz
obr. 2.1). Do VC-4 se může uložit signál PDH 4. řádu
140 Mbit/s. K signálu se připojuje záhlavi cesty, které s ním putuje společně od
uložení do VC až na místo určení.
Signál STM-1 může přenášet jediný signál PDH 4. řádu.
Prostřednictvím virtuálnítro kontejneru VC-3 Ize přenést signál PDH 3. řádu 34
Mbit/s (obr. 2.1) opět spoleěně se záhlavím cesty.
Přidáním ukazatele k virtuálnimu kontejneru VC3 vznikne příspěvková jednotka TU-3
(Tríbutary Unit).
Obr. 2.2 Začleňování PDH 3. řádu
Tři příspěvkové jednotky TU-3 se multiplexují prokládáním po bytech a uloží
se do VC-4. Ten tvoří užitečný náklad signálu STM-l, jak
bylo výše uvedeno. Signál STM-I může přenášet nejvýše iři signály PDH 3. řádu.
Signál PCM30/32 - 2048 kbií/s se ukládá, jak je vidět na obr. 2.3, do
kontejneru VC-12 (čteme jedna-dva, nikoli dvanáct, neboli
kontejner 1. řádu, druhého druhu). Signál PDH 2.řádu přeskakujeme záměrně,
protože z důvodu zjednodušení multiplexní struktury se s jeho
přímým ukládáním nepočítá. Podobně vynecháváme virtuáiní kontejner VG2, který v
evropské hierarchii nemá využití. Přidáním ukazatele
získáme příspěvkovou jednotku TU-12. Multiplexováním tří příspěvkových jednotek
vzniká skupina příspěvkových jednotek a dalším
multiplexováním, tentokrát s násobkem sedmi vzniká skupina příspěvkových
jednotek, která je stejného řádu jako VC-3. Konečně
multiplexováním do VC-4 je dokončeno naplnění informačrníhoro pole signálu STM1. Časové polohy příspěvkových signálů se označují kombinací X-Y-Z v souladu
s tiplexováním. ve třech stupních
Obr. 2.3 Začleňování PCM l.řádu
Postupným multiplexovánírn lze do rámce STM-1 začlenit 3x7x3=63
příspěvkových signálů PCM30/32, případně jejich kornbinace se
signálem PDH 3. řádu.
Shrneme-li poznatky z předchozích odstavců, Ize signálem STM-l přenášet
některau z následujících kombinací příspěvkových signálů
PDH:
· 1 x 140 Mbit/s,
· 3 x 34 Mbit/s,
· 63 x 2 Mbit/s,
· 1 x 34 Mbitls + 42 x 2 Mbit/s,
· 2 x 34 Mbit/s + 21 x 2 Mbit/s.
Kapacita vyšších hierarchických stupňů SDH STM-N je daná násobkem N.
Vedle signálů PDH se počítá s dalšími typy signálů, z nichž nejvýznamnější je
tok ATM buněk, ktery' se obvykle ukládá přímo do VC-4.
STM-1 a STM-4 jsou standardizovanými rozhraními přepojovačů ATM buněk. ATM
asynchronní přenosový mód je základem
širokopásmových sítí integrovaných služeb B-ISDN (viz [3]).
2.3 Funkce ukazatete v SDH
Ukazatel PTR (Pointer), ktery' adresuje začátek vírtuálního kontejneru VC-4 v
rámci informačního pole STM-1, plní dvě základní
funkce:
· vyrovnávání fázových rozdílů při přenosu,
· vyrovnání přenosových rychlostí při přepojování virtuálních kontejnerů.
Vedle toho se vyskytuje ukazatel i na íu-ovni virtuálních kontejnerů VC-3 a
VC-12, avšak pro potřeby výkladu se budeme zabývat jen
VC-4. Tento ukazatel je umístěn ve čtvrtém řádku záhlaví (obr. 2.1).
Funkci ukazatele bude demonstrována na příktadu cesty signálu 140 Mbit/s
uloženého ve VC-4 přenosovou sítí (obr. 2.4) od uzlu A
přes B do uzlu C. V uzlu B přepojujeme VC-4 vyjmutý z rámce STM-1 taktovaného
od uzlu A frekvencí f1 do rámce STM-1 taktovaného
frekvencí f~ směrem k uzlu C. Ukazatel bude nabývat různýeh hoďnot v závislosti na
vztahu frekvencí ft a f2. Nejprve uvažujme, že uzly A a
B jsou taktovány z centrátm'ho generátoru taktu fo. Oba uzly běží synchronně s
frekvencí fo = fa = f2. Vtivem různě velkého zpoždění při
šíření taktovacího signálu na různě dlouhých přenosových cestách musíme však
vyrovnávat fázové posuvy.
Obr. 2.4 Uspořádání části sítě pro vysvětlení funkce ukazatele
Začátek rámce signálu STM-1 ve směru B-C bude např. 0 28 ps zpožděn za
začátkem rámce STM-1 ve směru A-B podle abr. 2.5, ktery'
ukazuje nepřetržitý sled rámců obou signálů. Požadujeme, aby signál PDH 4.řádu
uložený ve VC-4 procházel kontinuálně s minimálním
zpožděním.
Obr. 2.5 Vyrovnání fázových rozdílů ukazatelem
Začátky VC-4, které přepojujeme ze směru A-B do B-C, si proto časově
odpovídají (začátek označen černě), relativně však mají v
rámcích jinou polohu. Předpokládáme pro jednoduehost, že v STM-1 A-B se začátek
VC-4 kryje s nultou pozicí v informačnim poli (adresa
0 - ukazatel PTR=0 odpovídá pozici v informa~ním poli ve 4. řádce hned za
ukazatelem). Přepojením v reálném čase bez zpoždění se začátek
VC-4 ocitne na pozici 696 v informačním poli STM-1 B-C, což vyjadřuje ukazatel
PTR=696 (informační pole je číslováno od pozice 0
postupně po řádcích, ukazatel udává pozíci začátku VC-4, ktery' nejblíže následuje v našem případě shodou okolností již v následujícím
rámci).
Pokud budou oba signály taktovány stejnou frekvencí a budou mít tedy přesně
stejnou přenosovou rychlost, bude fázový rozdíl
konstantní a hodnota ukazatele bude stále stejná. Ukazatel PTR tedy číselné udává
velikost fázového posuvu mezi VC-4 a rámcem signálu
STM-1.
Složitější situace nastane, když taktovací frekvence budou různé a různé
budou i přenosové rychlosti STM-l. Nejprve pro f1<f2 (obr.
2.6), kdy signál ve směru B-C stále předbíhá signál A-B, což se projevuje na nižší
délce rámce (124,85 µs). .le vidět, že jednu pozici v
informačním poli vynechávárne (v daném čase na ní nemáme co uložit). Tato pozice
je přesně defmovaná adresou 0 hned v řádku za
ukazatelem. Podobně jako u PDH došlo k jejímu vyplnění neužitečnou informací čili
provedl se klaďný stuffing. V následujícím rámei začíná
VC-4 o jednu pozici dále. LTkazatel STM-1 B-C se novým podmínkám přizpůsobí,
zvětší se o jeáničku a ukazuje aktuální polohu začátku
VC-4 (696+1=697).
Při f1>f2 (obr. 2.7), kdy se signál ze směru B-C zpožd'uje za signálem A-B, což
se projevuje vétší délkou rámce (125,15 µs), dochází
naopak k situaci, kdy nestačí místo v informačním poli. Abychom neztratili část
přenášeného signálu, ukládá mé jej na určené místo mimo
informační pole spalečně s ukazatelem. Provedl se záporný stui~mg a ukazatel
snižuje svou hoďnoiu o jedničku~. Podle potřeby se tedy
provádí bud' kladný, nebo záporný stuffing, použitou metodu nazýváme souhrne
kombinovaným stuffingem.
Obr. 2.6 Vyrovnání přenosových rychlostí pro fl<f2
Obr. 2.'7 Vyrovnání přenosových rychlostí pro fl>f2
Pomocí dynamických změn ukazatele dokážeme vyrovnávat přenosové
rychlosti mezi signály v rámci STM signáIů.Ve skutečnosti jsou
odchylky taktovacích frekvencí malé a nepoěitá se, že k vyrovnání dojde áříve než
po třech rámcích. Adresování informaěmi~o pole se
provádí po trojicích bytů.
Pomocí ukazatele se dokáže zařízení SDH orientovat v rámci a vždy ví, kde
začíná příslušný virtuální kontejner. Vlivem změn ukazatele
virtuální kontejnery "plavou" v rámci STM. Podobná je situace u kontejnerů nižšího
řádu VC-3 a VC-12, kde pracuje ukazatel nižší úrovně
na stejném principu.
2.4 Uspořádání sít'ových uzlů SDH
Sít'ové uzly SDH (uzly přenosové sítě SDH) mají jednotnou skladbu a výrobci
je konstruují jako univerzální stavebnice, kde volbou
typu a počtu zásuvných karet volíme funkci: opakovač, ukončující muldex, vydělovací
muldex, digitální rozvaděč (Cross-eonnect) apod.
Nejčastěji se můžeme setkat s vydělovacím muldexem ADM (Add-Drop Muldex),
jehož blokové schéma je na obr. 2.8.
Na první pohled je patrný průběžný směr přenosu zleva doprava a naopak
mezi linkovými rozhraními STM-l, označenými podle
světových stran z angliětiny West a East (formální označení neodpovídá
zeměpisným světovým stranám). Zdola přivádíme příspěvkové
signály, které chceme přepravovat sítí, např. PDH 140 Mbitls, 34 Mbitls, 2 Mbitls.
Jádrem zařízení je digitální přepojovač, přes ktery' jde
veškerý provoz přenosového uzlu. Pro zajištění spolehlivosti se obvykle zálohuje
druhým shodným přepojovačem, na nějž se přepne provoz
v případě výpadku prvnMo. Přepojovač se realizuje jako časoprostorové spojovací
pole, které pracuje na íu-ovni všech potřebných
multiplexních jednotek VC-4, VC-3, VC-12. Schématické znázornění možného
propojení ukazuje obr. 2.9, kde jsou naznačeny jednotlivé časové polohy (Time Slot) uvnitř signálu STM-1. Virtuální kontejner VC-12 prochází
průběžně z časové polohy STM-1 West 1-1-1 do polohy
STM-l East 3-1-1. Příspěvkový signál 2 Mbit/s začleňujeme prostřednictvím VC-12 do
STM-1 East v časové poloze 3-1-2 atd. (značení x-yz podle obr. 2.3).
Obr. 2.8 Blokové schéma vydělovacího muldexu
Obr. 2.9 Schématické znázornění propojení přes digitální přepojovač
Digitální přepojovač umožňuje operativní přizpůsohování přenosové sítě
okamžitým provozním potřebám. Jeho nastavení provádí
dohledový systém prostřednictvím řídicí a komunikační jednotky a dahledové sítě.
Na rozhraní F abr.2.8 (sériavý port - rozhrani V.24/V.28) je možna připojit
místní servisní terminál (pačítač FC). Rozhraní Q připajuje
zařízení k dohledové síti (např. rozhraní Ethernet sitě LAN), přičemž k dálkovému
dohledu uzlů sítě se používá datových kanálů v záhlaví
signálu STM. Z jediného centra vybaveného dohledovým pačítačern (pracovní stanicí
UNIX) ize získat informace (nastaveni, poplachová
hlášení) a provádět zásahy (změna konfigurace, servisní zásahy) dálkově ve všech
uzlech přenosové sítě. Uvedená rozhraní jsou součástí
normy pro dohledové a řídicí sítě TMN (Telecommunications Management Network}.
2.5 Zařízení SDH v přenosových sítích
Popsaný vydělovací muldex se prakticky nasazuje do sítí, ve kterých je
nejčastější základní topologickou jeďnotkou kr-uhová síP.
Propojením linkových razhraní West-East získáme kruh padle obr. 2.10. Přenosovou
cestu tvaří dvajice vláken, každé projeden směr
přenosu.
Kruhová síf zajistí spalehlivější provaz v případě poruch, protaže mezi dvěma
libovoinými uzly existují právě dvě cesty pro přenos
signálu.
Pracovní cesta se používá standardně, na ochrannau se provaz přepne v
případě paruchy, např. přerušení vlákna. Nejčastěji mechanismus pracuje tak, že příspěvkový signál např. 2Mbit/s prostřednictvím VC-12
přenášíme současně pa abou stranách kruhu (z uzlu A do C přes
uzel B i D} a na příjlmací stra~iě sledujeme kvalitu obou dašlých signálů. Vybírárne
ten s lepší kvalítou (nižší ct~ybovostí}.
Přenosová sít' je podle geagrafických oblastí vhodně rozčleněna do podsíti
(sub-siti) a jednotlivé podsité jsou vzájemně pospojovány sítí
vyšší úrovně.
Pro ještě účinnější zajištění spalehlivasti provozu lze použít tzv. ochranu
multiplexní sekce, která spočívá ve zdvojení přenosové cesty
včetně linkových zakončení. Dále se počítá s využitím dynamického přizpůsobování
přenosové síté aktuátním potřebám prastřednictvím
dohledového systému, ktery samočinně bez zásahu obsluhy vyhledá optimální
obchozí trasy a přesměruje provoz přenastavením digitálních
přepojovačů v sít'ových uzlech.
Obr. 2.10 Kruhová přenosová sít' SDH
Poskytování různorodých služeb přes sítě SDH
V dnešni době se propustnost páteřní í přístupové sítě zvýšila natolik, že dává
poskytovatelům služeb příležítost zvětšit výnosy přenosem dígitalízovaného
videosignálu. Objevují se stále více aplikace video na přání (video on demand, či též
pay-per-view}, interaktivní televize, videakanference, dodatečné režijní zpraeování
pro filmaře, dálkové studium, telemedicína a vzdálené bezpečnasfií sledavání, jenž
využívají přenasu digitalizavaného videosignálu.
Přenos digítalizovaného videosignálu je v souhlasu s obecným trendem na trhu
spotřební elektroniky, který se rychle posouvá od tradičních analogových zařízení k
jejich digitálním ekvivalentům, např. digitální kamery, DVD přehrávače a 3G mobifni
telefony. Videosignál má však jiné požadavky na přenosové vfastnosti kanátu aproti
přenosu hovorového signálu a dat, a tak přenos všech tří typů signálu přes jednotnou
přenosovou sít (označováno téŽ pojmem triple-play) může být náročný. Přenas
hovoru vyžaduje stálau přenasovou rychlost a
je cítlivý na zpoždění v siti. Datový provoz zase běží V proměnnýeh rychlostech a má
obecně dávkový eharakter. Přenos digítalizovaného videosígnálu vykazuje někofik
charakteristíckých rysů společných, jak s přenosem telefonního signáiu, tak s
přenosem dat, tj. při potřebě velké přenosové rychlostí i požadavek na zaručení
dalších parametrů (citlivost na zpaždění a jeha kotísání}. Navíc, digitální videosígnál
při distribuci k účastníkům prachází sítí jen v jednom směru (jednosměrně), zatímco
hovory a datavé apfikace vyžadují přenos v síti obéma směry (abousměrně).Dřivější
pokusy pro přenos obrazu přes metropolitni síf (MAN) požadovaly drahou překryvnou
síf oddělenou od hovorových a datových síti, jelikož žádný ze stávajícich
standardů pra rozhraní digitalizovanéha videasignálu nebyl určen pro přenos
dálkovou sítí (WAN}. Následkem toho byly počáteční přenosy digitálního videa přes
páteřní sítě SDH (Synchronous Digital Híerarehy} problematické, a to diky
nevyhovujicímu způsobu, jakým byl videosignál mapován do standardních SDH
kontejnerů v STM-0, 1, 4, atd. Původní řešení byio zaiožené na mapovaní
vídeosignálu do ATM buněk, které se pak dále mapovaly do kontejnerů SDH. ATM
využívá statistické multiplexování pra získání lepšího využití
přenosových rychlostí, čímž se umožnilo přenášet více televizních signálů přes síf
SDH. Nicméně, podstatné provazní ztráty byly způsobeny režií záhfaví ATM buněk,
složítostí překryvné sítě, potřebou dalších investíc a požadavky na specíalizované
školení a vybavení techníků.
Rozvoj dalších generací SDH technotogii vybavených funkcí vírtuálního zřetězení
(VCAT), pratokolem pro přiděleni přenosové kapacity (LCAS}, a obecným protokolem
druhé vrstvy (GFP) dává poskytovatelům služeb nové příležitosti pro přenos
digitalizovaného vídeasigná(u bez nahrazování stávajících SDH sítí. Pfatformy pro
poskytování různorodých služeb (MSPPs - Muitíservice Provísioning Platforms)
využívají tyto technologie a dovolují tak poskytavateli služeb doručovat digitalizovaný
videosignál, data, vídeo na pažádání (VoD}, telefonní signály a další přes stoučenou
síf.
Kompresní metody
Digitalizovaný videasignál vyžaduje enormní přenosovou rychlost. Nekomprimovaný
videosignát vyžaduje přenosovau rychlost větší neŽ 200 Mbít/s. A to ještě není nic v
porovnání s HDTV, jenž vyžaduje přenosovou rychlost větší než 1,6 Gbit/s. Jsau
však k díspozici komprimační metody, které mohou komprímovat digítalizované
videosígnáiy a zredukovat tak požadavky na přenosovou rychlost pří dodržení
uspokojující kvality. Motion Picture Experts Group (MPEG) vyvínula standard MPEG2, což je obecně nejvíce používaná
kompresní metada (ISO/IEC-13818-1), s jejíž pomocí lze běžný TV signál redukavat
až na 4 Mbit/s a signál HDTV na cca 20 Mbit/s. Dnes již exístují i dalši komprímačni
algoritmy, jež mahau dáfe redukovat patřebnou šířku pásma pro digitalizovaný
videosignál a umožnit tak přenos obrazu přes systémy xDSL, nebo přes kabelové
modemy s nižší přenosovau rychlostí. MPEG-4, nebo daparučení ITU-T H.264
umožní přenést video v uspokojující kvalitě pomocí přenosových rychlostí menších
než 2 Mbit/s.
Technologie VCAT a LCAS
Virtuální zřetězení VCAT (Virtual Concatenation} poskytne pra mapováním jemnější
granuitu přenosové rychlosti v sítích SDH pro přenos různorodých signálů na
razhraních STM-N (Synehronous Transport Modul).
zřetězení virtuálních kontejnerů VC
VC-n-Xv označuje virtuální zřetězení VCAT virtuálních kontejnerů VC
Virtuální zřetězení VCAT umožní inverzním multipfexováním svázat velké množství X
kontejnerů nižšího či vyššího řádu SDH do jedné virtuální zřetězené skupiny (VC-nXv). Jen zdrojové a cílové uzly musí být způsobilé zpracovávat VCAT, protože
vírtuální zřetězení je transparentní k průchozím uzlům. Tudíž, když chtějí
oskytovatelé služeb zařazovat VCAT podporu do jejich sítě, stačí zdokonalit pouze ty
přípojné, či oddělující uzfy, které mají tuto funkei poskytnout. VCAT umožní
poskytovatefům uvedení sfužby, která nemapuje uspořádaně do pevných časových
poloh, čímž se odstraní plýtvání přenosovou rychlostí. To je zvláště důležité pro
propojování místních počítačových sítí (Ethernet) a poskytování videoslužby, jak je
zřejmé z tabulky 1.
Další z nových technologií - LCA5 (Link Capacity Adjusting Scheme) poskytne
přenosovou rychlost v násobcích VC-n na požádáni pomocí mechanismu pro změnu
jejich počtu ve vírtuálním zřetězení bez přerušení provozu víz. obr. 1. To také umožňuje automatícké vynechání a znovu obnoveni porušených
přenosových cest. LCAS poskytne ovládací mechanizmus a protokol, který může
dynamicky zvýšit nebo snížit počet multiplexních jednotek 5DH ve zřetězení.
Signafizační zprávy se vyměňují mezi síťovými prvky ve služebnich bajtech záhlaví
cesty. LCAS umožní účinné aktualizace provozu a dokáže tak reagovat na poruchy
sítě, čímž vyloučí potřebu ručního zásahu. Tato schopnost umožňuje poskytovateli
služeb redukovat počet VC, zlepšit služby zákazníkům a zároveň snížit provozní
náklady.
Obr. 1 Použití LCAS
Protokol GFP
GFP (Generic Framing Procedure) umožňuje mapovat různé typy datových zpráv do
kontejnerů SDH, nebo virtuálně zřetězených propojení pro přepravu přes SDH sítě
podle doporučení ITU-T G.7041/Y.1303. V porovnání s jinými rámcovacími
procedurami jako např. PPP (point-to-point) protokoi a ITU- T X.86, které používají
HDLC (high-level data-link control) má GFP nižší a deterministickou režii a také nižší
pracovní nároky.
Obr. 2 Rámec rámcově mapovaného GFP
Exístují dva typy formátů GFP mapováni: rámcově mapovaný GFP (GFP-F) a
transparentní GFP (GFP-T). GFP-F je běžně užívaný protokoly založený na
zapouzdření paketu či rámce, jako např. rámec Ethernet či IP paket - viz obr. 2. GFPT je optimalizovaný pro protokoly, které užívají blokové kódování 8B/lOB, včetně
DVB-ASI, gigabitového Ethernetu a systémů pro ukládání a zálohování dat - viz obr.
3. Rámec GFP vždy obsahuje na začátku identifikátor délky se zabezpečením,
záhlaví, informační pole a na konci zabezpečení informačního pole.
Obr. 3 Rámec transparentního GFP
Vysílání do více bodů
Multiservisní platforma MSPPs, která využívá VCAT, LCAS, a GFP poskytne
efektivni způsob, jak sjednotit hovorové, datové, a video služby na stávající SDH
základní sítové infrastruktuře. Sjednocuje přenosové schopnosti vícenásobného
vydělovacího muldexu, přepínání a úpravy kapacity malých digitálnich rozvadéčů, a
dalších TDM, IP, video, a datových zařízení.
Pro jednosměrné digitální videovysílání MSPPs účinné podporuje přenos
komprimovaných (DVB ASI) formátů videosignálu přímo přes SDH spoje mezi uzly.
Vzhledem k tomu, že VoD (Video on Demand) a podobné aplikace požadují zpětnou
přenosovou cestu, tak může být digitalizovaný videosignál přepravovaný přes sít
Ethernet k rozhraní spolehlivé stávající SDH sítě,. Požadované digitalizované
videosignály jsou přenášeny z videoserverů přes IP/Ethernet/SDH síť do vzdáleného
distribučního uzlu a poté do domácností.
Kromě přenosu mezi dvéma body (PPP aplikace), jsou také podporované aplikace
vysílání k více bodům přes SDH. Přicházející signály jsou ve vydělovacích
muldexech a digitálních rozvaděčích rozbočené do více výstupních portů a poslané k
několika distribučním uzlům. Vydělující funkce SDH se používají pro získání
videosignálu z hlavního kruhu a případně k přeposlání dalším doplňkovým kruhům.
Typicky se používají signály STM-4 (622 Mbit/s) a STM-16 (2,5 Gbit/s) pro kruhy
vedlejších sítí a signáiy STM-16 nebo STM-64 (10 Gbit/s) pro hlavní kruh. Možné
uspořádání sítě je zobrazeno na obrázku 4.
Obr. 4 Konvergentní síť pro VoD
SDH zajišfuje navíc spolehlivost přenosu v kruhové siti tak, že posílá dva identické
signály po obou stranách kruhu. )estliže nějaký uzel na kruhu detekuje poruchu v
hlavní přenosové cestě (pracovní cesta), tak se uvede do chodu ochranný
mechanismus a přepne na alternatívní přenosovou cestu (ochrana). Toto přepnuti
nastane v intervalu do 50 ms. Zajištění spolehlívého přenosu může být řešeno také
pomocí LCAS, kdy je část virtuálních kontejnerů zřetězení vedena po jedné a část po
druhé straně kruhu (obecně jinou cestou v síti), ovšem za cenu poklesu propustnosti
po dobu poruchy.
Závěr
Vývoj nových generaci SDH technoiogii dává poskytovateiům služeb možností
nabízet širokou paletu služeb, včetně videoslužeb, bez náhrady stávajících SDH sítí.
Prvky muitiservisní platformy MSPPs přidané k existujícím SDH infrastrukturám
dovolí poskytovateli služeb vytvořit sít pro přenos digitalizovaného videosignálu,
která je charakterizovaná takovou třídou spolehlivosti přenosu, jakou poskytovatelé
potřebují.
Užitečnou výhodou zmíňovaných príncípů VCAT, LCAS, c~FP je možnost snižení
provozních nákiadů provozovatelů sítí a využití existujících páteřních sití SDH.
Propojení zákaznických sítí LAN se provádí při vyžití koncepce Ethernet over SDH
pomoci levných rozhrani Ethernet, oproti kiasickému řešení s porty E1, E3.
Zvýšení propustnosti je možné za provozu podle momentálního stavu sítě a
požadavků na provoz.
SDH (Synchronni digitálni hierarchie) je technologie pro roziehlé vysokorychiostní
přenosové sitě s optickými vlákny. Charakteristické pro sítě SDH jsou synchronní
transportní modufy STM-1/4/16/64/256 s přenosovými rychlostmi přibiižně 155 Mbit/s
až 40 CbitJs. Od nedávné minulosti do současné doby dochází postupně
k prolínání technologií sítí rozlehlých (WAN) a lokálních (LAN), takže je logický
požadavek na přenos mezi rozhraními Ethernet (skupina standardů IEEE 802.š)
napříč celou sítí. Proto vznikia koncepce Ethernet over SDH, kdy rozhraní Ethernet a
přepínače Ethernet jsou integrovány přímo do zařízení SDH (SDH muldexů).
Laboratorní síť
Pro seznámení studentů s novou generací SDH bylo nutné dopinit nové vybavení do
laboratoře přenosových systémů - ke dvěma existujícím jednodeskovým muldexům
AM1 byly dopiněny nové tři muldexy SDH typu AMS zapojené do kruhové sítě (viz
obr. 1). Laboratorní sít umožňuje běžnou konfiguraci a anafýzu provozu přes
rozhraní E1 (propojení, ochrany, vytváření smyček, monitorování chybovosti apod.),
konfiguraci synchronizace, zálohování, sledování alarmů apod.
Obr. 1 Blokové schéma laboratorní sítě s muldexy SDH
Mezi muldexy AMS Ize realizovat i mnohabodové sítě Ethernet s pružnou konfigurací
datových služeb (VLAN, QoS). Konfigurace se provádí z lokálních terminálů tak, aby
se maximum studentů aktivně podílelo na nastavení sítě ve vzájemné interaktivitě.
Muldex AMS s podporou rozhraní Ethernet
Blokové schéma jednodeskového muldexu SDH s vestavěným Ethernet přepínačem
je uvedeno na obr. 2.
Obr. 2 Blokové schéma muldexu SDH s podporou Ethernetu
Jednodeskový muldex AMS1 od Lucent Technologies obsahuje dvojici rozhraní
STM-1 nebo STM-4 (LP – line port 1 a 2). V obou případech Ize z každého rozhraní,
označovaných v kruhových sítích West/East, vydělit kapacitu VC-4 (virtuální
kontejner 4. řádu). V případě STM-1 je to kompletní informační obsah, v případě
STM-4 čtvrtina obsahu, přičemž Ize volit jednu ze čtyř VC-4, kterou chceme zakončit
prostřednictvím vestavěného dígítálního rozvaděče (cross-connect) na úrovní VC-1~
čí VC-3. Zbylé tři virtuální kontejnery VC-4 jsou propojeny jako průchozí mezi
rozhraními West a East.
Jednodeskový muldex je standardně vybaven šestnácti příspěvkovými porty E1
(PDH 1. řádu - 2,048 Mbit/s). ozhraní Ize rozšířit o další E1 porty, E3 porty nebo
SHDSL porty. Nejzajímavější rozšíření poskytuje říspěvková karta TransLAN
zajištující přenos Ethernet over SDH. Součástí je přepínač (brídge/layer2 switch),
který umožňuje různé konfigurace sítě (bod-bod, mnohabodová sít~, podpora VIAN,
QoS). thernet přepínač má na jedné straně čtyři LAN porty (10/i00Base-T) pro
připojení lokáfní sítě a čtyři virtuálí AN porty na straně druhé. WAN porty nejsou
reprezentovány fyzickým rozhraním, ale jedná se o logické orty, na které Ize
zakončovat jednotlivé či zřetězené virtuální kontejnery z STM portů. Výhodou
virtuálních WAN portů je možnost vytváření mnohabodových sítí, čož s klasickými
WAN rozhraními není možné.
Kapacitu virtuáiního WAN portu je možné z dohledového systému transportní sítě
SDH nastavit na požadovanou rychlost, která může být přibližně 2, 4, 6, 8, 10, 50
nebo 100 Mbit/s. Z pohledu sítě SDH se WAN port konfiguruje pro jeden až pět
kontejnerů VC-12 (rychlosti cca Z až 10 Mbit/s) nebo pro jeden či dva kontejnery
VC-3 (rychlosti cca 50 a 100 Mbit/s). V případě potřeby jiných rychlostí na WAN
spojích, než jsou násobky kapacit kontejnerů SDH, je možné definovat parametry
CTR a PIR (konstantní a špíčková přenosová rychlost) a tím vytvořit spoje o
libovolné propustnosti v rozsahu 150 kbit/s až 100 Mbit/s s krokem 1 kbit/s.
Různé konfigurace sítě
Ethernet přepínač na příspěvkové kartě TrasLAN nemá pevně daná propojení mezi
LAN a WAN porty a ani kapacitu WAN portů. Díky této vfastnosti je možné vytvářet
následující konfigurace:
- jeden LAN na jeden WAN port (přemostění)
- jeden LAN na n WAN portů
- n LAN portů na 1 WAN port
- n LAN portů na m WAN portů
Přítom n a m je v rozsahu 2 až 4. Užitečnou vlastností je možnost vytvářet více
Ethernet přepínačů na jedné kartě, což umožňuje používat jedno zařízení pro více
oddělených sítí. Jediným omezením pro konfiguraci je pouze počet dostupných LAN
a WAN portů. V nejjednoduším případě je propojen jeden port LAN na port WAN.
5tejně jako u klasického propojení přes WAN rozhraní typu E1/E3 je i u propojení
přes TransLAN možné definovat zálohu (ochranu) v SDH síti s dobou aktivace do 50
ms.
Principiální řešení optické sítě s SDH muidexy ukazuje obr. 8. Zjednodušeně je
kreslen synchronní transportní
modul STM-4 jako svazek obousměrných propojení, ve skutečnosti se řeší každý
směr přenosu po separátním vlákně. SDH sít poskytuje konfigurovatelné pevné
okruhy typu bod-bod pomocí virtuálních kontejnerů VC-12,
VC-~ nebo jejich zřetězených násobků. V obrázku jsou cesty VC-12 kresleny plnou
čarou, cesty VC-3 čárkovaně. Mezilehlé muldexy A, B jsou typu ADM pro vydělování
a začlenění příspěvkových uživatelských signálů do průběžných toků STM na
linkových rozhraních West a East. V posledním uzlu C, kde je ukončen optický kabel,
stačí koncový muldex TM, který má jen jediný linkový port.
Obr. 3 Příklad propojení rozhraní Ethernet pomocí sítě SDH
Kiasický signál E1 s přenosovou rychiostí 2,048 Mbit/s může sloužít k připojení
pobočkových ústředen pomocí VC-12. Stejné virtuální kontejnery jsou využity i k
připojení jedné z lokálních sítí v uzlu C, a sice jsou zřetězeny dva VC-12 pro zvýšeni
celkové kapacity. Druhá sít LAN v uzfu C je připojena přes integrovaný Ethernet
přepínač pomocí virtuálního kontejneru VC-3, který dovofí přenosovou rychlost až
téměř 50 Mbit/s.
Funkce Ethernet přepínače vynikne v uzlu B, kde je ukázáno řešeni vícebodového
spojení. Tok ze dvou zřetězených virtuálních kontejnerů VC-3 (téměř 100 Mbit/s) od
uzlu A může být veden bud' dále k uzlu C, nebo je zakončen na Ethernet rozhraní
uzfu B.
Logické schéma vícebodové konfigurace s vyznačenými fyzickými LAN a virtuálními
WAN porty je uvedena na obr. 4. Pro větší přehlednost uvádíme pouze tří-bodovou
konfiguraci, jejíž rozšíření na více než tři body představuje pouze další začlenění
SDH muldexů do kruhové sítě.
Obr. 4 Konfigurace mnohabodové sítě pomocí přiřazení LAN a WAN portů
Významnou vlastnosti TransLAN karty je podpora virtuálnich privátních sítí (VPN).
Pro každý nakonfigurovaný Ethernet přepínač je možné definovat, zda má být
transparentní vůči VLAN příznakům, nebo zda je součástí přísiušné zákaznické
VLAN sítě. )estfiže nastavíme přepínač do transparentního režimu, jsou rámce
přicházející na LAN port označeny identifikátorem CID (Customer ID), tento CID je
však určen pouze pro identifikaci mezi jednotiivými kartami TransLAN. aestiiže je
rámec předán z TransLAN karty na LAN port, je tento identifikátor CID odstraněn.
Přenášené rámce tak mohou již obsahovat své (zákaznické) VLAN identifikátory.
Tento transparentní režim je označován také jako doubfe-tagging. Druhou možnou
konfigurací je nastavení Ethernet přepínače do režimu dle IEEE802. iQ a poté jeho
začlenění jako VLAN přepínač do zákaznické VPN, včetně možnosti vytvářet na
kartách TransLAN VLAN trunky.Dále je možné defiinovat různé úrovně kvality siužby
diky podpoře QoS dle protokolu IEEE802.1p. Propojení v SDH síti mohou být přitom
zálohována bud' přímo na úrovni SDH (ochrany cest SNCP - Sub-network
Connection Protection) nebo může být záioha ponechána na Ethernet
vrstvě a kartách TransLAN s dobou aktivace ochrany v desítkách sekund zajištěnou
protokolem STP (Spanning Tree Protocol).