Проектирование высокоскоростной корпоративной сети на базе технологии СЦИ

2.2. Как работает SDH

2.2.1. Процедура контейнирования нагрузки

              Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети контейнеры STM-1 передаются в системе SDH разных уровней (STM-n), но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т.е. имеет место мультиплексирование транспортных модулей.

2.2.2. Понятие виртуального контейнера

              Еще одно важное понятие, непосредственно связанное с общим пониманием технологии SDH - это понятие виртуального контейнера VC.В результате добавления к контейнеру трактового(маршрутного) заголовка получается виртуальный контейнер. Виртуальные контейнеры находятся в идеологической и технологической связи с контейнерами, так что контейнеру C-12 соответствует виртуальный контейнер VC-12 (передача потока E1), C-3 - VC-3 (передача потока E3), C-4 - контейнер VC-4 (передача потока E4).

2.2.3. Метод мультиплексирования

              Поскольку низкоскоростные сигналы SDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и определено или, скажем, предсказуемо. Поэтому низкоскоростной сигнал SDH, например 155 Мбит/с (STM-1) может быть напрямую добавлен или выделен из высокоскоростного сигнала, например 2.5 Гбит/с (STM-16). Это упрощает процесс мультиплексирования и демультиплексирования сигнала и делает SDH иерархию особенно подходящей для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи, обладающих большой производительностью.

              Поскольку принят метод синхронного мультиплексирования и гибкого отображения структуры, низкоскоростные сигналы PDH (например, 2Мбит/с) также могут быть мультиплексированы в сигнал SDH (STM-N). Их расположение во фрейме STM-N также предсказуемо. Поэтому низкоскоростной трибутарный сигнал (вплоть до сигнала DS-0, то есть одного тайм-слота PDH, 64 kbps) может быть напрямую добавлен или извлечен из сигнала STM-N. Заметьте, что это не одно и то же с вышеописанным процессом добавления/выделения низкоскоростного сигнала SDH из высокоскоростного сигнала SDH. Здесь это относится к прямому добавлению/выделению низкоскоростного трибутарного сигнала такого как 2Мбит/с, 34Мбит/с и 140Мбит/с из сигнала SDH. Это устраняет необходимость использования большого количества оборудования мультиплексирования / демультиплексирования (взаимосвязанного), повышает надежность и уменьшает вероятность ухудшения качества сигнала, снижает стоимость, потребление мощности и сложность оборудования. Добавление/выделение услуг в дальнейшем упрощается.

              Этот метод мультиплексирования помогает выполнять функцию цифровой кросс-коммутации (DXC) и обеспечивает сеть мощной функцией самовосстановления. Абонентов можно динамически соединять в соответствии с потребностями и выполнять отслеживание трафика в реальном времени.

2.3. Оперирование, администрирование и техобслуживание

              Для функций оперирования, администрирования и техобслуживания (ОАМ) в структуре фрейма сигнала SDH организованы многочисленные биты. Это намного облегчает функцию сетевого мониторинга, то есть автоматическое техобслуживание. Несколько избыточных битов должны быть добавлены во время линейного кодирования для мониторинга рабочих характеристик линии, поскольку совсем мало байтов организовано в сигнале PDH. Например, в структуре фрейма сигнала PCM30/32 только биты в TS0 и TS16 используются для функций OAM.

              Многочисленные заголовки в сигналах SDH составляют 1/20 от общего количества байтов во фрейме. Это намного облегчает функцию ОАМ и уменьшает стоимость системы техобслуживания, что очень важно, так как она составляет значительную часть от общей стоимости оборудования.

2.4. Совместимость

              SDH имеет высокую совместимость. Это означает, что сеть передачи SDH и существующая сеть PDH могут работать совместно, пока идет установление сети передачи SDH. Сеть SDH может быть использована для передачи услуг PDH, а также сигналов других иерархий, таких как ATM и FDDI.

              Базовый транспортный модуль (STM-1) может размещать и три типа сигналов PDH, и сигналы ATM, FDDI, DQDB. Это обуславливает двустороннюю совместимость и гарантирует бесперебойный переход от сети PDH к сети SDH и от SDH к АТМ. Для размещения сигналов этих иерархий SDH мультиплексирует низкоскоростные сигналы различных иерархий в структуру фрейма STM-1 сигнала на границе сети (стартовая точка — точка ввода) и затем демультиплексирует их на границе сети (конечная точка — точка вывода). Таким образом цифровые сигналы различных иерархий могут быть переданы по сети передачи SDH.

2.5. Защита

              В системах SDH термин «защита» используется для описания способа повышения надежности сети. Для этого все сети SDH стараются строить в виде замкнутых «колец». При этом в случае повреждения кабеля сеть продолжает работать за счет специального механизма переключения: каждый мультиплексор в сети передает сигнал сразу в две стороны и, соответственно, принимает тоже сразу с двух сторон. При этом используется для вывода «наружу» только один сигнал. При пропадании сигнала с одной стороны мультиплексор просто переключается на использование другого сигнала. Типичное время переключения составляет десятки миллисекунд. Обратной стороной такого повышения надежности является уменьшение общей емкости сети.

3. Выбор структуры проектируемого участка.

              Для того чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача. Это могут быть задачи выбора основной структуры сети (топологии сети), выбора оборудования узлов у сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления  и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети.        

              Транспортная сеть СЦИ строится на основе относительно небольшого количества базовых топологических структур:

        “точка - точка”;

        “последовательная линейная цепь”;

        “звезда”;

        “уплощенное кольцо”;

        “кольцо”.

3.1. Топология “точка – точка”

              Сегмент сети, связывающий два узла А и В, является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис. 3.1). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный.

Рис. 3.1. Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ

              Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для прокладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, например, с 622 Мбит/с (STM-4) на 2,5 Гбит/с (STM-16). Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии и является основной для топологии “последовательная линейная цепь”.

3.2. Топология “последовательная линейная цепь”

              Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут, вводится и выводится каналы с доступа. Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает последовательную цепь, где каждый мультиплексор ввода / вывода является отдельным ее звеном. Она представлена в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования (рис.3.2.), либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1 (рис. 3.4). Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом.

Рис. 3.2. Топология «последовательная линейная цепь», реализованная на ТМ и TDM

3.3. Топология “звезда”

              В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть распределена по другим удаленным узлам (рис. 3.3.). Этот концентратор должен быть активным и интеллектуальным (в терминологии локальных сетей), то есть быть мультиплексом ввода/вывода с развитыми возможностями кросс-коммутации. Иногда такую схему называют оптическим концентратором (хабом), если на его входы подаются частично заполненные потоки уровня STM-N (или потоки уровня на ступень ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напоминает топологию “звезда”, где в качестве центрального узла используется мультиплексор SDH.

Рис. 3.3. Топология «звезда» с мультиплексором в качестве концентратора

              Наиболее распространены в сетях СЦИ кольцевые структуры.

3.4. Топология “уплощенное кольцо”

              Структура типа “уплощенное кольцо” (рис. 3.4.) часто используется вместо линейных структур, обеспечивая тем самым более надежное их функционирование.

Рис. 3.4. Топология «последовательная линейная цепь» типа «уплощенное кольцо» с защитой 1+1

3.5. Топология “кольцо”

              Эта топология (рис. 3.5.) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар  (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (показаны стрелками на рис. 3.5.).

Рис. 3.5. Топология «кольцо»

              Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, то есть быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов.

              Архитекети SDH могут быть сформированы на базе использования этих топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа “точка-точка”) топологий или топологии последовательной линейной сети.

3.6  Выбор конфигурации сетевой структуры

              Целью дипломного проекта является проектирование корпоративной сети СЦИ. Сетевые    узлы    располагаются    преимущественно    в    городах Волгоградской области. Сетевые узлы, которые, предположительно,  будут объединены в кольцо,  находятся в городах: Дубровка, Волжский, Средняя Ахтуба, Краснослободск, Красноармейский, Горьковский, Гурмак, Городище, Краснооктябрьский. А также между узлами, которые находятся в Волгограде: улица Трехгорная и Университетский проспект.