Преобразования компонентных сигналов

Введение

Внутризоновая сеть связи является составной частью Единой сети связи Российской Федерации. В предлагаемом практикуме рассматриваются порядок и методы проектирования цифровых систем передачи, работающих по оптическим кабелям связи. С помощью таких ЦСП формируется сеть, структура которой указана в техническом задании (Т.З.). Здесь же указаны виды информации (тлф., данные и т.д.), передачу которых необходимо организовать в заданных направлениях.

Порядок выполнения КП

1. Преобразовать заданные в Т.З. информационные сигналы в стандартные цифровые потоки плезиохронной (PDH) и синхронной (SDH) цифровых иерархий.

2.На карте местности отметить заданные в т.з. населённые пункты, и разработать кольцевую топологию сети, соединив эти пункты оптическим кабелем.

3. По результатам выполнения п.1и п.2 рассчитать количество цифровых потоков всех уровней РDН и SDH между заданными пунктами.

4. По результатам выполнения п.2 и учитывая заданные типы кабеля, гибкого мультиплексора (ГМТ) и системы передачи SDH, разработать структуры соединений между блоками оборудования во всех заданных пунктах.

5.Разработать конфигурацию мультиплексоров PDH и SDH во всех заданных в т.з. пунктах.

6. Рассчитать длины регенерационных участков для ЦСП, разместить регенераторы на магистралях. Рассчитать вероятность ошибки и сравнить её с нормой.

7. Разработать схему организации связи для проектируемой сети.

8. Рассчитать необходимые мощности источников питания для каждой С.С. и выбрать соответствующий тип питающей установки. Выбрать и рассчитать ёмкость оптических (ODF) и электрических кроссов (DDF).

9.В каждом п. рассчитать ёмкости оптических и электрических кроссов, и их количество. Выбрать фирмы- производители этого оборудования.

10.Пользуясь результатами, полученными в п.п. 4, 5, 7, 8, 9, произвести комплектацию оборудования в каждом узле сети.

11. Разработать схему прохождения цепей по ЛАЦ, с указанием цепей питания оборудования.

12. Рассмотреть принципы синхронизации оборудования проектируемой сети, и разработать схему синхронизации.

13. Рассмотреть принципы организации служебной связи, сигнализации и управления и разработать схему управления сетью.

 

Преобразования информационных сигналов в стандартные уровни PDH и SDH

Основные понятия

В современных цифровых сетях широко применяется первичный цифровой поток (Е1) - первый уровень РDН (В=2,048 Мбит/с). Цикл этого сигнала (Тц =125мкс) содержит 32 восьмиразрядных канальных интервала (КИ), из которых два предназначены для передачи сервисных сигналов (0КИ и 16КИ), а 30КИ - для передачи информации. Структура цикла Е1 соответствует рекомендации МСЭ-Т G.703, G.704. Уровни PDH приведены в таблице 2.1

 

Таблица 2.1 - Уровни PDH

 

Сигнал	Скорость передачи Кбит/с	Число потоков	Относительная нестабильность тактовой частоты δf
Е0
Е1		32Е0	50*10-6
Е2		4Е1
Е3		16Е1	20*10-6
Е4		64Е1	15*10-6

 

Нулевой уровень PDH (Е0) является цифровым сигналом (В=64 кбит/с), соответствующий восьмиразрядному КИ Е1 длительностью 3,91 мкс. Канал, по которому передаётся информация с упомянутой скоростью, называется основным цифровым каналом (ОЦК).

Второй уровень РDН – сигнал Е2, организуется путём объединения четырёх сигналов Е1 согласно рек. G.742 МСЭ-Т. Скорость передачи Е2 – 8,448 мбит/с.

Третий уровень РDН организуется путём объединения либо четырёх сигналов Е2, либо шестнадцати Е1 в сигнал Е3, передающийся со скоростью 34,368 мбит/с (рек. G.751 МСЭ-Т).

Четвёртый уровень РDН организован путём объединения четырёх сигналов Е3 в сигнал Е4, скорость передачи которого составляет 139,264 мбит/с (рек. G.703).

Устройства, преобразующие указанные в ТЗ информационные сигналы в стандартные потоки Е1, называются гибкими мультиплексорами (ГМТ) (рисунок 2.1).

 

 

Е₁

интерфейс линейный

компонентных интерфейс 1

потоков эл.

МТ

ГМТ

2

тлф опт

Е3

nВ+Д

Р/В 16

Ethernet

Рисунок 2.1 Рисунок 2.2

 

Устройства, преобразующие N цифровых потоков более низкого уровня РDН в цифровой поток более высокого уровня также называются мультиплексорами (МТ). Например, на рисунке 2.2 показан МТ, преобразующий 16 ЦП Е1 в ЦП Е3.

Современные цифровые волоконно-оптические СП широко используют ЦП синхронной цифровой иерархии – SDH. В отличие от PDH, цифровые потоки SDH характеризуются большей скоростью, значительно меньшей относительной нестабильностью тактовой частоты (порядка 10^-11), а сама иерархия содержит большее количество уровней (256). Из них в настоящее время чаще всего используются 1, 4, 16, 64 уровни. В таблице 2.2 приведены уровни SDH

 

Таблица 2.2 - Уровни SDH

 

Уровни	Скорость передачи, Мбит/с	Округлённое значение, Мбит/c	Тип транспортного модуля SDH	Емкость в потоках PDH
	51.84		STM-0	21Е1
	155.52		STM-1	63Е1
	622.08		STM-4	252Е1
	2488.32		STM-16	1008Е1
	9953.28		STM-64	4032Е1
	39813.12		STM-256	16128Е1

 

Сигналы иерархий PDH и SDH представляют собой непрерывные во времени потоки импульсов, скорость передачи которых соответствует уровням иерархий, приведенным в таблицах 2.1 и 2.2. Кроме этих сигналов, в настоящее время для передачи данных широко применяются потоки импульсов, сформированные в виде пакетов, между которыми существуют определённые временные интервалы. В мире существует несколько типов пакетных технологий передачи информации (например, АТМ). Однако, наиболее часто в настоящее время используется пакетная технология по протоколам Ethernet. В таблице 2.3 приведены уровни иерархии Ethernet.

 

Таблица 2.3 - Уровни иерархии Ethernet

 

Скорость передачи, Гбит/с	Обозначение
0.01	10Е
0.1	100Е,FE
	GE
	10GE
	100GE

 

Важным понятием при проектировании систем передачи и телекоммуникационных сетей является «интерфейс». Согласно [1] «…интерфейс – граница между двумя взаимодействующими системами (устройствами), определяемая общими функциональными и конструктивными характеристиками, требованиям и протоколам обмена, и т.д…». При аппаратурной реализации интерфейс – набор блоков, содержащих усилители (регенераторы), согласующие трансформаторы, адаптеры и т.д., которые позволяют согласовать, например, коммутационные узлы с аппаратурой ЦСП.

Интерфейсы компонентных потоков (данные, цифровое ТВ, и т.д.) преобразуют в стандартные ЦП РDН (чаще всего в Е1). Полученный сигнал преобразуется в линейном интерфейсе в линейный электрический, а затем в оптический сигналы (рисунок 1).

 

Преобразования компонентных сигналов

2.2.1. Аналоговые сигналы.

Тридцать аналоговых телефонных сигналов (ТЛФ) преобразуются в сигнал первого уровня РDН – Е1 (рисунок 1). При этом число сигналов управления и взаимодействия (СУВ) зависит от типа коммутационного узла (например, АТС) Один сигнал радиовещания (р/вещ) преобразуется в три (внутризоновое р/вещ), либо в четыре (магистральное р/вещ) канальных интервала (КИ) цифрового потока (ЦП) Е1.

 

2.2.2. Данные.

Символы низкоскоростной передачи данных (В≤64 кбит/с) через адаптеры интерфейса выставляются на соответствующие импульсные позиции цикла Е1. Для этой цели можно использовать биты n, либо иные биты (например, 1 разряд 0КИ), если это предусмотрено техническими характеристиками аппаратуры. Таким образом, низкоскоростные данные можно передавать совместно с информацией, содержащейся в 30КИ.

Кроме того, для низкоскоростной передачи данных могут быть выделены канальные интервалы Е1. Например, для передачи данных со скоростью 2В необходимы 2КИ, для передачи данных со скоростью D (16 кбит/с ≤ D ≤ 64 кбит/с) используются позиции 16 КИ (либо весь 16КИ), и т.д. Скорости передачи для различных видов информации приведены в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4 - Информационные сигналы и соответствующие скорости передачи

информация	ТЛФ (ОЦК)	В	протокол Ethernet	nВ+D	файл		видео ТЛФ (ВТ)	ЦТ ст/сж	видео конф. св.	дист. мед. обсл.	р/вещ маг/зн
Скорость передачи, Мбит/с	0.064	0.064	10, 100,	n64+D				110/34			4В/3В
Рекомендуемые для передачи стандартные уровни РDН (Р) или SDH (S)	1P	1P	1P,1S3P,4S16S, 64S	1Р	3Р		1P	1S 3P	3P	3P	1P

Примечание: n=2, 6, 30. Для n=2, D=16 кбит/с. Для n > 2, D=64 кбит/с, тлф - телефония, ЦТ - цветное ТВ, ст - стандартное. сж - сжатое, р/вещ маг/зн - радиовещание магистральное/внутризоновое,1P-Е1,1S-STM-1,и.т.д.

 

Пользуясь данной таблицей, необходимо преобразовать заданные в ТЗ нагрузки в стандартные потоки РDН и SDH. При этом рекомендуется все компонентные потоки со скоростью В ≤ 2,048 Мб/с преобразовать в потоки Е1, со скоростью В > 2,048 – в потоки Е3 или STM-1. Эти потоки подключаются к стандартным мультиплексорам. Цифровые потоки: файлы, цветной факс, и другие цифровые потоки целесообразно подключать к портам коммутаторов Ethernet, или через адаптеры. Адаптер – устройство, преобразующее компонентный ЦП в стандартный поток РDН. Например, файл со скоростью 10 Мб/с через адаптер преобразуется в поток Е3. В таблице 2.5 приведен пример преобразований нагрузок в стандартные потоки РDН или SDH.

 

Таблица 2.5 - Результат преобразований нагрузок в ЦП РDН и SDH

 

Направления	А-Б	А-Г
Тип информации	Число сигналов по ТЗ	Е1	Ethernet	Е3	S1	Число сигналов по ТЗ	Е1	Ethernet	Е3
тлф
В		0.3					0.8
nВ+D	n = 2,10	0.8				n = 6,1	0.24
Файл			10Base-T					10Base-T
ВТ			10Base-T					10Base-T
Е1
ЦТ ст/сж	1/0					0/1
Видео конф.			10Base-T					10Base-T
Дист.мед.об			10Base-T					10Base-T
Р/В маг/внз	1/2	0.3				0/1	0.1
Сумма ЦП		13.4	10Base-T				8.14	10Base-T

 

В таблице 2.5 в качестве примера рассматриваются преобразования нагрузок передающихся в направлениях А-Б и А-Г. Так как в ЦП Е1 – 30КИ, и каждый канальный интервал является основным цифровым каналом (ОЦК, В = 64 кб/с), то для передачи телефонных сигналов нужно число потоков Е1: N = 300/30 = 10. Для передачи 10 сигналов 2В+D нужно 2В*10 + D*10 = 24 КИ (см. примечание к таблице 2.4). Следовательно для передачи этих сигналов необходимо 24/30=0.8Е1. Кроме того, с помощью потоков Е1 передаются сигналы радиовещания - магистральное (маг) и внутризоновое (внз). Из таблицы 2.5 следует, что для передачи магистрального РВ используются 4КИ, внутризонового – 6КИ, то есть, 0,3Е1. Заметим, что в современных мультимедийных приложениях для передачи РВ могут потребоваться и более высокие скорости (до 1 Мб/с). Наконец, потоки Е1 формируются электронными АТС (коммутационными узлами), которые непосредственно могут включаться в интерфейсы МТ Е3,или STM-1 (рисунки 2.1, 2.2).

Некоторые виды информации (например, видеоконференция, дистанционное медобслуживание, файл, видеотелефон) целесообразно передавать, применяя пакетную технологию по протоколам Ethernet. Поэтому при передаче этих видов информации будет использоваться интерфейс со скоростью 10Мбит/с 10Base-T (см. таблицу 2.3).

После составления таблицы 2.4, исходя из заданной топологии сети, необходимо рассчитать количество потоков Е1, Е3, S1 и 10Base-T на участках сети. Пусть, например, простейшая сеть состоит из двух участков (рисунок 2.3). Такая топология называется линейной, или “точка-точка”.

 

Рисунок 2.3 Рисунок 2.4

 

Округляя в большую сторону число потоков Е1, из последней строки табл.2.4 получим, что на участке А-Г необходимо организовать 23 ЦП Е1, 1 ЦП Е3, 10 (10Base-T) и 1 ЦП S1. На участке Г-Б, соответственно, организовать 14 ЦП Е1, 6 (10Base-T) и 1 ЦП S1. Реально, оптическая сеть, содержащая несколько узлов, может характеризоваться более сложной структурой (большей связностью). Например, сеть на рисунке 2.4, состоящая из 4-х пунктов, построена по радиально-кольцевой топологии. Такая топология позволяет организовать защиту информации. Например, часть ЦП между п. В-Б можно передавать по кратчайшему пути (против часовой стрелки), а часть – через пункт Г (по часовой стрелке). Если кабель между п. В-Б повредился, информацию можно передавать через п. Г (В-Г-Б). Понятия о методах защиты трактов и секций в оборудовании SDH приведены в [4]. В кольцевой структуре сети можно воспользоваться методом защиты трактов SNCP, и двунаправленной защитой секций. Это приводит к необходимости удвоения числа секций и трактов в такой сети. Для защиты линейной сети (точка-точка), целесообразно, например, по другой стороне дороги проложить оптический кабель (ОК), и защищать тракт между логическими блоками МSP [2]. Резервный ОК можно подвесить, и.т.д. При такой защите, однако, нужно удваивать число агрегатных блоков при комплектации оборудования. В расчётах обязательно следует учитывать увеличение числа трактов и каналов на участках сети из-за выбранного способа защиты. Во всех случаях следует результаты расчетов числа цифровых потоков по участкам оформить в виде таблицы 2.6. Данные этой таблицы соответствуют приведенному выше примеру (таблица 2.5).

 

Таблица 2.6 - Расчет цифровых потоков по участкам сети

Участки	А-Г	Г-Б
Направления	Е1	Ethernet	Е3	S1	Е1	Ethernet	Е3	S1
А-Б
А-Г
Сумма ЦП….
….

 

Цифровая система передачи