синхронные транспортные модули

Синхронные транспортные модули.Новая цифровая иерархия была задумана как скоростная информационная автострада для транспортирования цифровых потоков с разными скоростями. В этой иерархии объединяются и разъединяются потоки со скоростями 155,520 Мбит/с и выше. Поскольку способ объединения потоков был выбран синхронный, то данная иерархия получила название синхрон­ной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH).

Для транспортирования цифрового потока со скоростью 155 Мбит/с создается синхронный транспортный модуль (Synchronous Transport Module) STM-1. Его упрощенная структура дана на рис. 6.7. Модуль представляет собой фрейм (рамку) 9 • 270 = 2430 байт. Кроме передаваемой информации (называемой в литературе полезной на­грузкой), он содержит в 4-й строке указатель (Pointer, PTR), опреде­ляющий начало записи полезной нагрузки.

Чтобы определить маршрут транспортного модуля, в левой части рамки записывается секционный заголовок (Section Over Head -ЗОН). Нижние 5 • 9 = 45 байтов (после указателя) отвечают за достав­ку информации в то место сети, к тому мультиплексору, где этот транспортный модуль будет переформировываться. Данная часть заголовка так и называется: секционный заголовок мультиплексора (MSOH). Верхние 3 • 9 = 27 байтов (до указателя) представляют собой секционный заголовок регенератора (RSOH), где будут осуществ­ляться восстановление потока, «поврежденного» помехами, и ис­правление ошибок в нем.

Один цикл передачи включает в себя считывание в линию такой прямоугольной таблицы. Порядок передачи байтов - слева направо, сверху вниз (так же, как при чтении текста на странице). Продолжи­тельность цикла передачи STM-1 составляет 125 мкс, т.е. он повторя­ется с частотой 8 кГц. Каждая клеточка соответствует скорости пере­дачи 8 бит • 8 кГц = 64 кбит/с. Значит, если тратить на передачу в линию каждой прямоугольной рамки 125 мкс, то за секунду в линию бу­дет передано 9 • 270 • 64 Кбит/с = 155520 Кбит/с, т.е. 155 Мбит/с.

7. Схема нелинейного кодера

   На рисунке 10 представлена упрощённая схема нелинейного кодера взвешивающего типа, реализующего прямое кодирование АИМ сигнала.

Рисунок 10. Схема нелинейного кодера взвешивающиего типа

     Структурная   схема нелинейного   кодера   взвешивающего   типа,   содержащая   схему , сравнения   (СС), схему переключения и суммирования эталонов (СПСЭ), две схемы формирования эталонных сигналов   (ФЭ1 и ФЭ2)  для   положительных и отрицательных отсчетов, управляющую логическую схему (УЛС). Кодирование осуществляется в течение восьми тактов, в каждом из которых формируется один из символов кодовой комбинации.

     При этом можно выделить три следующих этапа нелинейного кодирования:

     - определение полярности кодируемого отсчета Р (такт 1);

     - определение сегмента, в котором находится кодируемый отсчет XYZ  (2,3,4 такт);    

     - определение шага квантования внутри сегмента ABCD  (5,6,7,8 такт).

 

 

8. Преимущества SDH перед PDH

Преимущества иерархии SDH перед PDH очевидны. Прежде всего, технология SDH с самого начала была ориентирована на использование оптического волокна в качестве среды передачи. Иерархический ряд скоростей SDH продолжился далеко за пределы всех иерархий PDH и в настоящее время достиг 40 Гбит/с. Была разработана новая структура фреймов (модулей), позволившая осуществлять маршрутизацию потоков в сети.
Синхронность технологии SDH заключается не только в фиксированном размере модулей, но и в использовании центрального источника синхроимпульсов, что устранило вероятность нарушения синхронизации в случае потери информационных импульсов. Улучшилась управляемость сети независимо от ее сложности, повысилась надежность сети за счет резервирования. Кроме прочих достоинств в SDH появилась новая возможность – выделение полосы пропускания по требованию, т.е. динамически, в процессе самого сеанса связи путем предоставления соединению более высокоскоростного виртуального канала.
Бесплатным, но очень полезным, приложением к этой возможности стала прозрачность системы для передачи практически любых цифровых потоков, синхронных и асинхронных, сформированных с помощью других технологий, таких как ATM (Asynchronous Transfer Mode), IP (Internet Protocol), FR (Frame Relay). В частности, поддержка технологии асинхронной передачи ячеек ATM в сетях SDH является очень перспективным решением для глобальных высокоскоростных сетей с передачей разнородного трафика различных служб. Расчет показывает, что при использовании для передачи DVB-C сигнапов интерфейса ЕЗ емкость канала STM-1 будет использоваться лишь на 58%, а в случае интерфейса ТЗ эта цифра составит 77%. Использование технологии ATM повышает эффективность использования канала примерно до 87%.

 

9. Схема нелинейного декодера

На рисунке 14 представлена схема нелинейного декодера взвешивающего типа.

Рисунок 14. Нелинейный декодер взвешивающего типа

     Нелинейный декодер содержит:

     - цифровой регистр ЦР;

     - блок экспандирующей логики ЭЛ;

     - блок выбора и коммутации эталонных токов БКЭ;

     - генератор эталонных токов положительной полярности ГТЭ1;

     - генератор эталонных токов отрицательной полярности ГТЭ2.

      Этапы нелинейного декодирования:

      - определение полярности. Если в первом разряде находится 1- положительная полярность; 0-отрицательная;

      - определение основного тока;

      - определение дополнительных токов;

      - определение эталонного тока коррекции.

      В нелинейном декодере  восьмиразрядная кодовая группа принятого ИКМ сигнала записывается в ЦР, формируясь на выходах 1…8 в виде параллельного 8-разрядного двоичного кода. Первый разряд этой кодовой комбинации определяет полярность включаемого ГЭТ, а  2,3,4 разряды – номер сегмента, 5,6,7,8- уровень квантования на характеристике экспандирования, в соответствии с принятой кодовой комбинацией включаются эталоны, суммарный ток которых определяет величину (амплитуду) декодированного отсчета АИМ сигнала.

10. Иерархия построения SDH

Рассмотрим общие особенности построения синхронной цифровой иерархии SDH.

Первая особенность иерархии SDH - процедура формирования структуры фрейма. Для этого сам фрейм достаточно представить в виде некоторого контейнера стандартного размера (в силу синхронности сети его размеры не должны меняться), имеющего сопровождающую документацию - заголовок, где собраны все необходимые для управления и маршрутизации контейнера поля-параметры, и внутреннюю емкость для размещения полезной нагрузки, где должны располагаться однотипные контейнеры меньшего размера (нижних уровней), которые также должны иметь некий заголовок и полезную нагрузку и т. д. по принципу матрешки, или по методу последовательных вложений, или инкапсуляции.

Вторая особенность иерархии SDH - трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии PDH.

Виртуальные контейнеры могут объединяться в группы двумя различными способами. Контейнеры нижних уровней могут, например, мультиплексироваться (т.е. составляться вместе) и использоваться в качестве полезной нагрузки контейнеров верхних уровней (т.е. большего размера), которые, в свою очередь, служат полезной нагрузкой контейнера самого верхнего уровня (самого большого размера) - фрейма STM-1.

Такое группирование может осуществляться по жесткой синхронной схеме, при которой место отдельного контейнера в поле для размещения нагрузки строго фиксировано. С другой стороны, из нескольких фреймов могут быть составлены новые (более крупные) образования мультифреймы.

Третья особенность иерархии SDH – положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки.

Хотя размеры контейнеров различны и емкость контейнеров верхних уровней достаточно велика, может оказаться так, что либо она все равно недостаточна, либо под нагрузку лучше выделить несколько (в том числе и с дробной частью) контейнеров меньшего размера. Для этого в SDH технологии предусмотрена возможность сцепления или конкатенации контейнеров (составление нескольких контейнеров вместе в одну структуру, называемую связистами «сцепкой»). Составной контейнер отличается соответствующим индексом от основного и рассматривается (с точки зрения размещения нагрузки) как один большой контейнер.

Четвертая особенность иерархии SDH - несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки.

Пятая особенность иерархии SDH состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного (нормального для технологий пакетной обработки в локальных сетях) поля заголовков размером 9х9=81 байт. Хотя перегруженность общим заголовком невелика и составляет всего 3,33%, он достаточно большой, чтобы разместить необходимую управляющую и контрольную информацию и отвести часть байт для организации необходимых внутренних (служебных) каналов передачи данных. Учитывая, что передача каждого байта в структуре фрейма эквивалентна потоку данных со скоростью 64 кбит/с, передача указанного заголовка соответствует организации потока служебной информации эквивалентного 5,184 Мбит/с.

Естественно, что при построении любой иерархии должен быть определен либо ряд стандартных скоростей этой иерархии, либо правило его формирования и первый (порождающий) член ряда. Если для PDH значение DSO (64 кбит/с) вычислялось достаточно просто, то для SDH значение первого члена ряда можно было получить только после определения структуры фрейма и его размера. Схема логических рассуждений достаточно проста. Во-первых, поле его полезной нагрузки должно было вмещать максимальный по размеру виртуальный контейнер VC-4, формируемый при инкапсуляции триба 140 Мбит/с. Во-вторых, его размер: 9х261=2349 байт и определил размер поля полезной нагрузки STМ-1, а добавление к нему поля заголовков определило размер синхронного транспортного модуля STM-1: 9х261+9х9=9х270=2430 байт или 2430х8=19440 бит, что при частоте повторения 8000 Гц позволяет определить и порождающий член ряда для иерархии SDH: 19440Х8000=155,52 Мбит/с.

 

11. Линейные коды: однополярные ЧПИ, МЧПИ

Однополярные коды делятся на NRZ и RZ коды:

· NRZ – без возврата к нулю, т.е. значение сигнала не возвращается к нулю за время передачи символа

RZ – с возвратом к нулю, т.е. за время передачи символа сигнал меняет свое значение и возвращается к нулю

Неэфф: наличие достаточно большой мощности постоянной сост; наличие ббольшого кол-ва гармон сост; ширина спектра такого сигнала достаточно большая

Для того что бы сигнал передавался без больших искажений, необходимо обеспечить передачу пятой гармоники (всех до 5 гармоники, в крайнем случае до 3),. В связи с этим большое применение получил линейный код ЧПИ (код с чередованием полярностей импульсов).
Основные преимущества: отсутствие постоянной сост; отсутствие высших гармонических сост; ширина спектра небольшая с минимумом сигнала напряжения на полутактовой частоте; сигнал передается по линии при использовании кода ЧПИ имеет частоту 0,5f; f1c=0.5t

Недостаток: в составе линейного сигнала отсутствует тактовая частота, которая необходима для синхронизации работы аппаратуры. Необходимо усложнение оборудования для получения тактовой частоты на приемной (промежуточной, оконечной) станции. И однополярный и ЧПИ – может передаваться по линии длительная нулевая последовательность, что приводит к осложнению выделения тактовой частоты, что приводит к ошибкам в регенераторах.

Последний недостаток устраняется в МЧПИ. В коде МЧПИ подряд может передаваться не более трех нулей. 4 и более нулей замещают алгоритмами 000V или B00V. В алгоритме 000V вместо четвертого нуля формируется «1», которая совпадает с предыдущем символом.

B00V – в первом символе вместо «0» формируется импульс по фазе противоположный фазе предыдущего импульса.

Алгоритм 000V используется если между соседними длительными нулевыми последовательностями имеется нечетное количество информ импульсов.

Алгоритм B00V используется тогда, когда между длительными нулевыми послед имеется четное кол-во инф ед. (импульсов).