· передвижение (передача) STM по сети с возможностью ввода/вывода цифровых потоков (контейнеров) в промежуточных пунктах;
· передача контейнеров, несущих полезную информацию из одной части сети в другую в одном и том же узле;
· объединение нескольких однотипных потоков (STM) в потоки (STM) более высокого уровня;
· восстановление формы и амплитуды сигналов, передаваемых на большие расстояния;
· сопряжение сети SDH с сетями пользователей (сети доступа) с помощью согласующих устройств.
Для решения поставленных задач в состав SDH входят следующие модули:
· мультиплексоры;
· концентраторы;
· регенераторы;
· коммутаторы.
Мультиплексор – основной модуль сети SDH.
Мультиплексор выполняет следующие функции:
· объединение низкоскоростных потоков в высокоскоростной поток (мультиплексирование) и наоборот (демультиплексирование);
· обеспечение доступа (терминального доступа) низкоскоростных каналов иерархии PDH к входным портам SDH;
· решение задач локальной коммутации, концентрации регенерации цифровых потоков.
Различают два основных вида мультиплексоров: терминальный (ТМ) и мультиплексор ввода/вывода (ADM).
ТМ является оконечным устройством сети SDH с некоторым числом каналов доступа (оптических и электрических).
ТМ имеют один или два входа/выхода. Два входа/выхода используются ля повышения надежности. К входам/выходам ТМ (агрегатным) подключаются ВОЛП, образуя линейные тракты первичной сети.
Мультиплексор ADM отличается от ТМ наличием 2-х или 4-х оптических агрегатных входов/выходов при том же числе каналов доступа, что и в ТМ. Дополнительно к возможностям коммутации, осуществляемой ТМ, ADM позволяет осуществлять:
· сквозную коммутацию цифровых потоков в обоих направлениях;
· осуществлять замыкание канала приема на канал передачи на обеих сторонах («восточной» и «западной») в случае выхода из строя одного из направлений;
· пропускать в случае аварийного выхода из строя мультиплексора основной оптический поток мимо него в обходном режиме.
Все это дает возможность использовать ADM в топологиях типа «кольцо».
Концентратор – это мультиплексор, объединяющий несколько, как правило, одинаковых (со стороны входных портов) потоков, поступающих от удаленных узлов сети в один распределительный узел сети SDH, не обязательно также удаленный, но связанный с основной транспортной сетью.
Этот узел может также иметь не два, а три или четыре или больше линейных портов типа STM-1 или STM-N и позволяет организовывать ответвление от основного потока или подключение нескольких узлов ячеистой сети к кольцу SDH. В общем случае он позволяет уменьшить общее число каналов, подключенных непосредственно к основной транспортной сети SDH. Мультиплексор распределительного узла позволяет локально коммутировать подключенные к нему каналы, давая возможность удаленным узлам обмениваться через него между собой, не загружая основную сеть.
Регенератор – мультиплексор, который имеет два или четыре агрегатных входа/выхода и специальные каналы доступа, предназначенные для обслуживания сети SDH. Регенератор используется для увеличения расстояния между узлами сети путем восстановления формы и амплитуды сигналов полезной нагрузки. Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путем регенерации сигналов полезной нагрузки.
Коммутатор (DXC) – устройство, которое позволяет связывать различные пользовательские каналы путем организации постоянных или временных (полупостоянных) перекрестных соединений между ними.
Коммутаторы применяются в узлах большой пропускной способности, где необходимо гибкое управление нагрузкой различных направлений.
Для того чтобы спроектировать сеть SDH, необходимо, прежде всего, выбрать структуру сети. Известны следующие основные базовые топологии (структуры), на основе которых может быть составлена топология сети в целом.
Топология «точка-точка».
В этом случае соединение двух узлов А и В осуществляется с помощью терминальных мультиплексоров. Топология «точка-точка» может быть использована для участков магистральной сети с большой протяженностью и значительной нагрузкой (уровни STM-16, STM-64) при 100% резервировании линий и группового оборудования аппаратуру (мультиплексоров и регенераторов).
Топология «линейная цепь».
Эта конфигурация используется тогда, когда интенсивность нагрузки в сети невелика и существует необходимость ответвления в ряде точек на линии, где могут вводиться и выводится каналы доступа. Линейная цепь реализуется с помощью ТМ на обоих концах цепи и мультиплексоров ADM в точках ответвления.
Указанная структура может быть реализована без резервирования или при 100% резервировании (резервирование типа 1+1).
Топология «звезда».
Эта топология применяется для подключения удаленных узлов сети к транспортной магистрали. При этом один из мультиплексоров выполняет функции концентратора, у которого часть нагрузки выводится к терминалам пользователя, а оставшаяся нагрузка распределяется по другим узлам сети. В этом случае мультиплексор должен обладать свойствами мультиплексора ввода/вывода с развитыми возможностями коммутатора.
Топология «кольцо».
Эта топология часто используется для построения местных и внутризоновых первичных сетей связи. В синхронной цифровой иерархии это наиболее используемая структура для уровней STM-1, STM-4, STM-16. Основное преимущество кольцевой структуры – простота реализации защиты 1+1, благодаря использованию для построения кольца мультиплексоров ADM. Переключения в кольце позволяют локализовать (организовать обход) поврежденные участки линий или мультиплексоры. Кольцевая структура первичной сети может быть двух видов: двухволоконное кольцо и четырехволоконное кольцо. Второй вариант рекомендуется для организации сети на уровне STM-16.
Кольцевые сети могут обеспечить высокую надежность и экономичность по сравнению с указанными вариантами построения первичной сети.
Существует два варианта построения сети кольцевой топологии: однонаправленное и двунаправленное кольцо.
При первом варианте каждый входящий в сеть цифровой поток направляется вокруг кольца в обоих направлениях, а в пункте приема осуществляется выбор наилучшего сигнала. Для построения кольца используются два волокна. Передача по основному пути происходит в одном направлении (например, по часовой стрелке), а по резервному – в противоположном. Следует отметить, что деление на основной и резервный здесь является условным, т. к. оба пути равноправны. Поэтому, такое кольцо, называется однонаправленным с переключением трактов или с закрепленным резервом.
Однонаправленное кольцо целесообразно использовать для случая центростремительного трафика. Например, для построения внутризоновой первичной сети и т. п.
В двунаправленном кольце при нормальной работе, если используется два волокна, каждый входящий поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении (отсюда и название «двунаправленное»).
При возникновении отказа, с помощью мультиплексора ADM на обоих концах отказавшего участка, осуществляется переключение секций сети SDH или защита с совместноиспользуемым резервом.
Возможно строительство двунаправленного кольца с четырьмя волокнами. При этом надежность кольца увеличивается, но существенно возрастают и затраты на его построение.
Двунаправленные кольца выгодны при достаточно равномерном тяготении узлов коммутации вторичной сети. Поэтому двунаправленные кольца широко используются для построения первичной сети города.
Архитектура сетей SDH.
Архитектурные решения при проектировании сети могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, рассмотрим здесь только сети, комбинирующие элементарные топологии.
Радиально-кольцевая архитектура. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь». Вместо последней может быть использована более простая топология «точка-точка». Число радиальных ветвей ограничивается допустимой нагрузкой (общим числом каналов доступа) на кольцо.
Архитектура типа «кольцо-кольцо». Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии.
Каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровней -STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении можно использовать необходимые оптические каналы доступа предыдущего иерархического уровня при переходе от кольца одного уровня к другому (например, триб STM-1 при переходе на кольцо STM-4 и триб при переходе не кольцо STM-16).
Архитектура разветвлений сети общего вида. В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для глобальных сетей. Например, разветвленная сеть SDH с каскадно-кольцевой и ячеистой структурой. Остов (или опорно-магистральная сеть) ее сформирован для простоты в виде одной сетевой ячейки, узлами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу «каждый с каждым». К этому остову присоединены периферийные сети SDH различной топологии, которые могут быть «образами» либо корпоративных сетей SDH, либо сегментов других глобальных сетей, либо общегородских сетей SDH. Эта структура может рассматриваться как некий образ глобальной сети SDH.
В нашей работе мы будем использовать топологию «двунаправленного кольца».
В качестве исходных данных при разработке оптимальной структуры сети используем план населенного пункта, на котором отмечено расположение телефонных станций. Кроме того известна структура ситуационных трасс (см. рисунок 4.2.1), по которым возможна прокладка кабеля. Каждый участок ситуационных трасс характеризуется расстоянием (одно деление сетки улиц составляет 6 км). Требуется найти оптимальную кольцевую структуру трасс, соединяющих все станции. Будем использовать приведенный ниже алгоритм[1].