sdh pdh что это
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия – технология передачи высокоскоростных данных на большие расстояния с использованием в качестве физической среды проводных, оптических и радиолиний связи. Данная технология пришла на смену PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), которая обладала существенным недостатком: сложностью выделения из высокоскоростных потоков низкоскоростных трибутарных каналов. Причина заключается в том, что потоки более высокого уровня в PDH получаются путем последовательного мультиплексирования. Соответственно, для выделения потока необходимо развертывать весь поток, т.е. проводить операцию демультиплексирования. При этом придется устанавливать дорогостоящее оборудование в каждом пункте, где необходима такая процедур,что значительно увеличивает стоимость строительства и эксплуатации высокоскоростных линий PDH. Технология SDH призвана решить эту проблему. Скорости для SDH уже не ограничиваются 500 Мбит/сек, как это было в PDH.
Пример сети SDH с промежуточным извлечением потока Е1 из потока STM-4
Рассмотрим принципы построения синхронной цифровой иерархии. Скорость самого медленного цифрового потока в SDH, получившего название STM-1, составляет 155,52 Мбит/сек. Вся полезная нагрузка передается в, так называемом, виртуальном контейнере VC. Информация может быть загружена либо непосредственно в контейнер, либо если речь идет о потоках PDH, то используются дополнительные промежуточные контейнеры, возможно не с одним уровнем вложения. В любом случае в итоге, вся информация должна быть размещена в пределах виртуального контейнера STM-1. К каждому виртуальному контейнеру добавляется заголовок, который несет в себе служебную информацию: адресную информацию, информацию для обнаружения ошибок, данные о полезной нагрузке и т.д. Контейнеры всегда имеют фиксированную длину. Для получения более высокой скорости применяется мультиплексирование 4-х потоков STM-1 в один поток STM-4. Таким образом, удается получить скорость 622,08 Мбит/сек. Для получения еще большей скорости применяется еще одно мультиплексирование четырех STM-4 в один поток STM-16, для передачи которого требуется скорость 2488,32 Мбит/сек и т.д. Общая схема увеличения скорости: четыре STM-N мультиплексируются в один STM-4хN. В отличие от PDH общая схема мультиплексирования неизменна для любых скоростей. В таблице ниже представлены первые шесть уровней иерархии SDH.
Обозначение потока SDH
Скорость потока, Mбит/с
Причем SDH не ограничена STM-1024. На текущий момент основным ограничением для повышения скорости SDH являются максимально возможные скорости существующих технологий передачи данных. Теоретически, цифровую синхронную иерархию можно продолжать и дальше до бесконечности.
Североамериканским аналогом технологии SDH является SONET (Synchronous Optical Networking – синхронные оптические сети). В отличие от SDH эта технология больше приспособлена для передачи североамериканских каналов PDH. Однако скорости аналогичных уровней иерархии обеих систем аналогичны. Поэтому данные системы могут взаимодействовать без какого-либо ущерба.
В сотовых системах связи SDH получил достаточно широкое распространение. Преимущественно он используется при строительстве магистральных линий связи. Особенно актуальная технология SDH становится после появления первых сетей 3G, таких как UMTS, которые предусматривают значительно увеличение объемов передаваемых данных. Благодаря возможности масштабирования скоростей можно с уверенностью сказать, что SDH будет актуальна и при строительстве сетей сотовой связи 4G, например LTE или Mobile WIMAX.
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
Sdh pdh что это
PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)
По началу PDH использовался телефонистами и объединял крупные узлы телефонной сети. Для своих нужд он был довольно функционален. Однако, рано или поздно, возникла необходимость передавать данные, к чему PDH изначально был не очень приспособлен. К тому же, в мире существовало 3 стандарта PDH, и европейцы, японцы и американцы не могли передавать трафик между друг-другом. Хотя наверное как-то могли все же. Однако, в общем и целом, технологии не были совместимы.
Основной проблемой PDH обычно обозначается тот факт, что из потока данных нельзя вычленить данные более мелких уровней не демультиплексируя поток до него. Что я имею в виду?
Обратимся к тому же примеру. Допустим вместо одного голосового канала на одной из наших телефонных станций, какой-то крупный и богатый юрик (на тот момент) передает 64 Кбит/с своих данных. Более того, богатый юрик хочет, чтобы этот канал вел не на соседнюю АТС, а был выведен где-то по середине. Для реализации такого простого случая, в промежуточной точке надо сначала разобрать E3 на E2, каждый E2 разобрать на E1, каждый E1 разобрать на DS0 потоки по 64Кбит/с, один из потоков вывести юрику, потом собрать оставшиеся DS0 в E1 (добив мусором пустое место), собрать E2 в E3 и отправить данные в сторону соседней АТС, куда они изначально-то и шли. Заметьте, это нужно только для того чтобы передать данные в одну сторону. Нет никакой возможности глядя на поток данных E3 сразу же выцепить оттуда определенный DS0 или E1. Оборудование просто не знает где оно, на этих потоках просто нет никаких меток. Вычислить где тот или иной поток по времени так же невозможно, потому что всегда в среде есть мусорные данные, которые получаются хотя бы потому, что данные на мультиплексор не могут прийти все одновременно. Какие-то потоки пришли чуть позже, какие-то чуть раньше, мультиплексор вынужден добивать такие данные мусорными последовательностями, чтобы осуществить мультиплексирование и передачу данных.
SHD (Synchronous Digital Hierarchy)
Новая технология сразу создавалась для передачи любых данных. Она была призвана избавить инженеров от всех проблем, который принес в их жизнь PDH. Стоит сказать, что технология SDH действительно удалась. Мне она очень нравится, даже не смотря на её сложность.
Принцип работы SDH схож с PDH. Все тоже мультиплексирование TDM, однако для того чтобы расширить функционал, сама схема мультиплексирования немножко усложнилась. Сразу обратимся к одной из них. Технология много раз дорабатывалась, в итоге редакций этих схем штуки три точно. Да, забыл упомянуть, что создать одну единственную схему работы опять не получилось, в итоге есть SONET (американцы) и просто SDH (разрабатывался европейским институтом ETSI). Различий не так много, на схеме ниже встретимся с первым из них. Рисовать самому схему мультиплексирования было бы слишком, поэтому я нашел картинку в интернете.
 |
| Каюсь, не мой контент. Взято с Wikipedia.org |
Пробежимся по этой схеме. Допустим, у нас есть SDH мультиплексор на вход которого приходит поток E1.
1. Мультиплексор сразу же добивает к нему биты для того чтобы выровнять его по времени. После этой процедуры получается некая сущность (контейнер) С-12.
2. Потом добавляется ещё один заголовок POH, в котором содержится маршрутная информация, которая идентифицирует контейнер. Это позволит вытащить этот контейнер на любом мультиплексоре по пути не разбирая весь поток на более элементарные. В результате получается другая сущность (virtual container) VC-12.
3. Далее добавляется ещё один заголовок PTR и получается сущность TU-12 (tributary unit). Среди прочих функций, заголовок PTR позволяет правильно собрать последовательность многих TU в одну группу.
4. Настало время первого мультиплексирования, три TU-12 укладываются в TUG-2 (tributary unit group). Семь таких групп TUG-2 может быть смультиплексировано в VC-3 (по мнению американцев) или в ещё одну группу TUG-3 (по мнения европейских коллег).
5. Далее по европейской нотации три TUG-3 мультиплексируются в VC-4, при этом к TUG-3 добавляется заголовок POH, которая позволит потом идентифицировать контейнер. На VC-4 в свою очередь добавляется PTR и вся эта каша из данных и заголовков теперь называется AU-4 (administrative unit).
6. Все AU собираются в группы AUG-1. На AUG-1 добавляется последний заголовок SOH, который делится на мультиплексную секцию и регенераторную. Внутри просто жесть. Если очень грубо, то в мультиплексной секции имеется маршрутная информация о том куда отправить эту сущность, а в регенераторной секции содержится информация для регенераторов. Они расставлены по сети и их задача просто электрически регенерировать сигнал. Далее AUG пакуется в STM-1. Как-то так ) Интересно, кто-то ещё читает.
Protection
В заголовке POH, который добавляется на уровне VC присутствует так же информация, которая позволяет организовать запасные пути для каналов.
Они могут быть:
На уровне Client Trail. В нашем примере это уровень VC-12, когда появился первый заголовок POH. Это уровень наиболее близкий к абоненту, по сути это и есть абонентский канал.
На уровне Server Trail. Здесь так же можно организовать protection. В нашем случае это уровень, в котором добавляется второй заголовок POH, а именно уровень VC-4. Один Server trail передает много Client Trail, соответственно, на этом уровне защита организуется сразу для нескольких клиентских потоков.
Обычно SDH сеть представляет собой кольцо, соответственно строиться два канала по двум сторонам кольца. Один из них рабочий, другой запасной.
Ну что же, в следующих постах возвращаемся в MPLS. Поговорим о такой штуке как VLL.
Update: Подумал, что нужно продолжить серию «Что Ethernet-инженеру нужно знать о. «. В следующих постах напишу про ATM и DSL, далее, наверное, будет PON.
Еще немного про SDH и PDH
Прослушав второй выпуск подкаста ЛинкМиАп опубликованного на habrahabr.ru у меня возникло желание дополнить и немного поправить сказанное в первой части выпуска посвященной SDH/PDH. Но так как все мои мысли не умещались в рамки обычного комментария, то я воспользовавшись майскими праздниками написал это пост.
Про теорему Котельникова
Теорема Котельникова (теорема Найквиста — Шеннона) отвечает на вопрос: — Как часто надо снимать показания с аналогового сигнала, чтобы иметь возможность его восстановитель по этим показаниям?
Аналоговый сигнал имеет такое свойство как спектр (диапазон частот, в котором располагается сигнал), например средне-статистический человек слышит звук в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Чтобы оцифровать весь слышимый человеком спектр звуков без потерь, согласно теоремы Котельникова, уровень сигнала надо измерять с частотой в два раза большей чем верхняя частота спектра, то есть 40 кГц. Естественно оцифровывать весь слышимый спектр — большая роскошь,
Еще в эпоху аналоговых систем с частотным уплотнением каналов выяснилось что для того чтобы сохранить разборчивость речи достаточно от звукового сигнала оставить диапазон от 300 Гц до 3400 Гц (стандартный канал ТЧ). Более того спектр можно обрезать еще больше, но человек хотя и сможет понять речь, узнать голос говорящего уже будет не под силу. Таким образом, разработчики систем с частотным уплотнением каналов раскладывали каналы по частоте, выделяя каждому каналу диапазон в 4 кГц, чтобы обеспечить защитный интервал между каналами. Так первый канал в системах К-60 располагался в диапазоне 252-248 кГц, второй канал в диапазоне 248-244 кГц и так далее до 12 кГц. Современные системы DWDM работают по тому же принципу, но уже с оптическим сигналом.
Разработчики цифровых систем так же решили использовать каналы шириной в 4 кГц для совместимости с существующими на тот момент аналоговыми системами уплотнения. Ну, а согласно теоремы Котельникова такой сигнал надо считывать с частотой 8 кГц.
Кодируется уровень сигнала восьми битным кодом, причем квантование происходит не равномерно, а чем меньше уровень, тем более точно измеряется сигнал, так как человеческое ухо лучше различает одну и ту же разницу между двумя маленькими уровнями, чем между двумя большими.
Чтобы предать 8 бит с частотой 8000 Гц нужна скорость 8000х8=64000 бит/с — это будет Основной цифровой канал (ОЦК). 32 таких канала образуют поток E1.
Кроме E1 встретить другие уровни плезеохронной иерархии на территории России сегодня довольно сложно. Исключением могут быть иногда встречающиеся оптические модемы на четыре или восемь потоков E1, что у них внутри, E2 или STM-1, я не знаю. Но эти модемы, как правило, ставятся парами и работают друг с другом без настройки требующей высоких знаний.
Почему системы PDH (ПЦИ)) называются плезеохронными (почти синхронными)?
Если представить систему передачи как некий конвейер, на который на одном конце один рабочий ставит коробки с книгами, а на другом конце второй рабочий эти коробки снимает. То для того что бы не было ни заторов ни простоев эти рабочие должны работать синхронно, то есть снимать и ставить коробки с одинаковой скоростью, и это требование в системах PDH выполняется. Но начальство решило увеличить производительность конвейера и увеличило его скорость в четыре раза, на работу этих двух рабочих это ни как не влияет, так как коробки с конвейера надо снимать с той же скоростью, с которой их туда ставят, но теперь на конвейере освободилось место. И начальство ставит еще трех рабочих в начале конвейера и трех в конце. Каждый из четырех рабочих на погрузке должен работать синхронно со своим партнером на выгрузке, и опять же с этим проблем нет. Но кроме этого рабочие при погрузке не должны мешать друг другу, они должны ставить коробки с одинаковой скоростью, то есть синхронно и вот с этим в системах PDH проблема. Решается эта проблема за счет выделения на конвейере дополнительного места, конвейер движется чуть быстрее, чем надо и у каждого рабочего на погрузке есть возможность работать, не сильно подстраиваясь под остальных рабочих выставляющих коробки на конвейер.
Как следствие выхватить в середине конвейера одну книгу из коробки или поставить книгу в коробку на определенное место невозможно, так как где это место в конкретный момент времени определить невозможно, надо ставить еще восемь рабочих, чтобы они снимали коробки, извлекали из одной из них книгу или ставили эту книгу на свободное место, а потом возвращали коробки на место.
Еще одной проблемой систем PDH являлась не совместимость иерархий разработанных в США, Японии и Европе. Но при разработке систем следующего поколения (SDH) от этих недостатков удалось избавиться, ну и как водиться увеличили скорость.
Почему система передачи выдает аварию сверхцикловой синхронизации, если по потоку E1 пустить IP пакеты.
Кроме нулевого тайм слота (T0) в цикле есть еще один служебный канал, обычно он располагается на 16-ом месте (T16), чуть реже на последнем 31-ом (T31), некоторая аппаратура позволяет поставить его вообще на любое место, например аппаратура SHDSL может обрезать цикл (снижать скорость передачи, уменьшая количество передаваемых тайм слотов) в зависимости от параметров кабеля и что бы не обрезать служебный тайм слот его переносят в начало цикла. По этому тайм слоту передаются «Сигналы управления и взаимодействия» (СУВ), проще говоря по каналу идет обмен служебной информацией между АТС (протоколы DSS1, ОКС7 и т. д.), так же некоторые производители используют этот канал для дистанционного мониторинга мультиплексоров PDH.
Как работает сверхцикловая синхронизация легче всего объяснить на примере сигнализации 2ВСК (2 Выделенных Сигнальных Канала), на сегодняшний момент она довольно сильно устарела, и найти ее в реальной жизни довольно сложно, но она, зато довольно проста.
16 циклов (фреймов) подряд образуют сверхцикл (мульти фрейм).
В 16-ом тайм слоте 1-го цикла (не нулевого) в первых четырех битах передается сигнальная информация (занятие канала, отбой, набор номера) для 1-го тайм слота цикла. В вторых четырех битах сигнальная информация для 17-го тайм слота.
В 16-ом тайм слоте 2-го цикла в первых четырех битах передается сигнальная информация для 2-го тайм слота цикла, в вторых четырех битах сигнальная информация для 18-го тайм слота и так далее.
На картинке изображен 10-й цикл сверхцикла, поэтому в битах B0-B3 содержится сигнальная информация для 10-го тайм слота, а в битах B4-B7 для 26-го тайм слота.
В 16-ом тайм слоте 0-го цикла содержится информация для обеспечения сверхцикловой синхронизации, похоже на то, как в T0 передается информация о цикловой синхронизации.
При работе IP сети поверх потока E1 заголовки IP пакетов не перекладываются в отдельный тайм слот, а передаются вместе с полезной информацией, поэтому при передаче данных используется неструктурированный поток E1: без сверхцикловой синхронизации, без тайм слота сигнализации, а под полезную нагрузку выделяется 31 тайм слот вместо 30.
Но система передачи, по которой передается поток E1, может пытаться отслеживать наличие сверхцикловой синхронизации и выдавать сообщение об аварии, в этом случае контроль сверхцикла можно просто отключить.
Есть ли у оборудования PDH и SDH адреса?
Есть, но только для системы управления оборудованием, на полезную нагрузку эти адреса ни как не влияют.
В каждом мультиплексоре находиться специальная таблица кросс коннектов, в которой указывается какой VC контейнер или тайм слот соединен с каким портом либо как осуществляется транзит.
Дистанционное управление и мониторинг организуется по отдельному каналу, в системах SDH это байты D (Data Communication Channel — DCC), в системах PDH изначально такой канал не был предусмотрен, поэтому производители обычно используют 16-й тайм слот потока E1. У такого разделения есть ряд преимуществ: во первых достаточно отключить канал управления на стыках с другими операторами или клиентами и система управления будет абсолютно недоступна из вне; во вторых в случае перезагрузки оборудования по каким либо причинам, связь восстанавливается еще до полной загрузки мультиплексора, так как мозги оборудования и модуль отвечающий за коммутацию независимы друг от друга.
Адресация в пределах канала управления может быть самой разной, каждый производитель реализует систему управления по своему, в том числе, можно увидеть IP сеть поверх DCC. Такой зоопарк реализаций еще одна причина отключать D байты в заголовках на стыках оборудования от разных производителей, так как непонятная информация по каналу управления может ввести в ступор аппаратуру.
Тут следует упомянуть о попытке стандартизировать систему управления сетями связи — Telecommunication Management Network (TMN), но к реальной жизни этот стандарт имеет такое же отношение, как и 7-уровневая сетевая модель OSI.
Могут ли системы PDH и SDH организовывать только каналы точка-точка?
В большинстве применений системы PDH и SDH используются для организации соединений точка-точка, но многое оборудование, работающее на уровне PDH, может организовывать так называемые групповые каналы. По сути своей это обычная, постоянная, конференция, то есть простое сложение информации из нескольких каналов. Но есть одна проблема, чтобы складывать информацию, оборудованию нужно знать какого типа информация складывается, большинство аппаратуры умеет складывать голос из разных каналов, но с чем-то более экзотичным, например RS-485, возникают проблемы.
Как происходит объединение четырех STM-1 в один STM-4?
При объединении STM-1 в STM-4 происходит обычное мультиплексирование байтов STM-1 как показано на рисунке при этом расстояние между байтами одного и того же STM-1 остается одинаковым.
Как работает резервирование в системах PDH и SDH?
В первом варианте передача информации организуется сразу по двум направлениям, на приемном конце оборудование получает информацию из основного направления, а в случае аварии основного из резервного. Такая схема переключений может быть организована на уровне как виртуальных контейнеров (VC), так и на уровне всего тракта.
Некоторые производители реализует такой тип резервирования даже на уровне отдельных тайм слотов (ОЦК), но так как ОЦК не имеет возможности сообщить об аварии канала, то эта информацию берется со следующего уровня. То есть при аварии потока E1 можно переключить на резервное направление всего один тайм слот из этого потока.
Во втором случае организуется кольцо, каждый мультиплексор осуществляет передачу и прием по двум направлениям. В кольце выбирается узел, выполняющий роль контролер кольца — это элемент сети который по умолчанию разрывает кольцо, исключая тем самым заворот сигнала (возврат сигнала обратно по кольцу). Контролер кольца по служебному каналу посылает в одну сторону специальный сигнал и ждет его с другой стороны, в случае если сигнал не возвращается, контролер замыкает кольцо через себя.
Время переключения на резерв составляет доли секунды. Если знать что сейчас произойдет переключение и специально прислушиваться к голосу говорящего на другом конце, то можно расслышать не большой щелчок, а если абонент не знает о том, что происходит в сети то он скорей всего и не заметит ни чего.
Тут следует сказать, что некоторые производители в случае отключения питания реализуют электрический транзит сигналов между выходами оборудования попарно. Например: есть мультиплексор с четырьмя выходами E1 (1E1, 2E1, 3E1, 4E1), в случая пропадания питания мультиплексор контактами реле замыкает попарно потоки, подключенные к выходам 1E1-2E1 и 3E1-4E1. Таким образом, мультиплексор может сохранить целостность кольца даже в случае отключения питания.
Зачем все то, что описано выше нужно в век победы сетей с коммутаций пакетов?
Ну во первых сети с коммутацией пакетов все таки пока еще не победили. На данный момент оборудование с динамической коммутацией каналов (АТС) активно вытесняется аппаратурой с коммутацией пакетов. Но на магистралях царствует оборудование со статической коммутацией каналов и с учетом тех преимуществ, которые будут описаны ниже, вытеснить их сетям с коммутацией пакетов будет очень сложно, по крайней мере, в их текущей реализации.
Если представить сети с коммутацией пакетов как автомобильную дорогу, где на перекрестках стоит регулировщик и указывает кому куда двигаться на основании заголовка пакета, либо если регулировщик отсутствует, создаются копии автомобилей, которые разъезжаются сразу во все направления. То сеть с коммутацией каналов будет похожа на сеть трубопроводов соединяющих, как правило, не более двух абонентов.
Отсюда можно понять основные недостатки сети с коммутацией каналов: если в данный момент трубопровод не используется абонентом, то ни кто другой все равно не может использовать простаивающую трубу; так же не возможно динамическое изменение диаметра трубы; да и трубы есть только определенных стандартных диаметров.
Все выше сказанное является одновременно и преимуществом сетей с коммутацией каналов: ни кто не может залезть в вашу трубу, ни для того чтобы подслушать ваш трафик, ни для того чтобы забить вашу трубу своим трафиком, то есть у вас всегда есть гарантированная и защищенная полоса пропускания не зависимо от других клиентов подключенных к этому же оборудованию без всяких надстроек (полос для общественного транспорта — VLAN); на трубах нет перекрестков — все мультиплексоры и регенераторы для трафика выглядят как перекачивающие станции, а на перекрестках в отличие от станций перекачки, даже если нет пробок все равно происходит задержка для анализа заголовка, в системах с коммутацией каналов нет нужды анализировать заголовок что бы выяснить, куда отправлять информацию, это уже известно заранее.
Так же оборудование с коммутацией каналов обрабатывающие аналогичные объемы трафика проще в своем устройстве и соответственно надежней: логика работы коммутатора устроена, так что ни какой трафик не может привести к перегрузке мультиплексора. Ну и как уже было сказано выше скорость переключения аппаратуры с коммутацией каналов на резерв существенно выше.
Единственным существенным недостатком мультиплексоров на сегодняшний момент является цена. Производители этого оборудования ориентированы на крупных игроков телекоммуникационного рынка, для которых стоимость оборудования не самый важный параметр.
И в заключении про глаза и лазеры.
Как правило, во всем оптическом оборудовании, для безопасности обслуживающего персонала, производители реализуют функцию автоматического гашения лазера. При пропадании оптического сигнала на входе, мультиплексор выключает выходной оптический сигнал (лазер), и периодически (обычно раз в минуту) его включает, что бы проверить не восстановилась ли линия.
Поэтому если вы случайно заглянули в выход мультиплексора, и это ни как не отразилось на вашем зрении, не следует туда заглядывать второй раз.
Если перерыв связи лишнюю минуту это много для оператора, а для систем SDH это действительно много, то эту функцию отключают.