CC BY
100150 встраиваемые системы www.finestreet.ru
Сергей ЛЕБЕДЕВ
SDH — идеальная
транспортная сеть?
Технический прогресс в области цифровых систем передачи данных открывает новые, более качественные и дешевые способы передачи информации. В данной статье будет рассмотрено оборудование синхронной цифровой иерархии (SDH) — «рабочей лошадки» современных транспортных сетей.
Немного истории. Синхронная цифровая иерархия разрабатывалась в 80-х годах прошлого века, когда возможности микроэлектроники ограничивались проектными нормами 3-5 мкм, а со скоростью передачи более 100 Мбит/с были способны работать только микросхемы ЭСЛ. Успехи микроэлектроники в 90-х годах позволили интегральным схемам достичь необходимой плотности упаковки при приемлемой рассеиваемой мощности, благодаря чему в составе одного ТЭЗ стало возможно реализовать функционально законченный блок оборудования, а подавляющее большинство выпускаемого в мире оборудования SDH транспортных сетей стало напоминать детский конструктор, из деталей которого можно собирать мультиплексоры различной конфигурации. Данный способ построения оборудования позволяет производителю обеспечить максимальную эффективность в производстве, а покупателю — минимизировать затраты. Эффективность данного решения оказалась настолько высока, что даже компактные мультиплексоры с высотой 1U или 2U также выпускаются с возможностью изменения (обычно — наращивания) конфигурации как при заказе, так и при эксплуатации.
Рассмотрим составные части этого «конструктора». Каркас, куда устанавливаются блоки, обычно несет кросс-плату, объединяющую блоки между собой. Есть несколько блоков, обычно всегда самостоятельных: блок контроллера и блок питания. Блок синхронизации и блок кросс-коммутатора производители достаточно часто объединяют в составе одного ТЭЗ. Блоки, обеспечивающие работу каналов служебной связи и каналов передачи данных настолько разношерстны, что плохо поддаются какой-либо классификации и могут рассматриваться как «прочие».
Отдельно следует отметить два типа блоков, которые всегда представлены в составе синхронного мультиплексора: это линейные блоки, в англоязычной терминологии — агрегатные (aggregate unit) и компонентные, в англоязычной терминологии — трибутар-
ные (tributary unit), часто называемые просто «трибными».
Линейные блоки обязательно имеют один или более линейных (обычно — оптических) интерфейсов STM-N, выполненных в соответствии с рекомендацией G.957 ITU-T. Как исключение имеет право на существование линейный блок с электрическим интерфейсом STM-l, выполненным в соответствии с рекомендацией G.703 ITU-T. Основная функция этого типа блоков — обеспечение работы линейных интерфейсов и синхронизация принимаемого цифрового потока к тактовой частоте, на которой работает данный сетевой элемент.
Компонентные блоки обычно имеют большее количество интерфейсов, но с меньшей пропускной способностью. Типовыми компонентными интерфейсами являются интерфейсы для приема-передачи сигналов: El, ЕЗ, Ethernet l0/l00Base-T. Как исключение из этого правила — в качестве компонентных блоков при необходимости могут быть использованы линейные блоки (но не наоборот!). Основная функция этого типа блоков — приведение поступающих компонентных потоков к какому-либо унифицированному формату; большинство производителей использует для взаимодействия с блоками полезную нагрузку виртуального контейнера VC-4 (конкретный размер нагрузки выбирается производителем и может существенно изменяться в зависимости от типа оборудования и производителя).
Формат передаваемых данных между блоками оборудования так и не был стандартизирован; к счастью для производителей оборудования, производители интегральных микросхем продолжили использовать теперь уже ставший стандартом de facto так называемый интерфейс telecombus, разрабатывавшийся ITU-T, но так и не ставший стандартом de jure. Однако это не означает, что все производители оборудования стали его применять.
Для применения на транспортной сети долгое время существовали три основных кон-
фигурации мультиплексоров: терминальный, ввода-вывода и кросс-коммутатор. К настоящему времени функции, выполняемые мультиплексором ввода-вывода, значительно расширились, и возможность полнодоступной коммутации потоков высшего или низшего порядков выглядит как сама собой разумеющейся, а выпускаемые кросс-коммутаторы стали отдельным большим классом оборудования.
В компактных синхронных мультиплексорах обычно реализованы те же функции, что и в блоках «больших» мультиплексоров, однако некоторые производители для достижения минимальных цен на оборудование настолько «упрощают» их конструкцию, что теряются некоторые важные для потребителя функции. Наиболее часто это касается количества компонентных интерфейсов, возможностей кросс-коммутатора и узлов синхронизации. В последнем случае режим удержания частоты (holdover) либо не соответствует требованиям ITU-T, либо вообще отсутствует.
Топология сетей, по сравнению с применявшейся ранее плезиохронной цифровой иерархией (PDH или ПЦИ) качественно изменилась: с одной стороны, появилась возможность легкого доступа к высокоскоростному линейному тракту, с другой стороны, благодаря появлению встроенного в мультиплексор кросс-коммутатора, транспортные сети стали более разветвленными. Благодаря этому стало само собой разумеющимся, когда стандартный мультиплексор, например, имеет от 4 до 16 линейных интерфейсов с возможностью коммутации транзитного трафика между ними.
Другим коренным отличием синхронной цифровой иерархии стала возможность использовать транспортную сеть для передачи сигналов синхронизации. Ранее участки сетей ПЦИ обычно не синхронизировались между собой, и для передачи сигналов синхронизации требовалось создавать специальные сети. Сети SDH в принципе способны работать в полностью плезиохронном режиме, но для потребителей необходимо, чтобы
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 8 '2005
встраиваемые системы 1151
обеспечивалась непрерывность передаваемых цифровых потоков (отсутствие «проскальзываний»), а для этого требуется, чтобы все потоки, передаваемые по сети, были синхронными. Простейший пример — обеспечение взаимодействия двух цифровых АТС; в таких условиях единственно правильным решением будет обеспечение синхронной (синхронизированной по частоте) работы всех узлов сети.
Надежность работы сетей ПЦИ могла быть увеличена лишь обеспечением резервного линейного тракта на произвольном количестве участков между двумя сетевыми элементами. Кроме того, в сетях ПЦИ принципиально не существовало возможности контролировать прохождение компонентного потока по транспортной сети от точки входа до точки окончания (из конца в конец). Эти недостатки также были устранены в сетях SDH; благодаря наличию у виртуальных контейнеров всех уровней заголовков, способных переносить служебную информацию, появились возможности контроля прохождения пользовательской информации от входа в сеть до выхода из сети, а также реализации резервных трактов передачи информации. Последние, в свою очередь, позволили создать и реализовать протоколы автоматического переключения на резерв для каждой иерархической ступени: для контейнеров нижнего порядка (VC-12) — протокол SNCP, для контейнеров высшего порядка (VC-4) — MS-SPring, для транспортного модуля целиком (STM-N) — MSP, для резервирования трафика в 2- и 4-во-локонных кольцевых схемах — протоколы автоматического восстановления 2F-BLSR и 4F-BLSR. Из-за того, что функционирование этих протоколов защиты независимо одно от другого, надежность работы транспортной сети существенно возрастает.
Дополнительно, для снижения количества ошибок в линейных трактах на скоростях от STM-4 и выше применяется метод FEC (forward error correction), увеличивающий скорость передачи сигнала в линейном тракте, но позволяющий устранять случайные ошибки и, благодаря этому, как бы увеличивающий чувствительность приемных устройств.
Есть ли альтернатива транспортным сетям SDH? На данный момент для транспортных сетей общего пользования SDH является наилучшим решением — в ней сочетаются управляемость ресурсов сети и контроль трафика на любых участках с простотой и эффективностью реализации этих функций. Другие, модные на сегодняшний день технологии типа ATM, GigE или OTN позволяют в рамках небольших сетей обеспечить более экономически выгодное решение, например, при передаче мультимедийного трафика. Однако управляемость сетей ATM достаточно сложна и, кроме того, несмотря на наличие стандартов, имеются трудности обеспечения взаимодействия оборудования разных производителей. В сетях GigE пока не решена проблема с восстановлением тактовой частоты на дальнем конце тракта, а OTN хорошо приспособлена для работы только в кольцевой схеме сети. Кроме того, один из вариантов работы ATM и GigE — использование SDH как транспортной сети.
Все возможности синхронной цифровой иерархии еще не исчерпаны, и остается большой простор для разработки новых решений по передаче ранее не использовавшихся компонентных сигналов в сетях SDH.
Что касается российских потребителей услуг связи, то единственная возможность минимизировать свои долговременные затраты при построении сетей — использовать оборудование отечественного производства, когда производитель учитывает конкретные особенности эксплуатации оборудования и системы управления у заказчика, а не производит поставку для «типового решения». Кроме того, только отечественный производитель способен предоставить оператору локальное и удаленное централизованное управление разными типами оборудования.
Заканчивая обзор, автор надеется, что читатель согласится с ним и тоже даст утвердительный ответ на вопрос, вынесенный в заголовок статьи. ■
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 8 '2005
