|
Технология плезиохронной
цифровой иерархии
PDH
Цифровая аппаратура
мультиплексирования и коммутации была
разработана в конце 60-х годов компанией
AT&T для решения проблемы связи
крупных коммутаторов телефонных сетей
между собой. Каналы с частотным уплотнением,
применяемые до этого на участках АТС-АТС,
исчерпали свои возможности по организации
высокоскоростной многоканальной связи по
одному кабелю. В технологии FDM
для одновременной передачи данных
12 или 60 абонентских каналов использовалась витая
пара, а для повышения скорости связи
приходилось прокладывать кабели с большим
количеством пар проводов или более дорогие
коаксиальные кабели. Кроме того, метод
частотного уплотнения высоко чувствителен
к различного рода помехам, которые всегда
присутствуют в территориальных кабелях, да
и высокочастотная несущая речи сама
создает помехи в приемной аппаратуре,
будучи плохо отфильтрована.
Для решения этой задачи была
разработана аппаратура Т1, которая
позволяла в цифровом виде
мультиплексировать, передавать и
коммутировать (на постоянной основе) данные
24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему
пользовались обычными телефонными
аппаратами, то есть передача голоса шла в
аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами
осуществляли оцифровывание голоса с
частотой 8000
Гц и кодировали голос с помощью импульсно-кодовой
модуляции (Pulse Code
Modulation, PCM). В результате каждый
абонентский канал образовывал цифровой
поток данных 64
Кбит/с. Для соединения магистральных АТС
каналы Т1 представляли собой слишком слабые
средства мультиплексирования, поэтому в
технологии была реализована идея
образования каналов с иерархией
скоростей. Четыре канала типа Т1
объединяются в канал следующего уровня
цифровой иерархии - Т2, передающий данные со скоростью
6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают
при объединении канал ТЗ, передающий данные
со скоростью 44,736
Мбит/с. Аппаратура T1,
T2 и ТЗ может взаимодействовать
между собой, образуя иерархическую сеть с
магистральными и периферийными каналами
трех уровней скоростей.
С середины 70-х годов выделенные
каналы, построенные на аппаратуре
T1, стали сдаваться телефонными
компаниями в аренду на коммерческих
условиях, перестав быть внутренней
технологией этих компаний. Сети
T1, а также более скоростные сети
T2 и ТЗ позволяют передавать не
только голос, но и любые данные,
представленные в цифровой форме,
- компьютерные данные,
телевизионное изображение, факсы и т. п.
Технология цифровой иерархии
была позже стандартизована CCITT.
При этом в нее были внесены некоторые
изменения, что привело к несовместимости
американской и международной версий
цифровых сетей. Американская версия
распространена сегодня кроме США также в
Канаде и Японии (с некоторыми различиями), а
в Европе применяется международный
стандарт. Аналогом каналов Т в
международном стандарте являются каналы
типа El, E2
и ЕЗ с другими скоростями
- соответственно
2,048 Мбит/с,
8,488 Мбит/с и
34,368 Мбит/с. Американский
вариант технологии также был
стандартизован ANSI.
Несмотря на различия
американской и международных версий
технологии цифровой иерархии, для
обозначения иерархии скоростей принято
использовать одни и те же обозначения
- DSn (Digital Signal n). В табл.
6.2 приводятся значения для всех
введенных стандартами уровней скоростей
обеих технологий.
Таблица 6.2. Иерархия
цифровых скоростей
На практике в основном
используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.
Мультиплексор Т1 обеспечивает
передачу данных 24-х абонентов со скоростью 1,544
Мбит/с в кадре, имеющем достаточно простой
формат. В этом кадре последовательно
передается по одному байту каждого
абонента, а после 24-х байт вставляется один
бит синхронизации. Первоначально
устройства Т1 (которые дали имя также и всей
технологии, работающей на скорости
1,544 Мбит/с) работали только на
внутренних тактовых генераторах, и каждый
кадр с помощью битов синхронизации мог
передаваться асинхронно. Аппаратура Т1, а
также более скоростная аппаратура Т2 и ТЗ за
долгие годы существования претерпела
значительные изменения. Сегодня
мультиплексоры и коммутаторы первичной
сети работают на централизованной тактовой
частоте, распределяемой из одной точки всей
сети. Однако принцип формирования кадра
остался, поэтому биты синхронизации в кадре
по-прежнему присутствуют. Суммарная
скорость пользовательских каналов
составляет 24
х 64 = 1,536
Мбит/с, а еще 8
Кбит/с добавляют биты синхронизации.
В аппаратуре Т1 назначение
восьмого бита каждого байта в кадре разное
и зависит от типа передаваемых данных и
поколения аппаратуры.
При передаче голоса в сетях Т1 все
24 канала являются абонентскими,
поэтому управляющая и контрольная
информация передается восьмым (наименее
значащим) битом замеров голоса. В ранних
версиях сетей Т1 служебным был 8-й бит
каждого байта кадра, поэтому реальная
скорость передачи пользовательских данных
составляла 56 Кбит/с (обычно восьмой бит отводился под
такие служебные данные, как номер
вызываемого телефонного абонента, сигнал
занятости линии, сигнал снятия трубки и т. п.).
Затем технология была улучшена и для
служебных целей стали использовать только
каждый шестой кадр. Таким образом, в пяти
кадpax
из шести пользовательские данные
представлены всеми восемью битами, а в
шестом - только семью.
При передаче компьютерных данных
канал Т1 предоставляет для
пользовательских данных только
23 канала, а 24-й канал отводится
для служебных целей, в основном
- для восстановления искаженных
кадров. Для одновременной передачи как
голосовых, так и компьютерных данных
используются все 24
канала, причем компьютерные данные
передаются со скоростью
56 Кбит/с. Техника использования
восьмого бита для служебных целей получила
название «кражи бита» (bit
robbing).
При мультиплексирования 4-х
каналов Т1 в один канал Т2 между кадрами DS-1
по-прежнему используется один бит
синхронизации, а кадры DS-2
(которые состоят из 4-х последовательных
кадров DS-1)
разделяются 12
служебными битами, которые предназначены
не только для разделения кадров, но и для их
синхронизации. Соответственно, кадры DS-3
состоят из 7 кадров DS-2,
разделенных служебными битами.
Международная версия этой
технологии описана в стандартах G.700-G.706.
Она более логична, так как не использует
схему «кражи бита». Кроме того, она основана
на постоянном коэффициенте кратности
скорости 4
при переходе к следующему уровню иерархии.
Вместо восьмого бита в канале Е1 на
служебные цели отводятся 2
байта из 32.
Для голосовых каналов или каналов данных
остается 30
каналов со скоростью передачи
64 Кбит/с каждый.
Пользователь может арендовать
несколько каналов 64 Кбит/с
(56 Кбит/с) в канале Т1/Е1. Такой
канал называется «дробным» (fractional)
каналом Т1/Е1. В этом случае пользователю
отводится несколько тайм - слотов работы
мультиплексора.
Физический уровень технологии PDH
поддерживает различные виды кабелей: витую
пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический
кабель. Основным вариантом абонентского
доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из
двух витых пар с разъемами RJ-48.
Две пары требуются для организации
дуплексного режима передачи данных со
скоростью 1,544/2,048
Мбит/с. Для представления сигналов
используется: в каналах Т1 биполярный
потенциальный код B8ZS,
в каналах El-биполярный потенциальный код HDB3.
Для усиления сигнала на линиях Т1 через
каждые 1800
м (одна миля) устанавливаются регенераторы
и аппаратура контроля линии.
Коаксиальный кабель благодаря
своей широкой полосе пропускания
поддерживает канал Т2/Е2 или
4 канала Т1/Е1. Для работы каналов
ТЗ/ЕЗ обычно используется либо
коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический
кабель, либо каналы СВЧ.
Физический уровень
международного варианта технологии
определяется стандартом G.703,
названием которого обозначается тип
интерфейса маршрутизатора или моста,
подключаемого к каналу Е1. Американский
вариант интерфейса носит название Т1.
Как американский, так и
международный варианты технологии
PDH обладают несколькими
недостатками.
Одним из основных недостатков
является сложность операций
мультиплексирования и
демультиплексирования пользовательских
данных.Сам
термин «плезиохронный», используемый для
этой технологии, говорит о причине такого
явления - отсутствии
полной синхронности потоков данных при
объединении низкоскоростных каналов в
более высокоскоростные. Изначально
асинхронный подход к передаче кадров
породил вставку бита или нескольких бит
синхронизации между кадрами. В результате
для извлечения пользовательских данных из
объединенного канала необходимо полностью
демультиплексировать кадры этого
объединенного канала. Например, если
требуется получить данные одного
абонентского канала 64
Кбит/с из кадров канала ТЗ, необходимо
произвести демультиплексирование этих
кадров до уровня кадров Т2, затем
- до уровня кадров Т1, а затем
демультиплексировать и сами кадры Т1. Для
преодоления этого недостатка в сетях PDH
реализуют некоторые дополнительные приемы,
уменьшающие количество операций
демультиплексирования при извлечения
пользовательских данных из
высокоскоростных каналов. Например, одним
из таких приемов является «обратная
доставка» (back hauling).
Пусть коммутатор 1
канала ТЗ принимает поток данных, состоящий
из 672
пользовательских каналов, при этом он
должен передать данные одного из этих
каналов пользователю, подключенному к
низкоскоростному выходу коммутатора, а
весь остальной поток данных направить
транзитом через другие коммутаторы в
некоторый конечный демультиплексор
2, где поток ТЗ полностью
демультиплексируется на каналы
64 Кбит/с. Для экономии
коммутатор 1
не выполняет операцию
демультиплексирования своего потока, а
получает данные своего пользователя только
при их «обратном проходе», когда конечный
демультиплексор выполнит операцию разбора
кадров и вернет данные одного из каналов
коммутатору 1.
Естественно, такие сложные взаимоотношения
коммутаторов усложняют работу сети,
требуют ее тонкого конфигурирования, что
ведет к большому объему ручной работы и
ошибкам.
Другим существенным недостатком
технологии PDH является отсутствие развитых встроенных
процедур контроля и управления сетью.
Служебные биты дают мало информации о
состоянии канала, не позволяют его
конфигурировать и т. п. Нет в технологии и
процедур поддержки отказоустойчивости,
которые очень полезны для первичных сетей,
на основе которых строятся ответственные
междугородные и международные сети. В
современных сетях управлению уделяется
большое внимание, причем считается, что
управляющие процедуры желательно
встраивать в основной протокол передачи
данных сети.
Третий недостаток состоит в
слишком низких по современным понятиям
скоростях иерархии
PDH. Волоконно-оптические кабели
позволяют передавать данные со скоростями
в несколько гигабит в секунду по одному
волокну, что обеспечивает консолидацию в
одном кабеле десятков тысяч
пользовательских каналов, но это свойство
технология PDH
не реализует -
ее иерархия скоростей заканчивается
уровнем 139 Мбит/с.
Все эти недостатки устранены в
новой технологии первичных цифровых сетей,
получившей название синхронной цифровой
иерархии - Synchronous DigitalHierarchy, SDH.
|