СРЕДЊА ТЕХНИЧКА ПТТ ШКОЛА Београд Образовни профил: Електротехничар телекомуникација Разред:: четврти Разред
СИСТЕМИ ПРЕНОСА Наставне теме:
PDH И SDH СИСТЕМИ ПРЕНОСА АТМ ПРЕНОС ОПТИЧКИ ТК СИСТЕМИ
Наставни материјал за учење! Школска 2017/2018. година
Шта знамо о
предметни наставници Вела Чоја Даница Пејановић Ружица Ђоновић
?
Шта знамо о системима за пренос дигиталних сигнала? сигнала? Системи за пренос дигиталних сигнала, сигнала, с обзиром на врсту врсту преносног медијума, могу се поделити на системе за пренос који се реализују: по физичким водовима и кроз слободан простор. Код система за пренос по физичким водовима (коаксијални кабл, таласовод, оптичко влакно) пренос се врши електричним сигналима. који , као преносни медијум, користе слободан простор (ваздух, Код система за пренос који, вода или вакум) пренос се врши слободним простирањем електромагнетних таласа. Водећи рачуна о економичности преноса информација пожељно је кроз једну линију везе преносити више међусобно независних порука, што нам омогућавају системи за мултиплексни пренос. пренос. За мултиплексни пренос сигнала са временском расподелом канала биће разматрани укратко: укратко: PDH ( Plesiochronous ( Plesiochronous Digital Hierarchy ) системи за пренос и SDH (Synchronous Digital Hierarchy ) системи за пренос.
За сада смо се, кроз предмет Техника дигиталног преноса, деломично упознали са PDH системима преноса, ито: Системом који чини основу временског мултиплексирања и представља основни систем плезиохроне дигиталне хијерархије (систем РСМ – 30: његова организација и карактеристике, као и синхронизација синхронизација рама) Системима који граде плезиохрону плезиохрону дигиталну хијерархију У наставку, у оквиру ове теме, ћемо теме, ћемо се детаљније детаљније упознати са Организацијом и карактеристикама карактеристикама PDH система Начинима синхронизације у интегрисаној дигиталној мрежи специфичностима
и
њиховим
Затим са SDH системима, ито са: са:
предностима система који су организовани по SDH стандарду, у односу на системе организованe организованe по PDH стандарду; организацијом SDH организацијом SDH мреже; принципом мултиплексирања; структуром рама STM-1 сигнала и STM-N сигнала; поступком мапирања и врстама мапирања; основном структуром мултиплексирања; елементима SDH мреже: 1. синхроним мултиплексерима, 2. синхроним уређајима за прe прeспајање, 3. синхроним линијским уређајима и 4. синхроним радиорадио-релејним уређајима; заштитом саобраћаја у SDH мрежи мрежи - укратко. укратко. корисни линкови за ову тему су: ods2g5 sdh/sonet multiservisni optički digitalni sistemi ; otp10g optič ka transportna platforma otn/dwdm za protoke do 800 gbit/s
Кратак историјски осврт на развој
Шта знамо о системима за пренос дигиталних сигнала? сигнала? Системи за пренос дигиталних сигнала, сигнала, с обзиром на врсту врсту преносног медијума, могу се поделити на системе за пренос који се реализују: по физичким водовима и кроз слободан простор. Код система за пренос по физичким водовима (коаксијални кабл, таласовод, оптичко влакно) пренос се врши електричним сигналима. који , као преносни медијум, користе слободан простор (ваздух, Код система за пренос који, вода или вакум) пренос се врши слободним простирањем електромагнетних таласа. Водећи рачуна о економичности преноса информација пожељно је кроз једну линију везе преносити више међусобно независних порука, што нам омогућавају системи за мултиплексни пренос. пренос. За мултиплексни пренос сигнала са временском расподелом канала биће разматрани укратко: укратко: PDH ( Plesiochronous ( Plesiochronous Digital Hierarchy ) системи за пренос и SDH (Synchronous Digital Hierarchy ) системи за пренос.
За сада смо се, кроз предмет Техника дигиталног преноса, деломично упознали са PDH системима преноса, ито: Системом који чини основу временског мултиплексирања и представља основни систем плезиохроне дигиталне хијерархије (систем РСМ – 30: његова организација и карактеристике, као и синхронизација синхронизација рама) Системима који граде плезиохрону плезиохрону дигиталну хијерархију У наставку, у оквиру ове теме, ћемо теме, ћемо се детаљније детаљније упознати са Организацијом и карактеристикама карактеристикама PDH система Начинима синхронизације у интегрисаној дигиталној мрежи специфичностима
и
њиховим
Затим са SDH системима, ито са: са:
предностима система који су организовани по SDH стандарду, у односу на системе организованe организованe по PDH стандарду; организацијом SDH организацијом SDH мреже; принципом мултиплексирања; структуром рама STM-1 сигнала и STM-N сигнала; поступком мапирања и врстама мапирања; основном структуром мултиплексирања; елементима SDH мреже: 1. синхроним мултиплексерима, 2. синхроним уређајима за прe прeспајање, 3. синхроним линијским уређајима и 4. синхроним радиорадио-релејним уређајима; заштитом саобраћаја у SDH мрежи мрежи - укратко. укратко. корисни линкови за ову тему су: ods2g5 sdh/sonet multiservisni optički digitalni sistemi ; otp10g optič ka transportna platforma otn/dwdm za protoke do 800 gbit/s
Кратак историјски осврт на развој
Кратак историјски осврт на развој система преноса Стручњаци широм света, света , током развоја телекомуникационих телекомуникационих мрежа, мрежа, настојали су да се кроз један физички вод пренесе максималан број различитих сигнала. У том смислу, први значајнији корак представљају системи са фреквенцијским мултиплексом, FDM (Frequency Division Multiplex ), ), слика 1а. Како су прве телекомуникационе мреже биле телефонске мреже, идеја је била да се сваки телефонски аналогни сигнал (опсега 300 – 3400 Hz), из скупа различитих сигнала, модулише различитом учестаношћу носиоца, како би се сигнали померили у фреквенцијском домену у различите различите опсеге (канале). Тиме је остварена замисао истовременог преноса више телефонских сигнла кроз један физички вод. Развојем полупроводничке технологије и дигиталних интегрисаних кола, због економичности и квалитета преноса, већ шездесетих година прошлог века прешло се на интензивни развој дигиталних телекомуникационих система. Говорни телефонски сигнал ширине 3.1 kHz дигитализован је поступцима: одабирања са учестаношћу од 8 kHz, квантовања и кодовања са 8 битова по одмерку. Тако је добијен стандардни дигитални телефонски сигнал (канал), бинарног протока (8 kHz)x(8 bitа) = 64 kbit/s. Овај метод дигитализације аналогног говорног сигнала познат је под именом импулсна кодна модулација или PCM (Pulse Code Modulation) Modulation) и омогућио је развој нове технике мултиплексирања, мултиплексирања, у циљу симултаног преноса више телефонских телефонских канала кроз један физички линк. Реализован је временски мултиплекс или ТDМ (Time Division Multiplex ), ), слика 1б.
а)
б)
Слика 1. а) Фреквенцијски мултиплекс б) Временски мултиплекс
Кад је у питању временско мултиплексирање, од стране ITUITU-Т је стандардизован Е-1 сигнал и у употреби је свуда у свету, осим у Канади, САД и Јапану, где је TDM мултиплекс формиран од 24 говорна сигнала, мултиплексираних у ДСДС -1 сигнал протока 24x64 kbit/s = 1544 kbit/s, тј. 1,5 Mbit/s. Ови мултиплексни сигнали припадају РDH РDH системима. Новија хијерархија временског мултиплексирања је SDH/SONET. SDH/SONET. Она представља телекомуникациони систем који обезбеђује стандардизован оптички пренос дигиталних података са великим протоцима, константним у времену. Циљ доношења овог стандарда био је олакшавање формирања формирања широкопојасних транспортних мрежа, компатибилност опреме различитих произвођача, стандардизација интерфејса и стандардизација довољно великог заглавља рама дигиталног сигнала за потребе функционисања, администрирања, одржавања и пружања сервиса SDH мреже.
Представљање система преноса
Представљање система преноса Како можемо шематски представити систем преноса? Сваки линеарни систем 1 је једнозначно одређен својом преносном (трансфер) функцијом система H(j ), као на слици 1. Преносна функција је комплексне природе. H(j ) Слика 1. Систем преноса
Преносна функција нам омогућава да за било који простопериодичан улазни сигнал одредимо промену амплитуде и фазе при проласку кроз систем. Ако на улазу имамо сложену функцију која није простопериодична или уопште није периодична, потребно је хармонијском анализом раставити је на скуп простопериодичних компоненти и за сваку компоненту одредити излаз. Користећи закон суперпозиције може се одредити одзив система на дати улазни сигнал, у комплексном облику и затим одредити сигнал на излазу у временском домену. Преносна функција се може записати изразом:
H ( j ) A( )e
j ( )
, где је:
A() амплитудска карактеристика система (модуо преносне фунције) - парна функција; () фазна карактеристика система (аргумент преносне функције) - непарна функција. Значи, преносна функција система преноса садржи амплитудски и фазни д ео. Телекомуникациони системи су састављени од одређеног броја склопова који представљају линеарне системе. Пожељно је да се на излазу телекомуникационог система добије исти сигнал као што је био на улазу у систем, па је потребно да цео систем буде линеаран. У линеарном систему ће напон, односно струја, на његовом излазу бити дирекно пропорционални напону, односно струји на улазу. Према томе, ТК систем можемо представити као један еквивалентни четворопол који се састоји од низа каскадно везаних четворопола. Ако сваки четворопол карактерише његова функција преноса Hn(j), онда ће функција преноса четворопола који је еквивалентан целом систему бити: i n
1(j )H 2(j ) Hn(j )= H i ( j ) , при чему је: H(j )=H i 1 i n
1( )A 2( ) An( )= Ai ( ) A( )=A i 1
i n
1( )+ 2( )+ n( )= i ( ) и ( )= i 1
ЗАДАТАК: 1. Шематски представи сложен ТК систем, објасни како се добија његова преносна функција. 2. Ако је на улаз система доведен сигнал: s1(t)=Ecos(1t), какав ће бити сигнал на излазу система, s2(t)=?
1
Представљање система преноса и математички опис познати су из п редмета Техника дигиталног преноса, овде следи само кратко подсећање. Код линеарних система простопериодичан сигнал на улазу даје простопериодичан сигнал на излазу са истом учестаношћу. При чему си гнал на излазу не мења свој облик већ може мењати само амплитуду и фазу.
Идеална функција система преноса
Идеална функција система преноса Кад је систем преноса идеалан? Да ли је могуће остварити идеалан систем преноса? Пренос је идеалан ако је излазни сигнал y(t) једнак улазном сигналу x(t). То значи да је A( )=1 и ( )=0. Међутим, дефиниција идеалног преноса може да се прошири и да обухвати поред овог случаја још неке. Излазни сигнал биће веран улазном и онда када се буде могао написати у облику: y(t)=Ax(t-t 0 ), где су A и t0 константе. Дакле, свака тренутна вредност излазног сигнала је померена у времену за t0 и A пута јој је промењена амплитуда (ослабљена). На овај начин представљен излазни сигнал ни jе претрпео никакву деформацију, под условом да A није сувише мало, али ни t0 сувише велико. Проблем слабљења у току преноса може се решити појачавачима, а што се тиче кашњења сигнала у телекомуникационим системима оно је углавном испод критичне вредности. Преносна функција H(j ) овако дефинисаног идеалног преноса је :
H ( j ) Ae
j t 0
, при чему је:
A( )=A=const и ( )= t 0. На слици 2 је представљена амплитудска и фазна карактеристика система преноса. A()
()
A
Слика 2. Амплитудска и фазна карактеристика идеалног преносног система
Да ли је пожељно да систем преноса има бесконачно широк пропусни опсег? Зашто? Шта можемо закључити на основу дијаграма приказаних на слици 2? Идеалан систем преноса има равну амплитудску карактеристику и линеарну фазну карактеристику. Међутим, систем преноса са равном амплитудском карактеристиком од до + није остварљив, а и да јесте не би био добар због великог утицаја шума. Наиме, што је шири пропусни опсег већа је и енергија шума зато што је и спектар шума раван. Ако желимо да на пријему имамо добар однос сигнал-шум (SNR) неопходно је ограничити пропусни опсег система. Идеалан систем за пренос био би такав систем који у пропусном опсегу поседује карактеристике које омогућавају идеалан пренос сигнала, док све компоненте ван тог опсега бесконачно слаби. Сходно томе, идеална преносна функција се дефинише као функција која има равну амплитудску карактеристику у интервалу од g до g и
линеарну фазну карактеристику у том опсегу. Гранична учестаност
бира се тако да
линеарну фазну карактеристику у том опсегу. Гранична учестаност
g
бира се тако да
обухвати задовољавајућу ширину спектра сигнала, слика 3.
А,
- g
g
Слика 3. Амплитудска и фазна карактеристика идеалног система преноса
Да ли је могуће реализовати идеални систем за пренос сигнала? Ако преносна функција система за пренос сигнала одступа од идеалне функције преноса онда долази до линеарних изобличења сигнала. Разликујемо две врсте линеарних изобличења, амплитудска и фазна изобличења.2 Амплитудска и фазна изобличења утичу на преносну карактеристику система преноса, што за резултат има одступање од идеалне амплитудске и фазне карактеристике, слика 4. Да ли је утицај ампитудских изобличења већи на аналогни или дигитални сигнал?
A
g
g
g
g
Слика 4. Реална амплитудска и фазна карактеристика
Дигитални сигнали знатно су осетљивији на варијације амплитудске карактеристике јер долази до појаве интерсимболске интерференције (ометања суседних импулса) што може довести до грешке. Утицај варијација амплитудске карактеристике на пренос сигнала анализира се помоћу методе упарених одјека. Као и код амплитудских изобличења имамо 3 компоненте у изразу за излазни сигнал (што је познато од раније). Разлика је само у томе што су овде упарени одјеци супротног знака, што значи да је резултантни импулс несиметрично проширен. Дакле, фазна изобличења дају несиметрично проширен импулс на излазу.
2
Појам изобличења, врсте изобличења и њихов утицај на преношени сигнал су обрађени у другом разреду у оквиру предмета Теорија телекомуникација
Амплитудска изобличења доводе до ширења импулса на излазу што може да
Амплитудска изобличења доводе до ширења импулса на излазу што може да буде врло опасно при преносу дигиталних сигнала. Што је веће ширење импулса морамо више смањити брзину преноса да не би дошло до интерсимболске интерференције. Ширење импулса биће мање ако је ширина пропусног опсега система већа (јер је =1/2f g) и ако је одступање A мање (мања амплитуда бочних импулса). Шта се дешава са сигналом ако је пропусни опсег система ужи од ширине спектра сигнала? Ако су неке од компонената у спектру сигнала изостављене преношени сигнал ће бити изобличен. Пропусни опсези система за пренос аналогних сигнала одређени су углавном експериментално. Утврђено је да је задовољавајући опсег за пренос говорног сигнала опсег од (300-3400) Hz. Код дигиталних сигнала је потребно одредити утицај ограниченог пропусног опсега система на таласни облик импулса који се преноси. Посматрајмо један изолован правоугаони импулс трајања 3 који пролази кроз идеалан систем преноса. За различите вредности граничне фреквенције f g на излазу система ће се појавити различити облици сигнала, сл. 5, за различите учестаности f g : o
o
o
у једном случају f g у другом f g
у трећем f g
1
1
5
(може се узети да је f g «
1
),
и
5
(односно f g »
1
).
s(t) fg=1/ f g=5/
fg=1/5
t0-
t0 t0+
t
Слика 5. Таласни облици импулса на излазу система за 3 различите вредности пропусног опсега
На основу таласних облика сигнала на излазну можемо закључити следеће: За импулсне сигнале који се користе у дигиталним комуникацијама, потребно је обезбедити преносни систем чија је ширина
B
1
, где је: трајање елементарног
импулса, а B ширина пропусног опсега система. Ширина B треба да је утолико већа, уколико је трајање елементарних импулса краће и обрнуто (B = const). Поред наведеног на квалитет система преноса утиче и џитер (непожељна појава). Утицај интерсимболске интерференције и џитера може се посматрати - анализирати помоћу дијаграма ока. Информациони капацитет система преноса ограничен је ширином пропусног опсега и шумом у систему (односом сигнал -шум), одређен је Шеноновом теоремом за капацитет канала.
3
Пошто је фазна карактеристика обележена са , трајање импулса у овим разматрањима је обележено са .
7
Трајање сваке кодне речи мора да задовољи следећи услов: текућа кодна реч мора да се заврши пре почетка следеће кодне речи. Међутим, уколико електронска кола то дозвољавају, трајање кодне речи се може учинити произвољно малим, па се
У реалном мултиплексном систему , мултиплексер омогућава повезивање више улазних канала на један излазни канал. Пошто, у једном тренутку нису сви канали активни , то ће само они канали који су тренутно активни (у датом тренутку у њима се одвија саобраћај) бити повезни на излаз. На тај начин се постиже максимално искоришћење преносне линије. Јасно је да овакав принцип са собом носи опасност да дође до загушења мултиплексера, тј. да у неком тренутку буде активно више канала него што мултиплексер може да пошаље. У таквом случају долазећи одмерци се чувају у локалној меморији, да би се слали кад се за то створе потребни услови. Користећи статистику извора порука могуће је пројектовати систем тако да је вероватноћа загушења мултиплексера прихватљиво ниска и да загушења довољно кратко трају. Овакав систем назива се временски мултиплекс са вишеструким приступом. На слици 1 приказан је принцип временског мултиплексирања четири дигитализована говорна сигнала. ФРЕКВЕНТНО ОГРАНИЧЕЊЕ И А/Д КОНВЕРЗИЈА ОДМЕРАВАЊЕ
Н
КАНАЛ 1
КОДОВАЊЕ
МУЛТИПЛЕКСЕР
1
1
1
КАНАЛ 2 2 2 2125s/4 31,25 s КАНАЛ 3
3
КАНАЛ 4
4
3
3
125 s/4 = 31,25 s А
4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1
Н к ж г м ј е вљ и ђ б л з д а
збирни дигитални сигнал 4
4
125 s аналогни говорни сигнали Слика1.
Принципвременскогмултиплексирања
На основу слике 1 можемо уочити да се мултиплексирање врши по принципу . Значи, између две суседне кодне речи једног 8
канала (нпр. кодне речи и канала ) учешљавају се кодне речи преостала три канала (кодне речи , и ), и тако редом. . У пракси овакав систем није стандардизован, али технички се може реализовати. T препоруци G.702 дефинисане су две хијерархије временског У ITU мултиплексирања (европска и америчка). Ове две хијерархије су базиране на различитим примарним дигиталним протоцима.
У Америци (САД, Канада и још неке земље) примарни мултиплексни сигнал има проток 1554 kbit /s и формира се мултиплексирањем 24 телефонска канала. Ова варијанта формирања мултиплексног сигнала је раније развијена, али је у свету мање распрострањена од европске варијанте.
Преносни систем препоручио је међинародни консултативни комитет за телефонију и телеграфију ( CCITT). Овај систем се може представити блок шемом на слици 2: МУЛТИПЛЕКСНА ЈЕДИНИЦА ПРЕДАЈНИК
ПРИЈЕМНИК
НФ ПРЕНОСНА ЛИНИЈА
PCM
НФ
ПРИЈЕМНИК Слика2.
PCM
ПРЕДАЈНИК
ИзгледPCMпреносногсистема
Преносни систем овог типа се на оба краја завршава дигиталном мултиплексном јединицом. Свака мултиплексна јединица има свој предајни и пријемни део. Предајни део ствара осмобитни бинарни код за сваки одмерак полазних континуалних сигнала који се преносе линијом за пренос у пријемни део. Пријемни део конвертује примљени PCM бинарни код у аналогни сигнал. Приликом преноса дигиталних сигнала долази до појаве линеарних и нелинеарних изобличења, нестабилности преносног канала, као и појаве шума. Из тих разлога поворка импулса у преносу бива ослабљена па, уколико је не бисмо обнављали, појачавали и уобличавали, не би на пријемној страни било могуће извршити квалитетну реконструкцију (обнављање) оригиналног сигнала из долазног сигнала. 9
У аналогном преносу битно је сачувати облик сигнала, а у дигиталном преносу треба само утврдити да ли има импулса у датом тренутку или га нема. Ако има импулса треба га регенерисати како би био идентичан првобитном импулсу. Познато је да у случају PCM преноса телефонских говорних сигнала неопходно да фреквенција одмеравања буде једнака или већа од двоструке највише учестаности коју желимо пренети (како је раније наглашено), тј. Дакле, неопходно је да се одмеравање сваког говорног сигнала врши сваких 125 s.
, односно квантовати сигнал са : квантизационих нивоа, па се за трајање једног дигита добија : Т d =
T k
8
=
3,9 8
=0,48825 s
.
На основу трајања дигита одређује се дигитска брзина v d, односно дигитска учестаност f d : vd =
1
T d
,
=2048 кB=
Bd (Bd baud је јединица која је еквивалентна
дигитска брзина се изражава у јединици дигита у секунди.
. Ако се у представљању импулса користи бинарни систем онда је у питању битска брзина. За број . бита пренет у времену користи се јединица У случају Mарног преноса (бројни систем има основу M), једном импулсу одговара већи број битова, а то значи и већа количина информација. Битска брзина у том случају је: vb=vd ldM, односно vb=vd log2M (
представља дуални логаритам логаритам за основу 2).
На пример, у случају импулса са четири нивоа (М = 4) сваки дигит може се представити са 2 бита, јер је М = 2 n, као на слици 3. напон Г
ниво А одговара бинарној комбинацији 00
В
ниво Б одговара бинарној комбинацији 01
Б
ниво В одговара бинарној комбинацији 10
A
00 Td
01
11
10
ниво Г одговара бинарној комбинацији 11 t
Td трајање дигита
Слика3. Дискретансигналсачетиринивоа
Системи PCM 30 представљају најнижи хијерархијски ниво у дигиталном преносу говорних сигнала. Ови системи се постављају између главних и чворних, али и између чворних и крајњих централа мрежне групе. Помоћу ових система могу се водити и сигнали од концентратора (на који се везује већи број претплатничких апарата, како је показано на слици 4) ка крајњој централи. 10
К О Н Ц Е Н
TA TA
КРАЈЊА ЦЕНТРАЛА
PCM 30
Т TDM систем Р A T TA О Слика4. Р
ДИГИТАЛНИ КОМУТАЦИОНИ
ка чворној централи
ПримарниPCMсистемухијерархијидигиталнихсистема
Основу временског мултиплексирања представља систем PCM 30 (примарни PCM систем). Да би се остварио принцип временског мултиплексирања различити говорни канали, синхронизација и сигнализација морају бити по некој законитости распоређени у времену. Дакле, у интервалу одмеравања, који траје 125 s, морају да се сместе сви дигити који представљају поменуте сигнале. . У европском PCM систему у једном раму се шаље 30 говорних канала и два службена канала. Пошто се говор кодује са осам битова, у оквиру сваког од 32 канала временска интервала се шаље по 8 битова, па се добија да је дигитска учестаност f d = 2048 кHz . Један рам, који траје 125 s, садржи 32 временска интервала који су нумерисани бројевима од 0 до 31. Унутар сваког канала налази се 8 битова који су нумерисани од 1 до 8. Све бите једног рама нумеришемо од 1 до 256 (32 x 8). За сваки телефонски канал на сваких 125 s (што представља период одмеравања) се шаље по осам битова, те је капацитет (проток) канала V tlf =
=64 kbit/s , 12 5 s 8 bit
а проток битова рама примарног сигнала је 32*Vtlf = 32*64 kbit/s = 2048 kbit/s. На слици 5 приказан је распоред канала у раму PCM система. импулсни оквир временски канал
0
1
2
...
15
16
...
17
30
31
телефонски говорни канали трајање рама 125 s
Слика5. Распоредканалаураму
Временски канали, од 1 до 15 и од 17 до 31, додељени су телефонским говорним каналима, и служе за пренос кодованих одмерака говорних сигнала. Ови канали могу се користити за пренос разних врста дигиталних података протока до 64 kbit/s.
Сигнал синхронизације рама
(FAS
FrameAlignmentSignal ) је неопходан да би 11
пријемни уређај могао да одреди почетак сваког рама на пријемној страни. Овај сигнал је , заузима од другог до осмог бита у нултом представљен кодном речи временском интервалу сваког другог рама. (CRC У сваком нултом каналу сваког рама први бит је бит који се користи у Cyclic Redudancy Check) контролном поступку (препорука G.704). Овај поступак служи за контролу појаве грешке током преношења посматраног сигнала (од места где се дати примарни сигнал формира до места где се расформира).
У нултим временским интервалима непарних рамова, бит број 2 је фиксиран на вредност 1. Бит број 3 је алармни бит, и има следеће вредности: 0, кад нема аларма
А= 1, кад се аларм шаље удаљеној станици
Битови (на позицијама 4 8) су предвиђени за националне потребе, а у случају међународних веза или кад се не користе имају вредност 1, као што приказује слика 6. 125 s
каналски временски интервали
0
1
2
15
1
2
15
16 16
17
30
17
30
31
телефонски говорни канали 1 2 3 Si 0
0
4
5
1
1
6 7 0
1
8
1 2 3 4 5 0 0
1
0
0
X
6 7 Y
X
X
Нулти и парни рамови:
MFAS
FAS сигнал синхронизације рама 1 2 3 4
5 6 7
8
Si 1 A Sn Sn Sn Sn Sn
Непарни рамови :
8
сигнал синхронизације мултирама
1 2
3 4 5 6 7
8
ai bi ci di ak bk ck dk
рам i : (i = 1,2,..,15); (k = i+15 – горња нумерација)
Слика6. СтруктурапримарногPCMрама
Шеснаести канал се користи за пренос сигнализационих критеријума свих говорних канала, (CAS уколико се примењује преношење сигнализације по придруженом каналу, Channel Associated Signaling). У том случају прва четри бита (а i, bi, ci, di) се користе за сигнализацију првих 15 говорних канала, а друга четири (а к, bk, cк, dк) за сигнализацију преосталих 15 говорних канала. С обзиром да сигнализациони критеријуми немају тако високу учестаност као говорни сигнал, показало се да нема потребе слати их у сваком раму, дакле сваких 125 s. Пошто за пренос сигнализационих критеријума свих 30 говорних канала није довољно 8 битова колико их има у сваком каналском временском интервалу па тако и у каналу 16, дошло се на идеју да се рамови организују у структуру (мултирама). Рамови у оквиру надрама се нумеришу бројевима од 0 15, значи има их 16. Сигнализација 12
за сваки говорни канал шаље се једном у сваком надраму са по четири бита, односно сваких 16125 s = 2 ms. Према томе, проток сигнализационих битова у овом случају је 2 kbit/s (односно 4 bitа/2 ms). Проток синхронизационих битова рама у надраму је 28 kbit/s. (CCS Уколико се примењује систем сигнализације по заједничком каналу, CommonCannelSignaling ), организација надрама губи смисао и тада се каналски временски интервал 16 не користи за пренос сигнализационих критеријума, већ се може користити за пренос података протока до 64 kbit/s. У том случају се један од канала (било који изузев нултог) користи за сигнализационе поруке. При том се протоком од 64 kbit/s могу пренети сигнализационе поруке за око 2000 телефонских канала.
, јер је то Битови аi, bi, ci, di (i =1,2,...,15) се никада не користе у комбинацији (MFAS синхро група, која се користи као сигнал синхронизације мултирама MultiframeAlignmentSignal ), који је неопходан за одређивање почетка мултирама. Сигнал синхронизације мултирама заузима позиције од 1 до 4 у шеснаестом каналском временском интервалу сваког нултог рама. У истом каналу битови 5,7 и 8 (X битови) треба да имају вредност 1 ако се не користе за друге сврхе, док се бит број 6 (Y бит) користи за најаву губитка синхронизације мултирама. На слици 6 приказана је структура примарног PCM рама, са назначеном функцијом неговорних канала у нултом, парним и непарним рамовима.
Сходно начину преношења, сигнализација на системима са временским распоредом канала (TDM системима) може се остварити на два начина, како је већ речено:
по заједничком 16 -том каналу за све говорне канале система PCM 30, ако се примењују системи сигнализације по придруженом каналу (CАS) и
по заједничком каналу за већи број канала, код примене система сигнализације између централа по заједничком каналу (CCS према препоруци CCITT No.7)
С oбзиром на то да је европски PCM систем настао из америчког система Т 1, то су и блок шеме ових уређаја сличне. Разлика је само у начину формирања временског мултиплекса. Блок шема PCM терминала дата је на слици 7.
У PAM делу PCM уређаја обавља се импулсна амплитудна модулација и демодулација. Функционално посматрано овде разликујемо две врсте уређаја. У прву групу спадају уређаји који обрађују каналне сигнале и њихов број је једнак броју канала. У другу групу спадају уређаји који обрађују мултиплексни сигнал односно сигнал који представља временски мултиплекс импулсно амплитудно модулисаних сигнала. Број оваквих уређаја у једном PCM терминалу зависи од мултиплексног сигнала који се обрађује. Континуални телефонски говорни сигнал долази од претплатника и преко телефонске централе улази двожично у отпремни НФ филтар, чији је задатак да изврши фреквентно ограничавање сигнала.
13
14
Ограничавање спектра сигнала потребно је извршити како би се омогућила коректна импулсна амплитудна модулација. Импулсна амплитудна модулација обавља се поступком одмеравања, које се обавља помоћу електронских прекидача (имају малу отпорност у активном стању). Одмеравање се врши у временским интервалима Т o = 125 s. Поворка одмерака на заједничком воду се мултиплексира са одмерцима осталих претплатничких сигнала. Импулси који управљају радом електронских прекидача генеришу се у дистрибутору такта и међусобно су померени дуж временске осе. Мултиплексни PAM сигнал са заједничког отпремног вода улази у тренутни компресор, а затим у бинарни кодер који сваки одмерак претвара у осмобинту кодну реч. Сигнали за сигнализацију телефонских критеријума (бирање броја, позив, заузеће итд.) улазе из телефонске централе у сигнализациони отпремник, а затим се одмеравају и доводе на заједнички отпремни сигнализациони вод. Да би се сви говорни и сигнализациони битови међусобно правилно распоредили и послали током сваког интервала одмеравања потребно је да се на излазу предајника формира рам. Рам је скуп битова које шаље предајник, односно, прима пријемник током једног интервала одмеравања Тo. У блоку уобличавач рама врши се уобличавање рама односно ређање канала у које се поред говорних убацују сигнализациони и синхронизациони битови. Из уобличавача рама излази мултиплексни PCM сигнал и одлази према излазном блоку. Задатак излазног блока је да што боље прилагоди PCM сигнал детерминистичким особинама физичке линије између предајног и пријемног дела. Није погодно преносити сигнале који имају једносмерну компоненту па се у излазном блоку врши прекодовање односно линијско кодовање улазних униполарних импулса. Пријемни регенератор враћа PCM линијски кодован сигнал у полазне униполарне импулсе. Раздвајач рама врши демултиплексирање раздвајање синхронизационих, сигнализационих и говорних битова. Екстрактор такта издваја информацију о учестаности и фази основног дигитског такта и управља радом дистрибутора такта у пријемном делу. Екстрактор синхронизације рама хвата синхронизациону групу битова у раму и саопштава демултиплексеру (раздвајачу рама) где је почетак односно крај долазећег рама. У декодеру кодна реч се претвара у компримовани одмерак који побуђује експандор чији је задатак да изврши експанзију сигнала. Из пријемног мултиплексног PAM сигнала издвајају се помоћу кола за одмеравање одмерци појединих канала (уз присуство одговарајућих такт сигнала). Након тога се врши реконструкција оригиналног сигнала из поворке одмерака, помоћу НФ филтара. Континуални пријемни говорни сигнал двожично одлази према ТФ централи. Блок аларма упозорава руковаоца PCM линије када постоји нека грешка у преносу (нпр. губљење информационих битова, превелик број погрешно примљених битова итд.). Овај блок може аутоматски да искључи терминал из рада ако су у питању веће грешке. Да бисмо формирали синхронизационе критеријуме, на предајној страни неопходан је осцилатор стабилне учестаности (кварцно стабилисан, са високим степеном стабилности). Синхронизација је неопходна за постизање исправних тренутака одлучивања о приспелој поруци на пријемној страни. Према дефинисаним прописима, основни такт се може генерисати: из сопственог стабилног осцилатора, из спољашњег извора или из долазне поворке примарног дигиталниг сигнала. Већ је речено да се на предајној страни користи квалитетан сопствени осцилатор, а у пријемном делу система такт се издваја из долазне поворке дигиталног сигнала. 15
Дигитални преносни системи већег капацитета Јасно је да постоји потреба за формирањем виших хијерархијских нивоа у циљу што бољег искоришћења трансмисионог пута. Са тридесет говорних канала (колико их има примарни PCM систем) уз примену временског мултиплексирања, предности дигиталног преноса над аналогним нису толико изражене на већим растојањима. Да би дигитализација сигнала имала економско оправдање, потребно је да постоји могућност истовременог преноса, већег броја канала, по истом преносном путу, што је довело до дефинисања протока битова на вишим хијерархијским нивоима, како би се избегла претерана шароликост дигиталних уређаја. Кад је у питању начин формирања временског мултиплекса, разликују се: синхрони мултиплекс, који представља основу свих PCM система, и асинхрони мултиплекс, који је заступљен у мрежама са комутацијом пакета. Да би се извршило синхроно мултиплексирање сви приточни дигитални сигнали (сигнали од којих се формира сигнал вишег реда) морају бити синхронизовани. За два или више дигиталних сигнала се каже да су синхронизовани ако се њихови тренуци преласка са једног сигнализационог интервала на други међусобно подударају или су померени за неки фиксан временски интервал. Поред међусобне синхронизованости приточних сигнала, код синхроног мултиплексирања, неопходна је синхронизованост са основним тактом мултиплексног уређаја. Синхроно мултиплексирање се може вршити на два начина: бит по бит, или бајт по бајт (кодна реч по кодна реч). У првом случају мултиплексни сигнал се формира утискивањем бита, а у другом случају утискивањем бајтова кодних речи. Kaд је у питању примарни мултиплексни сигнал, можемо закључити да се формира применом синхроног мултиплексирања бајт по бајт, при чему се притоке, које преносе дигитализовани говорни сигнал протока 64 kbit/s, формирају у самом мултиплексеру. Мултиплексни системи на вишим хијерархијским нивоима користе принцип асинхроног (плесиохроног) мултиплексирања. За два или више дигиталних сигнала се каже да су плесиохрони ( plesiochronous близак), ако су им протоци номинално исти или одступају унутар неке, одређене, толеранције (на пример 5*10-6). Односно, може се рећи да су сигнали плесиохрони када су им тактови скоро једнаки. Принцип плесиохроног (асинхроног) мултиплексирања је заступљен увек када су приточни сигнали плесиохрони, односно независни од интерног такта мултиплексног уређаја. Да би се извршило мултиплексирање оваквих сигнала, треба их довести на заједнички такт (извршити допуну додатним битовима), који се генерише у мултиплексном уређају. Овај поступак захтева примену неког од поступака за изравнавање ( justification). Према ITU T препоруци G.701, изравнавање је поступак контролисане промене протока приточног дигиталног сигнала у циљу његовог усаглашавања са неким другим протоком сигнала, без губитка информације. Када се сви приточни сигнали доведу на заједнички такт, врши се њихово мултиплексирање бит по бит. Постоје три врсте поступака изравнавања: позитивно, негативно и позитивно-негативно (нулто) изравнавање. Европску хијерархију временског мултиплексирања карактерише фактор мултиплексирања 4 на прелазима ка вишим хијерархијским нивоима. То значи да се сваки виши хијерархијски сигнал добија мултиплексирањем 4 сигнала која припадају претходном хијерархијском нивоу. На пример, 4 примарна сигнала протока 2048 kbit/s 16
после мултиплексирања дају нови мултиплексни сигнал секундарни сигнал. У европској хијерархији временског мултиплексирања искључиво се примењују дигитални мултиплексни уређаји са плезиохроним мултиплексирањем и позитивним изравнавањем. Позитивно изравнавање је поступак утискивања (убацивања) битова изравнавања, који се зову слепи битови, (слепи битови су празни временски интервали који не носе никакву информацију) у приточни дигитални сигнал, како би се нижи такт долазног сигнала допунио до вишег такта који је одређен тактом датог мултиплексног уређаја. Примарни сигнали који граде секундарни сигнал зову се притокама . Поред секундарног мултиплексног сигнала постоје: терцијарни, квартерни и квинтарни. Преглед европске хијерархије временског мултиплексирања дат је у табели 1 (хијерархијски нивои су обележени од 1 до 5). Хијерархијски нивои
Проток бита kbit/s
Број тлф. канала
Факрор мултиплексирања
64
1
1
2048
30
30
2
8448
120
4
3
34 368
480
4
4
139 264
1920
4
5*
564 992
7680
4
Табела 1. Хијерархија временског мултиплексирања базирана на дигиталном сигналу протока 2048 kbit/s
Квинтарни (5*) PCM сигнал није стандардизован од стране ITU T. У табели су дати хијерархијски нивои, хијерархијски протоци битова, бројеви те лефонских канала који одговарају датим хијерархијским нивоима, као и фактор мултиплексирања који се користи за добијање посматраног хијерархијског нивоа. Сваки систем вишег реда образује се од четири система четири притоке нижег реда и праћен је утискивањем импулса. Због тога битска брзина виших нивоа није директан умножак битске брзине система PCM 30. Према CCITT препорукама битска брзина система n-тог хијерархијског нивоа се одређује на следећи начин
bn = 4 b(n - 1) + 2n 0.064 Mbit/s, где је n ред система (n = 2,3,4,5) Рам система вишег реда садржи приточне битове, који су краћег трајања (више од 4 пута) битове изравнавања, то су утиснути битови (има их највише 4 у сваком раму) битове индикације изравнавања, који указују на присуство (одсуство) битова изравнавања синхронизационе битове, означавају почетак сваког рама (њихов садржај је познат) бит аларма, у сваком раму PCM система вишег реда постоји и бит аларма. Ако је његова вредност 1, уместо 0, то је знак губитка синхронизације рама или губитка такта, а може да се деси и изостајање неког приточног сигнала резервне битове: поред бита аларма у сваком раму постоји највише 3 резервна бита који имају сервисне функције. 17
Мултиплексирање четири приточна сигнала у сигнал вишег реда врши се по принципу бит по бит , што значи да се наизменично шаљу битови из сва четири приточна сигнала и међусобно су равноправни у новоформираном мултиплексном сигналу. Сваки систем вишег реда има четири пута већи број канала, а то значи да је у истом износу повећана и ширина потребног преносног опсега. Ово ширење пропусног опсега има за последицу промену односа сигнал-шум.
Секундарни PCM систем Секундарни PCM систем је базиран на систему PCM 30, како се види са слике 8. У односу на систем PCM 30 има четири пута већи број канала, 120 канала. На основу израза за одређивање протока на вишим хијерархијским нивоима, добија се да је проток овог система 8448 kbit/s. PCM 30
НФ PCM НФ
НФ
PCM 120
8 Mbits систем
PCM НФ
НФ PCM НФ
2 Mbit/s системи
НФ PCM НФ
Слика 8. Приказ формирања секундарног PCM сигнала
Структура рама секундарног мултиплексног сигнала је дата на слици 9. Рам траје 100,38 s, и у њему има 848 битова. Подељен је на 4 блока, који су на слици означени са I, II, III и IV. Сваки блок има по 212 битова и сви су нумерисани су од 1 до 212. У првом блоку, првих 12 битова садрже синхронизациону групу за цео рам, бит за преношење сигнала аларма (А) и један резервни (службени) бит, који се користи као неургентни аларм или за пренос података нижих протока. Затим следи 200 приточних битова у алтернативном редоследу, што значи да су два суседна бита сваког појединачног примарног сигнала међусобно раздвојена са по једним битом из сваког од преостала три примарна сигнала. Значи, мултиплексирање приточних сигнала је по систему бит по бит. У блоковима II и III преноси се увек по 208 приточних битова, док у блоку IV тај број је од 204 до 208. Утиснути битови налазе се увек у последњем блоку импулса у раму, oзначавају се са S j.
18
848 битова I блок 212 битова
БЛОК I
Т 100 s
II блок 212 битова III блок 212 битова
IV блок 212 битова
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
212
1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 А R
БЛОК II
1
2 3
4 5
C11 C21 C31 C41
БЛОК III
1
2
3
4
приточни битови
212
приточни битови приточни битови 5
212
C12 C22 C32 C42
приточни битови БЛОК IV
1
2
3
4 5 6 7 8 9
212
C13 C23 C33 C43 S1 S2 S3 S4
приточни битови Слика 9. Структура рама секундарног дигиталног сигнала
Битови индикације изравнавања se налазе на почетку у сваком од последња три блока, означени су са Cij (i = 1,2,3,4; j = 1,2,3). Први бит C1j (j = 1,2,3) у свакој од контролних група односи се на први приточни примарни сигнал, други бит C2j (j = 1,2,3) на други приточни примарни сигнал, итд. Рам секундарног мултиплексног сигнала формира се комбиновањем битова приточних примарних сигнала (824 бита), сигнала синхронизације рама (10 битова), алармног бита (1 бит), службеног бита (1 бит) и битова индикације изравнања (3 x 4 бита). На основу начина формирања секундарног PCM сигнала, а и сигнала на вишим хијерархијским нивоима, може се закључити да се сигнали нижих хијерархијских нивоа не виде унутар структуре сигнала вишег нивоа, тј. да им се не може једноставно приступити.
Терцијарни PCM систем Терцијарни PCM систем се формира од 4 секундарна система. У овом хијерархијском нивоу систем има 480 говорних канала. Проток битова овако формираног сигнала је 34 368 kbit/s. Рам траје 44,7 s, и садржи 1536 битова. Структура рама терцијарног дигиталног сигнала је слична као у претходном систему, те нема потребе да буде детаљно коментарисана.
Квартерни PCM систем Квартерни PCM систем се формира од 4 терцијарна система. У овом хијерархијском нивоу систем има 1920 говорних канала. Поред преноса телефонски говорних сигнала, систем се може користити за пренос телевизијских или тонских сигнала. Проток битова овако формираног сигнала је:
b4 = 4 b3 + 24 0.064 = 4 * 34 368 + 2 4 * 0.064 = 139,264 Mbit/s Трајање рама квартерног мултиплексног сигнала је 21,02 s. 19
Квинтарни PCM систем Квинтарни PCM систем се формира мултиплексирањем четири квартерна PCM система, и користи се као линијски уређај. Систем има 7680 говорних канала. Проток битова овако формираног сигнала је 564 992 kbit/s. Рам квинтарног PCM система траје 4,78 s и има сличну организацију као претходни системи. Синхронизација код свих система вишег реда се врши утискивањем слепих битова. По правилу, на дигиталне комутационе системе се директно спрежу дигитални системи преноса протока 2 Mbita/s. Системи дигиталног преноса могу бити реализовани по различитим преносним медијима: симетричној парици, коаксијалном каблу, радио релејној вези, оптичком каблу или сателитској вези. Проблем успостављања дигиталних веза између земаља које користе различите хијерархије временског мултиплексирања решен је дефинисањем тзв . мешовите хијерархије временског мултиплексирања, која је приказана на слици 10, а захтева посебне и веома скупе уређаје (интерфејсе) неопходне за остварење повезивања две различите мреже. Ова хијерархија временског мултиплексирања је дефинисана ITU T препоруком G.802. 2048
x30
kbit/s
ДС0
8448
x4
kbit/s
x4
34368 kbit/s
x4
x3 6312
44736
kbit/s
kbit/s
kbit/s
x4
ДС1
kbit/s
x4
564992 kbit/s
ДС2
x7
ДС3
x6
*
ДС5*
x3
1544
x24
139264
274176 kbit/s *
ДС4*
ДС дигитални систем одговарајућег хијерархијског нивоа ДС4* и ДС5* дигитални системи у америчкој и европској хијерархији који нису стандардизовани Слика 10. Европска и америчка хијерархија временског мултиплексирања
Синхронизација рама Да би се могао вршити пренос података дигиталног типа, неопходно је да постоји податак о дигитском интервалу и податак о почетку неког канала, односно информација о положају дигита који одговарају одређеном сигналу. За сваки пријемник веома је битна екстракција основне дигитске учестаности. Приликом преноса долази до нестабилности дигитског такта, ова појава је позната као временски џитер ( jitter ). Џитер се манифестује кроз одступање предњих и задњих ивица преношених импулса у односу на њихове позиције у поворци импулса на месту предаје. Проблем остваривања синхронизације може се решити на више начина. Свака национална мрежа користи више типова синхронизације, што свакако диктирају различите потребе преноса. Синхронизација између PCM рамова на предаји и пријему најчешће се, у пракси, обезбеђује уношењем одређеног броја синхронизационих дигита у PCM рам. Ови дигити не носе поруку за крајњег корисника информације, већ служе за службено информисање екстрактора 20
синхро-групе у пријемнику. Поред овог начина синхронизације, постоји и поступак статистичке синхронизације. У овом случају не постоји никаква синхронизациона група, али се познавајући статистику сигнала који се преносе, може одговарајућим поступком, издвојити почетак кодних речи, односно почетак PCM рама. Системи за синхронизацију могу се поделити на више начина: према начину убацивања синхронизационих дигита у рам, према трајању синхронизације или ресинхронизације, и према начину рада екстрактора такта. Под поступком успостављања синхронизације се подразумева процес проналажења и верификације синхро-групе приликом првог укључивања уређаја. Пошто у раду може доћи до испадања уређаја из синхронизма, због разних грешака, процес поновног успостављања синхронизације се зове ресинхронизација. С обзиром на положај синхро дигита у односу на информационе дигите, синхро-група може бити концентрисана и расподељена. Преглед основних типова синхро-група дат је на слици 11. СИНХРОНИЗАЦИОНА ГРУПА
КОНЦЕНТРИСАНА
РАСПОДЕЉЕНА
СИНХРО ГРУПА
СИНХРО ГРУПА
ЈЕДАН РАМ Tc = Tо
ВИШЕ РАМОВА T c = zT о
ЈЕДАН РАМ Tc = T0
ВИШЕ РАМОВА Tc = zT0
Слика 11. Преглед основних типова синхро-група
У дигиталним системима преноса могуће је користити и концентрисану и расподељену синхро-групу. Ако се користи расподељена синхро-група онда се према неком, унапред утврђеном, правилу између информационих дигита смештају синхронизациони. У случају, када се користи концентрисана синхро-група најзгодније је да се постави на сам почетак или крај PCM рама, како би било једноставније издвајање читаве структуре од 30 говорних канала. Циклус синхронизације Т c (Тc циклус понављања синхрогрупе) може бити једнак трајању рама, односно, периоду одмеравања Т o, или неком целом броју тих периода: Тc = zТo , где z може бити 2,3 ...; у систему PCM-30 је z = 2. Према томе, у систему PCM-30 циклус синхронизације је Т c = 2Т o = 2 125 s = 250 s, а циклус синхронизације надрама би био: Т cN = 16Т o =16 125 s = 2 ms, пошто је синхро-група за синхронизацију надрама смештена само у шеснаестом каналу нултог рама. Најзначајнији параметри у систему за синхронизацију су број бита у синхрогрупи и њена структура. Вероватноћа погрешне синхронизације је мања што је већи број 21
бита у синхро-групи али је тада мања ефикасност система, зато што је у раму преостало мање битова за пренос информације крајњем кориснику. Процеси синхронизације и ресинхронизације представљају неизбежне операције у успостављању везе између два терминална уређаја. Ови процеси обухватају два поступка: хватање или лов синхро-групе и верификацију пронађене синхро-групе. Екстрактор синхронизације проверава да ли се у тренутку када се очекује синхрогрупа, она стварно и појављује и да ли има исти садржај као локални референтни сигнал (референтна синхро-група) који се генерише у самом пријемнику. У систему PCM 30 синхро-група се очекује у нултим каналима нултог и парних рамова (сваког другог рама). Ако се поређењем установи да је синхро-група одговарајућа и да је стигла када је очекивана, екстрактор синхронизације ће у наредних v рамова (обично се узима да је: 1 v 10) у циљу верификовања постигнутог синхронизма, поновити компарацију синхрогрупе са референтном групом. Ако и поновљене компарације буду успешне завршава се и процес верификације и пријемник прелази у нормалан режим рада. Процес хватања синхро-групе се назива и фазом лова, а према начину реализације разликују се екстрактори синхронизације са: ловом од рама до рама и ловом од дигита до дигита .
Екстрактор синхронизације од рама до рама У екстрактору синхронизације, на пријемној страни, врши се поређење долазећег PCM сигнала са битовима из референтне синхро -групе. Када се синхро-битови и референтни битови временски не поклапају, екстрактор синхронизације доноси одлуку да не постоји синхронизам, па задржава битове из референтне синхро-групе за један дигитски интервал, Тd. Поступак лова синхро-групе, у овом случају, може се приказати помоћу дијаграма који је дат на слици 12.
Тc
Тc
Тd t
t
t Тc + Тd синхронизациони битови информациони битови
t Т c + Тd
Слика 12. Приказ алгоритма лова од рама до рама
22
Како се види са дијаграма који је дат на слици 12 и прва и друга компарација су неуспешне, па референтну синхро-групу треба задржати за још један дигитски интервал. У следећем раму се поново врши поређење ових синхро-група, и на основу дијаграма закључујемо да је ова компарација успешна. Наравно, произвољно је узето да синхро-група садржи два синхронизациона бита (назначени су пуном дебљом линијом, док су танком линијом назначени информациони битови), а самим тим и генерисана референтна синхро -група има два синхронизациона бита. Тек по потврди положаја синхро-групе у више рамова сматра се да је постигнута синхронизација. У овакавом поступку хватања синхронизације прескаче се цео рам што продужава поступак тражења синхро-групе. Извесно побољшање, у том смислу, даје поступак тражења синхронизације са ловом од дигита до дигита.
Екстрактор синхронизације од дигита до дигита Блок шема екстрактора синхронизације је дата на слици 13. PCM сигнал са линије долази у пријемни регенератор и линијски декодер, где се врши регенерација и линијско декодовање. Из уобличеног, униполарног PCM сигнала у екстрактору дигитског такта врши се екстракција дигитске учестаности. На почетку процеса лова пуни се померачки регистар, који је на шеми представљен као блок за идентификацију, са битовима синхро-групе. Померачки регистар је смештен на улазу екстрактора синхронизације и он прима онолико битова, колико их синхро-група садржи. После тога, садржај регистра се упоређује са битовима из референтне синхрогрупе која је меморисана у блоку за идентификацију екстратора синхронизације. Уколико се покаже да садржаји ових синхро-група нису једнаки, на излазу се генерише сигнал грешке и I-коло побуђује блок за одлучивање. Ако је број грешака велики, блок за одлучивање најављује губитак синхронизације на тај начин што прекида рад дистрибутора такта и блокира излаз пријемника. У поступку лова синхронизације дистрибутор такта је блокиран све док се на излазу блока за идентификацију јавља сигнал грешке.
УЛАЗ
ПРИЈЕМНИ РЕГЕНЕРАТОР И ЛИНИЈСКИ ДЕКОДЕР
ЕКСТРАКТОР ДИГИТСКОГ ТАКТА
ка раздвајачу рама ЕКСТРАКТОР СИНХРОНИЗАЦИЈЕ
БЛОК
ЗА
I-коло ДИСТРИБУТОР ТАКТА БЛОК ЗА О ЛУЧИВАЊЕ
Слика 13. Блок шема екстрактора синхронизације од дигита до дигита
У тренутку када се препозна синхро-група, почиње се са њеном верификацијом и тада дистрибутор такта генерише синхро-импулс, који отвара I-коло. Тек тада импулси са излаза блока за идентификацију могу пролазити ка блоку за одлучивање. Присуство синхро-
23
импулса означава хватање или постојање синхронизације. После тога, блок за одлучивање деблокира све излазе дистрибутора такта, односно отвара пријемник. Пошто се компарација садржаја регистра и референтне синхро-групе обавља од дигита до дигита унутар једног рама, овакав поступак хватања синхронизације траје краће него у случају примене алгоритма лова од рама до рама . Оптимизација просечног трајања синхронизације добијена је поворком синхро-импулса коју дефинишу одговарајуће препоруке, и за систем PCM 30 њен садржај је: 0011011. За синхронизацију рама и надрама дефинише се фактор режима синхронизације (S):
S =
k o bo
100 % , где је:
кo број бита синхро-групе bо укупан број бита у циклусу синхронизације За систем PCM 30, за рам и надрам, имамо да су фактори режима синхронизације респективно:
SR =
7 2 32 8
SNDR =
100 = 1,37 %
4 16 32 8
100 = 0,1 %
Просечно време трајања синхронизације, односно ресинхронизације зависи и од утицаја сметњи, које у реалним условима постоје. Приликом преноса сметња може да утиче на информационе битове, али и на синхронизационе. Ако сметња утиче на информационе битове укупна вероватноћа пријема погрешног бита остаће непромењена. Међутим, кад сметња измени структуру синхро-групе онда може доћи до ометања синхронизма. Ометање синхронизма може имати за последицу да екстрактор дигитске учестаности у пријемнику затаји. Ометање синхронизма је непожељно и треба свести на најмању могућу меру. У дигиталним системима преноса, почев од примарног, а и у системима вишег нивоа користи се метод обезбеђивања синхронизације помоћу синхро-групе. Али, ако постоји фазна разлика између предајног и пријемног такта доћи ће до појаве грешке у читавом блоку импулса. Ова појава, позната као појава клизања (slip), изазваће губитак синхронизације, а може доћи и до губитка информационих битoва. Телефонски говорни сигнал није превише осетљив на појаву клизања. Ако се клизање ретко јавља неће имати посебан утицај на квалитет говорног сигнала на пријему. Међутим, код преноса података ова појава је много критичнија, па ће бити неопходно поновно слање целог блока података. У дигиталним системима, на вишим нивоима, појава клизања се може ублажити поступком утискивања слепих импулса. Овај поступак, погодан је за мултиплексирање у вишим хијерархијским нивоима PCM система. Наравно, на пријемној страни треба препознати ове бите, што омогућавају битови за индикацију изравнавања. Како смо претходно видели, ови битови су назначени у рамовима система на вишим нивоима (почев од секундарног система).
Синхронизација интегрисане мреже Процес дигитализације телефонске мреже започет је у неким земљама још 70 -тих година, а интензивирао се 80-тих година. Крајњи циљ је формирање потпуне интегрисане дигиталне мреже IDN (IDN Integrated Digital Network ). У овој мрежи се између локалних 24
централа било која два корисника налази канал од 64 kbit/s, чиме је обезбеђен основни предуслов за постепен развој дигиталне мреже са интегрисаним службама ISDN (ISDN Integrated Services Digital Network ). За временско мултиплексирање сигнала у предајнику и демултиплексирање у пријемнику неопходно је да основни тактови у предајном и пријемном терминалу буду синхронизовани, што се постиже екстракцијом дигитске учестаности из долазећег сигнала. Поред тога, неопходно је да пријемник располаже информацијом о тренутку почетка PCM рама што се обезбеђује екстракцијом синхронизационе групе из долазеће поворке дигита. У PCM системима који раде од тачке до тачке дигитска синхронизација обично се решава на тај начин што предајник има стабилни осцилатор основне учестаности, f d. Ова учестаност се користи за дигитализовање свих сигнала у предајном терминалу. У сложенијој интегрисаној PCM мрежи, треба обезбедити да све одлазне и долазне поворке бита у комутационом центру буду синхронизоване у односу на основни дигитски такт. Извори аналогних и дигиталних информација прикључују се преко PCM терминала на комутационе центре у којима се врши комутација на дигиталном нивоу путем временског мултиплексирања одлазних дигиталних сигнала и временског демултиплексирања долазних дигиталних сигнала. Што је мрежа географски распрострањенија и разгранатија, то ће бити теже остварити синхрони рад свих генератора такта у PCM терминалима и комутационим центрима. Остваривање синхронизације у интегрисаној PCM мрежи може се реализовати на више начина, а неки од њих су: са централним осцилатором, са стабилним осцилаторима, са утискивањем импулса и са узајамном синхронизацијом. Проблем дигитске синхронизације у интегрисаној PCM мрежи могао би се једноставно решити постављањем једног централног осцилатора, који би диктирао такт свим центрима у мрежи. Међутим, ово решење има озбиљних недостатака, па је погодније користити плесиохрону мрежу, односно мрежу у којој су локални осцилатори врло стабилни и блиски по учестаности, али су међусобно независни. Главни квалитет решења синхронизације интегрисане мреже поступком узајамне синхронизације огледа се у могућности преноса и у случају испада из синхронизације било ког комутационог центра.
Мрежа са централним осцилатором Такт из централног осцилатора може се довести различитим PCM терминалима чак и ако су географски удаљени. Такт се може довести кроз сам PCM сигнал или посебном мрежом. У првом случају, кад се такт преноси кроз PCM рам, због појаве џитера (флуктуације положаја импулса) биће отежана екстракција основног такта из долазног сигнала. У другом случају, основни такт преноси се преко посебних канала, тј. посебном мрежом. Али, мрежа за дистрибуцију такта и осцилатор морају бити добро заштићени од свих могућих сметњи. Поред разних сметњи које могу проузроковати прекид преноса, треба имати у виду и кашњење сигнала. Због тога треба строго контролисати кашњење такта у свим тачкама мреже за дистрибуцију. Појаве групног кашњења сигнала морају се компензовати, па се најчешће уводе линије за кашњење (које изискују одређене-додатне трошкове), или се прецизно подешавају дужине каблова. Значи, изградња посебне мреже за пренос такта захтева не баш занемарљива улагања. Дакле, мрежа са централним осцилатором није погадна ни са техничког, ни са економског становишта. 25
У неким мрежама се користи синхронизација типа MASTER SLAVE (надређениподређени). То је решење које подразумева заједнички осцилатор који помоћу тачног такта (добијеног на цезијумовом часовнику) обезбеђује синхронизованост MASTER централа. Преко дигиталних система преноса, ове централе прослеђују такт удаљеним комутационим центрима SLAVE централама.
Мрежа са стабилним осцилаторима У мрежама, у којима се користи овакав вид синхронизације, на страни сваког терминалног уређаја употребљавају се независни и врло стабилни осцилатори. Пошто су у питању стабилни осцилатори блиских учестаности (грчка реч plesio значи близак), у питању је плесиохрона мрежа. Долазни PCM сигнал има учестаност f 1, а при даљем отпремању сигнала користи се друга учестаност f 2 која је блиска учестаности f 1. С обзиром да се ове две учестаности разликују, потребно је да постоји еластична меморија (померачки регистар) у којој би се задржавала поворка импулса између пријема и предаје. Пошто постоји разлика учестаности (f 1 f 2), може се десити да капацитет еластичне меморије буде премашен, тј. да померачки регистар буде препуњен или испражњен а то доводи до губитка информационих битова, односно настаје грешка при преносу (долази до појаве клизања). Појава клизања у преносу импулса доводи до понављања једног или више информационих импулса или до њиховог губитка. Да не би дошло до губитка синхронизације због грешака, потребно је да капацитет еластичне меморије буде једнак броју дигита у PCM раму. У том случају, приликом сваког премашења капацитета цео PCM рам ће бити поновљен, па неће долазити до губитка синхронизма. Кад је у питању пренос говорних сигнала, у овакој мрежи, неће доћи до губитка синхронизације, због појаве клизања, ако еластична меморија има довољан капацитет. Може се рећи да је овакав начин синхронизације интегрисане мреже погодан кад је у питању пренос говорних сигнала.
Мрежа са утискивањем импулса Да би се извршило мултиплексирање плесиохроних притока неопходно је њихово довођење на заједнички такт који се генерише у мултиплексном уређају. То се врши коришћењем неке од метода изравнавања. Изравнавање је, како је раније речено, процес контролисане промене протока приточног дигиталног сигнала у циљу његовог усаглашавања са неким другим различитим протоком без губитка информације. Позитивно изравнавање је поступак утискивања битова изравнавања ( слепих битова ) у приточни дигитални сигнал, да би се спорији такт долазног сигнала допунио до вишег такта који је одређен тактом датог мултиплексног уређаја. Ово се може објаснити посматрајући приточне сигнале неког нижег нивоа који се мултиплексирају у дигитални сигнал који припада првом вишем хијерархијском нивоу. На слици 1 4 је дата блок шема која илуструје поступак утискивања импулса са припадајућим временским дијаграмима, који су дати за тачке А, Б, В, Г. Приточни дигитални сигнал континуално се уписује са својим тренутним тактом f d у еластичну меморију потребног капацитета (тачка А). Истовремено, еластична меморија се празни тако што се одређеним тактом из ње ишчитавају битови који се уписују на одговарајуће позиције у раму мултиплексног сигнала. Такт мултиплексног сигнала је тако изабран да је учестаност ишчитавања еластичне меморије нешто већа од максимално могућег тренутног такта приточног дигиталног сигнала, f d+ (тачка Б), који се у њу уписује (f d + f d). Стога, без примене поступка утискивања слепих битова, еластична меморија би 26
се у једном тренутку потпуно испразнила. Да би се то спречило, блок праг (блок за надзор меморије) констатује да је прекорачен дозвољени праг испражњености и о томе информише контролни блок који, на за то предвиђено место у раму мултиплексног сигнала, уместо информационог бита из еластичне меморије, уписује слепи бит. Контролни блок, у датом тренутку блокира један такт ишчитавања еластичне меморије тако што на улаз I-кола шаље логичку нулу. Истовремено преко посебног помоћног канала у раму мултиплексног сигнала саопштава удаљеном демултиплексеру да ће, уместо информационог, наићи слепи бит ( празан интервал). Довођењем логичке нуле на улаз I-кола у демултиплексеру се блокира један такт уписивања у еластичну меморију те ће на тај начин слепи бит бити елиминисан. Утискивањем слепог бита добија се на времену да би се еластична меморија мало допунила, а брисањем слепог бита се омогућава реконструкција првобитног стања. МУЛТИПЛЕКСЕР PCM (A) f d
М Е М О Р И Ј
ДЕМУЛТИПЛЕКСЕР
PCM (f d+) (Б) ТАКТ
(В) EКСТРАКТОР ТАКТА
М Е М О Р И Ј А
PCM (Г) f d
f d НФ ПРАГ
КОНТРОЛНИ
КОНТРОЛНИ
БЛОК
БЛОК
VCO
t тачка А t тачка Б t тачка В t тачка Г
слепи битови Слика 14. Илустрација поступка утискивања слепих импулса
Слепи битови не носе никакву информацију, већ само служе за постизање синхронизма на вишем бинарном протоку (хијерархијском нивоу). Број слепих битова који се утискују у приточни дигитални сигнал је већи што је већа разлика између његовог такта (такта уписа у еластичну меморију) и такта одређеног тактом датог мултиплексног уређаја (такта ишчитавања из еластичне меморије). На слици 14 број слепих битова је 2. Меморисани информациони битови, на пријемној страни, ишчитавају се споријим тактом чија је учестаност добијена усредњавањем такт импулса (тачка Г). Усредњавање је остварено помоћу нискофреквентног филтра чији излаз управља напонски контролисаним осцилатором VCO (VCO Voltage Controlled Oscilator ). Учестаност осцилатора је једнака 27
оригиналној дигитској учестаности PCM сигнала пре мултиплексирања (f d). Значи, из пријемне еластичне меморије ишчитава се PCM сигнал у свом првобитном облику. Да би се демултиплексеру поуздано пренела информација о томе да ли је посматрани бит информациони или слепи бит, у поменутом помоћном каналу мора се применити нека врста заштитног кодовања.
Мрежа са узајамном синхронизацијом У мрежама у којима се користи овакав начин синхронизације потребно је да сваки комутациони чвор добија референтни такт од осталих чворова. Усредњавањем периода долазних сигнала генерише се такт којим ће сви сигнали бити емитовани из датог чвора. Главни квалитет синхронизације овог типа је у томе што, у случају испада синхронизације било ког комутационог центра, и даље је могућ пренос. Усредњени такт се може изразити на следећи начин: Т d =
T 1T 2... T n n
1 n
n
T
i
,
где је n број комутационих чворова.
i 1
Поред наведених мрежа постоје и мреже за пакетски пренос. Мреже са комутацијом пакета су пројектоване првенствено за пренос података, мада се могу користити за пренос говора и других врста сигнала.
Карактеристике PDH система за пренос У постојећим ТК мрежама, комутација и пренос једним мањим делом се врше по PDH стандарду (PDH Plesiochronous Digital Hierarchy ). Дигитални мултиплексни сигнали вишег реда се формирају плесиохроним мултиплексирањем приточних сигнала са претходног (нижег) хијерархијског нивоа. Може се рећи да су PDH системи преноса обележје прве генерације дигиталних трансмисионих мрежа. Под PDH системима преноса подразумеваћемо све системе који обухватају формирање PDH мултиплексних сигнала, на предајној страни, њихов пренос по неком од преносних медијума и њихово расформирање на пријемној страни. Због многих ограничења које овај стандард намеће, мреже базиране на PDH системима преноса врло су нефлексибилне и гломазне. У такве мреже је врло тешко уводити неки јединствен систем за управљање мрежом. То значи да је у мрежи са PDH системима готово немогуће излазити у сусрет савременим захтевима. А да би се сачувала конкурентност на тржишту, мора се вршити стално унапређивање мрежа кроз додавање нових сервиса и пружање нових услуга. Савремени живот веома зависи од брзе, ефикасне и поуздане размене информација. Због тога, корисници захтевају од телекомуникационих мрежа да им обезбеди висок квалитет пренетих информација, као и могућност коришћења већег броја сервиса.... Међутим, PDH мрежа не може да удовољи свим захтевима на тако једностован начин. Због начина мултиплексирања плесиохроних притока не постоји директна идентификација сигнала нижих хијерахијских протока унутар неког мултиплексног сигнала вишег реда. То много отежава одграњавање сигнала и проспајање кроз мрежу (проспајање уствари обухвата операције преспајања и прослеђивања које се врше у одговарајућим уређајима, ради усмеравања дигиталног сигнала кроз мрежу). Рецимо, да би се извршило одграњавање сигнала 2 Mbit/s из сигнала 140 Mbit/s неопходно је сигнал 140 Mbit/s демултиплексирати преко нивоа 34 Mbit/s и 8 Mbit/s до нивоа 2 Mbit/s, а затим, 28
после извршеног одграњавања редоследом (сл 15). ЛТ
140
34 34
извршити
8 8
поновно
2 2
мултиплексирање
8 8
34 34
обрнутим
ЛТУ 140
ЛТУ линијски терминални уређај 2 Mbit/s издвајање и додавање притока Слика 15. Одграњавање у PDH техници
На слици 15 приказан је случај у коме се из сигнала 140 Mbit/s одграњава само један сигнал 2 Mbit/s и потом додаје нови 2 Mbit/s сигнал и врши мултиплексирање до нивоа 140 Mbit/s. Видимо да је било неопходно поставити два линијска терминална уређаја (ЛТУ), као и парове мултиплексер-демултиплексер за одговарајаћу хијерархијске нивое сигнала, што значи укупно 8 уређаја. То је доста велика количина опреме за одграњавање једног примарног сигнала. У литератури се оваква структура често назива мултиплексерска планина, што само по себи указује да су овакве структуре врло нефлексибилне, гломазне и скупе. Постојање великог броја мултиплексних уређаја у мрежи доноси и одређене проблеме. Да би се остварила 2 Mbit/s веза потребно је извршити мноштво преспајања на уређајима, што доста повећава време успостављања тражене изнајмљене везе. О неким брзим доделама канала 2 Mbit/s на захтев готово да не може ни бити говора, уколико се жели постићи са овом врстом преносних система. Два основна недостатка PDH система су: немогућност директне идентификације индивидуалних канала у мултиплексним сигналима вишег реда, недовољан капацитет резервисан за пренос разних управљачких информација. Ова два ограничења посебно су критична у јавним телефонским мрежама са великим бројем изнајмљених веза и при имплементацији нових сервиса. Осим наведених главних ограничења PDH технике, постоје и други, врло битни недостаци. На пример, никада нису стандардизовани оптички интерфејси, што онемогућава остваривање везе између уређаја различитих произвођача на оптичком нивоу. Поред тога, протоци изнад 140 Mbit/s за Европу, односно 45 Mbit/s за Америку никада нису стандардизовани. Лоша страна ових система је и структура рама која је различита за сваки хијерархијски ниво, као и трајање рамова. Због недостатака и наведених ограничења PDH техника се све мање користи, замењује је SDH техника.
РЕЗИМЕ Мултиплексирање сигнала је поступак којим се омогућава истовремени пренос више различитих сигнала по истом преносном путу. Мултиплексни пренос сигнала се може реализовати у функцији времена и фреквенције, па сходно томе постоје мултиплексни системи са: 1. фреквенцијском расподелом канала FDM системи и 2. временском расподелом канала ТDM системи У случају мултиплексног преноса на пријемној страни система је неопходно извршити демултиплексирање сигнала, тј. раздвајање и идентификацију сваког канала. 29
Основу временског мултиплексирања, у Европи, представља систем PCM 30, a у Америци систем Т1. Примарни мултиплексни сигнал чини 30 говорних канала и 2 додатна канала који служе за пренос синхронизационих и сигнализационих критеријума. Канали у раму су нумерисани од 0 до 31, при чему су неговорни канали 0 и 16. Капацитет сваког канала је 64 кbit/s, а проток бита у систему PCM 30 је 2,048 Mbit/s. За пренос сигнализационих критеријума свих 30 говорних канала није довољно 8 битова колико их има у једном (16-том) каналу, па се рамови (по њих 16) организују у структури надрама. Сигнализација за сваки говорни канал се шаље једном у надраму. Ако се примењује систем сигнализације по заједничком каналу CCS, организација надрама губи смисао. У PCM терминалу уређаји се функционално могу раздвојити на уређаје који обрађују каналне сигнале и уређаје који обрађују мултиплексни сигнал. Да би се што боље искористио трансмисиони пут формирају се PCM системи виших хијерархијских нивоа. При томе, се примењује поступак плесиохроног мултиплексирања. Сваки сигнал вишег хијерархијског нивоа се формира од четири сигнала нижег нивоа. Значи, сваки систем на вишем хијерархијском нивоу има тачно четири пута већи број канала, а проток битова је нешто више од четири пута већи због доприноса слепих битова. Европску хијерархију временског мултиплексирања чине: примарни, секундарни, терцијарни, квартерни и квинтарни PCM систем (квинтарни систем није стандардизован). Структура рамова на вишим хијерархијским нивоима је слична, али што је ред система већи то је трајање рама краће. Синхронизација рама у систему PCM 30 врши се синхро-групом која има седам бита, и смештена је у нултом каналу нултог и парних рамова (сваког другог рама). Поступак синхронизације обухвата два корака: хватање или лов синхро-групе и верификацију пронађене синхро-групе. Долазећа синхро-група се пореди са референтном синхро-групом, која је генерисана у самом пријемнику. Једна успешна провера није довољна, морају најчешће бити три узастопне исправне провере да би се прешло на фазу верификације. Зависно од начина реализације поступка хватања или лова синхро-групе постоје екстрактори синхронизације са ловом: од рама до рама и од дигита до дигита. Фактор режима синхронизације рама и надрама се дефинише као количник броја битова у синхро-групи и укупног броја битова у циклусу синхронизације. Синхронизација у интегрисаној дигиталној мрежи може се остварити на више начина, нпр.: помоћу централног осцилатора, помоћу стабилног осцилатора, утискивањем импулса или узајамном синхронизацијом. Код мреже са централним осцилатором, такт из централног осцилатора се може довести удаљеним PCM терминалима кроз сам PCM рам или посебним каналом за пренос такта. У првом случају, због појаве џитера биће отежана екстракција основног такта из долазног сигнала, а у другом случају, такт се преноси посебном мрежом, што је економски непогодно. Значи, овај начин синхронизације није погодан ни технички као решење, али ни економски. Код мреже са стабилним осцилатором, на страни сваког терминалног уређаја употребљавају се независни и стабилни осцилатори, који имају блиске учестаности. У 30
оваквој мрежи при преносу импулса може доћи до појаве клизања, што је непожељно нарочито код преноса података. Код плесиохроне мреже са утискивањем импулса, при мултиплексирању плесиохроних притока, потребно је довести их на заједнички такт који се генерише у мултиплексном уређају. За довођење притока на заједнички такт треба применити поступак изравнавања. Изравнавање је поступак контролисане промене протока приточног дигиталног сигнала у циљу његовог усаглашавања са неким другим протоком без губитка информације. На вишим хијерархијским нивоима у PCM система примењује се позитивно изравнавање. Код мреже са узајамном синхронизацијом, сваки комутациони чвор добија референтни такт од осталих чворова. У датом чвору се врши усредњавање периода долазних сигнала и генерише се усредњени такт којим се емитују сви сигнали из посматраног чвора. Мреже које су базиране на PDH система преноса су нефлексибилне и гломазне, у њих је тешко уводити нове сервисе. У оваквој мрежи не постоји директана идентификација сигнала нижих хијерархијских протока унутар неког мултиплексног сигнала вишег реда. Значи, тешко је извршити одграњавање.
ПИТАЊА за процену овладаности дефинисаним исходима (нивоима постигнућа) 1. Како се могу поделити системи за пренос с обзиром на преносни медијум? 2. Шта се подразумева под појмом мултиплексирања? 3. Како се реализије фреквенцијско, а како временско мултиплексирање? 4. Која врста мултиплексирања се примењује код дигиталног преноса у тлф.мрежи? 5. На бази чега се може реализовати временско мултиплексирање? 6. Који систем представља основу временског мултиплексирања? 7. Прикажи рам система PCM 30 и објасни функцију неговорних канала? 8. Колико траје један рам? Зашто? 9. Зашто постоји потреба за организовањем система PCM 30 у структури надрама, колико траје један надрам? 10.За шта се може користити 16-ти канал ако се не користи за пренос сигнализационих критеријума? 11.У ком каналу је смештена синхро-група за синхронизацију надрама, који је њен садржај? 12.Који уређаји у PCM терминалу чине групу каналних уређаја: а) нископропусни филтри б) кола за одмеравање в) компресор г) кодер 13. Који уређаји чине групу уређаја који обрађују мултиплексни сигнал у PCM терминалу? 14. Који је задатак блока аларм, а који излазног блока? 15. Како се врши синхронизација рама у систему PCM 30? 16. Одреди фактор режима синхронизације за рам и надрам система PCM 30? 17. Када се врши верификација пронађене синхро-групе? 18. Како се организују виши хијерархијски нивои PCM сигнала? 19. Одреди проток бита за терцијарни PCM систем? 20. Наведи најбитније карактеристике европске хијерархије PCM система? 31
21. Каква је структура рамова на вишим нивоима? Колико трају? 22. Шта представља поступак изравнавања? 23. Шта је IDN, а шта ISDN? 24. Да ли је и зашто погодно решење синхронизације са централним осцилатором у IDN? 25. Како се остварује синхронизација са стабилним осцилаторима? 26. Да ли је и зашто пожељна појава клизања? 27. Како се реализује поступак утискивања слепих битова у плесиохроној мрежи? 28. Шта је суштина узајамне синхронизације, како се одређује усредњени такт у мрежи са узајамном синхронизацијом? 29. За шта се најчешће користе мреже са комутацијом пакета? 30. Наведи најбитнија ограничења PDH система за пренос? 31. Да ли се може једноставно извршти издвајање сигнала нижег протока из сигнала највишег протока? 32. Шематски прикажи издвајање једне двомегабитне притоке из мултиплексног сигнала 34 Mbit/s.
Поређење PDH И SDH система У PDH техници је неопходан велики број уређаја за одграњавање једног примарног сигнала из сигнала вишег реда. У литератури се оваква структура често назива мултиплексерска планина, што само по себи указује да су овакве структуре врло нефлексибилне, гломазне и скупе и у њих је тешко додавати нове сервисе. Постојање великог броја мултиплексних уређаја у мрежи доноси и одређене проблеме. Да би се остварила 2 Mbit/s веза потребно је извршити мноштво преспајања на уређајима, што доста повећава време успостављања тражене изнајмљене везе. О неким брзим доделама канала 2 Mbit/s на захтев готово да не може ни бити говора. Два основна недостатка PDH система (као што је већ навођено) су: немогућност директне идентификације индивидуалних канала у мултиплексним сигналима вишег реда, недовољан капацитет резервисан за пренос разних управљачких информација. Ова два ограничења посебно су критична у јавним телефонским мрежама са великим бројем изнајмљених веза и при имплементацији нових сервиса. Осим наведених главних ограничења PDH технике, постоје и други, врло битни недостаци. Код синхроног мултиплексирања виши степен се формира тако да се притоке не мешају, већ свака остаје засебна без обзира у ком је хијерархијском нивоу била, и увек је директно доступна за разлику од притока у PDH, где се мора извршити демултиплексирање да би притоке биле доступне. Код синхроног мултиплексирања тактови приточних сигнала су синхронизовани са интерним, основним тактом мултиплексног уређаја. Мултиплексирање сигнала је бајт по бајт , што значи да се сигнали вишег реда добијају простим учешљавањем бајтова из сигнала нижег реда, а то омогућује лакше демултиплексирање. SDH мрежа је базирана на синхроном мултиплексирању и демултиплексирању притока тако да је за њен исправан рад потребно да сви чворови буду међусобно синхронизовани. У синхроној мрежи генератори такта свих уређаја синхронисани су са, јединственим за мрежу, примарним референтним тактом првог нивоа тзв. PRC тактом (PRC Primary Reference Clock ) високе тачности. Уз помоћ SDH много једноставније се преносе радио и ТВ сигнали, а простији је и систем комутације. Структура 32
рама за сваки хијерархијски ниво је иста, за разлику од PDH где су у сваком нивоу структура и трајање рама различити. Расположивост везе је висока, могућа је брза идентификација квара линије или чвора. Такође, у SDH техници мања је цена по каналу уз бољи квалитет услуга, а могућа је и софтверска контрола мреже са једног места, централизовано је управљање и надгледање у мрежи. Код ове технике могуће је коришћење опреме различитих произвођача. Сви интерфејси су стандардизовани, а као преносни медијум искључиво се примењује оптичко влакно. Пошто се у једном SDH уређају интегришу функције више PDH уређаја, инсталирањем SDH опреме број уређаја у мрежи се смањује, повећава се поузданост и расположивост мреже, што оператеру смањује трошкове рада и одржавања. На слици 1 приказан је поступак одграњавања PDH сигнала нижег реда из сигнала вишег реда, као и издвајање приточних PDH сигнала из SDH сигнала и њихово додавање помоћу одговарајућих уређаја.
Слика 1. Поређење поступака издвајања и додавања приточних сигнала у PDH и SDH
Организација система по SDH стандарду Основни ниво у синхроној дигиталној хијерархији SDH представља сигнал протока 155 520 kbit/s и назива се синхрони транспортни модул STM-1 (STM-1 Synchronous Transport Module 1). 1 ). Протоци сигнала на вишим хијерархијским нивоима формирају се као целобројни умножак бинарног протока STMSTM-1 сигнала. На слици 2 слици 2 приказани су бинарни протоци као и називи сигнала који одговарају сваком нивоу у SDH. STM-N (N155,52 Mbit/s) STM-16 (2,5Gbit/s)
STM-4 (622,08 Mbit/s) STM-1 (155,52 Mbit/s) Основни сигнал
Слика 2. Хијерархијски Хијерархијски нивои у Синхроној дигиталној хијерархији
33
Основни проток од 155 520 kbit/s је компатибилан са одговарајућим сигналом који је дефинисан америчким стандардом SONET (SONET Synchronous Optical NETwork ). ). Основни ниво, ниво, дефинисан овим стандардом је синхрони транспортни сигнал STS-1 (STS-1 Synchronous Transport Signal 1) 1 ) има проток 51 840 51 840 kbit/s. Пошто је капацитет овог сигнала недовољан да прихвати PDH сигнал протока 140 Мbit/s, Мbit/s, договорено је да проток сигнала STS-3, STS-3, дефинисан стандардом SONET (3 51 840 = 155 520 kbit/s) буде основни хијерархијски проток у SDH. До сада су, поред основног, дефинисани и виши хијерархијски нивои. Њихови протоци су 622 080 kbit/s (STM(STM-4 сигнал), 2 сигнал), 2 488 320 kbit/s (STM-16 (STM-16 сигнал), и сваки следећи је са 4 пута већим протоком у односу на претходни, односно целобројни умножак протока STMSTM-1 сигнала. сигнала. Сигнали на вишим хијерархијским нивоима од ових (STM-64 (STM-64 и виши) биће званично дефинисани када пренос таквих сигнала буде био могућ, што зависи од темпа даљег усавршавања техике преноса по оптичком влакну. Хијерархијски протоци у SDH мрежи се у свакодневној комуникацији, као и PDH протоци, означавају у скраћеној форми. Сигнал STMSTM -1 је сигнал протока 155 Mbit/s, сигнал STMSTM-4 је сигнал протока 622 Mbit/s, а STM-16 STM -16 има проток 2.5 Gbit/s. Између америчког стандарда SONET и европског SDH постоји потпуна компатибилност. У табели Т1 дат је приказ хијерархијске организације система у оба стандарда. Да ли овакав начин организације SDH носи неке предности или недостатке у односу на PDH? PDH? Образложи!
SONET Ознака STS-1 STS-3 STS-12 STS-24 STS-48 STS-192
SDH
Бинарни проток (Mb/s) 51.84 155.52 622.08 1244.16 2488.32 9953.28
Ознака .... STM -1 STM - 4 .... STM – STM – 16 16 STM - 64
Бинарни проток заокружено .... 155 Mb/s 622 Mb/s .... 2.5 Gb/s 10 Gb/s
Т1. - Хијерархијска организација SONET/ SDH
Принцип мултиплексирања Већ је наглашено да се у PDH системима преноса врши плезиохроно
мултиплексирање
бит по бит , а адаптација протока применом позитивног
изравнавања, тј. утискивањем слепих бита. Поступак издвајања сигнала нижег реда из PDH сигнала вишег реда је јако отежан, отежан, посебно када је разлика хијерархијских нивоа већа од један (потребно је (потребно је више уређаја за демултиплексирање). У синхроној дигиталној хијерархији, као што је већ поменуто, мултиплексирањем више STMSTM-1 сигнала добијају се сигнали виших SDH нивоа: STM-4, нивоа: STM-4, STM-16, STM-16, уопштено STMSTMN, где је N = 4, = 4, 16, 64. Ради лакшег разумевања принципа мултиплексирања приточних
сигнала у STMSTM-N сигнал упоредићемо дигитални сигнал одређеног протока са реком одговарајуће ширине.
34
Знамо да PDH мултиплексни сигнал протока 8 Mbit/s настаје мултиплексирањем четири сигнала од по 2 Mbit/s, 2 Mbit/s, његово настајање можемо упоредити са реком која настаје из четири мање реке. Свака од река представља по један приточни сигнал, у овом случају сигнал 2 Mbit/s, при томе, дубина свих река мора да буде иста и по ширирни и по дужини целог тока, а брзина воде иста у свим њиховим деловима. Пошто се у PDH врши плесиохроно мултиплексирање бит по бит уз примену позитивног изравнавања тј. утискивања слепих битова, то значи да се свакој реци – притоци мора додати неки додатни проток (псеудо(псеудо-проток). Ради лакшег схватања поступка демултиплексирања у PDH претпоставићемо да све четири реке имају различите боје, па ће на месту формирања збирне реке доћи до мешања боја. У даљем току ове реке неће бити видљиве реке – притоке. Да би из збирне реке издвојили неку од река притока, потребно је неким супротним поступком разложити ову реку на четири реке од којих је настала, што је јако тешко. У случају сигнала од 8 Mbit/s морамо извршити демултиплексирање да би издвојили приточне сигнале, сигнале од 2 Mbit/s, Mbit/s, што је такође тешко. На исти начин можемо посматрати настајање сигнала и на вишим хијерархијским нивоима, а као закључак, само по себи, се намеће врло тешко издвајање притока нижег реда из сигнала вишег реда. Посебно је тешко одграњавање ако је разлика хијерархијских нивоа већа од један.
STM-N сигнал река у којој разликујемо два дела: Претпоставићемо сада да је STM-N кориснички и сервисни део (слика 3). Кориснички део у сигналу обухвата највећи део укупног протока (око 96,67%) и користи се за пренос притока. Да би се обезбедила видљивост притока које се преносе у посматраном речном току (STM(STM -N сигналу), њихов проток мора увек бити мањи од протока сигнала који је унапред дефинисан, јер је веома мали део протока сваког сигнала резервисан за сервисне садржаје. садржаје . STM-N STM-N сигнал Сервисни део портока Кориснички део протока
Слика 3.
Приказ тока STMSTM-N сигнала
Значи, логично је да сигнал може преносити само притоку чији је проток мањи од његовог капацитета, јер је један мали део протока сваког сигнала резервисан за пренос сервисних информација. Уколико је проток притоке много мањи од протока сигнала у који се пакује, потребно је ову разлику допунити генерисањем неког додатног протока (псеудо(псеудо-протока) на месту где се врши паковање притоке у одговарајући сигналсигнал -реку. Да би се капацитет збирног сигнала користио економично потребно је притоку паковати у ону струју у којој ће се генерисати мањи додатни проток. Дакле, у кориснички део протока STM-1 STM-1 сигнала може се сместити једна струја највећег протока у PDH која у себи садржи или једну највећу PDH притоку (сигнал протока 140 Мbit/s) Мbit/s) или различите комбинације преосталих притока. Тако на пример, ако се у STM -1 сигнал пакују само сигнали протока 2 Mbit/s, он може преносити највише 63 таква сигнала. С друге стране, ако се у STM-1 STM-1 пакују само сигнали 34 Mbit/s, он може преносити највише 3 таква сигнала. Међутим, могуће су и разне комбинације, као на пример 1 сигнал 34 Mbit/s и 42 сигнала 2 Mbit/s. 35
Дакле, примера ради у STMSTM -4 може стати максимално 4* 4 *63 = 252 сигнала протока 2 Mbit/s, а у STM-16, STM-16, 16*63 16*63 = 1008 сигнала протока 2 Mbit/s, уколико би се ови сигнали сигнали користили само за пренос протока 2 Mbit/s. Међутим, STMSTM -4 и STM-16 STM-16 сигнали имају и једну додатну могућност могућност удруживања сигнала највећег дефинисаног протока у сигнале још већег капацитета, чиме се ствара могућност за пренос притока врло великих протока. Из овога произилази основна предност SDH над PDH техником, а то је директно мултиплексирање притока различитих протока у збирне, мултиплексне сигнале веома великих протока. За разлику од PDH технике, у SDH техници се, како је на почетку овог поглавља речено, мултиплексирање врши бајт по бајт . SDH пренос подразумева да су сви сигнали који се преносе у синхроној мрежи синхрони, то јест да имају исти такт . Међутим, приликом преноса кроз мрежу долази до кашњења, због тога се SDH сигнали пре мултиплексирања синхронишу. Мултиплексирање два SDH сигнала приказано је на слици 4. Наравно, у пракси није стандардизован систем вишег реда који се гради од два сигнала нижег реда, него на пример мултиплексирањем четири сигнала STM-1 настаје сигнал
STM-4, STM-4, али је принцип мултиплексирања исти.
Слика 4. Мултиплексирање бајт по бајт
Слојевит модел SDH мреже SDH стандард развијан је по већ устаљеном телекомуникационом принципу, у виду модела мреже који је дељив на слојеве. Ови слојеви имају међу собом хијерархијски однос, па је тако сваки слој изграђен над сервисима које пружају слојеви испод њега. Слојеви у SDH мрежи су изведени из мрежне топологије SDH мреже. Сваки елемент мреже обавља функције једног или виже слојева. Сруктура SDH мреже се може поделити на следеће слојеве: слој физичког медијума, слој регенераторске секције, слој мултиплексне секције и слој путање. За боље разумевање овог модела потребно је мало ближе упознати основну јединицу за пренос података у SDH мрежи, која се назива SDH рам, слика 5а. Протоци на вишим хилерархијским нивоима, STMSTM -N рамови, се формирају као целобројни умношци SDH рама, мултиплексирањем у времену, како је већ наглашено. SDH рам је информациона структура која подржава конекције на слоју секције (регенераторске или мултиплексне) SDH мреже. Дефинисан је у препоруци Г.707 као сигнал бинарног протока. 155,52 Mbit/s. Уобичајено се приказује у форми матрице бајтова од 9 врста (редова) и 270 колона (сл. 5б.), где свака врста садржи 270 бајтова, што даје укупно 2430 бајтова. SDH рам се преноси трансмисионим линком ред по ред, и његов пренос, као и пренос било ког STM -N рама, траје 125 s, што одговара учестаности од 8 kHz, па се одавде добија наведени бинарни проток SDH рама. Сваки бајт овог рама представља један 64 kbit/s канал. SDH рам се ), AU показивача (поинтера) и простора састоји из заглавља секције SOH (Section OverHead ), 36
за пренос корисничких података, тј. капацитета за пренос виртуалних контејнера. 2430 бајтова 125s
270 колона (бајтова) 9
261
N р
1
RSOH
е
4 5 9
= бајт
AU-pointers кориснички сегмент
д
STM-1
М колона 9 редова
Слика 5а. Основна структура STM -1 рама
Сл. 5 б. Дводимензионална Дводимензионална матрица
Начин преноса бајтова У оквиру једног STMSTM-1 сигнала, бајтови се преносе од првог лево у првом реду до на слици 6. Значи, ток SDH сигнала крајњег десно бајта у деветом реду, како је приказано на представља серијски ток бајтова. Колика је дужина рама STM-1 STM-1 сигнала изражена у битовима?
Слика 6. Пренос бајтова SDH сигнала
Укупан број битова који се преноси у корисничком делу STMSTM -1 сигнала одређује се на основу броја колона и редова које заузима кориснички део, то јест једнак је: 26198 = 18 792 битова. битова. Време потребно за пренос свих 2430 бајтова односно 19 440 бит ова је 125 s. Израчунајте проток STMSTM-1 сигнала на основу протока STSSTS -1 сигнала. Међу наведеним ознакама сигнала одаберите оне који припадају сигналима организованим по SDH стандарду: STM-2, STM-4, STM-8, STM-16, STM-24, STM-32. Рам STMSTM-N ( N = 4, 16, 64) сигнала приказан је на слици 7. Види се да, у општем случају, STM-N STM-N рам има 9 редова са по N * 270 бајтова и траје 125 s. 37
N 270 колона (бајтова) N 9
N 261
1 RSOH STM-N кориснички сегмент
4
AU pointer 5
М SOH 9редова
9
Слика 7. Основна структура STM -N сигнала
Унутар SOH заглавља, прва три реда бајтова чине заглавље регенераторске секције, затим следи четврти ред који носи AU показиваче, они не припадају SOH заглављу. Кориснички простор заједно са AU показивачима чини групу административних јединица. Бајтови у редовима 5-9 унутар SOH заглавља чине заглавље мултиплексне секције. Приточни сигнали, које треба пренети кроз SDH мрежу, прво се поступком мапирања пакују у контејнере С (C Container , на пример С-12, ова ознака се чита као контејнер један два а не као контејнер дванаест) и при томе се доводе на заједнички такт мреже. После тога им се додаје заглавље путање POH сигнал и настаје виртуелни контејнер VC (VC Virtual Container , на пример VС-12 VС један два ), а додавањем показивача настају приточне јединице TU (TU Tributary Unit , на пример TU-12). Задатак показивача је да дефинишу место на коме почиње виртуелни контејнер, а смештени су у делу за кориснички садржај. Виртуелни контејнер је дигитални сигнал којег чини низ узастопно генерисаних рамова. Сваки основни сигнал има своје заглавље као и сваки виши ниво, њихова функција је иста. На слици 8 приказане су зоне STM-N рама са назначеним виртуелним контејнером.
Слика 8. STM-N рам са назначеним зонама
Помоћу заглавља секције се преносе сигнали којима се обезбеђује надгледање стања и одржавање одговарајућег пута, односно секције. MSOH сигнал се употребљава за обраду преноса између суседних мултиплексера и уређаја за преспајање, а RSOH између суседних регенератора (слика 9). За разлику од PDH мреже, SDH је синхронизована мрежа у којој су сви чворови синхронизовани на исти референтни такт, чиме се значајно смањује учестаност прескока (губитак битова).
38
Слика 9. Секције у SDH мрежи
Кад су у питању сигнали одржавања битно је поменути два сигнала: сигнал индикације аларма AIS (AIS Alarm Indication Signal ), шаље се у смеру тока сигнала (низводно) да алармира да је у долазном сигналу откривена грешка , сигнал којим се са краја везе на почетак (узводно) шаље информација о откривеним грешкама FERF (FERF Far End Receive Failure). Грешка може да се јави на месту регенераторске секције, мултиплексне секције или путање. MS-AIS и MS-FERF су сигнали одржавања секције. Поред ових сигнала, унутар заглавља секције у раму, преноси се велики број контролних и управљачких информација. Структура рама је направљена на бази принципа временске расподеле канала, што значи да се заузима фиксни пропусни опсег који зависи од додељеног контејнера, а не зависи од тренутног саобраћаја као код пакетског преноса.
Значи, у структури SDH сигнала постоји бајт за синхронизацију, бајтови заглавља, бајтови корисничког сигнала и поинтерски бајтови, и то посебни показивачи за сваки од контејнера. Бајтови показивача показују где је почетак корисничког сигнала, при чему овај почетак није фиксан у односу на почетак рама већ се може мењати зависно од стабилности тактова у чворовима мреже. Уствари, бајтови показивача, на нивоу бајтова, компензују разлику фреквенција и фаза између два чвора, по принципу изравнавања (уметањем или издвајањем бајтова).
Мапирање PDH сигналa у SDH сигнал Поступак паковања (смештања) PDH и АТМ сигнала у основни рам SDH сигнала, у његов кориснички део, назива се, како је већ речено, мапирање (mapping). Мапирање је уствари прилагођење притоке за пренос кроз синхрони трансфер мод, односно поступак формирања контејнера од притоке. Позиције информационих и других бајтова у корисничком делу су тачно одређене. Мапирање се односи на фиксни положај информационих бајтова у раму SDH сигнала. Број појединих PDH сигнала који се пакују у STM-1 сигнал може се уочити са слике 10.
39
Слика 10. Мапирање PDH сигнала у основни SDH сигнал STM -1 сигнал
На слици је назначен број сигнала одговарајућих хијерархијских нивоа, који се поступком мапирања могу упаковати у STM-1 сигнал, а могу се правити и одређене комбинације. Сам поступак паковања притоке у одговарајући виртуелни контејнер може се представити као на слици 11. PDH притока +
C
псеудо проток
+
VC
POH Слика 11. Паковање притоке у одговарајући VC
Имајући у виду капацитете PDH система преноса (европска и америчка варијанта) дефинисано је пет стандардних контејнера и одговарајућих виртуелних контејнера (приказани у табели Т2), који су по капацитету прилагођени PDH притокама. Међутим, не постоји никакво ограничење да се у њима преносе и други приточни сигнали чији су протоци различити од постојећих PDH протока. Контејнер коме је изворна притока примарни PCM сигнал (европски стандард) има ознаку C-12, њему одговара виртуелни контејнер VC-12. Али, ако је изворна притока примарни сигнал генерисан по америчком стандарду контејнер има ознаку C-11, а одговарајући виртуелни контејнер је VC-11.
Амерички стандард
Европски стандард
Примарни PDH
C-11
C-12
Секундарни PDH
C-2
-
Терцијални PDH
С-3
С-3
Квартарни PDH
-
C-4
Табела Т2. - Табеларни приказ контејнера за амерички и европски ПДХ стандард
40
Притока сигнала се увек пакује у кориснички сегмент рама. Одговарајући SDH сигнал може да преноси притоку која не прелази његов капацитет. Уколико је проток притоке мањи од капацитета SDH сигнала тада се додаје псеудопреток – додатни проток. Сваком насталом контејнеру (притока +псеудопроток) додаје се заглавље које преноси контролне информације. Виртиелни контејнер настаје спајањем контејнера одговарајућег хијерархијског нивоа и заглавља путање. Да ли је псеудо проток неопходан при паковању PDH сигнала трећег хијерархијског нивоа организованог по америчком и европском стандарду? Прикажи! Конејнер C-2 (одговарајући виртуелни контејнер је VC-2) је намењен за амерички секундарни сигнал. За европски секундарни PCM сигнал није дефинисан контејнер јер се доста ретко користи секундарни PCM сигнал. У контејнер C-3 (одговарајући виртуелни контејнер је VC-3) могу да се пакују европски терцијарни PCM сигнал или амерички сигнал трећег хијерархијског нивоа. Контејнер C-4 (одговарајући виртуелни контејнер је VC-4) је намењен за паковање квартенарног PCM сигнала протока 140 Mbit/s или за АТМ сигнале. Зависно од пропусног опсега АТМ сигнали се могу паковати и у контејнере нижег реда. Притока се увек пакује у кориснички сегмент виртуелног контејнера. Уколико је кориснички сегмент виртуелног контејнера намењен само за директно паковање притока, такав виртуелни контејнер се зове виртуелни контејнер нижег реда. Међутим, ако је виртуелни контејнер предвиђен да се у његов кориснички део пакују виртуелни контејнери нижег реда, такав виртуелни контејнер се зове виртуелни контејнер вишег реда. Одговарајући SDH сигнал може да преноси само притоку чији проток не премашује његов капацитет. Уколико је проток притоке мањи од протока сигнала у који се пакује, разлика у протоку се допуњује генерисањем псеудо-протока додатног протока (како је показано на слици 11), који допуњава проток притоке до протока који се захтева (псеудо -проток има адаптациону функцију). Одговарајућа притока се мапира у контејнер, додаје јој се заглавље путање POH које представља мањи део виртуелног контејнера његов сервисни део и тако настаје виртуелни контејнер. POH сигнал преноси контролне информације које служе за надгледање исправног преноса корисничког сегмента виртуелног контејнера кроз читаву синхрону мрежу. Виртуелном контејнеру се додаје показивач, то је скуп бита који дефинише положај виртуелног контејнера у мултиплексу вишег реда. Показивач служи као маркер, и заједно са виртуелним контејнером формира приточну јединицу TU. Када се формира крајња структура STM-рам, у њега могу да се смештају само претходно формиране информационе структуре административне јединице AU. Мапирање свих PDH сигнала и АТМ сигнала у STM-1 сигнал, извршава се у три корака: 1. паковање приточног сигнала (било који PDH сигнал или АТМ сигнал) у контејнер, и додавање POH сигнала чиме се формира виртуелни контејнер, 2. генерисање дела STM-1 сигнала који се зове административна/приточна јединица и 3. додавање SOH сигнала, чиме се формира STM-1 сигнал. Паковање приточних сигнала у основни SDH сигнал је различито зависно од хијерархијског нивоа PDH сигнала и врсте мапирања. ITU-T препоруке дефинишу мапирање европских PDH сигнала. На слици 12 је приказана блок шема формирања STM-1 сигнала мапирањем PDH сигнала 140 Mbit/s или АТМ сигнала.
41
+POH
+AU-4 PTR
+SOH
140 Mbit/s АТМ сигнал
Слика 12. Блок шема формирања STM-1 сигнала од PDH сигнала 140 Mbit/s или АТМ сигнала
Ознаке на шеми представљају: C-4
Контејнер мултиплексног хијерархијског нивоа 4
POH
Заглавље путање за VC-4
VC-4
Виртуелни контејнер мултиплексног хијерархијског нивоа 4
AU-4 PTR Показивач административне јединице хијерархијског нивоа 4 AU-4
Административна јединица хијерархијског нивоа 4
SOH
Заглавље секције
STM-1
Синхрони транспортни модул 1
Садржај виртуелног контејнера VC-4 се не мења све до места на коме притока напушта SDH мрежу, при чему, на свом путу кроз SDH мрежу може да прелази из једног у други STM -N сигнал. Формирање и расформирање VC-4 рама врши се само једанпут, на крајњим локацијама. На сличан начин се може приказати поступак формирања STM-1 сигнала са упакованим PDH сигналом 34 Mbit/s, или 2 Mbit/s. Блок шема формирања STM -1 сигнала мапирањем PDH сигнала 2 Mbit/s дата је на слици 13. +POH 2 Mbit/s
C-12
VC-12
+TU-12 PTR
TU-12
+AU-4 PTR
2 Mbit/s
7x C-12
VC-12
TU-12
C-12
VC-12
TU-12
TUG-2
+SOH
3x TUG-3
VC-4
AU-4
STM-1
2 Mbit/s
Слика 13. Блок шема формирања STM-1 сигнала мапирањем двомегабитних PDH сигнала
Ознаке на шеми представљају: C-12 Контејнер нивоа 12 POH Заглавље путање за VC-12 VC-12 Виртуелни контејнер нивоа 12 (контејнер нижег реда) ТU-12PTR Показивач приточне јединице TU-12 TU-12 Приточна јединица европског хијерархијског нивоа 1 TUG-2 Група приточних јединица нивоа 2 42
TUG-3
Група приточних јединица нивоа 3
Ознаке осталих блокова и њихове функције су наведене уз слику 12. Веће мултиплексне групе се формирају тако што се формира група административних јединица AUG (AUG Administrative Unit Group), а притоке формирају групу приточних јединица TUG (TUG Tributary Unit Group). Kолико приточних јединица TU-12 се може сместити у VC-4 рам?
Приточна јединица TU-12 има два нивоа мултиплексирања пре него што се смести у VC-4. PDH сигнали 2 Mbit/s се мапирањем пакују у контејнере C-12, њима се додају POH сигнали и настају вируелни контејнери VC-12. Почетак корисничког сигнала унутар VC-12 рама дефинише показивач TU-12. Овако формиране структуре сигнала са припадајућим показивачима чине информационе структуре које се зову приточним јединицама TU-12. Три приточне јединице мултиплексирањем бајт по бајт формирају групу приточних јединица TUG-2. Седам група приточних јединица TUG-2 (3*7 = 21) мултиплексирањем бајт по бајт граде структуру која се означава са TUG-3 (група приточних јединица нивоа 3). Уместо седам TUG-2, TUG-3 може чинити и једна TU-3. TU-3 представља приточну јединицу европског хијерархијског нивоа 3 (приточна јединица за сигнал 34 Mbit/s). Три структуре TUG-3 мултиплексирањем бајт по бајт граде нову информациону структуру VC-4 рам (3*21 = 63). Приточне јединице TU-12 у раму VC-4 представљају у ствари мини рамове, па се структура VC-4 рама може представити као на слици 14. Зависно од којих приточних PDH сигнала се мапирањем, формира VC-4 рам, у њему се могу поред рамова приточних TU-12 јединица наћи рамови и других приточних јединица.
P O H
Т
Т
Т
U
U
U
1 2
1 2
3
Слика 14. Структура VC-4 рама реализована са TU рамовима
Кад је формиран VC-4, даље промене у информационој структури до формирања STM-1 су исте као у претходном примеру. Значи, 63 двомегабитне притоке се могу преносити у једном раму STM-1 сигнала. Шта све постоји у структури смештања сигнала 34 Mbit/s у рам STM-1 сигнала? Како би се могао представити овај поступак блок шемом?
Мапирање може бити: асинхроно мапирање, синхроно мапирање битова и синхроно мапирање бајтова
Асинхроно мапирање се може применити за све приточне PDH сигнале вишег реда, а за примарни сигнал овај тип мапирања је обавезан само у случају када одговарајући примарни мултиплексер није синхронизован са SDH уређајем у коме се врши његово мапирање. Ако је примарни мултиплексни сигнал асинхроно мапиран у одговарајући виртуелни контејнер, након мапирања неће бити могућ директан приступ сигналима 43
протока 64 kbit/s. Да би се тим сигналима ипак могло приступити, неопходно је извршити њихово демапирање. Асинхроно мапирање обухвата и поступак позитивног изравнавања. Синхроно мапирање битова захтева постојање синхронизма између уређаја у коме се приточни сигнал формира и SDH уређаја у коме се врши његово мапирање. Другим речима, проток сигнала који се умеће мора бити синхронизован са одговарајућим протоком виртуелног контејнера. За овакво мапирање нису неопходни поступци изравнавања. Али, у пракси овакав вид мапирања још увек није нашао примену. Синхроно мапирање бајтова захтева постојање синхронизма између уређаја у коме се приточни сигнал генерише и SDH уређаја у коме се врши његово мапирање . Неопходно је да приточни сигнал има бајтовску организацију рама (овакву организацију рама има само примарни дигитални сигнал). Ако су у питању сигнали виших хијерархијских нивоа (секундарни, терцијарни,..) потребно је да се притоке пребаце из нивоа учешљавања бит по бит у форму бајт по бајт . Значи, практично се врши демултиплексирање па мултиплексирање. Код телефонског говорног сигнала то је доста једноставно јер је говорни сигнал увек осмобитни (1 бајт). Код ТВ сигнала структура је другачија, па се врши груписање више речи тако да се добије број битова дељив са осам. У току синхроног мапирања бајтова, сваких осам битова (временски интервал трајања једног канала) рама примарног сигнала се смешта на унапред дефинисану позицију у STM раму, односно у виртуелном контејнеру VC-1x (x може бити 1 и 2 па имамо VC-11 и VC-12; прва цифра иза цртице означава хијерархијски ниво приточног PDH сигнала који је предвиђен да се преноси у одговарајућем STM сигналу, а друга цифра, уколико постоји, означава да за одговарајући хијерархијски ниво PDH сигнала постоје два различита виртуелна контејнера тј. посебан за амерички и европски PDH сигнал, како је раније наглашено). Синхроно мапирање бајтова се може извести на два начина:
у пливајућем режиму и у фиксном режиму.
У пливајућем режиму, виртуелни контејнери VC-1x, у које се приточни примарни сигнали мапирају, немају фиксне фазе и фреквенције међусобно као и у односу на виртуелни контејнер вишег реда у који се заједно мултиплексирају. Због тога је за идентификацију њихове позиције у виртуелном контејнеру вишег реда потребан показивач који обезбеђује независно преспајање кроз SDH уређаје са минималним кашњењем. У фиксном режиму, виртуелни контејнери нижег реда имају фиксне фазе међусобно као и у односу на виртуелни контејнер вишег реда у који се мултиплексирају. У овом случају није неопходан показивач за идентификацију њихове позиције у виртуелном контејнеру вишег реда. Због тога, они не могу бити независно преспајани кроз SDH уређаје без одговарајућег кашњења. У суштини, фиксни режим представља директно мапирање сигнала протока 64 kbit/s и N 64 kbit/s у виртуелни контејнер вишег реда. Показивач је индикатор чија вредност дефинише фазни померај рама подређеног сигнала у односу на референтно место у раму надређеног сигнала у који се дати (подређени) сигнал мултиплексира. Мапирање појединих притока у одговарајуће виртуелне контејнере је стандардизовано, али у овом материјалу неће бити разматрани појединачни поступци мапирања притока, већ само приказана структура дефинисана одговарајућим препорукама. 44
У европским PDH системима, VC-4 (служи за пренос сигнала од 140 Mbit/s) се користи као виртуелни контејнер вишег реда. Поступак мултиплексирања више информационих структура нижег нивоа у информациону структуру вишег нивоа назива се SDH мултиплексирање. Структура мултиплексирања у синхроној дигиталној хијерархији по ETSI стандардима (ETSI European Telecommunications Standards Institute) приказана је на слици 15.
STM-N
Процесирање поинтера Мултиплексирање Фазно изравнавање Мапирање VC-2 се у ETSI структури користи само у процесу удруживања
Слика 15. Синхрона дигитална хијерархија по ETSI стандардима
На основу слике 15 можемо закључити да постоје три групе процедура односно поступака који се примењују у току формирања STM-1 рама, а исто важи и за STM-N рам. Поступак мултиплексирања приточних сигнала (2, 34, 140 Mbit/s и АТМ сигнала), до нивоа основног STM-1 сигнала, које треба пренети кроз SDH мрежу, обавља се следећим редоследом: поступком мапирања приточни сигнали се смештају у одговарајуће контејнере (при том се доводе на заједнички такт мреже), додавањем заглавља путање (POH) настају одговарајући виртуелни контејнери, додавањем показивача настају групе приточних јединица TUG, а даље удруживање се обавља према шеми на слици 12 (од нивоа VC-4). Мултиплексирање TU-3 (приточна јединица за сигнал 34 Mbit/s) у виртуелни контејнер VC4 врши се преко јединице TUG-3. У STM-N раму се формира N оваквих структура. Рамови сигнала вишег реда: STM-4, STM-16, STM-64 добијају се учешљавањем бајтова из сигнала нижег реда. Да би се обезбедило једноставно одграњавање сигнала у SDH техници треба обезбедити видљивост виртуелних контејнера који се преносе унутар STM-N сигнала. За једноставан приступ виртуелном контејнеру треба у сваком тренутку знати у ком се делу корисног сегмента STM-N рама он преноси, где је почетак и крај сваког његовог рама. Кад се зна његов почетак није проблем знати где је крај, јер је дефинисан његовом дужином, односно почетком следећег рама. То је у PDH техници било немогуће. Да би се у PDH техници 45
одредио почетак и крај рама притоке која се преноси унутар PDH мултиплексног сигнала вишег реда, потребно је пронаћи сигнал синхронизације рама те притоке, а то захтева издвајање дате притоке из збирног сигнала, односно демултиплексирање збирног PDH сигнала. Пошто се виртуелни контејнери нижег реда смештају у одговарајући виртуелни контејнер вишег реда, потребно је прво одредити почетак рама VC вишег реда. Почетак рама VC-4 дефинисан је почетком STM-1 рама који је једнозначно одређен сигналом синхронизације STM-1 рама који се преноси у првих неколико бајтова RSOH заглавља (заглавље регенераторске секције). Ако посматрамо STM-1 сигнал, у његовом корисничком сегменту преноси се само један VC-4 сигнал, чији проток одговара протоку корисничког сегмента STM-1 сигнала. У зони AU показивача налази се само један AU-4 показивач. Почетак VC-4 рама може се налазити на било ком бајту корисничког сегмента STM-1 рама, а као референтна позиција у корисничком сегменту изабрана је позиција првог бајта који се преноси иза AU-4 поинтера. VC-4 и придружени показивач AU-4 чине информациону структуру која се зове административна јединица AU-4. У случају STM-1 рама, административну јединицу представља цео кориснички сегмент STM-1 рама и AU-4 показивач. Значи, у AU-4 показивачу се налази информација о положају првог бајта VC-4 рама у односу на референтни бајт. AU-4 показивач посматраног STM-1 рама може да покаже на било који положај VC-4 рама у зони која се налази између поменутог референтног бајта текућег STM-1 рама и референтног бајта наредног STM-1 рама. На слици 16 приказано је означавање фазног помераја VC-4 рама у односу на STM-1 рам. AU- 4 ptr
STM-1
STM-1
STM-1 ST
STM-1
Слика 16. Означавање фазног помераја VC-4 рама у односу на STM-1 рам
Дефинисањем почетка сваког VC-4 рама унутар STM-N рама обезбеђује се видљивост свих VC-4 сигнала у раму STM-N сигнала. Ако је у VC-4 мапирана притока од 140 Mbit/s њена видљивост је обезбеђена. Али, ако се у VC-4 преносе виртуелни контејнери нижег реда (VC-12, VC-2 и VC-3) потребно је извршити њихово фазно изравнавање унутар VC-4 рама, по истом принципу као што је вршено изравнавање VC-4 рама унутар STM-N рама. Кад је у питању VC-4 рам треба знати да ли се он користи за директно смештање притоке или се у њега смештају виртуелни контејнери нижег реда, информација о томе се преноси у његовом заглављу путање (POH сигнал). Виртуелни контејнери нижег реда представљају подређени рам, њихов надређени рам је VC-4 рам, а за њега надређени рам је STM-N рам. Фазни померај подређеног рама у односу на надређени рам представља релативни положај првог бајта подређеног рама (то је бајт на који указује показивач) у односу на референтни бајт у надређеном раму. Поступак у коме се генерише одговарајући показивач зове се фазно изравнавање. Сваки уређај у SDH мрежи има свој генератор такта који обезбеђује такт за све уређаје којима припада, без обзира да ли је синхронизован са генераторима такта осталих SDH уређаја у мрежи. Према томе, такт STM-N сигнала је одређен тактом уређаја у коме се генерише. Проток рамова (број генерисаних рамова у јединици времена) надређеног сигнала не мора да одговара протоку рамова подређеног сигнала. Али, ако је њихов 46
проток потпуно једнак тада је фазни помак између њих константан, па ће садржај показивача у свим наредним рамовима остати непромењен (што важи за случај када су подређени и надређени сигнал генерисани у истом SDH уређају). Међутим, кад подређени сигнал мења одговарајући надређени сигнал може се десити да се промени проток рамова ових сигнала. Сваки чвор мреже генерише изнова синхрону SDH структуру сигнала, а примљени кориснички сигнал у виду VC-n контејнера прослеђује са улаза на излаз. При томе, потребно је извршити евентуално фазно и фреквенцијско усклађивање долазног сигнала на изнова генерисани одлазни сигнал, корекцију вредности показивача и допуњавање вишка простора у STM раму, уколико постоји. Када је проток корисничких података придошлих са долазне линије у оквиру виртуелног контејнера нижи од предвиђеног, којим се контејнер пакује у STM-1 рам и емитује даље, врши се тзв. позитивно изравњавање вредности показивача. Односно, када кашњење VC-n достигне вредност три бајта потребно је уметнути три бајта (бајтови позитивног изравнавања) који не носе никакву информацију, само служе за компензацију кашњења виртуелног контејнера. При том, у следећем раму показивач треба да има увећану вредност за један. Новодобијена вредност показивача ће остати иста и у наредним рамовима, све док се поново не укаже потреба за изравњавањем. Најједноставније речено, ако кориснички подаци које доноси VC-n контејнер долазе спорије од брзине генерисања STM рама, с времена на време долазиће до уметања бајтова и померања вредности AU показивача. Негативно изравнавање се примењује у случајевима када је доток корисничких података VC-n контејнера већи у односу на номинални такт синхроне мреже. С времена на време, када вишак пристиглих корисничких података достигне три бајта, унутар истог рама, смешта се у одговарајући простор (одговарајући бајтови AU показивача), који служи као привремени бафер. Издвајањем бајтова негативног изравњавања у следећем раму показивач ће имати вредност умањену за један, коју ће задржати све док се поново не укаже потреба за изравнавањем. Показивачи надређених рамова у којима се врши фреквенцијско изравнавање носе информацију о томе да ли је у питању позитивно или негативно изравнавање. У овом делу смо се укратко упознали са свим поступцима (мапирање, изравнавање и мултиплексирање) који се користе при формирању свих информационих структура приказаних на слици 15. Задатак за истраживање: Како се одвија мапирање АТМ ћелија? Шта представља АТМ ћелија и коју врсту информација може да преноси?
Уређаји у SDH мрежи Сви уређаји у SDH мрежи, према функцији коју обављају, могу се сврстати у четири групе: синхрони мултиплексери, синхрони cross-connect уређаји (cross-connect проспајање или преспајање, у пракси су у употреби оба термина), синхрони линијски уређаји и синхрони радио-релејни уређаји. 47
Произвођачи ове опреме су углавном унифицирали функционалне целине истог типа за целу скалу својих SDH уређаја. То значи, на пример, да интерфејсна картица за притоку одређеног протока је јединствена за све уређаје датог произвођача. Све то омогућује да се SDH опрема уводи у мрежу постепено уз минималне почетне инвестиције, а да се касније, приликом проширења могућности појединих чворова, изврши њихова надградња једноставним додавањем појединих модула уз одговарајуће софтверске измене. То је погодно са становишта планирања и пројектовања телекомуникационих мрежа. За све SDH мултиплексне уређаје карактеристично је да се надгледање, контрола и управљање њиховим радом може вршити даљински, са једног места. Функционалност SDH уређаја приказана је сликом 17.
Слика 17. Функционалност SDH уређаја
С обзиром на то да се оптичка линијска опрема углавном планира за пренос виших хијерархијских протока, на приточној страни оптичких линијских терминалних уређаја налазили се мултиплексна планина (сигнал настао мултиплексирањем PDH притока од нивоа 2 Mbit/s до 140 Mbit/s). Шта, уместо оваквих гломазних и скупих решења, имамо у SDH?
Опрема у SDH је флексибилнија, ефикаснија и функционалнија. Тако на пример, синхрони мултиплексер обавља функцију мултиплексера и линијског терминалног уређаја. Према томе, један синхрони мултиплексер замењује читаву мултиплексну планину и оба оптичка терминална уређаја. Значи, број уређаја у мрежи се смањује, а поузданост у раду је повећана. Према томе, у оваквој мрежи, смањују се трошкови рада и одржавања.
Синхрони мултиплексери У трансмисионим мрежама које су базиране на PDH системима преноса, пре појаве стандарда за синхроне системе преноса, били су физички раздвојени линијски и мултиплексни уређаји. Електрични интерфејси, односно облици дигиталних сигнала на свим PDH нивоима су дефинисани одговарајућим стандардима, али карактеристике оптичких сигнала на линијској страни (оптички интерфејси) нису стандардизовани. Интерфејс представља хардверско или софтверско решење које омогућава спајање два система различитих карактеристика. Нестандардизованост оптичких интерфејса није дозвољавала повезивање опреме различитих произвођача на оптичком нивоу, из простог разлога што је сваки произвођач линијске опреме за пренос по оптичком влакну могао имати другачији линијски код. Поред тога, заштита важнијих линија се углавном 48
сводила на заштиту 1+1 што значи постојање два правца за пренос истог мултиплексног сигнала. За све мултиплексне уређаје базиране на SDH је карактеристично да имају изразито модуларну структуру. Једноставним додавањем модула могуће је не само повећати капацитет појединих уређаја, већ и квалитативно променити њихову функцију. Тако, на пример, додавањем модула, а често и само препрограмирањем система, синхрони мултиплексер конфигурисан за рад у вези тачка-тачка може функционално постати add/drop мултиплексер (ADM), а овај мултиплексер може постати локални синхрони уређај за проспајање мањег капацитета. Синхрони мултиплексери могу прихватити односно директно мултиплексирати мноштво протока и истовремено понудити више могућих протока на линијској страни. Стандардна опрема оваквих мултиплексера су оптички интерфејси, а могуће је уградити и електричке интерфејсе . Интерфејси синхроног мултиплексера су приказани на слици 18. Могући протоци на збирној страни су SDH сигнали: 155 Mbit/s (STM-1), 622 Mbit/s (STM -4) и 2.5 Gbit/s (STM-16). На приточној страни је могућ врло широк спектар различитих приточних сигнала. Могу се појавити сви постојећи PDH протоци, STM-1 и STM-4 сигнали, али и сигнали из рачунарских мрежа LAN или MAN. Синхрони мултиплексери директно могу да прихвате сигнале асинхроног трансфер мода (АТМ), системе FDDI (стандард за рачунарске фибер оптичке комуникације са протоком од 100 Mbit/s), широкопојасни и ускопојасни ISDN, и све друге стандардизоване сигнале односно инерфејсе. 140Mbit/s 45Mbit/s 34Mbit/s 6Mbit/s 2Mbit/s 1,5Mbit/s LAN/MAN FDDI STM-1elect./opt STM-4elect./opt ISDN BISDN ATM
STM-1 (155 Mbit/s ) STM-4 (622 Mbit/s ) или STM-16 (2,5 Gbit/s )
SDH MUX
Слика 18. Интерфејси синхроног мултиплексера
Синхрони мултиплексери поседују додатне канале за надгледање и алармирање уз сваку притоку која се смешта у излазни STM-N сигнал. Могућ је приступ свим сервисним каналима који постоје у структури STM-N рама, што омогућује одређене уштеде у одржавању. Синхрони мултиплексери се могу користити у различитим конфигурацијама мреже, од којих су најчешће коришћене: конфигурација тачка-тачка, add/drop конфигурација, прстенаста конфигурација и хаб (hub) конфигурација.
Синхрони мултиплексери у конфикурацији тачка-тачка могу се користити за остваривање веза већег капацитета. Синхрони мултиплексер у овој конфигурацији често се означава као синхрони терминални мултиплексер (SMT). Ово је најједноставнија конфигурација која има многе предности које нуди SDH стандард. На слици 19 приказана 49
је конфигурација тачка-тачка. У оваквој конфигурацији мреже терминални мултиплексери се повезују оптичком линијом са или без регенератора.
притоке притоке
збирни STM – N сигнал Слика 19. Конфигурација тачка-тачка
Add/drop конфигурација (зове се и линеарна конфигурација или конфигурација у облику магистрале) може се користити у свим случајевима када су чворови распоређени дуж неког правца. Успутни чвор преузима саобраћај који му је намењен од других чворова одграњавањем одговарајућег сигнала из збирног сигнала. Саобраћај ка другим чворовима упућује заузимањем слободних канала у збирном сигналу. Према томе, сваки успутни чвор можемо схватити као регенератор за збирни STM-N сигнал, који има могућност одграњавања и поновног заузимања. Ова конфигурација је дата на слици 20, а појављује се у мрежама при формирању прстенасте конфигурације. збирни STM -N сигнал
SDH
SDH
притоке које се одграњавају/убацују Слика 20. Add/drop конфигурација
Прстенаста конфигурација је уствари затворена линеарна конфигурација, приказана је на слици 21. Основни елементи који формирају SDH прстен су ADM мултиплексери. Главна предност формирања прстена је уствари могућност формирања заштићеног прстена уптребом два влакна: радног и резервног. оптички прстен ADM
ADM
притоке
ADM
ADM
притоке Слика 21. Прстенаста конфигурација
50
У нормалним околностима саобраћај се обавља по радном влакну, а у случају прекида влакна или других грешака саобраћај се преусмерава на резервно влакно. Брзим преусмеравањем саобраћаја обезбеђује се континуитет сервиса. Због тога је згодно овакве конфигурације примењивати у сегментима мреже у којима се захтева врло висока расположивост везе. Хаб конфигурација мултиплексера се обично налази у центру звездасте структуре некe SDH подмреже и врши концентрацију саобраћаја у просторном односно географском смислу. Конфигурација хаб мултиплексера је приказан на слици 22. Опремање једног мултиплексера може бити врло флексибилно, у зависности од његове улоге у мрежи, односно од конфигурације мреже у коју је повезан, као и од степена заштите саобраћаја који се жели постићи. оптичке притоке електричне притоке
збирни STM -N сигнал
SDH MUX
22. Хаб мултиплексер
Све наведене структуре мултиплексера могу да се заједно нађу у неком делу синхроне мреже, као што је приказано на слици 23. Синхрони мултиплексери имају и могућност обављања функције проспајања. Квалитетнији синхрони мултиплексери могу да обаве преспајање виртуелних контејнера са једног линијског порта на други (порт представља прикључак који омогућава комуникацију између уређаја). Поред тога, они омогућавају и преспајање са притоке на притоку, што практично значи да они представљају мање уређаје за преспајање.
ЦЕНТАР ЗА УПРАВЉАЊЕ МРЕЖОМ
ADM
ADM
STM-1
Hub mux
магистрала
STM-1
прстен STM-1 ADM
STM-1
ADM
ADM
ADM
ADM
SMT
ADM
STM-1 SMT
2M/34M/140M/STM-1
2M/34M/140M/STM-1 Слика 23. Комбинована архитектура SDH мреже са различитим врстама мултиплексера
Синхрони уређаји за преспајање (проспајање) Синхрони уређаји за преспајање су најсложенији, а самим тим и најскупљи уређаји у SDH мрежи. Сам поступак преспајања (cross-connection) у синхроној мрежи представља остваривање полуперманентних веза између улазних и излазних портова (приступа) на нивоу виртуелних контејнера, а обављају га синхрони уређаји за преспајање. Поред ове 51
функције у мањој или већој мери могу да обављају и мултиплексирање / демултиплексирање. У ову групу уређаја спадају: SXC (SXC Synchronous Cross Connect ) или ређе SDXC (SDXC Synchronous Digital Cross Connect ). У првом тренутку рекли би смо да је преспајање врло слично комутацији, међутим постоје неке суштинске разлике. Основна разлика је што централа у PDH техници остварује привремену везу која се успоставља на директан захтев крајњег корисника, док је преспајање техника која припада преносу и где се полуперманентна веза успоставља и раскида наредбом система за управљање телекомуникационом мрежом ТМN (ТМN Telecommunication Management Network ), а под контролом оператора мреже. Уређаји за преспајање постоје и у PDH техници. Али, постоји веома јасна разлика између плесиохроних и синхроних уређаја за преспајање. Плесиохрони уређај за преспајање (DXC) је био развијен да би заменио мануелне разделнике који су се показали као врло непоуздани и врло непрактични , јер су се преспајања вршила механички. У случају електричних разделника који представљају еквивалент комутационом пољу у централи, веза се успоставља привремено на захтев корисника. Стално постоји потреба за излажењем у сусрет савременим захтевима у мрежи (флексибилност у додели капацитета на захтев, груписање различитих врста саобраћаја и сл.). Употреба класичних разделника, при реализацији оваквих захтева, представљала би дуга и врло честа мануелна проспајања која су уз то и веома подложна грешкама, што је свакако непожељно. На слици 24 приказана је употреба разделника у PDH мрежи. Најчешће коришћени PDH уређај за преспајање је онај код кога се преспајање врши на нивоу 64 kbit/s са релативно малим бројем портова за 2 Mbit/s и за 64 kbit/s. Сав саобраћај пре него што се доведе на овај уређај мора бити демултиплексиран до нивоа 2 Mbit/s. Д Д
Д
Р А З Д Е Л Н И К
Р А З Д Е Л Н И К
M
ДМ демултиплексер
M
М мултиплексер
M
Слика 24. Употреба разделника у PDH мрежи
У синхроним уређајима за преспајање, како је напред речено, веза је полуперманентна а успоставља се и раскида практично на захтев оператора мреже. Ови уређаји имају функцију заштите преноса по алтернативним путевима. У случају испада неког пута (или дела пута) биће извршено преусмеравање преноса сигнала (саобраћаја) на други расположив пут. На портовима синхроних уређаја за преспајање се могу наћи и PDH и SDH мултиплексни сигнали. За разлику од одговарајућих плесиохроних уређаја, у синхроним уређајима за преспајање, да би се извршило преспајање, није неопходно сигнале који се доводе на портове претходно демултиплексирати, без обзира да ли су у питању SDH или PDH мултиплексни сигнали и којих су хијерархијских нивоа. Ако се на порт уређаја доводи PDH сигнал, чији је хијерархијски ниво већи од нивоа порта, прво ће се у одговарајућим модулима (трансмултиплексерским картицама којима је опремљен уређај за преспајање) извршити демултиплексирање до жељеног нивоа па тек онда преспајање. Али, ако је PDH сигнал на нивоу на којем треба извршити његово преспајање, онда се прво врши његово мапирање у одговарајући виртуелни контејнер, после чега се врши формирање одговарајуће приточне јединице, односно административне јединице. По завршетку ових 52
поступака врши се проспајање равномерно са приточним односно административним јединицама које потичу из долазних STM-N сигнала. Преспајање се врши према фиксно дефинисаном програму, а све промене у структури преспајања, односно раскидање постојећих и успостављање нових полуперманентних веза кроз комутациону матрицу, врши се аутоматски захтевом мреже за надзор и управљање. Разликујемо три нивоа уређаја за преспајање (SXC): синхрони уређаји за преспајање типа 4/4, синхрони уређаји за преспајање типа 4/1 и синхрони уређаји за преспајање типа 1/0. Често се SXC уређаји означавају ознаком X/Y, при чему X представља максималан портовски ниво (ниво порта на који се доводи сигнал одговарајућег протока) који постоји на том уређају, а Y представља ниво на коме се врши преспајање. Портовски ниво мора да буде већи или једнак нивоу на коме се врши преспајање. Значи, основни податак који карактерише сваки SXC уређај је ниво на коме се врши преспајање. Тај ниво представља бинарни проток на нивоу кога се врши преспајање. Нивои преспајања и одговарајући сигнали на нивоу којих се врши преспајање су дати у табели 3. Ниво проспајања
Сигнал
0
64 kbit/s
1
VC-12
2
VC-2
3
VC-3
4
VC-4 Табела 3. Нивои преспајања и одговарајући сигнали
Нивои портова, дефинишу се софтверски, и могу се мењати. На њих се доводе одговарајући PDH сигнали, они имају ознаку хијерархијског нивоа сигнала. Нивои портова STM-N сигнала носе увек ознаку 4. На портове синхроног уређаја за преспајање можемо довести произвољан STM-N сигнал који садржи виртуелне контејнере са нивоа на коме се врши преспајање, док хијерархијски ниво PDH сигнала мора бити већи или једнак нивоу на коме се врши преспајање. Ако је ниво PDH сигнала већи потребно га је демулитплексирсти до нивоа преспајања па тек онда добијене сигнале мапирати у одговарајуће виртуелне контејнере. Комбинација портовских нивоа и нивоа преспајања одређује функцију уређаја за преспајање и његову ознаку. На слици 25 дати су портовски нивои и нивои преспајања који се користе у мрежама. Синхрони уређаји за проспајање типа 4/1 су уређаји нижег реда, врше преспајање на нивоу VC-12, али и на нивоима осталих виртуелних контејнера. На портовима ових уређаја поред STM-N сигнала могу се појавити сигнали: 2 Mbit/s, 34 Mbit/s и 140 Mbit/s. Користе се за концентрацију и дистрибуцију саобраћаја различитих врста, за преконфигурацију мреже, односно преусмеравање саобраћаја у ванредним ситуацијама. Синхрони уређаји за преспајање типа 4/4 су уређаји вишег реда, врше преспајање искључиво на нивоу VC-4. Ови уређаји прихватају сигнале 140 Mbit/s и све STM-N сигнале. Користе се за преспајање у највишем, магистралном нивоу транспортне мреже. Омогућавају веома ефикасно искоришћење капацитета магистралног нивоа мреже и поуздан транспорт сигнала врло великих протока (према подацима неких произвођача пропусна моћ ових уређаја може се проширивати и до 150 Gbit/s, односно 1024 VC-4. 53
нивои портова 140 Мbit/s 4 STM-N 34 Мbit/s 3
/
4/1
2 2 Мbit/s
1 1/0 1/0 1
64 kbit/s
0 нивои преспајања Слика 25. Типови SXC уређаја
Синхрони уређаји за преспајање типа 1/0 врше преспајање на нивоу 64 kbit/s, а портови им могу бити 2 Mbit/s и 64 kbit/s. Овај тип уређаја припада и генерацији плесиохроних уређаја за преспајање. Најчешће се постављају уз локалне централе. Уређаји за преспајање, без обзира на врсту, омогућавају оптимално искоришћење свих ресурса мреже који се могу делити између различитих корисника и између различитих сервиса, чиме се повећава економичност мреже. Могућности примене ових уређаја са становишта усмеравања саобраћаја би биле следеће: флексибилно рутирање (усмеравање) саобраћаја по различитим правцима, сортирање саобраћаја односно сервиса (grooming), просторна концентрација саобраћаја (hubbing) и одграњавање са могућношћу поновног заузимања (drop/insert, add/drop).
Синхрони линијски уређаји Синхрони линијски уређаји чине посебну групу SDH мултиплексних уређаја који немају уграђену комутациону матрицу, па самим тим немају ни могућности преспајања. Ова група уређаја се прва појавила на тржишту SDH опреме. После стандардизације протока изнад 140 Mbit/s тебало је што пре обезбедити мултиплексну или линијску опрему која би омогућила пренос већих протока од 140 Mbit/s у једном оптичком влакну (622 Mbit/s и 2,5 Gbit/s). Међутим, и после појаве других, претходно описаних категорија SDH урeђаја, ови уређаји су нашли своју примену у неким специфичним случајевима. Пошто, синхрони уређаји за преспајање већине произвођача још увек немају портове за протоке изнад 155 Mbit/s, а да би се омогућило њихово повезивање са уређајима чији су протоци већи од 155 Mbit/s, неопходна је примена одговарајућих синхроних линијских уређаја. Поред тога, на тржишту се још увек нису појавили синхрони мултиплексери који могу да врше директно мултиплексирање са 2 Mbit/s на 2,5 Gbit/s. Директно мултиплексирање сигнала нижих протока је углавном од значаја само у нижим и средњим слојевима мреже, за које готово сви најпознатији светски произвођачи SDH опреме производе синхроне мултиплексере са протоцима 155 Mbit/s односно 622 Mbit/s на збирној страни. У случајевима када је синхрони мултиплексер са протоком 622 Mbit/s на збирној страни недовољан, примењује се синхрони линијски уређај 2,5 Gbit/s. И на крају, зашто би неки оператер мреже, у случају када на једном делу своје магистралне мреже треба да пренесе један 140 Mbit/s сигнал на веће растојање, користио синхрони мултиплексер са скупом комутационом матрицом када може да искористи много
54
јефтиније решење линијски систем 155 Mbit/s. SDH линијска опрема има предности које су значајне за SDH технику, само што нема скупу комутациону матрицу. Синхрони линијски уређаји имају широк спектар линијских оптичких интерфејса од којих су неки способни да у трећем оптичком прозору по квалитетнијем оптичком влакну премосте растојања од преко 250 km, без потребе за рагенерацијом. У групи синхроних линијских уређаја разликују се следећи уређаји: синхрони линијски терминални уређаји (SLT), синхрони линијски регенератори (SLR) и синхрони drop/insert (drop издвојити, insert уметнути) регенератори (SLD)
Синхрони линијски регенератори, се битно разликују од класничних PDH регенератора. Они треба да имају могућност приступа заглављу регенераторске секције (RSOH) и да, као и остали SDH уређаји, буду контролисани и управљани од стране система за управљање мрежом. Функције појединих синхроних линијских уређаја пр иказане су на слици 26. Пошто су домети веза, који се могу постићи, довољно велики то се без успутних регенератора могу повезати скоро сви чворови, чак и на националном нивоу мрежа земаља средњих величина као што је наша. Због тога, је минимална потреба за коришћењем синхроних регенератора у SDH мрежама. 1*140 Mbit/s или STM-1
SLT-1
4*140Mbit/s или STM-4
SLT-4
SLR-1
STM-1 SL 1
SLR-4
SLD-4
STM-4
SL 4
50 капацитета STM-16 16*140Mbit/s или STM-16
SLT-16
SLR-16
SLD-16
SL 16
50 капацитета SL 1, SL 4, SL 16 Синхрони линијски уређаји одговарајућих хијерархијских нивоа Слика 26. Синхрони линијски уређаји
У SDH мрежама се као преносни медијум искључиво користи оптичко влакно (које омогућава квалитетнији пренос на већа растојања, како је раније наглашено), па уколико постоји потреба за обнављањем сигнала то ће бити искоришћени оптички појачавачи уместо регенератора. Синхрони drop/insert регенератори, омогућавају издвајање и додавање сигнала одговарајућег протока. Како се види са слике 25 синхрони drop/insert регенератори (SLD) могу одграњавањати (издвајати) до 50 % збирног STM-4 односно STM -16 саобраћаја. Значи, SLD-4 може одграњавати максимално два VC-4 рама, односно два сигнала од 140 Mbit/s или 155 Mbit/s. Аналогно томе, уређај SLD-16 може одграњавати максимално осам VC-4 рамова, односно осам сигнала од 140 Mbit/s или 155 Mbit/s. Са развојем SDH опреме за очекивати је да ће бити повећане могућности синхроних мултиплексера и синхроних уређаја за преспајање, чиме ће функције синхроних линијских уређаја бити сведене само на синхроне drop/insert регенераторе. Због тога, овде неће бити посебно речи о линијским терминалним уређајима.
55
Оптички инерфејси који се уграђују на збирну страну синхроних линијских уређаја, много су моћнији од оних који се уграђују у синхроне мултиплексере и уређаје за преспајање, па се с њима, без регенерације, могу премостити много већа растојања.
Синхрони радио-релејни уређаји Стандард SDH је превасходно намењен преносу по оптичком влакну. Међутим, постоје подручја где није економски оправдано полагати оптичке каблове. У таквим случајевима је радио-релејни пренос једино могуће решење. Синхрони радио-релејни уређаји, уз примену одговарајућих техника модулације, за сада могу преносити само одређен број STM -1 сигнала. Постоје две карактерисричне групе синхроних радио уређаја. Прву групу чине радио уређаји који на својим приступима, слично синхроним линијским уређајима, могу имати PDH сигнале 140 Mbit/s и сигнале 155 Mbit/s. Другу групу чине тзв. синхрони радио мултиплексери који на својим приступима могу имати PDH протоке 2 Mbit/s, 34 Mbit/s и 140 Mbit/s као и STM -1 сигнале. Године 1993. стандардизован је SDH сигнал протока 51 840 kbit/s (52 Mbit/s), као сигнал предвиђен за сателитске и радио-релејне системе нижег и средњег капацитета. Унутар овог сигнала преноси се један VC-3 сигнал у који се може сместити двадесет један сигнал 2 Mbit/s или један сигнал 34 Mbit/s. Због своје приступачне цене , радио-релејни системи 52 Mbit/s могу бити директна замена за радио-релејне системе 34 Mbit/s. Одговарајућим ITU-T стандардима дефинисана је структура радио-сигнала који је предвиђен за пренос корисничког сегмента STM -1 сигнала. Оптички SDH системи се примењују у свим нивоима транспортне мреже - од локалних и приступних веза до магистралних веза. SDH мрежа се састоји од чворова NE (NE Network Element ) који су повезани везама тачка-тачка, прстеновима или петљастом структуром и сви су синхронизовани на такт високе учестаности. Мрежа се најчешће синхронизује по принципу master-slave. Подређени генератори такта се синхронизују на такт надређеног (master ) генератора. Постоје четири синхронизациона режима рада дигиталне мреже са SDH системима преноса, али овде неће бити разматрани. Навести их Излазни сигнал из SDH мреже треба да одговара улазном сигналу по садржају, али не и по временским карактеристикама. На почетку овог поглавља речено је да сигнал приликом преноса кроз SDH мрежу прелази из једног у други STM-N сигнал, чак може и да промени велики број STM-N сигнала, а да се притом садржај сигнала не промени све до одредишног чвора. При пролазу кроз чворове, виртуелни контејнери који носе сигнал се пребацују са једног такта на други. Због различитих режима рада појединих чворова може доћи до појаве џитера или вандера (wander ) на излазу SDH мреже. Под вандером се подразумева спори џитер, чија је фреквенција испод 10 Hz . Приточни сигнал која долази на улаз SDH мреже може имати такт који је независан од такта с којим ради цела мрежа, различите су фреквенције (фазе), али и сам улазни сигнал може да садржи џитер и вандер. Поред тога, улазни сигнали могу бити и асинхрони сигнали, њихови тактови су потпуно независни. Да би се извршило мултиплексирање све притоке се морају синхронизовати на референтни такт. Због тога се, при уписивању притоке у контејнер, користи нека од поменутих метода изравнавања. Поступак изравнавања се своди на убацивање слепих бајтова или додатних информационих битова. При демапирању слепи бајтови се издвајају а уместо њих остају празнине, које такође доводе до појаве џитера и вандера.
56
ВАЖНО!!! Већ је наглашено да се као преносни медијум у SDH техници искључиво користи оптичко влакно. Развитком оптичке технологије, оптичка влакна постају доминантни медијум за пренос у Етернет мрежама на већим протоцима. Међу Гигабит Етернет (GЕ) стандардима (Етернет мреже са протоком од 1 Gbit/s) постоје три стандарда, 1000Base -Т, 1000Base-TX и 1000Base-FX, који подржавају пренос по UTP, односно STP кабловима, предвиђеним за краће домете од 25м до 100м. Степен технолошког напретка омогућио је Етернет-у да закорачи на следећи ниво. То је 10 Гигабит Етернет (10 GЕ). Сви 10 Гигабит Етернет стандарди подржавају пренос искључиво преко оптичких влакана у дуплекс везама. Једна од могућих реализација преноса Етернет пакета, великог протока, на велике удаљености је употреба постојеће SDH мрежне хијерархије. Како се подаци у Етернет стандарду преносе путем пакета различитих дужина, главни задатак приликом реализације ове идеје јесте мапирање Етернет рамова, променљиве дужине, у STM-N рамове фиксних величина. При реализацији система који преносе Етернет рамове преко оптичких SDH линкова, основни захтев је оптимизација преноса. Постоје механизми који обезбеђују ефикасан пренос Етернет саобраћаја преко SDH оптичких система4. Овим механизмима се омогућава ефикасна енкапсулација (адаптација) једног рама у други, мапирање, мултиплексирање, дељeње на секвенце (канале, контејнере) и компензација кашњења индивидуалних канала којима се преноси саобраћај, као и динамичко заузимање капацитета (број контејнера) унутар SDH путање преноса. Етернет је настао са циљем да се осмисли и дефинише начин преноса података између рачунарских система у оквиру LAN мреже коју чини већи број радних станица (рачунара) прикључених на заједнички медијум за пренос. У том смислу, било је потребно дефинисати основне функционалности и упутства за доња два слоја (физички ниво и ниво података) референтног OSI модела. За разумевање овог слојевитог модела, као и код SDH система, потребно је упознати формат података у Етернет-у. Подаци се у Етернет мрежи преносе у форми пакета који се називају Етернет рамови ( frame). Изглед једног рама дат је на сл . 1.
Слика 1. Формат Етхернет рама
Станица која шаље податке започиње пренос рама слањем преамбуле, тј. седмобајтне секвенце која се састоји од наизменично поређаних јединица и нула, после које долази
4
Механизми задужени за ефикасан пренос: GFP (Generic Framing Procedure), VCAT (Virtual Concatenation) и LCAS (Link Capacity Adjusment Scheme). Комбинација GFP, VCAT и LCAS омогућава апликације са динамичком променом протока пакетског саобраћаја. При томе, значајну улогу игра и NMS систем ( Network Management System) за управљање, који врши анализу топологије и ресурса мреже, израчунава путање на бази ограничења, успоставља и уклања путање и надгледа коришћење и подешавање пропусног опсега.
57
бајт облика 10101011 под именом Start of Frame Delimiter (SFD – почетак оквира ). Сврха слања ових осам бајтова јесте синхронизација интерних, пријемних тактова свих осталих станица (које ,,слушају” шта се дешава на заједничком трансмисионом линку), са тактом којим предајна станица емитује податке на линк. Следећих 12 бајтова одређују адресу предајне (првих 6 бајтова) и пријемне стране (других 6 бајтова). Поље означено као ,,тип/дужина” садржи два бајта који носе запис о дужини поља корисничких података, према IЕЕЕ 802.3 стандарду (1983.година). Следеће поље садржи корисничке податке виших нивоа и заузима минимално 46, а максимално 1500 бајтова, што је дефинисано у претходно објашњеном пољу рама. На крају рама налази се четворобајтно поље провере грешке FCS ( Frame Check Sequence). У литератури се за ово поље често сусреће ознака CRC (Cyclical Redundancy Check ), јер је реч о CRC-32 механизму за откривање грешака насталих у преносу. Етернет је првобитно замишљен да повеже у мрежу до пар десетина рачунара у оквиру једног објекта у циљу заједничког коришћења ресурса, односно уређаја који су били изузетно скупи (нпр. штампачи, седамдесетих година прошлог века). Развојем технологије, јавила се потреба да се Етернет-ом покрију већа растојања и да се у мрежу прикључе нове радне станице, па се и број, као и врста уређаја који су задужени за правилан рад мреже, временом повећавао. РЕЗИМЕ Пошто плесиохрона техника није довољно флексибилна и ефикасна, а да би се удовољило савременим захтевима који се постављају пред једну модерну мрежу, осмишљена је, деведесетих година прошлог века, нова техника мултиплексирања – синхроно мултиплексирање. Тако је стандардизована синхрона дигитална хијерархија (SDH) која нуди низ предности у односу на плесиохрону технику. У SDH уређајима се интегрише више функција PDH уређаја, па се укупан број уређаја у мрежи смањује, а повећава се поузданост и расположивост мреже. Управљање и надгледање мрежом је централизовано. Кроз SDH мрежу, SDH уређајима се могу преносити сви постојећи PDH сигнали (изузев сигнала 8 Mbit/s), и притом су они увек директно доступни и једноставно могу да се издвајају. У SDH мрежи проток на вишем хијерархијском нивоу је целобројни умножак протока на претходном нивоу. Мултиплексни сигнали STM-4, STM-16... су целобројни умношци основне битске брзине 155 520 kbit/s (сигнала STM-1). SDH пренос подразумева да су сви сигнали који се преносе у синхроној мрежи синхронизовани тј. да имају исти такт. Међутим, услед различитог времена преноса кроз мрежу сигнали обично касне. Због тога се SDH сигнали пре мултиплексирања синхронизују, тако што се врши изравнавање само у једном њиховом делу. После изравнавања врши се мултиплексирање бајт по бајт . Рам SDH сигнала је организован у виду дводимензионалне матрице N * M (N редова, M колона), елемент матрице је бајт. Рам STM сигнала има три дела: 1. заглавље секције SOH, 2. AU поинтер (показивач) и 3. кориснички сегмент. Кориснички сегмент у раму STM -N сигнала заузима највећи део, око 97 . PDH сигнали, који се преносе кроз SDH мрежу, се поступком мапирања пакујуу у контејнере и притом се доводе на заједнички такт мреже. После тога им се додаје заглавље путање POH сигнал и настаје виртуелни контејнер VC.
58
Виртуелни контејнер је дигитални сигнал којег чини низ узастопно генерисаних рамова, који су формирани на принципима временске расподеле канала. Обзиром на протоке PDH сигнала, у европској и америчкој хијерархији, стандардизовано је пет контејнера и пет, њима одговарајућих, виртуелних контејнера. У посупку формирања STM -1 рама пролази се кроз различите информационе структуре, зависно од нивоа PDH сигнала који се мапира у одговарајући контејнер. Мапирање представља поступак паковања PDH или АТМ сигнала у основни рам SDH сигнала, у његов кориснички део. Мапирање може бити: асинхроно, синхроно мапирање битова и синхроно мапирање бајтова. Асинхроно мапирање је обавезно за примарни PCM сигнал у случају када примарни мултиплексер није синхронизован са SDH уређајем у којем се врши његово мапирање. Може се применити за све PDH приточне сигнале вишег реда. Синхроно мапирање битова захтева синхронизован рад уређаја у коме се приточни сигнал формира и SDH уређаја у коме се врши његово мапирање. Синхроно мапирање бајтова, као и у претходном случају, захтева синхронизован рад одговарајућих уређаја и организацију рама преко бајтов а. У SDH мрежи, сви уређаји према функцији коју обављају се могу поделити на: 1. синхроне мултиплексере, 2. синхроне уређаје за преспајање, 3. синхроне линијске уређаје и 4. синхроне радио-релејне уређаје. Синхрони мултиплексери имају модуларну структуру, те се једноставно, додавањем модула може повећати капацитет појединих уређаја, али и променити њихова функција. Ради обезбеђења поузданости у раду најважнији делови уређаја су удвојени. Синхрони мултиплексери могу обављати и функцију преспајања, а располажу и додатним каналима за надгледање и алармирање уз сваку притоку која се смешта у излазни STM-N сигнал. Могу се користити у различитим конфигурацијама, ито: 1. конфигурација тачка-тачка, 2. add/drop конфигурација, 3. прстенаста конфигурација и 4. хаб конфигурација. Синхрони уређаји за преспајање су најсложенији уређаји у SDH мрежи. Поред функције преспајања могу обављати и функцију мултиплексирања и демултиплексирања. Преспајање у синхроној мрежи представља остваривање полуперманентних веза између улазних и излазних портова на нивоу виртуелних контејнера. На портовима синхроних уређаја за преспајање могу бити сви PDH и SDH мултиплексни сигнали. Није потребно вршити демултиплексирање ових сигнала ако њихов хијерархијски ниво није већи од нивоа порта на који се доводе. Постоје три нивоа уређаја за преспајање и то: синхрони уређаји за преспајање типа 1/0, 4/1 и 4/4. Синхрони линијски уређаји се користе за повезивање синхроних уређаја за преспајање (уколико немају портове за протоке изнад 155 Mbit/s) са уређајима чији су протоци изнад 155 Mbit/s. Ови уређаји немају уграђену комутациону матрицу, па самим тим не поседују ни могућност преспајања. Синхрони радио-релејни уређаји се примењују у случајевима када није оправдано полагати оптичке каблове. 59
ПИТАЊА за процену овладаности дефинисаним исходима (нивоима постигнућа) 1. Наведи најбитније предности SDH. 2. Који системи чине синхрону дигиталну хијерархију, колики су њихови протоци? 3. Како је организован рам STM-1 сигнала? 4. Како су организовани рамови сигнала на вишим хијерархијским нивоима? 5. Којим поступцима се PDH сигнали смештају у рам STM-1 сигнала? 6. Шта је виртуелни контејнер? 7. Који су типови контејнера и виртуелних контејнера стандардизовани? 8. Објасни поступак мапирања АТМ сигнала у STM-1 рам. 9. Нацртај блок шему која показује које се све информационе структуре формирају при паковању сигнала 34 Mbit/s у рам STM-1 сигнала. 10. Шта се подразумева под поступком мапирања? 11. Које врсте мапирања постоје? 12. Објасни поступак синхроног мапирања бајтова. 13. Шта се подразумева под фазним изравнавањем? 14. Шта је фреквенцијско изравнавање, какво може бити? 15. Које групе уређаја у SDH мрежи постоје, каква је њихова структура? 16. Који се све сигнали могу појавити на приточној страни синхроних мултиплексера? 17. Које функције обављају синхрони мултиплексери? 18. У којим све конфигурацијама могу бити мултиплексери у SDH мрежи? 19. Коју функцију обављају синхрони уређаји за преспајање? 20. Упореди поступак преспајања у SDH мрежи са комутацијом у PDH мрежи? 21. Који нивои уређаја за преспајање постоје? 22. На којим нивоима врше преспајање уређаји типа 4/4? 23. Када се примењују синхрони линијски уређаји? 24. Када постоји потреба за коришћењем синхроних радио-релејних уређаја? 25. Које појаве прате пренос сигнала кроз SDH мрежу?
Исходи који се односе на: процес пуштања уређаја у рад , могућности софтвера за надгледање
SDH мреже и поступке мерења карактеристика саобраћаја, уколико буде постојала могућност рализоват ће се у сарадњи са одговарајућим ТК компанијама (Ирител, Телеком или неке друге) кроз тематске посете. Уколико тематске посете не буду реализоване онда ће наведени исходи бити само деломично реализовани у лабораторијским условима и кроз објашњавање процедура монтаже, тестирања, пуштања у рад и отклањања кварова, као и могућностима управљања и надгледања мреже и начинима мерења карактеристика саобраћаја.
Рестаурација и обнова саобраћаја у SDH мрежама Шта се подразумева под рестаурацијом у SDH мрежи? Шта се подразумева под преживљивом мрежом? Шта се подразумева под заштитом у мрежи? Који видови заштите се користе? Корисници телекомуникационих услуга, поготово њихови професионални корисници, постали су веома зависни од ефикасног преноса информација. Употреба 60
телекомуникација за многе веома важне услуге телекомуникационе услуге важнијом него икада раније.
учиниле
су
расположивост
У многим случајевима губитак одређене услуге може имати катастрофалне последице. Због тога, многи корисници телекомуникационих услуга траже гаранцију за континуитет услуге и за то су спремни додатно да плате. Прва телекомуникациона технологија која је питање расположивости ставила у први план је била SDH технологија. Већ у самом поступку њене стандардизације постављени су темељи мрежне еластичности и преживљивости. Према томе, топологија мреже мора бити таква да у случају испада било ког спојног пута или чвора, брзом реконфигурацијом мреже, односно променом саобраћајних токова, осигура несметано задовољење захтева свих корисника мреже.
Преживљива мрежа је она која је способна да обнови саобраћај који је прекинут или деградиран услед појаве отказа у неком њеном делу. Уколико мрежа може да “преживи” већи број испада на линијама (нпр. прекида каблова) односно грешака у уређајима који се налазе у њеним чворовима то је преживљивост мреже већа. Генерално, постоје два основна приступа у повећању расположивости SDH транспортних мрежа: заштита и обнова (или рестаурација ).
Заштита подразумева постојање фиксних резервних капацитета, који имају унапред дефинисану заштитну улогу. Најједноставнији тип заштите је онај у коме је сваком радном капацитету додељен један резервни капацитет, док је најкомпликованији онај код кога се м резервних капацитета користи од стране н радних капацитета. Обнова (рестаурација) подразумјева да се у случају испада неког радног капацитета као резервни капацитет могу користити било који доступни слободни капацитети у мрежи. То значи да резервни капацитет више није унапред дефинисан, већ га мора “открити” нека интелигенција уграђена у мрежу. Без обзира на то који се приступ користи за повећање расположивости мреже, сваки механизам за осигурање њене “самоизлечивости” захтева да део укупног капацитета транспортне мреже остане слободан да би се омогућило рерутирање радног саобраћаја. Приликом планирања транспортне мреже, треба постићи компромис између сложености алгоритма односно протокола (количина потребних информација, количина процесирања, број управљачких акција и сл.), цене мрежа (количина резервних капацитета који се планирају) и времена које протекне од тренутка прекида до поновне успоставе саобраћаја који је био у прекиду (мерено у милисекундама, секундама, или дуже). У принципу, што је механизам једноставнији, он је и бржи али зато захтева више резервних капацитета, што може битно повећати цену мреже. 1. МЕХАНИЗМИ ЗАШТИТЕ У SDH МРЕЖИ Сваки механизам који користи заштиту, као начин повећања расположивости транспортне мреже, ради на принципу заштитног пребацивања радног саобраћаја, са радних, на унапред резервисане капацитете.
1.1.
Основни прнцип заштитног пребацивања
61
Пре него што се пређе на опис неких основних структура заштитног пребацивања, важно је дати неке дефиниције и основне принципе по којима се различита извођења заштитног пребацивања међусобно могу разликовати. Пре свега под појмом веза (conection) у транспортној мрежи слојевите структуре подразумевамо било какав транспортни ентитет способан да преноси информацију између крајњих тачака везе. Крајњу тачку везе (conection point) карактерише сигнал одређеног протока и формата који кроз њу пролази. Веома је важно направити строгу разлику између радног и резервног саобраћаја. Радни саобраћај (working traffic) је онај који се у нормалном стању преноси радним каналима неког транспортног ентитета и који се шири применом заштитног пребацивања тако што се, у случају прекида може преносити резервним, тзв. заштитним, каналима (protection channels). Дакле, резервни канали служе за пренос радног саобраћаја када то нису у могућности да изврше радни канали. Заштитно пребацивање треба схватиити као читав процес преласка на пријем радног саобраћаја из резервних канала уместо из радних канала. Да би било могуће пребацивање потребно је претхотно остварити премошћавање (bridge) на предајној страни, односно акцију после које се идентичан радни саобраћај шаље и у радним и у резервним каналима. Уколико је такво премошћавање перманентно, без обзира да ли је стање нормално или је у току заштитно пребацивање, ради се о типу заштите 1+1 (слика 1).
премошћавање
б)
a)
пребацивање
Радни саобраћај Радни саобраћај Слика 1. - Илустрација премошћавања и пребацивања на заштити типа 1+1. (а) нормално стање; (б) стање прекида радног канала
Унидирекциона веза је веза која информацију преноси у једном смеру од улазне до излазне крајње тачке везе (сл. 2)
A
Слика 2. - Унидирекциона веза
B
62
Бидирекциону везу чини пар унидирекционих веза способних да истовремено преносе информацију у оба смера између одговарајућих крајњих тачака везе. Унидирекциона веза је довољна за транспорт информација у једном смеру (на пример за транспорт ТВ сигнала), док се бидирекциона веза користи за транспорт дуплексног саобраћаја (нпр. телефонског). Бидирекциони саобраћај се може рутирати униформно, када се транспорт у оба смера обавља преко истих физичких ресурса, и диверзификовано када се транспорт појединих смерова одвија преко различитих физичких ресурса (сл. 3). Код бидирекционе везе могуће је да отказ захвати само један од смерова транспорта. У том смилу разликујемо два могућа извођења заштитног пребацивања. У првом случају, заштитно пребацивање се изводи само на пријемној крајњој тачки унидирекционе везе која је захваћена грешком. Овакав тип заштитног пребацивања назива се пребацивање на једном крају. Очигледно, као последица примене таквог пребацивања, прелази се из диверзификовано рутираног у униформно рутиран бидирекциони саобраћај и обрнуто. У другом случају, без обзира да ли је у питању грешка која је захватила један или оба смера бидирекционе везе, заштитно пребацивање се изводи на пријемним крајњим тачкама обе унидирекционе везе које чине посматрану бидирекциону везу. Овакав тип заштитног пребацивања назива се пребацивање на оба краја и примјењује се код униформно рутираног бидирекционог саобраћаја да би се и после заштитног пребацивања задржало униформно рутирање. Интересантно је упоредити ова два система. Пребацивање на једном крају не захтева никакав протокол за аутоматско заштитно
пребацивање APS (Automatic Protection Switching) протокол, па је зато једноставније за извођење, а брзина пребацивања је доста велика. Зато, уколико би дошло до вишеструких грешака у мрежи, већа је шанса да се саобраћај обнови применом заштитног пребацивања на једном него на оба краја. Међутим, пребацивање на оба краја има своје предности. С обзиром на то да се после појаве грешке на једном смеру преноса, код заштитног пребацивања на оба краја врши заштитно пребацивање оба смера преноса на путању која користи сасвим друге уређаје, на месту настанка грешке више нема саобраћаја ни у једном смеру па нема потребе за накнадним заштитним пребацивањима (што је у неким случајевима неопходно осигурати да би се квар отклонио). Заштитним пребацивањем на оба краја се лакше управља зато што се на оба смера користе исти уређаји.
а)
б)
Слика 3. - Бидирекциона веза: а) Униформно рuтиран; б) Диверзификовано рутиран
Примена заштитног пребацивања на оба краја омогућује да се р езервним каналима преноси додатни саобраћај који није заштићен и који се прекида чим се изврши заштитно пребацивање радног саобраћаја на резервне канале. Заштитно пребацивање може бити 63
повратно и неповратно. У првом случају се након отклањања квара саобраћај враћа на радне канале, а у другом се и даље одвија по резервним каналима. Подела заштитних механизама, која се често користи, је на механизме са резервисаном заштитом и механизме са заједничком заштитом. Резервисана заштита подразумева да је сваком радном капацитету додељен одређени заштитни капацитет па је у том случају однос радног и резервисаног капацитета увек 1. Разликујемо заштите 1+1 и 1:1. Код прве је извршено перманентно премошћавање на предњој крајњој тачки везе. То није случај код заштите 1:1, где се резервни капацитет може користити за транспорт додатног саобраћаја. Заједничка заштита подразумева да н радних капацитета користи м заштитних капацитета.
Заштита може бити у слоју мултиплексне секције и у слоју пута. Ова подела се уствари односи на слој у коме се установљава прекид односно деградација квалитета. Веома важна карактеристика заштитног пребацивања је време извршења заштитног пребацивања. То је временски интервал који протекне од тренутка када се донесе одлука о заштитном пребацивању до тренутка када је оно комплетно извршено.
1.2. Заштита у структурама тачка-тачка У SDH техници, за структуре тачка-тачка, када се заштита сматра неопходном, препоручује се примена заштите мултиплексне секције. Она може бити резервисана или заједничка. У структури тачка-тачка, логично, није предвиђена заштита од испада чворова. Заштиту мултиплексне секције типа 1+1 карактеришу две паралелне секције где је капацитет сваке од њих довољан да пренесе сав саобраћај који се одвија у слоју пута вишег реда између та два пута. За заштиту мултиплексне секције типа 1:н карактеристично је да постоји једна мултиплексна секција која може преузети радни саобраћај било које од н радних мултиплексних секција која се нађе у прекиду. У нормалном стању, када ни једна од радних мултиплексних секција није у прекиду, резервна мултиплексна секција може преносити незаштићени додатни саобраћај.
1.3. Заштита у прстенастим структурама Прстенасту структуру чине скуп чворова који формирају затворену петљу тако да је сваки чвор повезан дуплексним капацитетима са два суседна чвора. Повезивањем одређеног скупа чворова у прстенасту структуру, остварује се, условно речено, најкраћа могућа веза између њих уз истовремено задовољење услова да се гарантују по две диверзификоване везе између било која два чвора из тог скупа. Прстенаста структура, са својим редундантним капацитетима, пружа могућност аутоматске обнове телекомуникационих услуга у случају квара у било ком њеном делу. На тај начин прстен може бити “самоизлечив”. Све прстенове можемо поделити према типовима односно механизмима заштите које користе. Основну поделу ћемо извршити према томе да ли су прстенови унидирекциони или бидирекциони, слика 4.
Унидирекциони прстен је онај у коме се радни саобраћај рутира тако да се оба смера сваке бидирекционе везе преносе у једном смеру око прстена. С обзиром на то да 64
се у случају прекида физичке везе између два суседна чвора прекида један смер саобраћаја свих бидирекционих веза у прстену, број заштитних канала мора бити једнак броју радних канала па су унидирекциони прстенови увек са резервисаном заштитом. Саобраћај који се преноси између свака два суседна чвора је, према томе, једнак збиру целокупног саобраћаја у прстену, без обзира на саобраћајну матрицу. A-B B-A
A-B A
A
B
B
(B-A)’ (A-B)’ (B-A)’
(A-B)’ D
D
C
C
B-A
Радни канал Заштитни канал
а)
( б)
) Радни саобраћај после заштитног пребацивања ’
Слика 4. - а) Унидирекциони прстен б) Бидирекциони прстен
Бидирекциони прстен је онај у коме се радни собраћај у нормалном стању рутира тако да се оба смера сваке бидирекционе везе преносе кроз исте успутне чворове, али у супротним смеровима. Према томе, и радни и заштитни канали користе и један и други смер преноса у односу на смер казаљке на сату. Саобраћај који се преноси између два суседна чвора не мора бити једнак за сваки пар суседних чворова у прстену, већ зависи од саобраћајне матрице прстена. У случају прекида физичке везе између два суседна чвора, не долази до прекида свих веза у прстену, па се заштитни канали ангажују само за пренос прекинутог радног саобраћаја. То значи да целокупни радни саобраћај користи заједничке заштитне канале те су бидирекциони прстенови увек са заједничком заштитом. Самоизлечиви прстен
унидирекциони
бидирекциони
Заштита у слоју мултиплексне секције
2 влакна
Заштита у слоју пута
4 влакна
Заштита у слоју мултиплексне секције
Заштита у слоју пута
Слика 5. - Врсте “самоизлечивих” прстенова
65
Код бидирекционих прстенова у једном смеру око прстена се врши пренос и радних и заштитних канала. То значи да, уколико се користи прстен са два влакна, капацитет сваког влакна се равномерно дели на радни и заштитни. Могуће је користити и бидирекционе прстенове са четири влакна код којих би свако влакно преносило или радне или заштитне канале у одређеном смеру преноса, што нема никаквих предности у случају прекида или испада чвора. Међутим, када између два суседна чвора дође до отказа само једног влакна радни саобраћај се може пребацити на влакно које преноси заштитне канале у истом смеру па се на тај начин заштитни механизам локално своди на заштиту 1:1 у системима тачка-тачка. Овакво пребацивање се у литератури означава као пребацивање на нивоу span-a (span switching). Спан је дефинисан као скуп свих мултиплексних секција између два суседна чвора у прстену. Дакле, у току пребацивања на нивоу спана радни саобраћај се преноси заштитним каналима који користе исти спан на коме се појавила грешка.
1.3.1. Унидирекциони прстен са заштитом у слоју мултиплексне секције Унидирекцини прстенови са заштитом у слоју мултиплексне секције се често називају и прстенови са резервисаном заштитом у слоју мултиплексне секције. Чворови су повезани са два концентрична влакна у којима се пренос врши у смеровима супротним један у односу на други. По једном влакну се преноси радни саобраћај, док је друго влакно резервисано за заштиту радног саобраћаја. Максимални укупни саобраћајни захтеви у прстену овог типа су ограничени капацитетом спана, без обзира на саобраћајну матрицу између појединих чворова у прстену. Другим речима, сума саобраћајних захтева свих чворова не сме да пређе капацитет једног спана. Овакав тип прстенова карактерише механизам заштите 1:1, базиран на пребацивању на једном крају. У условима било каквог квара на мултиплексној секцији која преноси радне канале између суседних чворова (прекид кабла, прекид влакна по коме се одвија радни саобраћај, квар на линијском терминалу, квар на регенератору и сл.) или испада једног чвора, све AUG које су у прекиду се пребацују на заштитни канал.
1.3.2. Унидирекциони прстен са заштитом у слоју пута С обзиром на то да је у питању унидиркециони прстен, и овде се ради о резервисаној заштити. Ток саобраћаја је карактеристичан за унидирекционе пртенове. Међутим, пошто је заштита у слоју пута, заштитно пребацивање се изводи независно за сваки од виртуелних контејнера који се преносе. Сви виртуелни контејнери се истовтемено шаљу и по радним и по резервним каналима, користећи различите смерове преноса око прстена (слика 6). Логично је да се у случају било каквог физичког испада у прстену заштитно пребацивање врши само на крајевима оних унидирекционих веза, односно оних смерова бидирекционих веза, чији је прекид изазван поменутим физичким испадом. Очигледно је примењен тип заштите 1+1, са пребацивањем на једном крају, па за извођење заштитног пребацивања није потребан никакав APS протокол. Описани механизам заштите није ограничен само на прстенове, већ се може применити у било којој подмрежи која може осигурати диверзификовано рутирање виртуелних контејнера између одговарајућих улазних и излазних чворова посматране подмреже.
66
# #
#
#
#
#
# # #
Комутациона матрица Радни саобраћај Радни саобраћају у заштитним каналима
Слика 6. - Унидирекциони прстен са заштитом у слоју пута
1.3.3. Бидирекциони прстен са заштитом у слоју мултиплексне секције Бидирекциони прстенови са заштитом у слоју мултиплексне секције се, у литератури често наводе као прстенови са заједничком заштитом у слоју мултиплексне секције (слика 7). Постоје две верзије бидирекционих прстенова са заштитом у слоју мултиплексне секције: са два и са четири влакна у прстену. A
B
A
D
C
a)
SOH Радни канали Заштитни канали B
SOH Радни канали Заштитни канали
б)
Влакно за одговарајући смер преноса Слика 7. - Бидирекциони прстен са заштитом у слоју мултиплексне секције (2 влакна): а) смер преноса у прстену; б) расподела канала између два суседна чвора у прстену
У прстену са два влакна, свако влакно преноси радне и резервне канале (слика 7). У сваком влакну је прва половина канала додељена радним каналима, док је друга половина додељена заштитним каналима. Структура са два влакна подржава само механизам заштитног пребацивања на нивоу целог прстена. Применом овог механизма, радни саобраћај са спана који је захваћен грешком преноси се заштитним каналима по супротној страни прстена, то јест дужим путем. 67
Овај механизам заштитног пребацивања се поред верзије са два влакна може користити и код верзије са четири влакна. У прстену са четири влакна, радни и заштитни канали се преносе различитим влакнима. Прва два влакна преносе радне односно заштитне канале у једном смеру, док друга два влакна преносе радне односно заштитне канале у другом смеру. Структура са четири влакна, поред механизма заштитног пребацивања на нивоу целог прстена, подржава и механизам заштитног пребацивања на нивоу спана.
За разлику од заштитног пребацивања на нивоу целог прстена, који може “издржати” само један прекид у прстену, заштитно пребацивање на нивоу спана може “издржати” прекиде свих влакана у прстену који преносе радне канале, под условом да су одговарајућа влакна која преносе заштитне канале остала неоштећена. Истина, врло је мала вероватноћа да ће у прстену доћи до вишеструких прекида и то само на влакнима односно линијским терминалима који преносе радне канале. 1.3.4. Бидирекциони прстен са заштитом у слоју пута Пошто се и у овом случају ради о бидирекционом прстену, заштита је заједничка. Структура прстена и ток саобраћаја у њему је исти као и у случају бидирекционог прстена са заштитом у слоју мултиплексне секције. Међутим, постоје битне разлике. Прво, овде се надгледање врши у слоју пута, независно за сваки од виртуалних контејнера, на месту на коме они напуштају прстен. У случају трансокеанских апликација имамо надгледање у слоју мултиплексне секције па су се уз помоћ одговарајуће сигнализације и протокола морали пренети захтеви за премошћавањем од чвора који је регистовао квар на мултиплексној секцији до свих чворова на којима се терминирају радни канали захваћени прекидом. Друго, код бидирекционих прстенова са заштитом у слоју пута заштитно пребацивање се врши на нивоу виртуелних контејнера који могу бити и вишег и нижег реда, док се заштитно пребацивање код бидирекционих прстенова са заштитом у слоју мултиплексне секције врши на нивоу AUG. С обзиром на то да је и овде у питању заштитно пребацивање на оба краја, неопходно је постојање одговарајућег протокола. И у овом случају је могућ пренос додатног саобраћаја по заштитним каналима.
1.4. Механизми заштите који не зависе од физичке структуре мреже Механизми заштите који не зависе од физичке структуре мреже имају две заједничке карактеристике. Прво, то су механизми са резервисаном заштитом ( 1+1 или 1:1). Друго, код њих се заштита увек врши у слоју пута. При томе, не морају се штитити сви виртуелни контејнери који се преносе у некој мултиплексној секцији.
б) a)
в)
Слика 8. - Структуре које обезбеђују два независна пута кроз мрежу: а) Петљаста структура; б) Прстенаста структура; в) Комбинована структура
68
Да би се у некој физичкој структури мреже односно подмреже уопште могла провести заштита саобраћаја од прекида каблова и испада чворова неопходно је да она задовољава услов постојања два независна пута ( rute) између било која два чвора. Такве структуре су петљаста (meshed), прстенаста (ring) и комбинована (mixed). Примери су приказани на слици 8. Генерално, и структуре тачка-тачка могу задовољити горе поменути услов уколико се веза између чворова остварује различитим физичким ресурсима (два кабла, кабл+радио и сл.), али за њих се заштита у слоју пута не препоручује. Да би се осигурала висока расположивост веза које пролазе кроз више заштићених подмрежа неопходно је осигурати најмање два независна пута између сваке две подмреже. Архитектура таквих веза у многоме зависи од типа заштите која се у подмрежама користи.
1.4.1. Нестандардни облици заштите Под нестандардним облицима заштите подразумевамо све врсте “лукавстава” које користе оператори мрежа да би побољшали расположивост појединих телекомуникационих услуга односно појединих делова мреже. При томе се морају користити структуре (топологије) које им тако нешто омогућују, а понекад и неки од стандардних механизама заштите. Први од таквих облика заштите је подела саобраћаја (trafic spliting). Овај метод се може примењивати у свим физичким структурама које могу обезбедити постојање два различита пута између одредишних чворова, при чему сваки од тих путева користи различите физичке ресурсе. Подсетимо се да су такве структуре петљеста, прстенаста, комбинована и структура тачка-тачка у којој се веза између чворова остварује различитим физичким ресурсима (2 кабла, кабл+радио-релејна веза и сл.). Овај метод подразумева да се радни саобраћај истог типа који постоји између два чвора подели, уколико то има смисла, на два дела (најчешће 50%+50%) и да се сваки од тих делова рутира кроз посматрану структуру различитим путевима. Уколико дође до прекида неког од путева, губи се само 50% саобраћаја па овај метод повећања расположивости, можемо слободно рећи, представља неку врсту квази-заштите. Применом поделе саобраћаја ангажује се 50% мање саобраћајних капацитета него у случају када се врши заштита целокупног саобраћаја између одредишних чворова. Међутим, то је плаћено тиме што је између посматраних одредишних чворова за време трајања прекида расположиво упола мање саобраћајних капацитета. Треба нагласити да примена поделе саобраћаја има смисла само ако то дозвољава тип телекомуникационе услуге чији се саобраћај дели. Тако на пример, телефонски саобраћај између две централе можемо делити, док за један телевизијски сигнал подела саобраћаја нема никаквог смисла.
2. Механизми обнове у SDH мрежи Механизми обнове су механизми који после испада неких саобраћајних ресурса у мрежи, проналазе нове, више или мање оптимизиране, алтернативне путеве за поновну успоставу постојећих саобраћајних захтева, коришћењем интелигенције уграђене у мрежу.
69
SXC мреже могу бити са централизованим и децентрализованим системом обнове (слика 9), а свака од њих има одређене предности. SXC “самоизлечиве” мреже централизоване
обнова мултиплексних секција
децентрализоване
обнова мултиплексних секција
обнова путева нижег реда
претходно испланирана обнова динамичка обнова
обнова путева нижег реда
претходно испланирана обнова динамичка обнова
Слика 9. - Класификација “самоизлечивих” SXC мрежа
Већина данашњих система обнове су централизовани системи. Мане које испољавају централизовани системи су у комплексним и веома великим мрежама као и велика ограничења која постоје када је у питању максимално време обнове, натерали су планере да размотре могућност за делимично или потпуно децентрализованим системом обнове. У сваком случају, било би најбоље пронаћи неки оптимум између централизованих и децентрализованих система. Постоје два прилаза у стратегији обнове SXC мреже: обнова мултиплексне секције и обнова путева вишег реда. Када се користи стратегија обнове мултиплексне секције, врши се идентификација мултиплексне секције која је у прекиду због насталог квара у мрежи, а затим се она замењује одговарајућим скупом других мултиплексних секција. Обнова мултиплексне секције је у принципу једноставнија од обнове пута, али је зато мање ефикасна када је у питању искориштење ресурса мреже. С друге стране када се користи стратегија обнове пута, врши се идентификација путева који су у прекиду због насталог квара у мрежи, а затим се путеви обнављају кориштењем алтернативних рута које нису превише ограничене рутом оригиналног пута. Обнова пута има доста висок степен искориштења ресурса мреже, али захтева велику количину информација приликом налажења нових рута.
Да би се поједноставило пројектовање система обнове, али и да би се што више смањило време процесирања, а тиме и време обнове уведен је појам делимичног или потпуног претходног планирања обнове. То значи да се за специфичне догађаје односно поједине кварове у мрежи извршавају унапред дефинисане акције. Да би се избегла ограничења система обнове базираног на предходно планираним акцијама, неопходно је позивати динамичке процедуре ради оптимизације решења обнове за поједине ситуације. На слици 10 приказани су оба система за обнову саобраћаја.
70
Централизовани систем за обнову Удвостручене контролне везе
SXC
SXC
SXC
а)
ЕЛАСТИЧНА МРЕЖА Удвостручене контроле везе
Локални систем за обнову
SXC
SXC
SXC б)
Слика 10. – а) Централизовани и б) децентрализовани систем за обнову
Мрежа, односно део мреже који користи метод обнове за повећање своје расположивости, мора имати довољно резервних капацитета који се могу користити за успоставу алтернативних веза. Оптимизација количине резервних капацитета, имајући у виду могући скуп грешака које се могу појавити у посматраној мрежи односно делу мреже, један је од основних проблема за свако планирање система обнове. То, наравно зависи од изгледа мреже и расподеле саобраћаја у њој, али и од изабране процедуре обнове. За обнављање саобраћаја веома је битно детектовање проблема – кварова, у чему велики значај имају аларми.
Аларми који се детектују у елементима мрежа су проузроковани или кваровима унутар неког другог елемента мреже, или кваровима на трансмисионом путу (прекид кабла, на пример). Први корак у циљу отклањања кварова је локализација грешке. Затим треба тачно утврдити ресурсе мреже који се још увек могу користити за обнову веза у
71
мрежи. Проблем се своди на детаљну анализу AIS сигнала који се јављају у мрежи након појаве квара. На слици 11 дијаграмом је представљен процес обнове. Генерално, сваки процес обнове мреже има пет фаза: -
прикупљање аларма анализа аларма избор алтернативних веза спровођење акција проспајања; потврда ваљаности обнове
Обнова и селекција новог пута
База података мреже
Анализа аларма
Активирање и верификација
Слика 11. - Блок дијаграм функције обнове
Прикупљање аларма почиње по пријему односно детекцији првог аларма. Неопходно је потом сачекати известан краћи период времена да би се примила сва евентуална “запажања” других елемената мреже у вези са насталим кваром. Потом се прелази на анализу аларма који има за циљ да одреди све везе које су у прекиду због настале грешке као и процедуру која се мора покренути у даљем поступку обнове. Избор алтернативних веза за све прекинуте везе у мрежи врши се уз помоћ одговарајућих алгоритама. Након тога се прелази на слање команди ка одговарајућим елементима мреже да би се извршила проспајања после којих се успостављају алтернативне везе одређене у претходној фази. Ова фаза је завршена када се размене све могуће потврде између елемената мреже, који спроводе жељене акције, и система за обнову. На крају, у последњој фази процеса обнове, врши се провера стања свих аларма да би се потврдила ваљаност спроведеног поступка обнове.
РЕЗИМЕ Обнова (рестаурација) подразумева да се у случају испада неког радног капацитета као резервни капацитет могу користити било који доступни слободни капацитети у мрежи. Преживљива мрежа је она која је способна да обнови саобраћај који је прекинут или деградиран услед појаве отказа у неком њеном делу. Заштита подразумева постојање фиксних резервних капацитета, који имају унапред дефинисану заштитну улогу.
Веза – Под појмом веза у транспортној мрежи подразумевамо било какав транспортни ентитет способан да преноси информације између крајњих тачака везе. 72
Везе могу бити унидирекционе и бидирекционе. Унидирекциона веза је веза која информацију преноси у једном смеру од улазне до излазне крајње тачке везе.
Бидирекциону везу чини пар унидирекционих веза способних да истовремено преносе информацију у оба смера између одговарајућих крајњих тачака.
Радни саобраћај – је саобраћај који се у нормалном стању преноси радним каналима неког транспортног ентитета и који се шири применом заштитног пребацивања, у случају прекида може преносити резервним - заштитним каналима.
Бидирекциони саобраћај се може рутирати униформно, када се транспорт у оба смера обавља преко истих физичких ресурса и диверзификовано, када се транспорт појединих смерова одвија преко различитих физичких ресурса.
Да би било могуће пребацивање потребно је претходно остварити премошћавање (bridge) на предајној страни, односно акцију после које се идентични радни саобраћај шаље и у радним и у резервним каналима.
Заштитни механизами се деле на механизме са резервисаном заштитом и
механизме са заједничком заштитом. Резервисана заштита подразумева да је сваком радном капацитету додељен одређени заштитни капацитет па је у том случају однос радног и резервног капацитета увек 1.
Разликујемо заштите 1+1 и 1:1. Код прве је извршено перманентно премошћавање на предњој крајњој тачки везе. То није случај код заштите 1:1, где се резервни капацитет може користити за транспорт додатног саобраћаја. Заједничка заштита подразумева да н радних капацитета користи м заштитних капацитета.
Прстенаста структура, са својим редудантним капацитетима, пружа могућност аутоматске обнове телекомуникационих услуга у случају квара у било ком њеном делу. На тај начин прстен може бити „ самоизлечив“.
Када између два суседна чвора дође до отказа само једног влакна радни саобраћај се може пребацити на влакно које преноси заштитне канале у истом смеру па се на тај начин заштитни механизам локално своди на заштиту 1:1 у системима тачка тачка. Овакво пребацивање се у литератури означава као пребацивање на нивоу
спана. Спан је дефинисан као скуп свих мултиплексних секција између два суседна чвора у прстену.
Нестандардни облици заштите подразумевају све врсте „лукавстава“ које користе оператери
мрежа
да
би
побољшали
расположивост
појединих
телекомуникационих услуга односно појединих делова мреже. Један од облика овакве заштите је подела саобраћаја.
Механизми обнове су механизми који после испада неких саобраћајних ресурса у мрежи, проналазе нове, више или мање оптимизиране, алтернативне путеве за поновну успоставу постојећих саобраћајних захтева, коришћењем интелигенције уграђене у мрежу.
Фазе у процесу обнове мреже – 1. Прикупљање аларма 2. Анализа аларма 3. Избор алтернативних веза 4. Спровођење акција преспајања и 5. Потврда ваљаности обнове.
73
ПИТАЊА за процену овладаности дефинисаним исходима (нивоима постигнућа) у делу Рестаурација и обнова: 1. Шта се подразумева под рестаурацијом (обновом) у SDH мрежи? 2. Шта се подразумева под преживљивом мрежом? 3. Шта се подразумева под заштитом у мрежи? 4. Наведи важне појмове који су битни са аспекта заштите. 5. Који видови заштите се користе? 6. Наведи фазе у процесу обнове мреже.
ATM (Asynchronous Transfer Mode) АТМ мрежа је мрежа која ради у асинхроном режиму преноса. Класификација комуникационих мрежа Комуникационе мреже се могу класификовати у две опсежне категорије: комуникационе мреже са комутацијом и комуникационе мреже за емитовање. Као што је приказано на слици 1, комуникационе мреже са комутацијом се даље класификују у мреже са комутацијом кола и мреже са пакетском комутацијом. Комутација кола и комутација пакета су две различите технологије настале у дужем временском периоду. Примери мрежа са комутацијом кола су телефонска мрежа и оптичка мрежа са рутирањем таласних дужина. Примери мрежа са пакетском комутацијом су IP мрежа, ATM, Frame relay, и MPLS мреже (Multiprotocol Label Switching – мрежа са вишепротоколном комутацијом на основу ознака). Примери комуникационих мрежа за
емитовање су пакетске радио мреже, сателитске мреже и локалне мреже са вишеструким приступом (као што је Ethernet). Комуникационе мреже
Комуникационе мреже за емитовање програма
Комуникационе мреже са комутацијом
мреже са комутацијом пакета
мреже са комутацијом кола
1. Телефонске мреже 2. Мреже са рутирањем таласних дужина мреже са претходним успостављањем везе 1. X.25 2. ATM 3. Frame Relay 4. MPLS
1. Ethernet 2. Радио пакетске мреже 3. Сателитске мреже
мреже без претходног успостављања везе 1. IP мреже
Слика 1. - Класификација комуникационих мрежа
Мреже са пакетском комутацијом се даље деле на мреже са претходним успостављањем везе и мреже без претходног успостављања везе. Примери мрежа са 74
претходним успостављањем везе су: X.25, ATM, Frame relay и MPLS. Основни пример мреже без претходног успостављања везе је IP мрежа.
У мрежама са комутацијом кола, да би два корисника комуницирала, мора се прво кроз мрежу успоставити коло или веза. Конкретно, ту су обухваћене три фазе: успостављање везе, пренос података и раскидање везе. Ове три фазе се одигравају, на пример, када се обавља телефонски позив. Успостављање везе се одиграва када се бира број. У том тренутку, телефонска мрежа покушава да успостави везу са телефоном позваног дела. То укључује проналажење путање до позваног дела, додељивање канала на сваком трансмисионом линку дуж путање, и обавештавање позваног учесника. Следи пренос података, у оквиру којег се одвија конверзација са особом која је позвана. На крају, фаза раскидања везе се одвија када спустимо слушалицу. У том тренутку, мрежа раскида везу и ослобађа додељени канал на сваком линку путање. Веза је намењена пару корисника у току трајања позива, чак иако они не шаљу никакве податке. То јест, канал додељен на сваком трансмисионом линку дуж путање од нашег телефона па до оног који смо позвали се не дели са било којим другим телефонским позивом. Такође, у циљу успостављања везе, обе станице морају бити расположиве у исто време. У мрежи са пакетском комутацијом, информације се шаљу у пакетима, који се преносе кроз мрежу од чвора до чвора док не стигну на одредиште. Процедуре за управљање грешкама и контролу тока се могу уградити у механизме мреже како би се обезбедио поуздан сервис. У комутацији пакета се могу користити две различите технике: виртуелно коло и датаграми. Виртуелно коло имитира комутацију кола и садржи исте три фазе: успостављање позива, трансфер пакета, и завршетак позива . У успостављању позива, путања везе се успоставља пре преноса пакета. Ова путања, коју ће сви пакети следити, пролази кроз чворове мреже са пакетском комутацијом. Сваки пакет садржи заглавље (енгл. header) и податке (енгл. payload). Заглавље садржи различита поља, од којих се једно или више користе за идентификацију конекције која је придружена пакету. Ова информација се користи приликом комутације пакета кроз мрежу. За разлику од комутације кола, капацитет канала додељен на сваком трансмисионом линку није резервисан само за једно виртуелно коло. Већином, трансмисиони линк деле сва виртуелна кола која пролазе кроз њега. Контрола грешке осигурава да сви пакети буду испоручени без грешке у секвенци. Мреже са комутацијом пакета које пружају услугу виртуелног кола су познате као мреже са претходним успостављањем везе (ATM, FR и MPLS). Код преноса датаграма, веза између два корисника се не успоставља, и корисници могу слати пакете када год имају потребу за тим. Сваки пакет се састоји од заглавља и података. Заглавље обично садржи одређени број различитих поља, укључујући адресу извора и адресу одредишта. Пошто се пакети преносе засебно, два узастопна пакета се могу од истог пошиљаоца до истог пријемника преносити пратећи различите руте кроз мрежу. Обзиром да се сваки пакет рутира индивидуално кроз мрежу сервис датаграма може реаговати брже на загушење у мрежи. Мреже са пакетском комутацијом које користе датаграме су познате као мреже без претходног успостављања везе, таква је IP мрежа. 75
Мрежа за емитовање (енгл. broadcast ) има један комуникациони канал који деле све станице. Ту нема комутационих чворова, као у мрежама са комутацијом кола или у пакетској комутацији. Податке шаље једна станица а примају их обично све станице. Техника контроле приступа се користи да регулише редослед којим станице преносе податке. Пакетске радио мреже и сателитске мреже су примери мрежа за емитовање. Најраспрострањенији пример мреже за емитовање је Ethernet . Телефонска веза Телефонска мрежа је вероватно најстарија мрежа оријентисана на успостављање веза. Телефонски комутациони чвор, познат као централа, опслужује више хиљада корисника. Сваки корисник је директно повезан на централу преко њему намењених упредених парица (пар проводника), што је познато као локална петља. Централе су међусобно повезане линковима са временским мултиплексом (TDM - time division multiplexing), као што су SONET/SDH линкови и PDH линкови (тj. T1, E1, T3 i E3). На слици 2, приказана је веза између два телефона успостављена преко две централе и преко линије Е1. Пренос преко линије Е1 је организован у временским рамовима, где сваки рам садржи 30 временских одсечака (канала) за пренос говора и 2 за синхронизацију и сигнализацију. Сваки временски канал је дужине 8 бита и преноси глас од једног позива. Рам се понавља сваких 125μs (тј. 8000 пута у секунди), обзиром да се преноси 8 бита у том временском каналу, битска брзина сваког временског канала је 64 Kb/s. Пренос на Е1 линији је једносмеран, то значи да се подаци рутирају из центале А у централу Б. За бидирекциони пренос између централа, две различите Е1 линије су потребне – од којих свака преноси податке у супротном смеру. Уколико корисник А жели да разговара са корисником Б, веза прво треба да се успостави. Ова веза се успоставља телефонском мрежом када корисник А подигне слушалицу и изабере број позваног учесника. Сигнализациони протокол се користи за успостављање везе која се одвија преко централа које се налазе дуж путање од корисника А до корисника Б. Веза обухвата: 1. Додељену линију од корисника А до централе А; 2. Временски интервал (временски слот) на линији Е1 до централе Б; 3. Додељену линију од централе Б до корисника Б. Централа A
Централа Б
Корисник А
Локална петља
Корисник Б
Линија
E1
Локална петља
Слика 2. - Једноставна телефонска мрежа За супротни смер, веза укључује: 1. Додељену линију од корисника Б до централе Б; 2. Временски интервал на линији Е1 од централе Б до централе А; 76
3. Додељену претплатничку линију од централе А до корисника А. Ови ресурси су додељени телефонском позиву између корисника А и Б, док један од њих не спусти слушалицу. Телефонска веза је позната као коло; тако да је телефонска мрежа, мрежа са комутацијом кола.
Веза у оптичкој мрежи са рутирањем таласних дужина Оптичке мреже се базирају на технологији мултиплексирања таласних дужина – WDM (wavelength division multiplexing), која комбинује више таласних дужина на истом оптичком влакну. Таласна дужина је фреквенција на којој поворка података може бити модулисана. Свака таласна дужина, дакле, представља засебан трансмисиони канал. Трансмисија преко WDM влакна захтева W независних трансмитера. Сваки трансмитер је извор светлости (нпр. ласер), који се независно модулише током података. Излаз из сваког трансмитера је оптички сигнал на јединственој таласној дужини: λ i, где је i =1,2,...,W . Оптички сигнали из W трансмитера се комбинују у јединствен оптички сигнал у мултиплексеру таласних дужина и преносе на једно оптичко влакно. На пријемном крају, комбиновани оптички сигнал се демултиплексира на W индивидуалних сигнала, и сваки од њих се упућује на одговарајући пријемник, где се он завршава и конвертује у електрични сигнал. Оптичка мрежа са рутирањем таласних дужина се састоји од оптичких комутационих чворова OXC (optical crross-connects) међусобно повезаних WDM влакнима. Један OXC је један NxN оптички чвор (енгл. switch), са N улазних и N излазних влакана. Свако влакно преноси W таласних дужина. ОXС чвор може вршити оптичку комутацију; то јест, све долазне таласне дужине са својих улазних влакана се комутирају на излазне таласне дужине својих излазних влакана без потребе конвертовања оптичких сигнала у електрични сигнал. На пример, ОXС може комутирати оптички сигнал на долазној таласној дужини λi улазног влакна k на излазну таласну дужину λ i излазног влакна m. Мрежа са рутирањем таласних дужина је мрежа са комутацијом кола. То значи да уколико корисник жели да преноси податке до одредишног корисника, прво мора да се успостави веза. Ова веза је веза са комутацијом кола, успостављена коришћењем таласне дужине на свакој деоници дуж путање везе. У примеру, са слике 3, претпоставља се да су два IP рутера (рутер А и рутер Б) повезани преко мреже са рутирањем таласних дужина, која има три чвора.
(а) Мрежа са рутирањем таласних дужина која има три чвора
(б) Светлосна путања између рутера А и Б Слика 3. – Светлосни пренос сигнала
77
За везу од рутера А до OXC 1, OXC 1 дo OXC 2, OXC 2 дo OXC 3 и OXC 3 до рутера Б се претпоставља да је једно влакно са W таласних дужина, означених као λ1, λ2,..., λW . Подаци се преносе само у једном смеру: од рутера А до рутера Б. Други скуп влакана (који није приказан на сл. 3) треба да буде коришћен за пренос података у супротном смеру (од рутера Б до рутера А).
Претпоставимо да IP рутер жели да преноси податке до IP рутера Б. Користећи сигнализациони протокол, А захтева успостављање везе до Б. Веза између р утера А и Б се успоставља додељивањем исте таласне дужине, рецимо λ 1, на свим линковима дуж путање од А до Б (то су линкови од А до OXC 1, OXC 1 д o OXC 2, OXC 2 дo OXC 3 и OXC 3 дo Б). Такође, сваки ОXС је конфигурисан да транспарентно комутира λ1 кроз комутационо поље. Као резултат, формира се оптичка путања од рутера А до Б, преко којих се подаци преносе оптички. Ова оптичка путања се назива светлосна путања (енгл. lightpath), и она повезује рутере А и Б у једном смеру од А до Б. У циљу остварења комуникације од Б до А, треба успоставити засебну светлосну путању у супротном смеру преко различитог скупа влакана. АТМ веза Да би корисник преносио податке у АТМ мрежи са комутацијом пакета, он прво мора успоставити везу, као што је приказано на слици 4.
Слика 4. - Успешно успостављање АТМ везе
Корисник А шаље поруку SETUP ATM чвору 1 (на који је директно повезан). Чвор рачуна путању до одредишног АТМ корисника, и потом одлучује да ли путања има довољно слободног капацитета да прихвати нову везу. Ако има, тада чвор прослеђује SETUP поруку следећем чвору на путањи (чвор 2), на кога је ред да одлучи да ли да прихвати везу, на бази тога колико он има слободног капацитета. Ако он одлучи да може прихватити нову везу, он прослеђује SETUP захтев кориснику Б или следећем чвору до корисника Б. Веза се успоставља када корисник Б врати поруку CONNECT, која се пропагира целим путем уназад, до корисника А. Одлука да ли чвор може прихватити нову везу је веома важна за ефикасан рад мреже. Сваки АТМ чвор прати све конекције које су остварене преко његовог комутационог поља, количину саобраћаја који се преноси преко сваке везе, и квалитет сервиса QoS (Quality of Service) који свака веза захтева. Одлука за прихватање нове везе се доноси на основу тога да ли се будући саобраћај може комутирати према траженом QoS, без 78
утицаја на квалитет постојећих веза. Када се веза прихвати, чвор додељује пропусни опсег на излазном линку за везу. АТМ чвор зауставља прихватање нових веза када остане без слободног пропусног опсега, или када достигне одређени проценат искоришћења пропусног опсега. Корисник почиње да шаље АТМ ћелије ( пакети фиксне дужине 53 бајта, од чега је 5 бајта заглавље а 48 бајта су подаци ), када прими поруку CONNECT. У заглављу АТМ ћелије садржана су два поља – виртуелни идентификатор путање – VPI (virtual path identifier) и виртуелни идентификатор везе – VCI (virtual connection identifier ) - који служе да идентификују везу. АТМ чвор користи комбинацију VPI/VCI вредности за пренос ћелија кроз комутационо поље. Исто, као и у случају IP рутера, један АТМ чвор садржи табелу која специфицира наредну деоницу ( енгл. hop) за сваку VPI/VCI вредност. Када ћелија стигне у чвор, виртуална путања и виртуелни идентификатор везе проверавају се у табели да би се одредио следећи АТМ чвор. Затим се ћелија комутира кроз комутационо поље на излазни порт који повезује наредни АТМ чвор. АТМ табела је значајно мања од IP табеле рутирања, јер садржи само постојеће АТМ везе, уместо целог скупа IP адреса. Када корисник А комплетира свој пренос до Б, он раскида везу шаљући поруку RELEASE ATM чвору 1. Ова порука се пропагира кроз чворове дуж путање, и сваки чвор ослобађа пропусни опсег који му је био додељен за ту везу. Пренос пакета у IP мрежи без претходног успостављања везе Пример мреже са комутацијом пакета без претходног успостављања везе је IP мрежа. Претпоставља се да компјутер А шаље IP пакете компјутеру Б, као што је показано на слици 5. Сваки IP пакет (datagram) се састоји од заглавља и података, где заглавље садржи IP адресу одредишта, тј. компјутера Б. Када пакет стигне у IP рутер 1, заглавље се испитује и одредишна адреса се користи у табели рутирања са циљем да се пронађе који је следећи IP рутер на који ће IP пакет бити прослеђен.
Слика 5. - Рутирање IP пакета
У овом примеру следећи скок је на IP рутер 2. IP пакет који стиже на IP рутер 2 се процесира на исти начин. То значи, одредишна адреса се тражи у табели рутирања са циљем да се одреди следећа деоница на коју ће се проследити IP пакет. IP рутер 2 ће видети да је одредишна адреса IP пакета послатог из компјутера А његова локална адреса, и он ће једноставно послати IP пакете компјутеру Б. Табела рутирања је у сваком IP рутеру конструисана коришћењем протокола рутирања, као што је на пример OSPF (Open shortest path first ).
79
Увод у АТМ АТМ архитектура је пројектована са намером да обезбеди пренос говора, видеа, и података на истој мрежи. Ти различити типови саобраћаја имају различите прагове толеранције за губитак пакета, кашњење од–краја–до–краја, као што се види у Табели 1. На пример, пакети који садрже глас треба да се испоруче на време, тако да процес репродукције на одредишту не касни. С друге стране, губитак неких података не мора обавезно погоршати квалитет испорученог гласа на одредишту. Као екстремни случај када се преноси фајл података, губитак података се не може толерисати јер ће то нарушити садржај фајла, али нема строгог захтева да фајл мора бити испоручен што је могуће брже. Табела 1. - Нивои толеранције у зависности од типа саобраћаја
Тип саобраћаја
Нивои толеранције
Осетљивост на
Осетљивост на
губитак пакета
кашњење
Говор
Ниска
Висока
Видео
Умерена
Висока
Подаци
Висока
Ниска
АТМ архитектура се заснива на принципу пакетске комутације и оријентисана је ка претходном успостављању везе. То значи да у редоследу операција, пошиљалац који шаље податке пријемнику, прво треба да успостави везу. Веза се успоставља у току фазе успостављања везе, и када се пренос података заврши она се раскида. Овде не постоји провера грешке нити контрола тока између два суседна АТМ чвора. Контрола грешке није потребна, јер линкови у мрежи имају веома малу вероватноћу грешке бита (BER). У том смислу, подаци ( payload )) пакета нису заштићени од грешака у преносу. Међутим, заглавље се штити, са циљем да се спречи прослеђивање пакета на погрешно одредиште. Обнављање изгубљеног пакета или пакета који је испоручен на одредиште са грешком у подацима препуштено је протоколима виших слојева. Недостатак контроле тока захтева управљачке шеме за загушење које допуштају оператору АТМ мреже да пренесе што је могуће више АТМ саобраћаја без губитака сувише великог броја ћелија. Структура заглавља АТМ ћелије АТМ пакет је познат као ћелија фиксне величине - 53 бајта. Састоји се од корисних података (енгл. payload ) - 48 бајтова и заглавља - 5 бајтова (слика 6). Опсежна разматрања, углавном у вези ефикасног преноса говора, су навела ITU-Т да се определи за тако мали пакет фиксне дужине.
80
заглавље
Ко иснички део
Слика 6. - АТМ ћелија
Усвојена су два различита формата заглавља ћелије, један за кориснички мрежни интерфејс user network interface (UNI) и други мало другачији интерфејс мрежа-мрежа network-network interface (NNI). UNI и NNI интерфејси UNI се односи на интерфејс између АТМ крајњег уређаја и АТМ свича на који је повезан. АТМ крајњи уређај је било који уређај који може бити повезан директно на АТМ мрежу и који може преносити и примати АТМ ћелије. NNI се користи између два АТМ свича који припадају истој мрежи или двема различитим мрежама. Формати заглавља ћелије за ова два интерфејса приказани су на слици 7. Као што се може видети ова два заглавља се разликују само у првом пољу.
Слика 7. - Структура заглавља АТМ ћелије
Функције назначених поља: • Generic flow control (GFC) – поље које допушта мултиплексирање из већег броја терминала на исти кориснички интерфејс. Користи се за управљање саобраћајним током од крајњег уређаја мреже. • Virtual path identifier (VPI) i virtual channel identifier (VCI) - су поља чијом комбинацијом се идентификује АТМ веза. Та веза се назива виртуелни канал везе – VСC. VPI/VCI поље има 24 бита у UNI интерфејсу и 28 бита у NNI интерфејсу. 81
Комбинација VPI и VCI поа додељена вези се назива идентификатор везе
CI Connection identifier, тако да је CI = {VPI, VCI} . Веза виртуелним каналом између два корисника састоји се од путање кроз одређени број различитих АТМ свичева. За сваки линк од тачке-до-тачке који лежи на путањи, веза има различит идентификатор VPI/VCI. Тако да сваки VPI/VCI има локално значење и преводи се на различиту вредност VPI/VCI у сваком свичу кроз који ћелија пролази. Ова операција се назива замена лабела (енгл. label swapping) јер је идентификатор везе такође познат као лабела. Замена лабела укључује очитавање из свичинг табеле АТМ свича. VPI/VCI долазеће ћелије се региструје у свичинг табелу и добија се нови VPI/VCI који ће ћелија носити у свом заглављу на излазном линку. У исто време, добија се број излазног порта, тако да свич зна на који излазни порт ће проследити ћелију. Лабеле имају само локално значење, тј. користе се само на једном линку. Један пример замене лабела дат је на слици 8. Сваки свич је представљен кругом, и свичинг табела је дата одмах испод круга. За анализу, претпостављамо да је свичинг табела централизована и да садржи информације за све улазне портове. Друга колона даје нову лабелу и одредишни излазни порт за сваку везу.
Слика 8. - Пример замене лабела
Ако пратимо путању од А до Б, која пролази кроз АТМ свичеве 1 и 3 уочимо да на долазном линку у АТМ свич 1, веза има лабелу VPI=40, VCI=62. Из свичинг табеле, налазимо да је њена нова лабела VPI=10, VCI=89 и да она треба да буде комутирана на излазни порт 3 АТМ свича 1. У АТМ свичу 3, види се да је нова лабела везе на излазном линку VPI=50, VCI=77, и њен дестинациони излазни порт је 6. Дакле, путања од А до Б се састоји од три различите лабеле: VPI/VCI=40/62, VPI/VCI=10/89, и VPI/VCI=50/77. Улазни и излазни порт сваког свича, кроз које је веза успостављена, могу се такође идентификовати: веза улази у АТМ свич 1 на улазни порт 2, затим излази из истог свича са излазног порта 3, затим улази у АТМ свич 3 на порт 1, и на крају излази са излазног порта 6.
АТМ везе су везе тачка-тачка и тачка-више тачака. Тачка-тачка везе су бидирекционе, а везе тачка-више тачака су унидирекционе. АТМ веза у зависности од тога како је успостављена може бити перманентна виртуелна веза ( PVC), или 82
комутирана виртуелна веза ( SVC). Сваки свич на путањи извршава следеће послове: додељује одређени пропусни опсег новој вези, бира VPI/VCI лабелу, ажурира свичинг табелу. Када се веза заврши, свич изводи ове послове уназад. То јест, сваки свич: уклања улаз у свичинг табелу придружену вези, враћа VPI/VCI лабелу у простор слободних лабела, и ослобађа пропусни опсег који је био додељен тој вези. Сваки свич на путањи нове конекције треба да одлучи, независно од осталих свичева – да ли има довољно пропусног опсега да обезбеди QoS (захтеве квалитета) за ову везу. То се изводи коришћењем CAC (Call Admission Control) алгоритма.
Поред перманентних (PVC ) и комутираних виртуелних веза (SVC ), постоји још један тип конекција назван soft PVC . Део ових конекција је перманентан а део је комутиран. Конекција се успоставља коришћењем обе процедуре и мрежног управљања и сигнализационе процедуре. Преостала поља АТМ заглавља су: • Payload Type Indicator – PTI има три бита. Користи се да назначи различите типове података, као што су кориснички подаци и ОАМ (контролни подаци). Он такође садржи експлицитно обавештавање о загушењу (EFCN explicit forward congestion notification). Бит 3, крајњи лево и најзначајнији, користи се да означи да ли је ћелија са подацима (у том случају бит 3 је сетован као 0), или је то ОАМ ћелија података (у том случају је бит 3 сетован на 1). За ћелију корисничких података, бит 2 садржи индикатор експлицитног обавештавања о загушењу. Вредности PTI индикатора су приказане у табели 2. Табела 2. - Вредности PTI индикатора
• CLP -cell loss priority бит се може користити да индицира да ли ћелија може да се одбаци ако дође до загушења унутар мреже. Ако је CLP сетован на 1, тада ћелија може да се одбаци, ако је 0 не може се одбацити. • HEC header error control поље се користи за корекцију једног бита и детекцију већег броја погрешно пренетих битова заглавља.
Стек АТМ протокола Стек АТМ протокола је приказан на слици 9. Он се састоји од физичког слоја, АТМ слоја, АТМ адаптационог слоја, и виших нивоа који допуштају да се различите апликације извршавају на врху АТМ стека. Важно је уочити да АТМ слој и АТМ адаптациони слој не одговарају ни једном специфичном слоју OSI рефрентне архитектуре. За физички слој, АТМ слој и АТМ адаптациони слој дате су само најосновније информације. 83
Слика 9. Стек АТМ протокола
Физички слој Физички слој преноси АТМ ћелије између два суседна АТМ слоја. АТМ слој је независан од физичког слоја, и ради преко разноликих типова физичких линкова. Физички слој је подељен на два подслоја ТС и PMD (ТС - конвергенција трансмисије – подслој везан за пренос и PMD - физички зависан подслој – везан за преносни медијум ). На страни предајника ТС прима АТМ ћелије из АТМ слоја и креира поворку бита коју прослеђује на PMD подслој. На страни пријемника, он реконструише АТМ ћелије из поворке бита које прима од PMD подслоја и прослеђује их на АТМ слој. АТМ слој АТМ слој брине о преносу информација од краја до краја. То јест, он надгледа функционалност од предајног крајњег уређаја до пријемног крајњег уређаја. Његове основне функције су: • Комутација пакета са претходним успостављањем везе АТМ слој обезбеђује комутацију пакета са претходним успостављањем везе. За разлику од IP мреже, један АТМ крајњи уређај не може преносити ћелије до одредишног АТМ уређаја преко АТМ мреже уколико се прво не успостави виртуелни канал везе. Ћелије се испоручују на одредиште у редоследу којим су послате. Конекција се идентификује серијом VPI/VCI лабела. Конекција може бити тачка-тачка, и она је бидирекциона или тачка-више тачака и тада је унидирекциона. Везе могу бити перманентни виртуелни канали (PVC) или комутирани виртуелни канали (SVC) које се успостављају на захтев коришћењем АТМ сигнализационих процедура.
У АТМ слоју, пакети су фиксне дужине 53 бајта, са 48 бајтова корисничких података и 5 бајтова заглавља. Комутација ћелија у АТМ мрежи врши се на АТМ слоју. На пример, када два крајња уређаја међусобно комуницирају, они користе комплетан АТМ
84
стек: физички слој, АТМ слој, AAL и апликациони слој. АТМ свичеви користе само: АТМ слој и физички слој да би комутирали ћелије, што је приказано на слици 10.
Слика 10. - Комутација ћелије у АТМ мрежи • Контрола грешке и контрола тока података За разлику од OSI модела у којем слој линка података обезбеђује контролу грешке и тока на свакој деоници користећи ARQ методу, у АТМ мрежи нема контроле грешке и контроле тока на свакој деоници, нити између два суседна АТМ свича који су повезани линком тачка-тачка. Ако ћелија стиже у АТМ свич у којем је дошло до загушења, ћелија ће једноставно бити одбачена, или можда испоручена са грешком на одредиште. Због високе поузданости трансмисионих линкова на бази оптичких влакана, вероватноћа да ће бит бити примљен погрешно је 10 -8. Брзина губитка ћелије је QoS параметар који се мора договорити између крајњих уређаја у АТМ мрежи у фази успостављања везе. Различите апликације толеришу различиту брзину губитака ћелија. На пример, видео и говор су мање осетљиви на губитак ћелије него пренос фајлова. • Адресирање
Сваки АТМ крајњи уређај и сваки АТМ свич имају своју јединствену АТМ адресу. АТМ адресе су различите од IP адреса. У случају да се IP извршава преко АТМ –а IP адресе морају да се преводе на АТМ адресе и обрнуто. • QoS - (Quality of Service) - квалитет сервиса Свакој АТМ вези је придружена категорија QoS. Постоји 6 различитих категорија које подржава АТМ слој. • Управљање загушењем У АТМ мрежама управљање загушењем допушта оператер мреже да би се пренео што је могуће већи саобраћај без нарушавања квалитета који корисници захтевају. Управљање загушењем може бити превентивно или реактивно. У превентивном се може користити САС алгоритам, тако што се одлучује да ли ће се прихватити нова веза или неће. У реактивном управљању загушењем мреже се управља регулисањем на бази броја повратних порука које шаље крајњи уређај. • Слојеви виших нивоа
85
Различите апликације (као што је говор, емулација кола 5 и видео) могу се извршавати на врху AAL слоја. Протоколи оријентисани на претходно успостављање везе (као што је Frame Relay) и протоколи без претходног успостављања везе (као што је IP, сигнализациони протоколи, и протоколи за управљање мрежом) се такође извршавају на врху AAL.
Архитектура АТМ свича Основна функција АТМ свича је да преноси ћелије са његових улазних линкова до његових излазних линкова. То је позната функција комутације. Свич изводи још неколико других функција, као што је сигнализација и управљање мрежом. Општи модел АТМ свича се састоји од N улазних портова и N излазних портова, као на слици 11. Сваки улазни порт може имати бафер коначног капацитета, где ћелије могу чекати док се не пренесу на одредишни излазни порт. Улазни портови су повезани са излазним портовима преко комутационог поља (енгл. switch fabric). Сваком излазном порту може бити придружен бафер ограниченог капацитета, у којем ћелије могу сачекати док се не пошаљу напоље (на линију за пренос). У зависности од структуре комутационог поља може постојати додатни бафер унутар комутационог поља. АТМ свич чији су улази снабдевени баферима назива се input buffering свич, слично томе АТМ свич са баферима на излазима се назива output buffering свич. У зависности од архитектуре свича губитак ћелије може наступити на улазним портовима, унутар комутационог поља и на излазним портовима. Један АТМ свич је опремљен и CPU јединицом (централна процесорска јединица) чији је задатак да извршава сигнализационе и управљачке функције.
Слика 11. - Општа архитектура
Замена лабела (енгл. label swapping) се одвија пре него што се ћелија пренесе на свој излазни порт. Вредност VPI/VCI поља у долазној ћелији се налази у табели, која обезбеђује нове VPI/VCI вредности и број одредишног излазног порта. Ова табела се имплементира на сваком улазном интерфејсу и није много велика, што доприноси да време претраживања буде кратко. АТМ архитектуре свича се могу груписати у три класе: са дељењем простора, са дељењем меморије и дељењем медијума.
5
Рачунарски поступак у коме један рачунарск и систем имитира други тиме што прихвата исте податке, обрађује их на исти начин, добија исте резултат е (примењује се као метода провере одређених резултата или одговарајућих програмских решења).
86
Свич са дељењем меморије Његова основна карактеристика је дељење меморије која се користи за смештање ћелија које стижу са улазних портова. Ћелије у заједничкој меморији су организоване у повезане листе - једна по излазном порту. Заједничка меморија је са два порта (dual port ), то значи да може из ње да се чита и у њу уписује у исто време. На почетку сваког слота, сваки улазни порт који држи ћелију, уписује је у заједничку меморију. У исто време, сваки излазни порт чита ћелију са врха повезане листе (претпостављајући да повезана листа има ћелију) и пренеси је напоље. Ако је N број улазних/излазних портова, тада један слот може уписати N ћелија и пренети до N ћелија из заједничке меморије. Ако је брзина преноса на сваком улазном и излазном линку V , тада свич може радити при максималној брзини доласка, ако је меморијски опсег најмање 2NV . Укупни број ћелија које се могу сместити у меморију је ограничен капацитетом меморије B, који се изражава у ћелијама. Савремени свичеви са заједничком меморијом поседују велику заједничку меморију и могу чувати стотине хиљада ћелија. На слици 12 је приказана архитектура овог свича. Укупан број ћелија којима је дозвољено да чекају за сваки излазни порт i je ограничен на Bi. То јест, повезана листа придружена излазном порт не може прекорачити Bi . Ово ограничење је потребно за избегавање оптерећивања осталих излазних портова када излазни порт i постане “врео”, тј. када доста улазног саобраћаја иде на одређени порт.
Слика 12. - Свич са заједничком меморијом
Када се то деси, повезана листа придружена са „врућим“ излазним портом може нарасти до тачке када заузима већину заједничке меморије. У том случају ће остати мало места за ћелије које су усмерене на друге излазне портове. Уобичајено, сума Bi капацитета свих повезаних листа је већа од B. На пример, свака повезана листа i уз максималан капацитет Bi може имати придружен минимални капацитет LBi , где LBi < Bi . LBi је намењен бафер за излазни порт i и никад се не дели са другим излазним портовима. Сума капацитета LBi свих повезаних листа је мања од B. Губитак ћелије наступа када ћелија стигне у тренутку када је заједничка меморија пуна; то јест када садржи B ћелија. У том случају ћелија се губи чак и када је укупан број ћелија у заједничкој меморији мањи од B. Да би се решио шроблем губитка ћелија може се конструисати велики свич међусобним повезивањем неколико свичева са заједничком меморијом, како би се добио неблокирајући свич.
87
Адаптациони АТМ слој Адаптациони АТМ слој (ААL) је смештен између АТМ слоја и слојева вишег нивоа.
ААL конвертује саобраћај који генерише слој високог нивоа на АТМ корисне податке и обезбеђује различите типове сервиса слоју високог нивоа. ААL се састоји од два подслоја: конвергенциони подслој (CS) и сегментациони и реасемблирани подслој (SAR). Конвергенциони подслој обезбеђује функције специфичне за тај сервис. SAR са друге стране има две повезане функције у зависности од тога да ли је ћелија лоцирана на предајној или на пријемној страни. Слика 13. - АТМ адаптациони слој
Четири АТМ адаптациона слоја су стандардизована: АТМ адаптациони слој 1 (АА L 1), АТМ адаптациони слој 2 (ААL 2), АТМ адаптациони слој 3/4 (ААL 3/4), и АТМ адаптациони слој 5 (ААL 5). Од свих наведених, сви се стандарди користе изузев ААL ¾.
ААL1 се може користити за апликације као што су сервиси емулације кола, видео са константном брзином и аудио високог квалитета са константном брзином. Он обезбеђује трансфер података константном брзином, испоруку података истом брзином и трансфер информација које су временски осетљиве које се испоручују истом битском брзином између апликације на предаји и на пријему. ААL2 адаптациони слој обезбеђује ефикасан транспорт преко АТМ-а за више апликација које су осетљиве на кашњење и има малу варијацију битске брзине (као што су глас, факс и пренос података у говорном опсегу). А AL 2 је се примарно користи у телефонији. Пројектован је да мултиплексира више поворки битова мале променљиве брзине на једну АТМ конекцију. На пријемној страни, он их демултиплексира назад на индивидуалне токове података. ААL 5 се користи за пренос података. Због своје једноставности, он је најпопуларнији адаптациони слој. Сви ови слојеви имају своје подслојеве. Мапирање АТМ ћелија Предвиђено је да се омогући транспорт АТМ ћелија у свим дефинисаним виртуелним контејнерима, укључујући и контејнере добијене поступком удруживања. До сада је ITU – Т дефинисао само мапирање АТМ ћелија у виртуелни контејнер VC-4. АТМ ћелије се мапирају у VC-4, тачније контејнер C-4, тако што се бајтови ћелија један за другим смештају у бајтове C-4. При томе се врши поравнавање граница бајтова ћелија са границама бајтова C-4 (слика 14). Обзиром да капацитет C-4 износи 2340 бајтова, што није целобројни умножак дужине АТМ ћелије, дозвољено је да се последња ћелија у C-4 раму заврши у следећем по реду C-4 раму. Очигледно је да се то померање разликује од рама до рама. Првобитно је било замишљено да се у сваком VC-4 раму у коме су мапиране АТМ ћелије преносе информације о положају АТМ ћелија у његовом корисном сегменту.
88
Слика 14. - Мапирање АТМ ћелија у VC -4
АТМ категорије или класе сервиса CBR (Constant Bit Rate) – константна брзина преноса представља предуслов за пренос звучних и видео записа високог квалитета. Ово је најскупља врста услуге јер се за корисника мора одвојити довољно пропусног опсега на целој путањи PVC-а. Погодна за пренос података и слике (видео конференција, телефонија, аудио/видео дистрибуција итд.) VBR (Variable Bit Rate) – променљива брзина преноса дефинише категорије сервиса код којих брзина преноса може варирати због стања мреже. Унапред дефинисана вршна брзина преноса, PCR, се може постићи у случају неоптерећене мреже али се то не гарантује. Погодна је за апликације којима одговара слање информација променљивим протоком и толерише се мањи губитак ћелија. ABR (Available Bit Rate) – расположива брзина преноса представља подкатегорију VBR сервиса, код које кориснички уређај захтева од АТМ свича одређену брзину преноса, али прихвата шта год да мрежа тренутно може да понуди; (још у век се не користи!) UBR (Unspecified Bit Rate) – произвољна брзина преноса, као услуга не гарантује брзину преноса. Све ћелије које пошаље приступни уређај, у АТМ мрежи могу бити одбачене и ли успешно пренесене на одредиште. За савладавање садржаја (постизање предвиђених исхода) ове теме неопходно је знати: Структуру АТМ ћелије, различите формате заглавља ћелије; Процес успостављања везе између два корисника; Начин идентификације АТМ везе; Стек АТМ протокола; Архитектуру АТМ свича; АТМ класе сервиса.
89
