книги / Проектирование и эксплуатация инфокоммуникационных сетей. Реализация, моделирование

проиллюстрировано на рис. 1.24. Таким образом суммарная скорость передачи информации значительно увеличивается. Количество уплотняемых потоков порядка 16, в перспективе – до 128.

Рис. 1.24. Сеть со спектральным уплотнением

Достаточно часто, особенно в РФ, возникает необходимость в объединении в единую сеть аппаратуры разных технологий (например, SDH и PDH). Такая задача возникает, как правило, при стыковке уже существующих отдельных транспортных сетей (магистралей PDH). При этом стыковка на уровне информационных потоков происходит в узлах сочленения потоками PDH, как правило, уровней E1 или Е3 (рис. 1.25).

k·E1(E2,E3)

PDH

m·T1(T2,T3) STM-n

PDH

Рис. 1.25. Стыковка сегментов PDH через сеть SDH

Также иногда возникает задача объединения транспортных колец SDH по низкоскоростной линии связи, например, PDH, xDSL (рис. 1.26).

Такой вариант может быть реализован для объединения транспортных колец по уже существующей линии связи, при этом сетевой трафик между кольцами должен быть обработан пропускной способностью низкоскоростной линии связи.

31

Рис. 1.26. Стыковка колец SDH через сегмент PDH

Современная сеть связи строится по двухуровневой модели:

–транспортная сеть (первичная сеть),

–сеть доступа (вторичная сеть).

Сеть доступа строится на коммутационной аппаратуре, которая предназначена для организации подключения абонентов по различным интерфейсам. Для стыковки аппаратуры транспортной сети и сети доступа используются, как правило, стандартные интерфейсы. Для стыковки с аппаратурой SDH в качестве такого интерфейса в большинстве случаев выбирается интерфейс E1 (рис. 1.27).

Рис. 1.27. Стыковка транспортной сети и сети доступа

На рис. 1.27 показана стыковка аппаратуры системы коммутации (например, АТС, роутеры) и аппаратуры транспортной сети.

1.4. Подходы к проектированию и внедрению сетей управления и мониторинга оборудования и сетей связи

Проектирование системы управления и мониторинга сетей PDH. Один из основных недостатков технологии PDH заключается

32

в том, что в ней не предусмотрены встроенные в структуру кадра средства (поля) для передачи служебной информации управления и мониторинга [8]. Поэтому разработчикам оборудования и проектировщикам сетей связи приходится использовать различные пути для нивелирования указанного недостатка [9].

Выделим основные подходы к проектированию системы управления и мониторинга [10]:

1.Задействование неиспользуемых ресурсов структуры кадров

технологии PDH, например национальные биты Si потока Е1, Е2 и т.д.

2.Использование системы сигнализации, например ОКС № 7.

3.Организация дополнительных служебных каналов в линейном тракте, допуская нестандартный формат сигнала.

Указанные варианты относятся к проектированию встроенной сети (каналов) управления.

4.Построение выделенной сети (каналов) управления (согласно концепции TMN, рис. 1.28) [11].

Сеть передачи данных

Рабочая

станция

Сеть связи

Рис. 1.28. Выделенная сеть управления и мониторинга сети связи

Недостаток такого подхода заключается в том, что требуется организация дополнительной сети передачи данных.

Элементы сети связи (ОЛТ и ПМ) и управляющие элементы объединяются в единую сеть управления и мониторинга при помощи специализированных интерфейсов согласно концепции TMN (например, Qx, Q3, F). Другим вариантом организации сети управления является реализация отдельных сетей управления для транспортной сети и сети доступа. Такой подход позволит разделить

33

функции управления между различными уровнями администрирования, но все равно потребует объединения информации, как минимум, по мониторингу по всей сети [12] .

Для управления оборудованием и сетью связи могут быть организованы уровни администрирования, например следующие [13]:

–главный центр управления (ГЦУ): реализует функции администрирования всей сети;

–региональный центр управления (РЦУ): реализует функции администрирования отдельного участка сети. Администрированию подвергаются параметры, не влияющие на целостность сети. РЦУ может выполнять функции резервного центра управления при потере связи с ГЦУ;

–локальный центр управления (ЛЦУ): реализует функции администрирования одним или несколькими однотипными участками сети. ЛЦУ выполняет действия по администрированию только при получении соответствующих полномочий от РЦУ. Это касается в основном замены программного обеспечения модулей, неисправных модулей, локального подключения к блоку с целью его конфигурирования и т.д.

Представленная структура характерна для территориально разнесенных сетей с большим количеством сетевых элементов. Для небольших сетей структура управления может быть существенно упрощена.

Как правило, ГЦУ, РЦУ и ЛЦУ связаны в единую сеть передачи данных с единой базой данных, способами защиты информации

ит.п.

Рассмотрим наиболее часто применяемый стек протоколов системы управления и мониторинга согласно их распределениям по функциям уровней модели OSI / ISO (табл. 1.1). На физическом и канальном уровнях используются применяемые сетевые технологии (для встроенных сетей управления – например, PDH, для выделенных сетей управления – например, Ethernet). На сетевом и транспортном уровнях используются популярные протоколы Internet, которые позволяют реализовать в сети управления стандартные механизмы сетей передачи данных (маршрутизацию, фрагментацию, установление, разрыв соединения, подтверждения и т.д.). На при-

34

кладном уровне применяются стандартные (де-юре или де-факто) протоколы управления (SNMP, CMIP и т.д.), которые регламентируют форматы обмена информацией между элементами системы, форматы представления данных и т.п.

Таблица 1.1 Стек протоколов системы управления и мониторинга

Проектирование надежной, высокоскоростной системы управления позволяет значительно повысить эффективность использования и технической эксплуатации сети связи.

Проектирование системы управления и мониторинга сетей SDH. Сеть управления в общем случае включает [10]:

–управляющие модули в составе аппаратуры;

–управляющие сигналы (протоколы и интерфейсы);

–центры управления соответствующим комплектом информационного, программного и аппаратного обеспечения.

Для построения сети управления аппаратурой SDH используются, как правило, предусмотренные технологией SDH служебные поля в составе структуры STM, а также встроенные в аппаратуру средства (модули управления и мониторинга). Значительно реже применяется подход построения выделенной сети управления, когда модули управления и мониторинга каждого узла объединяются с центром управления через независимую сеть передачи данных (вычислительную сеть). Такой вариант существенно сложнее и менее эффективнее, поскольку требует больших аппаратных затрат.

35

При построении системы управления и мониторинга в сети SDH используются рекомендации TMN (Telecommunication Management Network – сеть управления электросвязью), которые касаются протоколов и интерфейсов, а также стандартные (де-юре или де-факто) протоколы управления (например, CMIP, SNMP).

1.5. Способы построения и реализации систем синхронизации инфокоммуникационных сетей

Определения, типы и назначение синхронизации. Синхронизация – согласованность частот приема и передачи, поддержание одновременности работы устройств и выполнения различных фаз взаимодействия вычислительных и коммуникационных процессов.

Выделяют следующие типы синхронизации [1]:

–частотная: согласованность генераторов устройств по частоте, показывает соответствие частот генераторов передающего и приемного устройств, является самым важным видом синхронизации для современных телекоммуникационных устройств и систем;

–фазовая: соответствие фаз сигналов, важна внутри электронных устройств, для коррекции фазовой синхронизации применяются специальные устройства: фазовращатели, фазодетекторы и т.п.;

–временная: все устройства в сети имеют единое время. Время согласуется с всемирным скоординированным временем (UTC), обычно указанный вид синхронизации связан со вторичными сетями (сети передачи данных, системы коммутации, сети специального назначения, системы биллинга и т.д.); пример – временная метка на документах.

Основная задача частотной синхронизации: достижение одинаковых или кратных частот генераторов (тактовых частот) всех цифровых устройств в сети. Она решается за счет:

–поддержания единой тактовой частоты для всей системы;

–синхронной работы всех узлов сети;

–компенсации задержки передачи до целого значения периода цикла, чтобы фазы цикла для каждой линии с временным уплотнением точно совпадали;

–поддержки синхронизации независимо от отказов, сбоев и реконфигурация сети;

36

– устойчивости к изменению частоты и фазы в узле, времени передачи по линии связи и т.д.

Интегральный смысл синхронизации: синхронизация должна охватывать и первичные, и вторичные сети, т.е. все цифровые узлы сети. Однако обычно СС строится для первичной сети, а вторичная сеть синхронизируется от аппаратуры первичной сети. Технология СЦИ (SDH) предусматривает синхронную работу всех элементов сети (в отличие от ПЦИ (PDH)).

Синхросигналы: сигналы, которые переносят информацию о тактовой частоте. Такие сигналы могут передаваться в линейных сигналах или отдельно в виде специальных сигналов по специальным каналам связи.

Влияние рассинхронизации на параметры работы сетей.

Последствия потери синхронизации – рассинхронизация, которая приводит к потере фрагментов или всего потока информации [6].

Нестабильность синхросигналов может иметь:

–физические причины: внешние помехи;

–алгоритмические причины: джиттер стаффинга. Результирующая нестабильность тактовой частоты – фазовое

дрожание хронирующего сигнала (джиттер).

Высокочастотное (ВЧ) фазовое дрожание – джиттер (частота колебаний f > 10 Гц) влияет на фазовую синхронизацию. Низкочастотное (НЧ) фазовое дрожание – вандер (дрейф фазы) может накапливаться, так как проходит через цепи фазовой синхронизации.

Физические причины нестабильности частоты:

–электромагнитная интерференция,

–помехи и шумы, действующие на цепь синхронизации в приемном устройстве;

–изменение скорости или длины тракта;

–нерегулярность поступления хронирующего сигнала. Алгоритмические причины нестабильности частоты: битили

байтстаффинг (смещение указателей в контейнере).

Для синхронизации передатчика (ПРД) и приемника (ПРМ) используется цепь фазовой автоматической подстройки частоты

37

(ФАПЧ), которая нивелирует искажения сигналов вследствие шумов и помех. Влияет на фазовую синхронизацию и не влияет на вандер.

Изменение длины тракта приводит к температурному расширению или сжатию среды передачи, или изгибу радиотракта в атмосфере. При увеличении длины тракта эффективная скорость на входе ПРМ уменьшается, так как все больше битов накапливается в среде. При восстановлении длины тракта скорость восстанавливается до номинальной. Изменение длины тракта наиболее значительно для спутниковой связи, где изменение длины на геостационарной орбите может быть ~ 300 км, что соответствует задержке (∆t) ~ 1 мс. Изменение длины тракта влияет на частоту синхронизации, так как при скорости эквивалентно вандеру.

Изменение скорости распространения сигнала приводит к изменению характеристик среды передачи. Влияние аналогично описанному выше, характерно для системы передачи речевых сигналов.

Нерегулярное поступление хронирующей информации возникает при уменьшении плотности поступления хронирующей информации, для которого характерно малое количество изменений сигнала. Пример – замена кода AMI на HDB3.

Основное следствие рассинхронизации – проскальзывание (slip)

– повторение или исключение группы символов в синхронизации или плезиохронной последовательности двоичных символов вследствие различия между скоростями считывания и записи в буферной памяти (рис. 1.29).

Рис. 1.29. Операции передачи и приема

38

Если f1 > f2, то буфер переполняется, теряется информация, равная емкости буфера, возникает положительное проскальзывание.

Если f1 < f2, то У2 считывает информацию с дублированием битов (повторное считывание), возникает отрицательное проскальзывание.

При отсутствии эластичного буфера slip возникает по мере накопления фазового сдвига сигналов передачи и приема. Современные цифровые сигналы объединены в циклы (кадры), битовые ошибки будут нарушать цикловую синхронизацию. В то же время желательными являются цикловые проскальзывания, которые приводят к потере цикла, но не приводят к потере цикловой синхронизации. Так, например, 1 битовое проскальзывание приводит к потере 3 циклов, что необходимо для восстановления цикловой синхронизации. Такие проскальзывания называются неуправляемыми.

Для минимизации последствий проявления slip используются эластичные буферы размером 1 или несколько циклов. В этом случае используется механизм управляемых slip: при переполнении буфера вся информация в нем стирается, что приводит к потере цикла, однако не приводит к потере цикловой синхронизации. Управляемые slip являются единственно допустимыми в современных сетях связи (рис. 1.30).

...

Принимаемый

Считывание данных оборудованием поток

Системные

часы

Рис. 1.30. Схема включения эластичного буфера

39

На схеме включения эластичного буфера (см. рис. 1.30) условно показано, как выделенная из принятой последовательности битов тактовая частота (восстановленные часы) управляет записью информации. При считывании данных частота принимается от системных часов.

Slip приводят к появлению параметра «секунды неготовности канала» (UAS).

Влияние проскальзываний рассмотрено в табл. 1.2.

40