1. ВВЕДЕНИЕ

Средства общения между людьми (средства связи) непрерывно совершенствуются в соответствии с изменениями условий жизни, развитием культуры и техники. Сегодня средства связи стали неотъемлемой частью производственного процесса и нашего быта. Современные системы связи должны не только гарантировать быструю обработку и высокую надежность передачи информации, но и обеспечивать выполнение этих условий наиболее экономическим способом. Высокая стоимость линий связи обусловливает разработку систем и методов, позволяющих одновременно передавать по одной линии связи большое число независимых сообщений — многоканальных систем передачи.

Первый вклад в технику многоканальной связи был сделан Г. И. Морозовым в 1869 году, предложившим способ одновременного телеграфирования по общей цепи с помощью токов различных частот. В 1880 году Г. Г. Игнатьев создал схему для одновременного телеграфирования и телефонирования, основанную на разделении телеграфных и телефонных сигналов с помощью простейших электрических фильтров, то есть был открыт принцип частотного разделения каналов (ЧРК), при котором сигналы от разных источников с помощью сигналов-переносчиков размещаются в непрерывных частотных полосах, по линии связи все разнесенные абонентские сигналы передаются одновременно. В конце 20-х годов был реализован полосовой фильтр, позволяющий выделять одну боковую полосу частот. К 1930 году появилась отечественная трехканальная аппаратура. В 1940 году была сдана в опытную эксплуатацию первая в СССР 12-канальная система передачи. После 1945 года техника многоканальной связи стала развиваться особенно интенсивно. Была разработана аппаратура К-12, затем 24-х и 60-ти канальные системы К-24-2 и К-60. Для передачи по коаксиальным кабелям разработаны системы К-120, К-300, К-1920, К-3600, К-2700, К-5400 и К-10800.

Системы передачи с ЧРК нашли широкое распространение. Они относительно просты в эксплуатации, имеют достаточно высокую надежность работы, хорошее качество передачи сигналов и обеспечивают необходимую дальность связи. Одним из основных недостатков этих систем является относительно низкая защищенность сигнала от помех, причем с увеличением протяженности магистрали защищенность уменьшается, т.е. с увеличением длины связи помехи накапливаются.

Кроме систем с ЧРК существуют системы передачи с временным разделением каналов (ВРК), когда осуществляется поочередная передача сигналов по линии связи от различных источников сообщений, полоса линейного тракта во время передачи сигналов каждого источника используется полностью

Интенсивное развитие цифровых систем передачи (ЦСП), которое наблюдается в настоящее время в большинстве развитых странах мира, объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи по сравнению с  аналоговыми :

1) высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме, то есть в виде последовательности символов с малым числом разрешенных значений и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. В результате обеспечивается возможность использования ЦСП на линиях связи, на которых аналоговые применяться не могут. Так, цифровые методы передачи весьма эффективны при передаче по волоконно-оптическим линиям, отличающимся высоким уровнем дисперсионных искажений и нелинейностью электроннооптических и оптоэлектронных преобразователей;

2) слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения качества передачи информации неизменным достаточно уменьшить длину участка регенерации лишь на 2-3 %;

3) стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность параметров каналов (остаточного затухания, частотной характеристики, нелинейных искажений) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть аппаратурного комплекса цифровых систем передачи, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых системах. Этому способствует также отсутствие в цифровых системах с ВРК влияния загрузки систем передачи в целом на параметры отдельного канала. Кроме того, при ВРК обеспечивается идентичность параметров всех каналов, что также способствует стабильности характеристик каналов сети связи, тогда как в системах с ЧРК параметры последних зависят от их размещения в линейном спектре системы передачи;

4) эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. Эффективное использование каналов цифровых систем для передачи дискретных сигналов обеспечивается при вводе этих сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП. При этом скорость передачи дискретных сигналов может приближаться к скорости передачи группового сигнала. Так, дискретные сигналы, вводимые в групповой тракт на временные позиции, соответствующие одному каналу ТЧ, могут передаваться со скоростью, близкой к 64 кбит/сек. Скорость передачи дискретных сигналов при вторичном уплотнении канала ТЧ обычно не превышает 9,6 Кбит/сек. Кроме того, ввод дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт цифровых систем позволяет значительно снизить требования к частотной и фазовой характеристикам канала ТЧ, которые являются весьма жесткими при передаче этих сигналов методом вторичного уплотнения канала аналоговых систем передачи;

5) более простая математическая обработка передаваемых сигналов. Цифровая форма представления информации позволяет производить математическую обработку сигналов, направленную как на устранение избыточности в исходных сигналах, так и на перекодирование передаваемых сигналов;

6) возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с оборудованием коммутации цифровых сигналов являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. Отношение сигнал-шум, обеспечиваемое в оборудовании транзита и коммутации, является достаточно высоким. Следовательно, параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети связи, обладающей высокой надежностью;

7) высокие технико-экономические показатели. Большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратурном комплексе цифровых систем передачи определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать весь аппаратурный комплекс цифровой сети на электронной основе с широким применением цифровых интегральных схем. Это позволяет резко уменьшать трудоемкость изготовления оборудования, добиваться высокой степени унификации узлов оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габаритные размеры. Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры, в частности узлов линейного тракта в условиях эксплуатации, что существенно повышает технико-экономические показатели цифровых систем. Высокая степень унификации узлов также упрощает эксплуатацию систем и повышает надежность оборудования.

Из вышеизложенного видно, что цифровые системы передачи с ВРК обладают более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с другими системами, и на сегодняшний день нашли очень широкое применение, особенно для организации связи на ГТС и местных сетях сельской и пригородной связи.

Спрос на телекоммуникационные услуги операторов связи разного уровня (местных, региональных, национальных) постоянно растет. Качество предоставляемых услуг определяется технической оснащенностью оператора связи и тем, какие каналы используются для передачи информации. Тенденция последних лет - переход на цифровые системы связи. И если в развитых странах этот процесс можно считать завершенным, то в России все только начинается. Теперь уместно кратко осветить особенности цифровых технологий передачи информации,  организацию цифровых каналов, и существующие стандартами в этой области.

·        Стандартный телефонный канал ТЧ.

Канал организуется на линиях связи, которые являются физической средой распространения сигнала. Основные характеристики канала связи - ширина полосы пропускания и уровень допустимых искажений сигнала. По типу передаваемого сигнала различают аналоговые и цифровые каналы. Появление цифровых каналов связано не с передачей данных, а с внедрением систем цифровой телефонии, с желанием устранить недостатки, присущие каналам тональной частоты (ТЧ-каналам), которые повсеместно использовались в системах телефонной связи. Поэтому структура и характеристики цифровых каналов тесно связаны с технологиями передачи голоса.

Стандартный канал ТЧ используется для передачи телефонных сигналов, а также компьютерных данных, факсимильной и телеграфной связи. Требования, которые предъявлялись к каналам ТЧ при их стандартизации, - обеспечение качественной передачи голосовых сообщений. Для передаваемого речевого сигнала была установлена полоса частот в диапазоне от 300 до 3400 Гц, что соответствовало 90%-ному уровню разборчивости слов и 99%-ному уровню разборчивости фраз, при этом сохранялась удовлетворительная естественность звучания. В первых системах телефонной связи для организации каждого канала использовались отдельные линии связи. Позднее появились технологии мультиплексирования, позволяющие передавать по одной линии несколько телефонных каналов (связисты используют термин “уплотнение”).

Чаще всего в системах аналоговой связи применяется мультиплексирование с частотным разделением каналов. В этом методе из исходных сигналов с помощью систем амплитудного модулирования и полосовых фильтров формируют сигналы, спектры которых занимают неперекрывающиеся диапазоны частот и образуют результирующий сигнал. Каждый телефонный сигнал в таком результирующем объединенном сигнале занимает полосу в 4 кГц. На базе ТЧ-каналов стандартизованы различные групповые тракты, среди них первичный К-12 (12 ТЧ-каналов, 60-180 кГц), вторичный К-60 (60 ТЧ-каналов, 312-552 кГц), третичный К-300 (300 ТЧ-каналов, 812-2044 кГц).

·        Основной цифровой канал.

Внедрение систем цифровой телефонии вызвало необходимость представления аналогового сигнала в цифровой форме. Метод, принятый связистами для преобразования аналогового сигнала в цифровой, носит название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В англоязычной литературе этот термин имеет эквивалент PCM - Pulse Code Modulation. По этому методу аналоговый сигнал представляется в виде последовательности уровней, взятых с определенной частотой (частотой дискретизации), а затем квантуется, т. е. каждому отсчету ставится в соответствие численное значение. Частота дискретизации должна быть такой, чтобы на приемном конце канала можно было восстановить исходный сигнал. Для сигнала с ограниченным спектром частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать максимальную частоту в спектре сигнала (согласно теореме Котельникова - Найквиста). Так, при аналого-цифровом преобразовании стандартного телефонного сигнала, спектр которого ограничен частотой в 4 кГц, частота дискретизации равна 8 кГц, а численное значение преобразованного сигнала представляют в виде 8-бит двоичного кода. Поэтому для передачи стандартного ТЧ-сигнала организуется цифровой канал со скоростью обмена данными 8 кГц х 8 бит = 64 Кбит/с. Этот канал называется основным цифровым каналом или DS0 (Digital Signal level zero). Каналы DS0 - это те кирпичики, из которых строятся более мощные цифровые системы передачи, емкость которых измеряется числом содержащихся в них DS0.

·        Проблемы синхронизации. Кодирование данных в канале.

Двоичные последовательности при посылке в линию связи кодируются последовательностью импульсов и пауз. Передача и прием этих последовательностей приемопередающими устройствами привязаны к тактовым импульсам, которые вырабатывают тактовые генераторы этих устройств. Для того чтобы битовые последовательности считывались на принимающем конце без ошибок, тактовые генераторы приемника и передатчика должны быть синхронизированы (в этом случае говорят о тактовой синхронизации между устройствами). Тактовый сигнал, используемый для синхронизации, может быть получен из отдельного источника либо выделен из передаваемого информационного сигнала. С этой целью, а также с целью уменьшить влияние искажений при передаче через линию связи применяют особые методы кодирования данных в канале связи.

·        Мультиплексирование с временным разделением каналов.

В цифровой связи для передачи нескольких цифровых потоков по одной линии связи, как и в аналоговых системах, применяется мультиплексирование, но используется другой метод, называемый мультиплексированием с временным разделением каналов. В англоязычной литературе эквивалентный термин - Time Division Multiplexing (TDM). Процедура TDM выглядит так: из входных цифровых потоков мультиплексор поочередно отбирает определенную последовательность бит, добавляет служебную информацию и формирует выходную последовательность. Непрерывную последовательность бит в выходном потоке, принадлежащую определенному входному каналу, называют канальным интервалом или тайм-слотом. На практике наиболее употребительными являются схемы мультиплексирования с байт-интерливингом (чередованием), когда канальный интервал состоит из 8 бит, либо с бит-чередованием, когда на выход последовательно коммутируется по одному биту из каждого канала. Одной только тактовой синхронизации недостаточно для демультиплексирования битовой последовательности, так как в получаемом потоке бит необходимо еще привязаться к началу первого канального интервала на принимающем конце линии. С этой целью при формировании уплотненного потока в него с определенной периодичностью вставляют фиксированную битовую последовательность, которая вместе с группой канальных интервалов, следующих за ней и содержащих равное количество интервалов из каждого входного потока, образует кадр или фрейм (в терминологии связистов “цикл”).

С помощью этой битовой последовательности, выделяя ее как маркер, принимающая аппаратура может привязаться к началу каждого кадра в цифровом потоке. Этот вид синхронизации называют кадровой или цикловой синхронизацией. В цифровых системах несколько кадров объединяют в структуру, называемую сверхкадром (или сверхциклом, по-английски super-frame). Для правильного приема таких структур, кроме тактовой и кадровой синхронизаций, необходима еще и сверхкадровая синхронизация.

Первую систему передачи голоса, использующую ИКМ и мультиплексирование с временным разделением каналов, установила в 1957 г. компания Bell System. В одном канале объединялось 24 цифровых потока по 64 Кбит/с, что с учетом бита кадровой синхронизации и частоты следования кадров 8 кГц давало цифровой поток 24х64+8=1544 Кбит/с. В дальнейшем технология Bell System была стандартизована и теперь известна как канал DS1 (Digital Signal level one) или Т1.

В Европе (в том числе и в России) в качестве стандартной была принята иная схема объединения каналов DS0, известная как первичный цифровой канал Е1. Так как этот стандарт в последнее время широко используется для подключения к сетям операторов связи корпоративных телефонных систем и систем передачи данных, рассмотрим его подробнеe.

·        Первичный цифровой канал Е1.

Канал Е1 объединяет 32 канала DS0, из которых один DS0 используется для кадровой синхронизации, другой - для сигнализации. Кадр этого потока состоит из 32 канальных интервалов по 8 бит каждый. Частота следования кадров 8 кГц, что дает скорость потока 32х8х8=2048 Кбит/с. Кадры потока Е1 объединяются в сверхкадр. Количество кадров в сверхкадре зависит от типа сигнализации, используемой в Е1. Под сигнализацией понимают информацию, необходимую коммуникационным устройствам для выполнения их функций, например установление и разрыв телефонных соединений.

Обычно применяются два типа сигнализации: CAS (Channel Associated Signalling) и CCS (Common Channel Signalling).

В первом случае сверхкадр состоит из 16 кадров (с 0 по 15) и передается 2 мс. Тайм-слот 0 (TS0) содержит биты покадровой синхронизации и другую служебную информацию. Тайм-слот 16 (TS16) начиная с первого кадра используется для передачи сигнализации, связанной с каждым из каналов (отсюда название Channel Associated Signalling). Остальные тайм-слоты передают собственно информацию. Тайм-слоты с 1 по 15 соответствуют каналам с 1 по 15, а таймслоты с 17 по 31 каналам с 16 по 30. Распределение сигнализации TS16 по каналам происходит следующим образом: старшие 4 бита TS16 кадра 1 в сверхкадре соответствуют сигнализации первого канала, младшие 4 бита - сигнализации 16-го канала; старшие 4 бита TS16 кадра 2 соответствуют сигнализации второго канала, младшие - сигнализации 17-го канала и т. д. В нулевом кадре тайм-слот 16 используется для организации сверхкадровой синхронизации.

В случае общеканальной (ССS) сигнализации сверхкадр состоит из двух кадров. Тайм-слот 0 служит для организации кадровой синхронизации, как и в CAS, а тайм-слот 16 образует общий для всего потока канал сигнализации. В случае передачи через Е1 только данных, когда сигнальная информация передается в заголовках пакетов данных и отдельный тайм-слот для этого не нужен, TS16 можно задействовать для передачи данных и он будет соответствовать каналу 31.

·        Плезиохронная цифровая иерархия - PDH.

Метод мультиплексирования с разделением по времени может быть применен и для первичных цифровых каналов Е1 или Т1. Несколько таких каналов могут быть объединены в один канал с более высокой скоростью передачи - в так называемый вторичный цифровой канал. Несколько вторичных каналов аналогичным образом могут быть объединены в еще более высокоскоростной третичный канал и т. д. Таким образом можно сформировать различные иерархические наборы скоростей передачи, в зависимости от количества цифровых потоков, подаваемых на вход мультиплексора на каждом этапе мультиплексирования. В мире существуют две стандартные цифровые иерархии: североамериканская и европейская. Ниже представлены скоростные ряды и схемы мультиплексирования для каждой из иерархий.

Скорости цифровых потоков одной и той же ступени иерархии, которые образованы цифровыми системами передачи, расположенными на различных узлах сети и имеющими независимые источники синхронизации, могут несколько отличаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов. Так как эта нестабильность невелика, то объединяемые потоки называют плезиохронными (почти синхронными), а иерархию цифровых систем на основе объединения плезиохронных потоков называют плезиохронной цифровой иерархией (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH).

Для объединения таких потоков используется схема мультиплексирования с бит-чередованием, а для выравнивания скоростей, когда расхождения накапливаются, используется либо вставка бит (stuffing, стаффинг), либо исключение бит (исключенные биты передают в битах служебной информации). Этот процесс называется согласованием скоростей. Для того чтобы правильно демультиплексировать такой поток, кроме синхронизирующей последовательности в него включается дополнительная информация о согласовании скоростей. В канале Е2 количество такой служебной информации (вместе с синхронизирующей последовательностью) составляет 32 бита на кадр, частота следования кадров как и у Е1 - 8 кГц, что дает результирующую скорость потока 2048х4++32х8=8448 Кбит/с, Е3 содержит 36 бит служебной информации, но частота кадров у него 16 кГц (в два раза выше, чем у Е1 или Е2), поэтому его скорость равна 8448х4+36х16=34368 Кбит/с, у Е4 частота следования кадров 64 кГц, служебных бит 28, что дает 34368x4+28x64==139 264 Кбит/с.

·        Синхронная цифровая иерархия – SDH.

Системы PDH стали применяться не только для организации телефонных каналов, но и для передачи данных. Однако наличие в PDH-потоках выравнивающих бит делает невозможным прямое извлечение из потока составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока Е4 поток Е1, необходимо демультиплексировать Е4 на четыре Е3, затем один из Е3 на четыре Е2, и только после этого можно вывести требуемый Е1. А для организации ввода-вывода требуется три уровня мультиплексирования/демультиплексирования. Понятно, что использование систем PDH в сетях передачи данных требует большого количества мультиплексоров, что значительно повышает стоимость и усложняет эксплуатацию сети. Этот недостаток PDH можно устранить, если сделать объединяемые потоки синхронными, т. е. использовать для сетевых устройств синхронизацию от одного высокоточного источника.

В 80-х гг. были разработаны стандарты (ITU-T G.707, G.708, G.709) для волоконно-оптических линий связи на иерархию синхронной оптической сети SONET в США и на синхронную цифровую иерархию SDH в Европе, а также стандарты на соответствующие интерфейсы для стыковки оборудования.

В сетях SDH и SONET используются синхронные схемы передачи с байт-чередованием при мультиплексировании. В качестве формата основного сигнала первого уровня в иерархии SDH был принят синхронный транспортный модуль STM-1 со скоростью 155.52 Мбит/с. Мультиплексирование с коэффициентом кратности 4 дает следующий ряд скоростей SDH иерархии: STM-4, STM-16, STM-64 или соответственно 622,08, 2488.32, 9953.28 Мбит/с. Ряд скоростей SONET начинается с сигнала ОС-1 на 51,84 Мбит/с, а далее сигналы ОС-3, ОС-12, ОС-48 совпадают по скорости с STM-1, STM-4, STM-64. Отметим, что выбор скорости 155.52 Мбит/с для STM-1 (или 51.84 для ОС-1) был не случаен. Это было сделано при разработке стандартов SONET/SDH для примирения американской и европейской систем PDH и позволило мультиплексировать потоки той и другой иерархий в STM-1.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N осуществляется каскадно: 4хSTM-1 = STM-4, 4хSTM-4 = STM-16, 4хSTM-16 = STM-64, так и непосредственно: 16хSTM-1 = STM-16, 64хSTM-1 = STM-64.

Кадр STM-1 имеет 2430 байт и представляется в виде матрицы размером в 9 строк и 270 столбцов. Первые 9 столбцов составляют байты секционного заголовка (Section Оverhead, SOH), которые содержат байты служебных каналов, индикации ошибок передачи, управления синхронизацией, идентификации наличия STM-1 в кадре STM-N, а также указатель на начало административного блока в поле полезной нагрузки, в котором размещаются виртуальные контейнеры четвертого или третьего уровней (речь о них пойдет ниже). Поле полезной нагрузки состоит из оставшихся 261 столбца. Учитывая, что частота следования кадров STM-1 равна 8 кГц, получаем скорость полезной нагрузки 9х261х8х8 = 150 336 Кбит/с.

Синхронные сети не смогли бы получить широкого распространения, если бы они не обеспечивали совместимости с иерархией PDH. Поэтому стандартами SDH определена поддержка в сетях доступа сигналов PDH (исключение для европейской иерархии составил сигнал Е2). Для передачи в общем случае несинхронных PDH-потоков в поле полезной нагрузки синхронного транспортного модуля была разработана специальная схема мультиплексирования. По этой схеме кадры потоков PDH отображаются в контейнеры фиксированного размера С-n (C-11 для Т1, С-12 для Е1, С-31 для Е3, С-32 для Т3 и С-4 для Е4). Контейнеры С-n снабжаются маршрутными заголовками (Path Overhead, POH), содержащими управляющую информацию и статистику о прохождении контейнера. Такие контейнеры (снабженные РОН) получили название виртуальных контейнеров (VC) и, в зависимости от уровня соответствующего им PDH сигнала, различают виртуальные контейнеры первого, третьего и четвертого уровней. В виртуальные контейнеры третьего и четвертого порядка вместо С-n могут входить группы компонентных блоков (TUG). Для устранения несинхронности входных потоков каждому виртуальному контейнеру приписывается указатель с информацией о положении виртуального контейнера в поле полезной нагрузки, т. е. виртуальный контейнер не привязан жестко к определенному месту в поле полезной нагрузки, а может как бы плавать в нем. Приведена европейская схема мультиплексирования потоков T1, E1, E3, T3 и Е4 в STM-N, которая является частью общей схемы мультиплексирования PDH-сигналов в технологии SDH. Из этой схемы легко увидеть, что в STM-1 может быть мультиплексировано до 63 потоков Е1, до трех Е3 и один Е4.

·        Сети SDH.

Основные типы оборудования, применяемые в сетях SDH, можно разделить на терминальные мультиплексоры, мультиплексоры ввода-вывода и коммутаторы (или кросс-коннекторы). Это деление условно, так как большинство выпускаемых SDH-устройств сочетают в себе несколько функций.

Терминальный мультиплексор (TM) предназначен для мультиплексирования и демультиплексирования сигналов PDH и STM (в терминологии SDH их называют трибутарными или компонентными интерфейсами) в агрегатный поток STM-N. Он также может осуществлять локальную коммутацию с одного трибутарного интерфейса на другой. Мультиплексоры ввода-вывода (ADM) имеют на входе те же наборы интерфейсов, что и ТМ, и, как правило, два агрегатных потока STM-N (условно называемых “восточный” и “западный”). В этих мультиплексорах часть данных из агрегатных потоков выводится на трибутарный интерфейс, другая часть вводится (добавляется) с трибутарного интерфейса для последующей передачи, остальной трафик проходит через устройство без какой-либо дополнительной обработки. Кросс-коннектор (DSX) - распределительный узел сети, имеющий несколько однотипных интерфейсов STM-N и осуществляющий между ними коммутацию виртуальных контейнеров различного уровня.

Основные конфигурации сетей SDH - точка-точка, линейная цепь и кольцо, хотя применяются и другие топологии, например ячеистая.

Контроль целостности сетей SDH осуществляется с помощью информации, переносимой в служебных байтах заголовков (SOH, POH). Один из способов - резервирование участков сети по схеме 1+1 на разнесенных трассах оптического кабеля. По этой схеме повреждение кабеля на одном участке сети вызывает автоматическое переключение на резервный участок. Однако наиболее популярная топология - самовосстанавливающееся кольцо. При разрыве в кольце служебные байты пострадавших линий сигнализируют о невозможности прохождения трафика. В ответ на это ближайшие узлы перенаправляют потоки с поврежденного участка в обход по кольцу. Весь процесс занимает доли секунды. Естественно, резко увеличивается трафик в неповрежденном участке кольца, поэтому при проектировании самовосстанавливающихся колец предусматривают резерв пропускной способности.

Надежность сетей SDH, их способность к самовосстановлению, возможность поддержки потоков в широком диапазоне скоростей, развитые средства конфигурирования, мониторинга и администрирования привели к широкому использованию SDH.

Применение SDH-технологии: 

• Транспортировка потоков данных в АТМ сетях. При этом SDH-оборудование обеспечивает передачу сигнала на большие расстояния, осуществляет кросс-соединение АТМ-потоков и позволяет организовать АТМ-сети со сложной топологией даже для линейного расположения АТМ-коммутаторов 

• Передача большого числа Е1 потоков, связывающих АТС наиболее дешевым способом (главным образом для нужд ТФОП) 

• Создания отказоустойчивых транспортных сетей с быстрым временем восстановления работоспособности (по этому показателю SDH значительно превосходит другие технологии). Необходимо отметить, что SDH не следует рассматривать как альтернативу АТМ, так как SDH обеспечивает только передачу потоков данных и требует применения внешних коммутирующих устройств (АТС, IP-маршрутизаторы, АТМ-коммутаторы и т. д.), в то время как АТМ может осуществить не только передачу, но и коммутацию. 

По мере распространения SDH-технологий при объединении сетей различных операторов связи остро встает проблема глобальной синхронизации узлов, и этот момент нельзя недооценивать.

Тенденция последних лет - вытеснение существующих ныне систем PDH сетями SDH, а также использование этой технологии не только операторами связи, но и для построения магистралей корпоративных информационных систем.

С начала 90-х годов в странах СНГ (Россия, Украина, Казахстан и др.) развернуты и полномасштабно функционируют десятки крупных сетей SDH. Технология SDH активно продвигается а регионы. На ее основе происходит крупномасштабное переоборудование старой аналоговой сети связи в цифровую взаимоувязанную сеть. С течением времени под влиянием новых требований пользователей (Интернет, создание частных виртуальных сетей, удаленный доступ и т. д.) компании связи, развернувшие в регионе цифровую сеть SDH для транспорта коммутируемых телефонных каналов, осознают необходимость своего участия на данном рынке услуг и получения новых источников доходов. И, таким образом, наметился переход многих региональных операторов связи от предоставления транспорта телефонии к предоставлению полномасштабных (или частичных) сервисных услуг с гарантированным качеством.

Теперь, чтобы уяснить цель данного дипломного проекта, необходимо чуть подробнее обсудить структурную схему магистрали SDH-сети, а также структуру виртуального контейнера первого уровня STM-1. Упрощенно стуктуру магистрали можно показать так, как это сделано на рис. 1.1.

Рис.1.1

В общем случае, одна станция в какой-то момент времени может являться передатчиком (Tr -  transmitter), а другая – приемником (Rc – reciever). При этом также необходимы регенераторы – узлы, борющиеся с затуханием сигнала в линии передач, причем конструктивное исполнение представляется удобным выполнить на основе точно таких же станций, что и приемник с передатчиком. Понятно, что отнюдь не все станции уместно сопрягать с ПЭВМ (Ws - workstation) посредством неких F-интерфейсов –  это дорого и нерационально- поэтому в процессе эксплуатации такой магистрали возникает необходимость сообщений с регенераторами, а также со всеми станциями, не сопряженными с ПЭВМ посредством самой SDH- магистрали. Разумно для таких целей выделить служебные каналы, и сейчас мы увидим, что такие каналы уже существуют- они заранее предусмотрены в структуре первичного транспортного модуля STM-1 (рис. 1.2).

Рис.1.2

Структурно первичный контейнер можно представить в виде виртуального контейнера четвертой ступени, снабженного заголовком SOH. Заголовок в STM-1 составляет 9х9=81 байт. Заголовок состоит в свою очередь из 4х9=36 байтов TRSOH—эта часть SOH предназначена для сообщения с регенераторами, 9 байтов AUI-указателя, который адресует первый байт цифрового модуля, содержащего полезную нагрузку (VC-4 в данном случае), и 36 байтов MSOH—эта часть заголовка предназначена для сообщения с приемниками/передатчиками. Необходимо акцентировать внимание на универсальности каналов, организуемых на основе SOH—по ним возможно передавать как данные, так и речь—допустим, для организации голосовой связи между операторами сети. Для этого в заголовке есть байты двух типов—D и E (см. также рис.1). Байты D (D1..D12) предназначены для передачи данных, а байты E (E1..E3) – для передачи речи. Таким образом, можно организовать служебный голосовой канал скоростью.

Следует отметить, что SDH-сеть является достаточно сложной, разветвленной структурой, и осуществлять мониторинг и управление этой сетью- задача непростая. Аналогичные сложности возникают при управлении любой сетью связи. Попытки создать универсальную модель управления сетями привели к созданию концепции Telecommunication Management Network (TMN)- телекоммуникационной сети управления. Концепция управляющей сети TMN рассматривается в следующей главе.

Постановка задачи: разработать контроллер доступа к встроенным каналам, обеспечивающий передачу управляющей информации TMN согласно рекомендациям ITU-T G.704 [21].