Преобразования компонентных сигналов
Введение
Внутризоновая сеть связи является составной частью Единой сети связи Российской Федерации. В предлагаемом практикуме рассматриваются порядок и методы проектирования цифровых систем передачи, работающих по оптическим кабелям связи. С помощью таких ЦСП формируется сеть, структура которой указана в техническом задании (Т.З.). Здесь же указаны виды информации (тлф., данные и т.д.), передачу которых необходимо организовать в заданных направлениях.
Порядок выполнения КП
1. Преобразовать заданные в Т.З. информационные сигналы в стандартные цифровые потоки плезиохронной (PDH) и синхронной (SDH) цифровых иерархий.
2.На карте местности отметить заданные в т.з. населённые пункты, и разработать кольцевую топологию сети, соединив эти пункты оптическим кабелем.
3. По результатам выполнения п.1и п.2 рассчитать количество цифровых потоков всех уровней РDН и SDH между заданными пунктами.
4. По результатам выполнения п.2 и учитывая заданные типы кабеля, гибкого мультиплексора (ГМТ) и системы передачи SDH, разработать структуры соединений между блоками оборудования во всех заданных пунктах.
5.Разработать конфигурацию мультиплексоров PDH и SDH во всех заданных в т.з. пунктах.
6. Рассчитать длины регенерационных участков для ЦСП, разместить регенераторы на магистралях. Рассчитать вероятность ошибки и сравнить её с нормой.
7. Разработать схему организации связи для проектируемой сети.
8. Рассчитать необходимые мощности источников питания для каждой С.С. и выбрать соответствующий тип питающей установки. Выбрать и рассчитать ёмкость оптических (ODF) и электрических кроссов (DDF).
9.В каждом п. рассчитать ёмкости оптических и электрических кроссов, и их количество. Выбрать фирмы- производители этого оборудования.
10.Пользуясь результатами, полученными в п.п. 4, 5, 7, 8, 9, произвести комплектацию оборудования в каждом узле сети.
11. Разработать схему прохождения цепей по ЛАЦ, с указанием цепей питания оборудования.
12. Рассмотреть принципы синхронизации оборудования проектируемой сети, и разработать схему синхронизации.
13. Рассмотреть принципы организации служебной связи, сигнализации и управления и разработать схему управления сетью.
Преобразования информационных сигналов в стандартные уровни PDH и SDH
Основные понятия
В современных цифровых сетях широко применяется первичный цифровой поток (Е1) - первый уровень РDН (В=2,048 Мбит/с). Цикл этого сигнала (Тц =125мкс) содержит 32 восьмиразрядных канальных интервала (КИ), из которых два предназначены для передачи сервисных сигналов (0КИ и 16КИ), а 30КИ - для передачи информации. Структура цикла Е1 соответствует рекомендации МСЭ-Т G.703, G.704. Уровни PDH приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1 - Уровни PDH
| Сигнал | Скорость передачи Кбит/с | Число потоков | Относительная нестабильность тактовой частоты δf |
| Е0 | |||
| Е1 | 32Е0 | 50*10-6 | |
| Е2 | 4Е1 | ||
| Е3 | 16Е1 | 20*10-6 | |
| Е4 | 64Е1 | 15*10-6 |
Нулевой уровень PDH (Е0) является цифровым сигналом (В=64 кбит/с), соответствующий восьмиразрядному КИ Е1 длительностью 3,91 мкс. Канал, по которому передаётся информация с упомянутой скоростью, называется основным цифровым каналом (ОЦК).
Второй уровень РDН – сигнал Е2, организуется путём объединения четырёх сигналов Е1 согласно рек. G.742 МСЭ-Т. Скорость передачи Е2 – 8,448 мбит/с.
Третий уровень РDН организуется путём объединения либо четырёх сигналов Е2, либо шестнадцати Е1 в сигнал Е3, передающийся со скоростью 34,368 мбит/с (рек. G.751 МСЭ-Т).
Четвёртый уровень РDН организован путём объединения четырёх сигналов Е3 в сигнал Е4, скорость передачи которого составляет 139,264 мбит/с (рек. G.703).
Устройства, преобразующие указанные в ТЗ информационные сигналы в стандартные потоки Е1, называются гибкими мультиплексорами (ГМТ) (рисунок 2.1).
Е1
интерфейс линейный
компонентных интерфейс 1
потоков эл.
|
|
2
тлф опт
Е3
nВ+Д
Р/В 16
 | |||
| |
Ethernet
Рисунок 2.1 Рисунок 2.2
Устройства, преобразующие N цифровых потоков более низкого уровня РDН в цифровой поток более высокого уровня также называются мультиплексорами (МТ). Например, на рисунке 2.2 показан МТ, преобразующий 16 ЦП Е1 в ЦП Е3.
Современные цифровые волоконно-оптические СП широко используют ЦП синхронной цифровой иерархии – SDH. В отличие от PDH, цифровые потоки SDH характеризуются большей скоростью, значительно меньшей относительной нестабильностью тактовой частоты (порядка 10-11), а сама иерархия содержит большее количество уровней (256). Из них в настоящее время чаще всего используются 1, 4, 16, 64 уровни. В таблице 2.2 приведены уровни SDH
Таблица 2.2 - Уровни SDH
| Уровни | Скорость передачи, Мбит/с | Округлённое значение, Мбит/c | Тип транспортного модуля SDH | Емкость в потоках PDH |
| 51.84 | STM-0 | 21Е1 | ||
| 155.52 | STM-1 | 63Е1 | ||
| 622.08 | STM-4 | 252Е1 | ||
| 2488.32 | STM-16 | 1008Е1 | ||
| 9953.28 | STM-64 | 4032Е1 | ||
| 39813.12 | STM-256 | 16128Е1 |
Сигналы иерархий PDH и SDH представляют собой непрерывные во времени потоки импульсов, скорость передачи которых соответствует уровням иерархий, приведенным в таблицах 2.1 и 2.2. Кроме этих сигналов, в настоящее время для передачи данных широко применяются потоки импульсов, сформированные в виде пакетов, между которыми существуют определённые временные интервалы. В мире существует несколько типов пакетных технологий передачи информации (например, АТМ). Однако, наиболее часто в настоящее время используется пакетная технология по протоколам Ethernet. В таблице 2.3 приведены уровни иерархии Ethernet.
Таблица 2.3 - Уровни иерархии Ethernet
| Скорость передачи, Гбит/с | Обозначение |
| 0.01 | 10Е |
| 0.1 | 100Е,FE |
| GE | |
| 10GE | |
| 100GE |
Важным понятием при проектировании систем передачи и телекоммуникационных сетей является «интерфейс». Согласно [1] «…интерфейс – граница между двумя взаимодействующими системами (устройствами), определяемая общими функциональными и конструктивными характеристиками, требованиям и протоколам обмена, и т.д…». При аппаратурной реализации интерфейс – набор блоков, содержащих усилители (регенераторы), согласующие трансформаторы, адаптеры и т.д., которые позволяют согласовать, например, коммутационные узлы с аппаратурой ЦСП.
Интерфейсы компонентных потоков (данные, цифровое ТВ, и т.д.) преобразуют в стандартные ЦП РDН (чаще всего в Е1). Полученный сигнал преобразуется в линейном интерфейсе в линейный электрический, а затем в оптический сигналы (рисунок 1).
Преобразования компонентных сигналов
2.2.1. Аналоговые сигналы.
Тридцать аналоговых телефонных сигналов (ТЛФ) преобразуются в сигнал первого уровня РDН – Е1 (рисунок 1). При этом число сигналов управления и взаимодействия (СУВ) зависит от типа коммутационного узла (например, АТС) Один сигнал радиовещания (р/вещ) преобразуется в три (внутризоновое р/вещ), либо в четыре (магистральное р/вещ) канальных интервала (КИ) цифрового потока (ЦП) Е1.
2.2.2. Данные.
Символы низкоскоростной передачи данных (В≤64 кбит/с) через адаптеры интерфейса выставляются на соответствующие импульсные позиции цикла Е1. Для этой цели можно использовать биты n, либо иные биты (например, 1 разряд 0КИ), если это предусмотрено техническими характеристиками аппаратуры. Таким образом, низкоскоростные данные можно передавать совместно с информацией, содержащейся в 30КИ.
Кроме того, для низкоскоростной передачи данных могут быть выделены канальные интервалы Е1. Например, для передачи данных со скоростью 2В необходимы 2КИ, для передачи данных со скоростью D (16 кбит/с ≤ D ≤ 64 кбит/с) используются позиции 16 КИ (либо весь 16КИ), и т.д. Скорости передачи для различных видов информации приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Информационные сигналы и соответствующие скорости передачи
| информация | ТЛФ (ОЦК) | В | протокол Ethernet | nВ+D | файл | видео ТЛФ (ВТ) | ЦТ ст/сж | видео конф. св. | дист. мед. обсл. | р/вещ маг/зн | |
| Скорость передачи, Мбит/с | 0.064 | 0.064 | 10, 100, | n64+D | 110/34 | 4В/3В | |||||
| Рекомендуемые для передачи стандартные уровни РDН (Р) или SDH (S) | 1P | 1P | 1P,1S3P,4S16S, 64S | 1Р | 3Р | 1P | 1S 3P | 3P | 3P | 1P |
Примечание: n=2, 6, 30. Для n=2, D=16 кбит/с. Для n > 2, D=64 кбит/с, тлф - телефония, ЦТ - цветное ТВ, ст - стандартное. сж - сжатое, р/вещ маг/зн - радиовещание магистральное/внутризоновое,1P-Е1,1S-STM-1,и.т.д.
Пользуясь данной таблицей, необходимо преобразовать заданные в ТЗ нагрузки в стандартные потоки РDН и SDH. При этом рекомендуется все компонентные потоки со скоростью В ≤ 2,048 Мб/с преобразовать в потоки Е1, со скоростью В > 2,048 – в потоки Е3 или STM-1. Эти потоки подключаются к стандартным мультиплексорам. Цифровые потоки: файлы, цветной факс, и другие цифровые потоки целесообразно подключать к портам коммутаторов Ethernet, или через адаптеры. Адаптер – устройство, преобразующее компонентный ЦП в стандартный поток РDН. Например, файл со скоростью 10 Мб/с через адаптер преобразуется в поток Е3. В таблице 2.5 приведен пример преобразований нагрузок в стандартные потоки РDН или SDH.
Таблица 2.5 - Результат преобразований нагрузок в ЦП РDН и SDH
| Направления | А-Б | А-Г | |||||||
| Тип информации | Число сигналов по ТЗ | Е1 | Ethernet | Е3 | S1 | Число сигналов по ТЗ | Е1 | Ethernet | Е3 |
 тлф
| |||||||||
| В | 0.3 | 0.8 | |||||||
| nВ+D | n = 2,10 | 0.8 | n = 6,1 | 0.24 | |||||
| Файл | 10Base-T | 10Base-T | |||||||
| ВТ | 10Base-T | 10Base-T | |||||||
| Е1 | |||||||||
| ЦТ ст/сж | 1/0 | 0/1 | |||||||
| Видео конф. | 10Base-T | 10Base-T | |||||||
| Дист.мед.об | 10Base-T | 10Base-T | |||||||
| Р/В маг/внз | 1/2 | 0.3 | 0/1 | 0.1 | |||||
| Сумма ЦП | 13.4 | 10Base-T | 8.14 | 10Base-T |
В таблице 2.5 в качестве примера рассматриваются преобразования нагрузок передающихся в направлениях А-Б и А-Г. Так как в ЦП Е1 – 30КИ, и каждый канальный интервал является основным цифровым каналом (ОЦК, В = 64 кб/с), то для передачи телефонных сигналов нужно число потоков Е1: N = 300/30 = 10. Для передачи 10 сигналов 2В+D нужно 2В*10 + D*10 = 24 КИ (см. примечание к таблице 2.4). Следовательно для передачи этих сигналов необходимо 24/30=0.8Е1. Кроме того, с помощью потоков Е1 передаются сигналы радиовещания - магистральное (маг) и внутризоновое (внз). Из таблицы 2.5 следует, что для передачи магистрального РВ используются 4КИ, внутризонового – 6КИ, то есть, 0,3Е1. Заметим, что в современных мультимедийных приложениях для передачи РВ могут потребоваться и более высокие скорости (до 1 Мб/с). Наконец, потоки Е1 формируются электронными АТС (коммутационными узлами), которые непосредственно могут включаться в интерфейсы МТ Е3,или STM-1 (рисунки 2.1, 2.2) .
Некоторые виды информации (например, видеоконференция, дистанционное медобслуживание, файл, видеотелефон) целесообразно передавать, применяя пакетную технологию по протоколам Ethernet. Поэтому при передаче этих видов информации будет использоваться интерфейс со скоростью 10Мбит/с 10Base-T (см. таблицу 2.3).
После составления таблицы 2.4, исходя из заданной топологии сети, необходимо рассчитать количество потоков Е1, Е3, S1 и 10Base-T на участках сети. Пусть, например, простейшая сеть состоит из двух участков (рисунок 2.3). Такая топология называется линейной, или “точка-точка”.
Рисунок 2.3 Рисунок 2.4
Округляя в большую сторону число потоков Е1, из последней строки табл.2.4 получим, что на участке А-Г необходимо организовать 23 ЦП Е1, 1 ЦП Е3, 10 (10Base-T) и 1 ЦП S1. На участке Г-Б, соответственно, организовать 14 ЦП Е1, 6 (10Base-T) и 1 ЦП S1. Реально, оптическая сеть, содержащая несколько узлов, может характеризоваться более сложной структурой (большей связностью). Например, сеть на рисунке 2.4, состоящая из 4-х пунктов, построена по радиально-кольцевой топологии. Такая топология позволяет организовать защиту информации. Например, часть ЦП между п. В-Б можно передавать по кратчайшему пути (против часовой стрелки), а часть – через пункт Г (по часовой стрелке). Если кабель между п. В-Б повредился, информацию можно передавать через п. Г (В-Г-Б). Понятия о методах защиты трактов и секций в оборудовании SDH приведены в [4]. В кольцевой структуре сети можно воспользоваться методом защиты трактов SNCP, и двунаправленной защитой секций. Это приводит к необходимости удвоения числа секций и трактов в такой сети. Для защиты линейной сети (точка-точка), целесообразно, например, по другой стороне дороги проложить оптический кабель (ОК), и защищать тракт между логическими блоками МSP [2]. Резервный ОК можно подвесить, и.т.д. При такой защите, однако, нужно удваивать число агрегатных блоков при комплектации оборудования. В расчётах обязательно следует учитывать увеличение числа трактов и каналов на участках сети из-за выбранного способа защиты. Во всех случаях следует результаты расчетов числа цифровых потоков по участкам оформить в виде таблицы 2.6. Данные этой таблицы соответствуют приведенному выше примеру (таблица 2.5).
Таблица 2.6 - Расчет цифровых потоков по участкам сети
| Участки | А-Г | Г-Б | ||||||
| Направления | Е1 | Ethernet | Е3 | S1 | Е1 | Ethernet | Е3 | S1 |
| А-Б | ||||||||
| А-Г | ||||||||
| Сумма ЦП…. | ||||||||
| …. |
Цифровая система передачи