Ograniczenia hierarchii PDH
Przed wdrożeniem SDH i SONET sieci cyfrowe korzystały z . PDH miała ograniczenia, które utrudniały rozbudowę sieci i dostęp do pojedynczych kanałów w strumieniach wyższych poziomów. Dostęp do kanału o niższej przepływności wymagał przejścia przez pośrednie poziomy hierarchii, a pozostały ruch trzeba było ponownie złożyć przed dalszym przekazaniem.
Główne ograniczenia PDH
- Trudna multipleksacja dodająco-odejmująca: Wyodrębnienie pojedynczego kanału o niskiej przepływności, na przykład rozmowy telefonicznej, ze strumienia PDH o wyższej przepływności wymagało przejścia przez kolejne poziomy demultipleksacji. Po pobraniu kanału pozostały ruch trzeba było ponownie złożyć w strumień wyższego poziomu.
- Regionalne standardy: Różne regiony rozwijały własne odmiany PDH. Europa i większość świata używały systemu E-carrier z E1 o przepływności 2,048 Mb/s, Ameryka Północna systemu T-carrier z T1 o przepływności 1,544 Mb/s, a Japonia własnych wariantów hierarchii. Różne przepływności i struktury ramek wymagały konwersji na granicach sieci.
- Taktowanie i justyfikacja: Plezjochroniczny charakter oznaczał, że każdy przychodzący strumień danych miał nieco inną częstotliwość zegara. Do ich połączenia stosowano proces zwany , co utrudniało odnalezienie poszczególnych kanałów w zmultipleksowanym strumieniu.
- Ograniczone zarządzanie: PDH oferowała niewiele funkcji monitorowania sieci, oceny parametrów transmisji i zdalnej konfiguracji. Lokalizacja awarii wymagała pomiarów na kolejnych odcinkach.
- Interfejsy optyczne zależne od producenta: Wraz z upowszechnieniem światłowodów stosowano interfejsy o parametrach zależnych od producenta. Utrudniało to bezpośrednie łączenie urządzeń różnych dostawców.
Synchroniczne struktury SDH i SONET
SDH i SONET wprowadziły synchroniczne struktury transportowe, hierarchię przepływności oraz pola narzutu przeznaczone do zarządzania. Powstały dwa powiązane zestawy standardów:
- SONET (Synchronous Optical Network): Opracowany w Stanach Zjednoczonych przez Bellcore, obecnie Telcordia, i opisany w normach ANSI z rodziny T1.105. Obejmuje transport sygnałów północnoamerykańskiej hierarchii PDH, między innymi T1 i T3.
- SDH (Synchronous Digital Hierarchy): Hierarchia zdefiniowana przez ITU-T, między innymi w G.707, obejmująca transport europejskich sygnałów PDH, takich jak E1, E3 i E4, oraz zasady współpracy z innymi strukturami.
SONET i SDH mają odrębne nazwy pól oraz częściowo różne struktury, lecz używają zgodnych podstawowych przepływności. STM-1 i OC-3 osiągają 155,520 Mb/s, a współpraca wymaga mapowania określonego przez właściwe specyfikacje. Zalecenie ITU-T G.707 określa interfejs węzła SDH przez przepływności, struktury ramek, mapowanie sygnałów klienckich, multipleksację i funkcje narzutu.
Podstawowe elementy SDH i SONET
SDH i SONET wykorzystują kilka elementów, które porządkują synchronizację, multipleksację i nadzór nad transmisją.
1. Synchronizacja sieci
W SDH i SONET elementy sieci pracują w hierarchii synchronizacji z odniesieniem do precyzyjnego zegara nadrzędnego, zazwyczaj . Wspólna referencja ogranicza konieczność justyfikacji między elementami sieci, a określone struktury ramek pozwalają wyznaczać pozycje bajtów podczas demultipleksacji. G.803 opisuje rozdział taktowania metodą nadrzędny-podrzędny, od PRC przez zegary węzłów tranzytowych i lokalnych do zegara elementu SDH, bez pośredniego przetwarzania wskaźników w torze synchronizacji.
2. Multipleksacja z przeplotem bajtowym
W strukturach SDH i SONET bajty sygnałów składowych są rozmieszczane według ustalonych reguł przeplotu. Położenie elementu w ramce zależy od poziomu hierarchii, więc urządzenie może zidentyfikować odpowiedni kontener i przekazać go do funkcji dodawania lub odejmowania bez rozbierania całej hierarchii PDH.
3. Struktura ramki STM-1
Podstawową strukturą SDH jest Synchroniczny Moduł Transportowy, poziom 1 (STM-1).
- Przepływność: .
- Czas trwania: (mikrosekund). Ramka powtarza się 8000 razy na sekundę, co odpowiada okresowi próbkowania stosowanemu w telefonii PCM ().
- Struktura: Ramka STM-1 jest wizualizowana jako blok 9 wierszy na 270 kolumn bajtów.
Pierwsze dziewięć kolumn zawiera pola Nagłówka Sekcji (SOH) oraz wiersz wskaźników AU, a pozostałe 261 kolumn tworzy obszar ładunkowy STM-1.
Sygnały o wyższych przepływnościach, takie jak STM-4 i STM-16, powstają przez multipleksację z przeplotem bajtowym struktur niższego rzędu. STM-1 ma odpowiednik o tej samej przepływności w SONET, oznaczany jako OC-3, lecz nazwy i pola narzutu wynikają z odrębnych specyfikacji.
4. Wskaźniki i położenie VC
Gdy plezjochroniczny sygnał PDH jest mapowany do SDH, pozostają różnice częstotliwości i fazy. Do określenia położenia kontenera w ramce służy wskaźnik (ang. pointer).
Dane klienckie, na przykład strumień E1 lub T1, są mapowane do i otrzymują POH. Wskaźnik w narzucie AU określa przesunięcie początku VC względem ramki warstwy multipleksowej. VC może więc zmieniać położenie fazowe względem STM-1, a sieć obsługuje różnice taktowania bez przebudowy całej hierarchii. Wskaźnik podaje początek ramki VC względem ramki warstwy nadrzędnej, dlatego zmiana fazy modyfikuje przesunięcie bez zmiany rozmiaru VC.
5. Narzut i utrzymanie (OAM)
Narzut ramki STM-1 zawiera informacje Eksploatacji, Administracji i Utrzymania (OAM). Pola te są podzielone na dwa główne zakresy:
- Nagłówek Sekcji (SOH): Obsługuje odcinek między sąsiednimi elementami sieci, takimi jak regeneratory i multipleksery.
- Nagłówek Ścieżki (POH): Towarzyszy kontenerowi od początku do końca ścieżki i przenosi informacje o jej stanie.
Pola narzutu przenoszą dane monitorujące, sygnalizują defekty i mogą dostarczać kryteriów dla mechanizmów ochrony. Zakres funkcji zależy od warstwy oraz typu elementu sieci. SOH przenosi także pola synchronizacji ramki, parzystości, alarmów i automatycznego przełączania ochronnego. POH towarzyszy VC i zawiera informacje o ścieżce, etykiecie sygnału oraz jej stanie. Funkcje sekcji obejmują sekcję regeneratorową oraz sekcję multiplekserową.