Od Pojedynczego Strumienia do Cyfrowej Autostrady

Dowiedzieliśmy się, że fundamentalnym elementem budulcowym SDH jest ramka STM-1, która zapewnia pojemność transportową 155,52 Mb/s. Chociaż jest to znaczna wartość, współczesne zapotrzebowanie wymaga znacznie większych przepustowości. Geniusz SDH polega na Hierarchii Multipleksacji – czystej, skalowalnej i ustandaryzowanej metodzie łączenia wielu strumieni danych w jeden sygnał optyczny o dużej pojemności.

Proces ten obejmuje dwie odrębne koncepcje:

1. Odwzorowanie Strumieni Dopływowych: Proces pakowania różnych sygnałów o niższej przepływności (jak starsze strumienie PDH E1 i E4) w standardową strukturę ładunku ramki bazowej STM-1.
2. Multipleksacja Synchroniczna: Proces łączenia wielu sygnałów bazowych STM-1 w sygnały wyższego rzędu, takie jak STM-4, STM-16 i wyższe.

Część 1: Odwzorowanie Strumieni Dopływowych w Ładunku STM-1

Zanim będziemy mogli budować szybsze sygnały, musimy najpierw wypełnić nasz podstawowy cyfrowy „kontener towarowy” – ładunek STM-1. Proces pobierania zewnętrznych sygnałów, zwanych strumieniami dopływowymi (trybutarnymi), i formatowania ich tak, aby pasowały do ramki STM-1, nazywa się odwzorowaniem (ang. mapping). Jest to wieloetapowa procedura obejmująca hierarchię logicznych kontenerów.

Hierarchia Kontenerów Mapujących

Aby zrozumieć proces odwzorowania, pomyśl o zestawie matrioszek. Każda warstwa zapewnia strukturę i dodaje informacje zarządcze.

• 1
  Pojemnik (Container - C): Najprostsze „pudełko”. Blok bitów przeznaczony do przechowywania określonego typu strumienia dopływowego. Na przykład, pojemnik C-12 jest przystosowany do przechowywania strumienia E1 (2,048 Mb/s). Proces mapowania dostosowuje prędkość strumienia do pojemności kontenera, często używając bitów justyfikacji (dopełnienia).
• 2
  Kontener Wirtualny (VC): Pojemnik z dodaną „etykietą wysyłkową”. Tą etykietą jest Nagłówek Ścieżki (POH), który zawiera informacje do monitorowania ładunku od końca do końca. Połączenie ładunku (w Pojemniku) i jego POH tworzy Kontener Wirtualny.
• 3
  Jednostka Dopływowa (TU) / Jednostka Administracyjna (AU): Kontener Wirtualny z dodanym „lokalizatorem”. Tym lokalizatorem jest Wskaźnik (Pointer). Wskaźnik pozwala na elastyczne pozycjonowanie VC wewnątrz większej struktury ładunku, co jest kluczem do synchronicznego działania SDH. Kontenery VC o niskiej przepływności są mapowane do Jednostek Dopływowych (np. TU-12 dla VC-12). Kontenery VC o wysokiej przepływności są mapowane do Jednostek Administracyjnych (np. AU-4 dla VC-4).
• 4
  Grupa Jednostek Dopływowych/Administracyjnych (TUG/AUG): Aby wypełnić duży kontener, grupuje się mniejsze. Wiele jednostek TU jest multipleksowanych razem (za pomocą przeplotu bajtowego), tworząc Grupę Jednostek Dopływowych (TUG). Grupa jednostek AU (zazwyczaj tylko jedna AU-4 w SDH) tworzy Grupę Jednostek Administracyjnych (AUG), która jest ostateczną strukturą wypełniającą obszar ładunkowy ramki STM-1.

Przykładowa Ścieżka Odwzorowania: Transport 63 x E1

Jest to najbardziej granularna i podstawowa procedura mapowania w europejskim SDH, ilustrująca pełną hierarchię dla sygnałów o niskiej przepływności. Celem jest zapakowanie 63 oddzielnych sygnałów E1 (2,048 Mb/s) w jeden sygnał STM-1 (155,52 Mb/s).

1. Każdy strumień E1 jest mapowany do Pojemnika C-12.
2. Do każdego C-12 dodawany jest Nagłówek Ścieżki, tworząc VC-12 (Kontener Wirtualny-12).
3. Do każdego VC-12 dodawany jest wskaźnik, tworząc TU-12 (Jednostkę Dopływową-12).
4. Trzy jednostki TU-12 są multipleksowane z przeplotem bajtowym, tworząc TUG-2 (Grupę Jednostek Dopływowych-2).
5. Siedem grup TUG-2 jest multipleksowanych z przeplotem bajtowym, tworząc TUG-3 (Grupę Jednostek Dopływowych-3). Na tym etapie pomyślnie zmultipleksowaliśmy $7 \times 3 = 21$ strumieni E1.
6. Trzy takie grupy TUG-3 są następnie multipleksowane do ładunku użytecznego Kontenera Wirtualnego VC-4. Daje to łącznie $3 \times 21 = 63$ strumienie E1.
7. Na koniec, ten VC-4 jest mapowany do AU-4, a następnie do AUG i umieszczany w ładunku ramki STM-1.

Ten ustrukturyzowany, hierarchiczny proces pozwala urządzeniom sieciowym na bezpośredni dostęp do dowolnego z 63 strumieni E1 bez konieczności demultipleksacji całego sygnału 155 Mb/s, co było głównym ograniczeniem PDH.

Część 2: Multipleksacja Synchroniczna do Wyższych Poziomów

Gdy już mamy sygnał bazowy STM-1, tworzenie sygnałów o wyższej pojemności jest niezwykle proste. Hierarchia jest zbudowana na stałym mnożniku wynoszącym 4.

Proces wykorzystuje przeplot bajtowy (ang. byte interleaving):

• Aby utworzyć sygnał STM-4, multiplekser pobiera cztery niezależne sygnały STM-1.
• Bierze pierwszy bajt z STM-1 #1, następnie pierwszy bajt z STM-1 #2, potem z #3 i #4.
• Powtarza to dla drugiego bajtu każdego sygnału i tak dalej, aż wszystkie bajty z czterech ramek STM-1 zostaną splecione w nową, większą ramkę STM-4.
• Ramka STM-4 wciąż ma 9 wierszy, ale jest teraz cztery razy szersza (1080 kolumn). Co kluczowe, jej czas trwania pozostaje dokładnie równy 125µs.

Standardowa Hierarchia SDH

Ta czysta, skalowalna hierarchia pozwala operatorom sieci łatwo zwiększać przepustowość poprzez modernizację do następnego poziomu, często bez wymiany istniejącego kabla światłowodowego. To systematyczne podejście zrewolucjonizowało ekonomię i zarządzanie szkieletowymi sieciami transportowymi.