Koncepcja: Pakowanie Małych Strumieni na Wielką Autostradę

Wyobraźmy sobie ogromną pojemność ramki STM-1 jako potężny, szybkobieżny pociąg towarowy. Teraz wyobraźmy sobie potrzebę przetransportowania małego pudełka (być może danych z jednej rozmowy telefonicznej, strumienia E1 lub T1). Nie wysłalibyśmy całego pociągu dla jednego małego pudełka. Zamiast tego potrzebowalibyśmy standardowego sposobu na zapakowanie tego małego pudełka, tak aby można je było zlokalizować, śledzić i bezpiecznie umieścić obok wielu innych małych pudełek w pociągu.

Dokładnie taką rolę pełni Jednostka Podrzędna (TU). TU to logiczna struktura danych, która przygotowuje sygnał dopływowyo niższej prędkości (np. strumień E1 o przepływności $2,048 \text{ Mb/s}$) do transportu w ramach większego ładunku SDH. Jednostka TU działa jak kompletny, gotowy do multipleksacji pakiet, zawierający zarówno same dane, jak i kluczowe informacje potrzebne do ich odnalezienia. Składa się z dwóch głównych części: Kontenera Wirtualnego (VC)przenoszącego ładunek oraz ze Wskaźnika Jednostki Podrzędnej.

Kluczowy Element: Wskaźnik Jednostki Podrzędnej (Wskaźnik TU)

Magia elastyczności SDH wynika z zastosowania wskaźników. Wskaźnik TU to "lokalna instrukcja dostawy" dla ładunku niższego rzędu. Jego głównym zadaniem jest wskazanie dokładnej pozycji początkowej ładunku (Kontenera Wirtualnego) wewnątrz struktury, która będzie przenosić daną jednostkę TU.

Struktura i Funkcja Wskaźnika TU

Sam wskaźnik znajduje się w dedykowanych bajtach na początku struktury TU. Dla popularnych TU-12 i TU-11 są to bajty znane jako V1, V2, V3 i V4:

• Bajty V1 i V2: Te dwa bajty razem tworzą główne słowo wskaźnika.
  • Wartość Wskaźnika (10 bitów): Główną funkcją jest 10-bitowa wartość, która określa przesunięcie (offset) w bajtach od końca bajtu V3 do pierwszego bajtu (bajtu V5) ładunku Kontenera Wirtualnego. Pozwala to kontenerowi VC "pływać" swobodnie w przydzielonej mu przestrzeni.
  • Flaga Nowych Danych (NDF): Specjalne bity, które sygnalizują zbliżającą się zmianę wartości wskaźnika, umożliwiając odbiornikowi przygotowanie się.
• Bajt V3: Ten bajt jest używany do justyfikacji. Jeśli zegar sygnału klienckiego jest nieco wolniejszy niż zegar sieci, bajt V3 jest wypełniany pustym bajtem „wpychającym”. Jeśli sygnał klienta jest nieco szybszy, ten bajt jest używany do przeniesienia dodatkowego bajtu danych. Wartość wskaźnika w V1/V2 jest następnie odpowiednio korygowana w kolejnej wieloramce, aby odzwierciedlić to przesunięcie. Ten elegancki mechanizm absorbuje różnice w taktowaniu.
• Bajt V4: Jest to bajt zarezerwowany, obecnie niewykorzystywany w większości standardowych implementacji, przeznaczony na przyszłe rozszerzenia.

Hierarchia Jednostek Podrzędnych

Podobnie jak Kontenery Wirtualne, Jednostki Podrzędne są zorganizowane w hierarchię, z różnymi rozmiarami zaprojektowanymi do efektywnego przenoszenia standardowych sygnałów klienckich PDH używanych na świecie. Istnieją dwie główne kategorie: niższego i wyższego rzędu.

Jednostki Podrzędne Niższego Rzędu (LO-TU)

Są one zaprojektowane do przenoszenia najpopularniejszych sygnałów cyfrowych o niższych przepływnościach.

• TU-12: Fundamentalna jednostka TU dla hierarchii europejskiej.
  • Przenosi: Jeden kontener VC-12, który z kolei mapuje sygnał E1 o przepływności $2,048 \text{ Mb/s}$. Jest to koń pociągowy dla cyfrowej telefonii w Europie.
  • Struktura: Często wizualizowana jako blok 9 wierszy na 4 kolumny bajtów $(36 \text{ bajtów})$, który jest multipleksowany na przestrzeni czterech ramek STM-1 (łącznie $4 \times 36 = 144 \text{ bajty}$ na wieloramkę 500 µs).
• TU-11: Północnoamerykański odpowiednik TU-12.
  • Przenosi: Jeden kontener VC-11, mapujący sygnał T1 (DS1) o przepływności $1,544 \text{ Mb/s}$.
• TU-2: Mniej popularna jednostka TU dla sygnałów o średniej prędkości.
  • Przenosi: Jeden kontener VC-2, używany do transportu sygnału E2 (lub T2) o przepływności $6,312 \text{ Mb/s}$.

Jednostki Podrzędne Wyższego Rzędu (HO-TU)

Ta kategoria jest przeznaczona dla sygnałów klienckich o wyższych przepływnościach.

• TU-3:
  • Przenosi: Jeden kontener VC-3, który może mapować sygnał E3 $(34,368 \text{ Mb/s})$ lub DS3 $(44,736 \text{ Mb/s})$.

Budowanie Większych Struktur: Grupa Jednostek Podrzędnych (TUG)

Pojedyncza Jednostka Podrzędna jest wciąż za mała, aby umieścić ją bezpośrednio w dużym ładunku STM-1. SDH stosuje pośredni krok polegający na grupowaniu jednostek TU w większą strukturę zwaną Grupą Jednostek Podrzędnych (TUG). Jeśli TU to mały pakiet, TUG jest jak paleta lub skrzynia, która łączy kilka pakietów w celu ułatwienia przeładunku.

Proces tworzenia TUG polega na przeplocie bajtowymbajtów z kilku identycznych jednostek TU. Tworzy to wysoce zorganizowaną i skalowalną hierarchię.

Hierarchia TUG

• Grupa Jednostek Podrzędnych 2 (TUG-2): Pierwszy poziom grupowania.
  • Tworzenie: TUG-2 powstaje przez przeplot bajtowy trzech jednostek TU-12 lub czterech jednostek TU-11. Ta struktura zgrabnie pakuje popularne typy sygnałów dopływowych.
  • Struktura: TUG-2 jest reprezentowany jako blok 9 wierszy na 12 kolumn.
• Grupa Jednostek Podrzędnych 3 (TUG-3): Najwyższy poziom grupowania jednostek podrzędnych.
  • Tworzenie z TUG-2: Najczęściej TUG-3 powstaje przez przeplot bajtowy siedmiu grup TUG-2. Pozwala to na przenoszenie dużej liczby sygnałów o niskiej prędkości (np. $7 \times 3 = 21 \text{ sygnałów E1}$ lub $7 \times 4 = 28 \text{ sygnałów T1}$).
  • Tworzenie z TU-3: TUG-3 może również powstać bezpośrednio z pojedynczej, wyższego rzędu jednostki TU-3 (przenoszącej sygnał E3/DS3).
  • Struktura: TUG-3 ma wymiary 9 wierszy na 84 kolumny.

To hierarchiczne grupowanie TU w TUG pozwala systemom SDH/SONET na efektywne upakowanie dużej liczby różnorodnych sygnałów klienckich o niskiej przepływności w ładunku pojedynczego sygnału optycznego o dużej prędkości, jak STM-1. Cała ta struktura, od najmniejszego C-11 do największego TUG-3, jest kluczem do zapewnienia elastycznego, skalowalnego i łatwego w zarządzaniu transportu cyfrowego.