Elementy Składowe Cyfrowej Autostrady

Sieć transportowa taka jak SDH to znacznie więcej niż tylko kable światłowodowe łączące miasta. To zaawansowany ekosystem inteligentnych urządzeń, znanych jako Elementy Sieciowe (NE), które aktywnie zarządzają, kierują i utrzymują przepływające przez nią dane. Jeśli światłowód jest drogą, to te urządzenia są wjazdami, węzłami przesiadkowymi, punktami kontroli ruchu i ekipami technicznymi, które utrzymują cyfrową autostradę w ciągłym ruchu.

Zrozumienie specyficznej roli każdego z tych urządzeń jest kluczowe do zrozumienia, jak cała sieć dostarcza niezawodne usługi o dużej pojemności. Główne aktywne urządzenia w sieci SDH to Regeneratory, Multipleksery Końcowe, Multipleksery Dodająco-Odejmujące oraz Przełącznice Cyfrowe.

1. Regenerator (REG)

Najprostszy, a zarazem najbardziej fundamentalny element sieciowy to Regenerator. Jego jedynym zadaniem jest zwalczanie nieuniknionej degradacji sygnału optycznego podczas jego podróży na duże odległości przez kabel światłowodowy.

Dlaczego jest potrzebny?

Gdy światło podróżuje przez światłowód, traci na sile (zjawisko to nazywamy tłumieniem), a jego impulsy ulegają zniekształceniu i rozmyciu (tzw. dyspersja). Po pewnym dystansie (zazwyczaj 60-120 km) sygnał staje się zbyt słaby i zniekształcony, aby odbiornik mógł niezawodnie odróżnić 1 od 0. Regenerator jest umieszczany w takich odstępach, aby „oczyścić” i „wzmocnić” sygnał na kolejny etap jego podróży.

Jak działa: Regeneracja 3R

Regenerator wykonuje pełną konwersję O-E-O (Optyczno-Elektryczno-Optyczną), aby przeprowadzić trzy kluczowe operacje regeneracji „3R”:

• Reamplifikacja (Wzmocnienie): Przychodzący słaby sygnał optyczny jest konwertowany na sygnał elektryczny, a jego amplituda jest wzmacniana do standardowego poziomu.
• Regeneracja Kształtu (Re-shaping): Sygnał elektryczny, którego impulsy mogły ulec zniekształceniu, jest przepuszczany przez układy decyzyjne, które odtwarzają czysty, ostry, idealnie ukształtowany przebieg cyfrowy.
• Regeneracja Taktowania (Re-timing): Zregenerowane impulsy są ponownie taktowane za pomocą precyzyjnego zegara odzyskanego z przychodzącego strumienia danych, co usuwa nagromadzony jitter.

„Oczyszczony” sygnał elektryczny jest następnie używany do sterowania laserem, tworząc świeży, potężny sygnał optyczny, który jest wysyłany w dół kolejnego odcinka światłowodu.

Przetwarzanie Nagłówka

Regenerator musi rozumieć tylko fizyczne łącze, z którym jest połączony. Dlatego odczytuje, przetwarza i kończy tylko Nagłówek Sekcji Regeneratorowej (RSOH). Jest całkowicie przezroczysty dla reszty nagłówka (MSOH i POH) oraz dla ładunku, które przechodzą przez niego niezmienione podczas procesu regeneracji.

2. Multiplekser Końcowy (TM)

Multiplekser Końcowy (Terminal Multiplexer) to element sieciowy, który działa jako punkt początkowy lub końcowy dla szybkiego łącza SDH. Jego podstawową funkcją jest wykonanie multipleksacjiwielu sygnałów „dopływowych” o niskiej prędkości w jeden sygnał STM-N o wysokiej prędkości, lub odwrotnego procesu demultipleksacji. Jest to główny wjazd i zjazd z autostrady optycznej.

• W kierunku nadawczym: TM pobiera wiele sygnałów klienckich o niższej prędkości (np. kilka strumieni E3 o przepływności 34 Mb/s) z sieci dostępowych lub innych urządzeń. Następnie mapuje każdy z tych sygnałów do odpowiednich Kontenerów Wirtualnych, dodaje niezbędne wskaźniki w celu utworzenia Jednostek Podrzędnych i Administracyjnych, i na końcu składa je w jedną ramkę STM-N o dużej prędkości, dodając kompletny Nagłówek Sekcji przed wysłaniem jej na światłowód.
• W kierunku odbiorczym: TM odbiera ramkę STM-N o dużej prędkości, odczytuje Nagłówek Sekcji i wskaźniki, demultipleksuje strukturę i wyodrębnia poszczególne sygnały klienckie, dostarczając je do urządzeń docelowych.

TM kończy cały sygnał. Jest źródłem i celem dla Nagłówka Ścieżki (POH) i kończy linię, przetwarzając pełny Nagłówek Sekcji (SOH).

3. Multiplekser Dodająco-Odejmujący (ADM)

Multiplekser Dodająco-Odejmujący (Add-Drop Multiplexer) jest najbardziej wszechstronnym i powszechnie stosowanym elementem w sieciach SDH. To właśnie to urządzenie rozwiązało największy problem starszych systemów PDH. ADM działa jak lokalny węzeł na autostradzie: pozwala części ruchu zjechać z autostrady, a nowemu ruchowi na nią wjechać, podczas gdy większość ruchu tranzytowego kontynuuje swoją podróż bez przerw.

Jak to Działa?

ADM ma co najmniej dwa interfejsy liniowe o dużej prędkości (np. Zachód i Wschód dla topologii pierścieniowej) oraz zestaw interfejsów dopływowych o niższej prędkości.

• Ruch Tranzytowy: Główny sygnał STM-N przybywa na jeden interfejs liniowy. ADM bada wskaźniki AU/TU, aby zidentyfikować lokalizacje wszystkich poszczególnych ładunków (Kontenerów Wirtualnych) wewnątrz. Większość z tych ładunków nie jest przeznaczona dla tego węzła. Są one przekazywane wewnętrznie przez matrycę komutacyjną ADM i ponownie wstawiane do wychodzącej ramki STM-N na drugim interfejsie liniowym, całkowicie nienaruszone.
• Funkcja Odejmująca (Drop): W przypadku ładunków, które są przeznaczone dla tego węzła, ADM używa wskaźników do precyzyjnego zlokalizowania i wyodrębnienia tych konkretnych Kontenerów Wirtualnych z przychodzącej ramki o dużej prędkości. Wyodrębniony ładunek jest następnie dostarczany do lokalnego portu dopływowego o niskiej prędkości, gdzie może być używany przez lokalne urządzenia.
• Funkcja Dodająca (Add): Jednocześnie nowy ruch przybywający na lokalny port dopływowy może być mapowany do Kontenera Wirtualnego. Następnie ADM znajduje pustą szczelinę czasową w ruchu tranzytowym (często tę samą, zwolnioną przez kanał odejmowany), aktualizuje niezbędne wskaźniki i wstawia nowy Kontener Wirtualny do wychodzącej ramki STM-N.

Zdolność do dostępu do kanałów o niskiej prędkości bez konieczności demultipleksacji całego sygnału o dużej prędkości czyni ADM niezwykle wydajnymi i opłacalnymi. Są one niezbędnym elementem do tworzenia odpornych na awarie architektur pierścieniowych SDH.

4. Przełącznica Cyfrowa (DXC lub DCS)

Jeśli ADM to lokalny węzeł drogowy, to Przełącznica Cyfrowa (Digital Cross-Connect) jest potężnym, centralnym węzłem autostradowym typu „koniczynka”. Jest to wysoce zaawansowany przełącznik przeznaczony do zarządzania i kierowania ruchem między dużą liczbą linii o wysokiej pojemności.

Kluczowe Funkcje DXC

• Przełączanie o Dużej Pojemności: DXC ma wiele portów o wysokiej prędkości i może przełączać sygnały między dowolnym portem wejściowym a dowolnym portem wyjściowym. Przełączanie to odbywa się elektronicznie za pośrednictwem centralnej, nieblokowalnej matrycy komutacyjnej.
• Granularność Przełączania: DXC występują w dwóch głównych odmianach:
  • Przełącznica Szerokopasmowa (lub Wyższego Rzędu): Przełącza ruch z większą granularnością, zazwyczaj na poziomie VC-3/VC-4. Może przekierowywać całe ładunki równoważne E3 lub E4.
  • Przełącznica Wąskopasmowa (lub Niższego Rzędu): Oferuje znacznie drobniejszą granularność, będąc w stanie przełączać pojedyncze ładunki o niskiej prędkości, jak VC-12. Pozwala to na niezwykle elastyczne zarządzanie siecią.
• Porządkowanie Ruchu (Grooming): Jest to kluczowa funkcja w dużych sieciach. Wyobraź sobie kilka przychodzących linii światłowodowych, z których każda przenosi sygnał o dużej prędkości, ale jest tylko częściowo zapełniona. DXC może zdemultipleksować wszystkie te sygnały, skonsolidować wszystkie aktywne ładunki na mniejszej liczbie linii wychodzących (upakowując je gęsto), a pozostałe linie wychodzące pozostawić całkowicie wolne. Ten proces konsolidacji, znany jako porządkowanie ruchu, radykalnie poprawia wydajność sieci. To jak centrum logistyczne konsolidujące paczki z kilku w połowie pustych ciężarówek na jedną pełną ciężarówkę, aby oszczędzić paliwo i zasoby.
• Scentralizowane Udostępnianie i Przywracanie Usług: DXC są kluczowymi elementami umożliwiającymi zautomatyzowane zarządzanie siecią. Są używane do zdalnego zestawiania połączeń dalekodystansowych (udostępnianie) oraz do przeprowadzania przywracania usług w całej sieci w przypadku poważnych awarii, przekierowując ruch przez sieci kratowe. Tworzą one centralne huby do łączenia wielu pierścieni SDH.