Główny Problem: Połączenie Dwóch Różnych Światów Czasu

Największym wyzwaniem, które miało rozwiązać SDH, była integracja starego, chaotycznego świata sieci plezjochronicznychz nową, idealnie zsynchronizowaną siecią. Wyobraź sobie szybkobieżny pociąg (synchroniczną ramkę STM), który musi opuszczać stację dokładnie co 125 mikrosekund. Teraz wyobraź sobie, że jego ładunek (strumień danych E4) przyjeżdża z fabryki, która używa własnego, nieco innego zegara. Ładunek może przybyć odrobinę za wcześnie lub ułamek sekundy za późno.

W starym systemie PDH ta różnica w taktowaniu była obsługiwana przez skomplikowane i nieefektywne wpychanie bitów. Utrudniało to znalezienie i wyodrębnienie strumienia E4 bez całkowitego demontażu całego sygnału o wyższej prędkości. Rewolucyjnym rozwiązaniem wprowadzonym przez SDH jest Mechanizm Wskaźników.

Wskaźnik działa jak inteligentna, dynamiczna „etykieta adresowa”, która oddziela taktowanie ładunku od taktowania ramki transportowej. Pozwala on ładunkowi „pływać” wewnątrz ramki, absorbując te drobne różnice czasowe w czasie rzeczywistym, bez konieczności demultipleksacji całego sygnału. Ta jedna koncepcja jest tym, co umożliwia łatwą multipleksację dodająco-odejmującą, która czyni SDH tak potężnym.

Dwa Poziomy Wskaźników: AU i TU

Mechanizm wskaźników działa na dwóch poziomach hierarchicznych, odpowiadających dwóm głównym typom ładunków transportowanych w sieci.

• Wskaźnik Jednostki Administracyjnej (AU): Jest to wskaźnik wysokiego poziomu, używany dla dużych ładunków. Odpowiada za lokalizację Kontenera Wirtualnegowyższego rzędu (jak VC-3 lub VC-4) w głównej przestrzeni ładunkowej STM-1. Jest to „główny manifest” dla głównego ładunku pociągu.
• Wskaźnik Jednostki Podrzędnej (TU): Jest to wskaźnik niskiego poziomu, używany dla mniejszych ładunków. Odpowiada za lokalizację Kontenera Wirtualnego niższego rzędu (jak VC-11 lub VC-12), który został zmultipleksowany w kontener wirtualny wyższego rzędu. To „lokalny manifest” do znalezienia konkretnego pudełka wewnątrz większego kontenera w pociągu.

Chociaż działają w różnych skalach, podstawowe mechanizmy obu typów wskaźników są prawie identyczne. W dalszej części tej strony skupimy się na Wskaźniku AU-4 używanym w SDH jako podstawowym przykładzie.

Szczegółowa Mechanika Wskaźnika AU-4

Wskaźnik AU-4 nie jest częścią samego ładunku. Jest to dedykowany zestaw bajtów o stałej, dobrze znanej lokalizacji w nagłówku ramki STM-1.

Lokalizacja i Struktura

• Lokalizacja: Wskaźnik AU-4 zajmuje 9 bajtów z 4. wiersza Nagłówka Sekcji. Są to oficjalnie bajty H1, H2 i H3.
• Wartość Wskaźnika: Rdzeniem wskaźnika jest 10-bitowa liczba utworzona z ostatnich 2 bitów bajtu H1 i wszystkich 8 bitów bajtu H2. Ta 10-bitowa wartość to przesunięcie (offset). Wskazuje ona na początek VC-4, określając pozycję jego pierwszego bajtu względem bajtu H3. Przestrzeń ładunkowa dla VC-4 wewnątrz STM-1 jest podzielona na 783 adresowalne pozycje (od 0 do 782), każda o długości 3 bajtów, więc 10-bitowy wskaźnik ($2^{10}=1024$ wartości) jest w zupełności wystarczający.
• Flaga Nowych Danych (NDF): Pierwsze 4 bity bajtu H1 tworzą NDF. Służy do sygnalizowania zmiany w typie przenoszonego ładunku oraz, co kluczowe, do wymuszenia ustawienia wskaźnika na bezpieczną, środkową wartość po zestawieniu połączenia, aby uniknąć problematycznych przypadków brzegowych.
• Kontrola Justyfikacji (bity I/D): Wplecione w 10-bitową wartość wskaźnika są specjalne bity "I" (Increment) i "D" (Decrement). Poprzez inwersję wzorca tych bitów, nadajnik może zasygnalizować odbiornikowi, że zaraz nastąpi zdarzenie justyfikacji wskaźnika.
• Bajty Możliwości Justyfikacji (H3): Trzy bajty H3 służą jako mechanizm justyfikacji. W przypadku justyfikacji ujemnej, bajty te są używane do przeniesienia dodatkowych danych ładunku. W przypadku justyfikacji dodatniej, są one częścią przestrzeni wypełnionej pustymi danymi.

Justyfikacja Wskaźnika w Praktyce

Dynamiczna regulacja wskaźnika w celu skompensowania różnic częstotliwości między przychodzącym ładunkiem a siecią SDH nazywana jest justyfikacją wskaźnika. Wyróżniamy dwa rodzaje zdarzeń.

Przypadek 1: Justyfikacja Dodatnia (Inkrementacja Wskaźnika)

Występuje, gdy przychodzący ładunek kliencki (np. E4) jest nieco wolniejszy niż pojemność ramki STM-1. Bufor w węźle SDH zaczyna się opróżniać.

1. Wykrycie: Poziom wypełnienia bufora nadawczego spada poniżej progu. Konieczna jest justyfikacja.
2. Sygnalizacja (w Ramce N): Aby zasygnalizować zdarzenie, nadajnik odwraca bity "I" w bajtach wskaźnika H1/H2. Sama wartość wskaźnika pozostaje w tej ramce niezmieniona.
3. Działanie (w Ramce N): Nadajnik wstawia trzy puste bajty („wpychające”) w trzy pozycje bezpośrednio następujące po bajtach H3. Żadne dane ładunku nie są tam umieszczane. To skutecznie tworzy jednorazową, 3-bajtową przerwę, pozwalając buforowi na lekkie uzupełnienie.
4. Aktualizacja (w Ramce N+1): W następnej ramce nadajnik wysyła nową, zwiększoną wartość wskaźnika (np. jeśli było 88, teraz jest 89). Bity „I” są przywracane do normalnego stanu. Odbiornik wie teraz, że ma szukać początku ładunku na tej nowej, późniejszej pozycji.

Przypadek 2: Justyfikacja Ujemna (Dekrementacja Wskaźnika)

Występuje, gdy przychodzący ładunek jest nieco szybszy niż pojemność ramki STM-1. Bufor w węźle SDH zaczyna się zapełniać.

1. Wykrycie: Poziom wypełnienia bufora nadawczego przekracza próg.
2. Sygnalizacja (w Ramce N): Nadajnik odwraca bity "D" w bajtach H1/H2. Wartość wskaźnika pozostaje niezmieniona.
3. Działanie (w Ramce N): Aby pozbyć się nadmiaru danych z bufora, nadajnik umieszcza trzy bajty właściwego ładunku w normalnie nieużywanych bajtach H3. Nazywa się to ujemną możliwością justyfikacji. Pozwala to na wysłanie dodatkowych trzech bajtów ładunku w tej jednej ramce.
4. Aktualizacja (w Ramce N+1): W następnej ramce nadajnik wysyła nową, zmniejszoną wartość wskaźnika (np. jeśli było 88, teraz jest 87). Bity „D” są przywracane. Odbiornik wie, że ładunek rozpocznie się teraz o jedną pozycję wcześniej.

Hierarchia Wskaźników: To nie tylko dla Dużych Ładunków

Ten potężny mechanizm nie jest ograniczony tylko do wskaźników AU wysokiego poziomu. Jest on stosowany rekurencyjnie również dla mniejszych ładunków.

• Wskaźniki TU: Jednostki podrzędne takie jak `TU-12`, `TU-11` i `TU-2` posiadają własne wskaźniki (bajty V1, V2, V3, V4).
• Różnice: Główna różnica polega na tym, że wskaźniki TU przeprowadzają justyfikację przy użyciu pojedynczego bajtu (V3), podczas gdy wskaźniki AU-4 używają trzech bajtów (H3). Wynika to z faktu, że granulacja czasowa potrzebna dla strumienia 2 Mb/s jest inna niż dla strumienia 140 Mb/s. Zasada działania jest jednak identyczna.
• Struktura: Wskaźniki V są umieszczone wewnątrz ładunku Kontenera Wirtualnego wyższego rzędu (np. wskaźniki TU-12 znajdują się wewnątrz VC-4 lub VC-3). To wzmacnia koncepcję "kontenerów w kontenerach".