Wprowadzenie: Skalowanie Cyfrowej Autostrady

Podstawowy sygnał STM-1, o przepływności $155,52 \text{ Mb/s}$, stanowił ogromny skok pojemności w stosunku do starszych systemów PDH. Jednak prawdziwa moc SDH leży w jej eleganckiej i prostej skalowalności. Ruch sieciowy stale rośnie, a technologia transportowa musi być w stanie rosnąć wraz z nim. Hierarchia SDH została zaprojektowana tak, aby skalować pojemność w przewidywalnych, znormalizowanych krokach, tworząc cyfrową autostradę z ciągle rosnącą liczbą pasów ruchu.

Osiąga się to poprzez multipleksację wielu sygnałów STM niższego rzędu w jeden sygnał STM wyższego rzędu. Proces ten jest w pełni synchroniczny i opiera się na prostej i czystej technice zwanej przeplotem bajtowym. Łącząc wiele „pociągów” w jeden znacznie większy i szybszy pociąg, sieć może efektywnie transportować ogromne ilości danych.

Hierarchia Przepływności SDH/SONET

Hierarchia jest zbudowana na prostej zasadzie: każdy kolejny poziom ma dokładnie cztery razy większą pojemność niż poziom poniżej. Tworzy to przewidywalny i spójny zestaw przepływności, który jest rozpoznawany na całym świecie.

Uwaga: Chociaż poziomy takie jak STM-512 (80 Gb/s) i STM-768 (120 Gb/s) są teoretycznie zdefiniowane, rzadko były wdrażane w praktyce, ponieważ przemysł przeszedł na zwiększanie pojemności za pomocą technologii DWDM zamiast wyższych szybkości TDM na pojedynczej fali.

Mechanika Multipleksacji: Tworzenie Ramki STM-N

Proces tworzenia ramki wyższego rzędu, jak STM-4 z czterech ramek STM-1, jest doskonałą ilustracją synchronicznej multipleksacji z przeplotem bajtowym. Nie wymaga on wskaźników ani skomplikowanej justyfikacji, ponieważ zakłada się, że wszystkie przychodzące sygnały STM-1 są zsynchronizowane z tym samym nadrzędnym zegarem sieciowym.

Tworzenie STM-4 z Czterech STM-1

1. Wyrównanie Ramek: Multiplekser najpierw wyrównuje w czasie przychodzące cztery ramki STM-1. Ponieważ wszystkie są synchroniczne, ich granice idealnie się pokrywają.
2. Przeplot Bajtowy: Multiplekser konstruuje nową, większą ramkę STM-4 bajt po bajcie. Bierze pierwszy bajt z pierwszej ramki STM-1, następnie pierwszy bajt z drugiej STM-1, potem z trzeciej i czwartej. Powtarza ten proces dla drugiego bajtu każdej ramki STM-1, i tak dalej, „wplatając” je razem.
3. Wynikowa Struktura Ramki STM-4:
   • Wymiary: Ramka STM-4 nadal ma 9 wierszy, ale jej szerokość jest cztery razy większa niż ramki STM-1. Ma $4 \times 270 = 1080$ kolumn.
   • Czas Trwania: Co kluczowe, czas trwania ramki STM-4 to wciąż dokładnie $125 \text{ µs}$. Aby przesłać cztery razy więcej bajtów w tym samym czasie, przepływność bitowa musi być cztery razy wyższa.
   • Przepływność: $4 \times 155,52 \text{ Mb/s} = 622,08 \text{ Mb/s}$.
4. Zarządzanie Nagłówkiem: Nagłówek nowej ramki STM-4 jest tworzony poprzez połączenie i regenerację nagłówków z czterech przychodzących ramek STM-1.
   • Niektóre bajty nagłówka, jak Bajty Ramkowania (A1, A2) i kanały zarządzania (DCC), są po prostu przeplatane. Nagłówek SOH ramki STM-4 będzie miał cztery razy więcej tych bajtów.
   • Inne bajty, jak te do kontroli błędów (B1, B2), są przeliczane dla nowej, większej ramki STM-4.
   • Wskaźniki (H1, H2, H3) z oryginalnych ramek STM-1 przechodzą przezroczysto, ponieważ są częścią ładunku (AUG), który jest przeplatany.

STM-16, STM-64 i Dalej

Dokładnie ta sama zasada ma zastosowanie przy tworzeniu jeszcze wyższych poziomów hierarchii.

Tworzenie STM-16 (2,5 Gb/s)

• Skład: STM-16 powstaje przez przeplot bajtowy czterech sygnałów STM-4.
• Struktura Ramki: 9 wierszy na $4 \times 1080 = 4320$ kolumn.
• Przepływność: $4 \times 622,08 \text{ Mb/s} = 2488,32 \text{ Mb/s} \approx 2,5 \text{ Gb/s}$.

Tworzenie STM-64 (10 Gb/s)

• Skład: STM-64 powstaje przez przeplot bajtowy czterech sygnałów STM-16.
• Przepływność: $4 \times 2488,32 \text{ Mb/s} = 9953,28 \text{ Mb/s} \approx 10 \text{ Gb/s}$.

Granica TDM i Wzrost WDM

Chociaż hierarchia SDH/SONET teoretycznie kontynuuje się do STM-256 (40 Gb/s) i dalej, skalowanie do tych prędkości przy użyciu czystej multipleksacji z podziałem czasu (TDM)staje się coraz trudniejsze i droższe. Elektronika wymagana do przetwarzania sygnałów z szybkością 40 miliardów cykli na sekundę jest niezwykle złożona i energochłonna.

Z tego powodu przemysł w dużej mierze zatrzymał się na STM-64 (10 Gb/s) jako najwyższej powszechnie wdrażanej szybkości TDM na pojedynczej długości fali. Aby osiągnąć wyższe pojemności, operatorzy sieci zwrócili się ku innej formie multipleksacji: multipleksacji z podziałem długości fali (WDM). Zamiast wysyłać jeden bardzo szybki sygnał 10 Gb/s w jednym światłowodzie, technologia WDM pozwala operatorom na jednoczesne wysyłanie wielu oddzielnych sygnałów 10 Gb/s w tym samym światłowodzie, każdego na innym „kolorze” (długości fali) światła. To podejście okazało się bardziej opłacalną i skalowalną drogą do terabitowych na sekundę pojemności nowoczesnych sieci.