Wprowadzenie: Od Cyfrowej Dżungli do Cyfrowej Autostrady

Przed nadejściem ery SDH, świat cyfrowego transportu o dużej pojemności był zdominowany przez Plezjochroniczną Hierarchię Cyfrową (PDH). Chociaż PDH była niezbędnym pierwszym krokiem w odejściu od systemów analogowych, można ją porównać do chaotycznego, zdezorganizowanego magazynu. Towary (dane) były pakowane w niejednolite pudełka (ramki), taktowanie nie było uniwersalne, a znalezienie jednego przedmiotu wymagało rozpakowania całych palet.

SDH stanowiło zmianę paradygmatu. Było to odpowiednikiem zaprojektowania w pełni zautomatyzowanego, globalnie znormalizowanego centrum logistycznego. Dzięki standardowym kontenerom, zrobotyzowanym systemom sortowania i centralnej konsoli zarządzania, SDH wprowadziło porządek, wydajność i inteligencję do sieci transportowej. Ta strona zgłębi specyficzne, rewolucyjne zalety, które uczyniły SDH dominującą technologią transportową na ponad dwie dekady, porównując jej rozwiązania z fundamentalnymi problemami PDH.

Zaleta 1: Uproszczona Multipleksacja Dodająco-Odejmująca

To być może najważniejsza zaleta operacyjna SDH. Adresuje ona największą słabość PDH: trudność w dostępie do kanałów o niskiej prędkości wewnątrz strumienia danych o wysokiej prędkości.

Problem PDH: „Matrioszka” Demultipleksacji

Wyobraźmy sobie potrzebę uzyskania dostępu do pojedynczego kanału E1 o przepływności 2 Mb/s ze strumienia 140 Mb/s (E4). W PDH nie było sposobu, aby „zajrzeć” do środka strumienia o dużej prędkości. Aby dostać się do tego jednego kanału E1, trzeba było przeprowadzić pełną, wielostopniową demultipleksację:

1. Cały sygnał 140 Mb/s musiał zostać zatrzymany.
2. Był on demultipleksowany na cztery składowe strumienie 34 Mb/s (E3).
3. Właściwy strumień E3 musiał być zidentyfikowany i zdemultipleksowany na cztery strumienie 8 Mb/s (E2).
4. Właściwy strumień E2 był demultipleksowany na cztery strumienie 2 Mb/s (E1).
5. Wreszcie można było wyodrębnić pożądany kanał E1.

Aby przesłać resztę ruchu tranzytowego dalej, cały proces multipleksacji musiał być odwrócony. Wymagało to ogromnych zestawów drogich multiplekserów i demultiplekserów połączonych „plecami do siebie” w każdym pośrednim węźle, co czyniło sieć niezwykle kosztowną i złożoną.

Rozwiązanie SDH: Wskaźniki i Przeplot Bajtowy

SDH rozwiązało ten problem za pomocą dwóch eleganckich koncepcji:

• Przeplot Bajtowy: Sygnały o niższej prędkości są multipleksowane w ramkę o wyższej prędkości bajt po bajcie. Tworzy to przewidywalną strukturę, w której bajty należące do danego kanału zawsze pojawiają się w tych samych względnych pozycjach w ramce.
• Wskaźniki: Wskaźniki AU i TUdziałają jak dynamiczny „spis treści” dla ramki. Wprost określają, gdzie zaczyna się każdy ładunek.

Multiplekser Dodająco-Odejmujący (ADM)po prostu odczytuje wskaźniki, natychmiast poznaje dokładną lokalizację dowolnego pożądanego kanału, wyodrębnia go i pozwala reszcie ramki przejść dalej nienaruszonej. Wyeliminowało to potrzebę stosów demultiplekserów, drastycznie redukując koszty i złożoność oraz umożliwiając budowę praktycznych sieci pierścieniowych.

Zaleta 2: Globalna Interoperacyjność

Problem PDH: Cyfrowa „Wieża Babel”

PDH rozwijało się niezależnie w różnych częściach świata, co doprowadziło do powstania trzech niekompatybilnych głównych standardów:

• Europa i większość świata: System E-carrier, oparty na sygnale E1 $(2,048 \text{ Mb/s})$, 30 kanałów głosowych.
• Ameryka Północna i Japonia: System T-carrier, oparty na sygnale T1 $(1,544 \text{ Mb/s})$, 24 kanały głosowe.

Łączenie tych systemów wymagało skomplikowanego i drogiego sprzętu „bramowego”, który musiał konwertować przepływności i struktury ramek na granicach międzynarodowych. Stanowiło to znaczącą barierę w budowie płynnej, globalnej sieci cyfrowej.

Rozwiązanie SDH/SONET: Wspólny Język

Chociaż SONET był zoptymalizowany pod świat T-carrier, a SDH pod świat E-carrier, zostały one zaprojektowane z myślą o interoperacyjności. Podstawowa przepływność SONET, OC-1 $(51,84 \text{ Mb/s})$, została wybrana specjalnie tak, aby jej wielokrotności zgadzały się z przepływnościami SDH. Fundamentalna przepływność SDH, STM-1 ($155,52 \text{ Mb/s}$), jest dokładnie trzykrotnością przepływności OC-1. Oznacza to, że sygnał SONET OC-3 jest identyczny pod względem szybkości i struktury ramki z sygnałem SDH STM-1. To celowe dopasowanie stworzyło pierwszy prawdziwie globalny standard dla transportu optycznego, pozwalając na bezproblemowe łączenie sprzętu z różnych regionów.

Zaleta 3: Zaawansowane Zarządzanie i Monitorowanie

Problem PDH: „Głupia” i Nieprzejrzysta Sieć

Sieci PDH zapewniały bardzo ograniczone środki do samomonitorowania. Nie było standardowego sposobu na sprawdzanie wydajności, wykrywanie błędów w czasie rzeczywistym czy zdalne zarządzanie elementami sieci. Zlokalizowanie usterki często wymagało wysłania techników w celu ręcznego testowania fizycznych segmentów sieci za pomocą zewnętrznego sprzętu, co było procesem powolnym i kosztownym.

Rozwiązanie SDH/SONET: Wbudowane Funkcje OAM

SDH zintegrowało kompleksowy zestaw funkcji Eksploatacji, Administracji i Utrzymania (OAM) bezpośrednio w bajtach nagłówka każdej ramki. Zapewniło to:

• Wbudowane Monitorowanie Wydajności: Używając bajtów B1, B2 i B3, sieć nieustannie sprawdza się pod kątem błędów bitowych odpowiednio na poziomie regeneratora, multipleksera i ścieżki od końca do końca. Pozwala to na natychmiastowe wykrywanie uszkodzeń i proaktywne utrzymanie.
• Wbudowane Kanały Komunikacyjne (DCC): Bajty D1-D12 tworzą dedykowaną sieć zarządzania, która podróżuje razem z danymi użytkownika. Pozwala to centralnemu Systemowi Zarządzania Siecią (NMS) na połączenie się z każdym urządzeniem, odpytanie o jego status, zebranie danych o wydajności i zdalną konfigurację, bez potrzeby tworzenia oddzielnej, fizycznej sieci do zarządzania.
• Standardowe Alarmy i Sygnalizacja: Sygnały takie jak AIS (Sygnał Wskazania Alarmu) i RDI (Zdalna Sygnalizacja Defektu) zapewniają standardowy język do komunikowania awarii między elementami sieci, co jest niezbędne do szybkiej izolacji usterek i uruchamiania automatycznego przełączania protekcyjnego.

Dalsze Przewagi Struktury SDH