АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ SDH - ггнту
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
УДК 654.02 DOI: 10.34708/GSTOU. 2019.16.2.008
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СИНХРОННОЙ
ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ SDH
© Л. К. Хаджиева, М. Л. Сатуева
ГГНТУ им. акад. М. Д. Миллионщикова, г. Грозный, Россия
Ввиду быстрого прогресса в современных технологиях и огромной потребности в увеличении про-
пускной способности для использования современных средств требуется более сложная тополо-
гия сети для обеспечения лучшего качества обслуживания (QoS). Эти требования, в свою очередь,
предполагают высокую точность проектирования и совершенство метода синхронизации. Целью
данного исследования является решение способа преодоления вышеуказанной проблемы путем
реализации сети синхронной цифровой иерархии (SDH) для обеспечения и измерения QoS. Для
каждого поставщика услуг это непростая задача – удовлетворить спрос клиента. Сеть SDH разви-
валась, поскольку сеть PDH не поддерживает такие функции, как мультиплексирование более вы-
сокого порядка, обеспечивая лучшее качество обслуживания (QoS), топологии сети, отличные от
линейных, и сложность с добавлением мультиплексирования с отбрасыванием и т. д. SDH может
поддерживать QoS лучше, чем PDH. Конфигурация SDH выполняется для реализации, а проблемы
проектирования анализируются для будущего решения. Измерение QoS выполняется для изме-
рения производительности сети.
Ключевые слова: технология SDH, транспортные сети, административные сети, цифровая ие-
рархия.
Технология синхронной цифровой ие‑ среды проводных, оптических и радиолиний
рархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) связи. Данная технология пришла на смену
позволяет создавать надежные транспортные PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), которая
сети и гибко формировать цифровые каналы в обладала существенным недостатком: слож‑
широком диапазоне скоростей от нескольких ностью выделения из высокоскоростных по‑
мегабит до десятков гигабит в секунду. Основ‑ токов низкоскоростных трибутарных каналов.
ная область ее применения – первичные сети Причина заключается в том, что потоки более
операторов связи. Первичные сети предна‑ высокого уровня в PDH получаются путем
значены для создания коммутируемой инфра‑ последовательного мультиплексирования. Со‑
структуры, с помощью которой можно доста‑ ответственно, для выделения потока необхо‑
точно быстро и гибко организовать постоян‑ димо развертывать весь поток, т. е. проводить
ный канал с двухточечной топологией между операцию демультиплексирования. При этом
двумя пользовательскими устройствами, под‑ придется устанавливать дорогостоящее обо‑
ключенными к такой сети. В первичных сетях рудование в каждом пункте, где необходима
применяется техника коммутации каналов. На такая процедура, что значительно увеличивает
основе каналов, образованных первичными стоимость строительства и эксплуатации вы‑
сетями, работают наложенные компьютерные сокоскоростных линий PDH. Технология SDH
или телефонные сети. Каналы, предоставляе‑ призвана решить эту проблему. Скорости для
мые первичными сетями своим пользователям, SDH уже не ограничиваются 500 Мбит/сек, как
отличаются высокой пропускной способно‑ это было в PDH [1].
стью – обычно от 2 Мбит/с до 10 Гбит/с. SDH
(Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная Процедура контейнирования
цифровая иерархия – технология передачи вы‑ нагрузки
сокоскоростных данных на большие расстоя‑ Вся информация в системе SDH передает‑
ния с использованием в качестве физической ся в контейнерах. Контейнер представляет со‑
67Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
бой структурированные данные, передаваемые расположение во фрейме STM-N также пред‑
в системе. Если система PDH генерирует тра‑ сказуемо. Поэтому низкоскоростной трибутар‑
фик, который нужно передать по системе SDH, ный сигнал (вплоть до сигнала DS-0, то есть
то данные PDH, так и SDH, сначала структури‑ одного тайм-слота PDH, 64 kbps) может быть
руются в контейнеры, а затем к контейнеру до‑ напрямую добавлен или извлечен из сигна‑
бавляется заголовок и указатели, в результате ла STM-N. Заметьте, что это не одно и то же
образуется синхронный транспортный модуль с вышеописанным процессом добавления/
STM-1. По сети контейнеры STM-1 передают‑ выделения низкоскоростного сигнала SDH в/
ся в системе SDH разных уровней (STM-n), но из высокоскоростного сигнала SDH. Здесь это
во всех случаях расформированный STM-1 мо‑ относится к прямому добавлению/выделению
жет только складываться с другим транспорт‑ низкоскоростного трибутарного сигнала, та‑
ным модулем, то есть имеет место мультиплек‑ кого как 2 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с в/
сирование транспортных модулей. из сигнала SDH. Это устраняет необходимость
Понятие виртуального контейнера. Еще использования большого количества оборудо‑
одно важное понятие, непосредственно связан‑ вания мультиплексирования / демультиплек‑
ное с общим пониманием технологии SDH, – сирования (взаимосвязанного), повышает на‑
это понятие виртуального контейнера VC. В дежность и уменьшает вероятность ухудшения
результате добавления к контейнеру трактово‑ качества сигнала, снижает стоимость, потре‑
го (маршрутного) заголовка получается вирту‑ бление мощности и сложность оборудования.
альный контейнер. Виртуальные контейнеры Добавление/выделение услуг в дальнейшем
находятся в идеологической и технологиче‑ упрощается [3].
ской связи с контейнерами, так что контейне‑
ру C-12 соответствует виртуальный контейнер Анализ сравнения SDH с PDH
VC-12 (передача потока E1), C-3 – VC-3 (пере‑ Первой цифровой технологией передачи
дача потока E3), C-4 – контейнер VC-4 (пере‑ была технология плезиохронной цифровой ие‑
дача потока STM-1) [4]. рархии (PDH-Plesiochronous Digital Hierarchy).
В технологии PDH используется импуль‑
Метод мультиплексирования сно-кодовая модуляция ИКМ (PCM-Pulse Code
Поскольку низкоскоростные сигналы PDH Modulation) и временное разделение каналов
мультиплексируются в структуру фрейма вы‑ (TDM-Time Domain Multiplexing). Системы
сокоскоростных сигналов SDH посредством PDH были первоначально разработаны для
метода побайтового мультиплексирования, их медных кабелей (витая пара и коаксиальные
расположение во фрейме высокоскоростного кабели). Однако для оборудования PDH были
сигнала фиксировано и определено или, ска‑ разработаны и волоконно-оптические интер‑
жем, предсказуемо. Поэтому низкоскоростной фейсы.
сигнал SDH, например 155 Мбит/с (STM-1), Недостатком сетей PDH является невоз‑
может быть напрямую добавлен или выделен можность непосредственного выделения дан‑
из высокоскоростного сигнала, например 2.5 ных низкоскоростного канала из данных высо‑
Гбит/с (STM-16). Это упрощает процесс муль‑ коскоростного сигнала, если каналы работают
типлексирования и демультиплексирования на несмежных уровнях иерархии скоростей.
сигнала и делает SDH иерархию особенно под‑ Например, нельзя выделить данные канала Е1
ходящей для высокоскоростных волоконно-оп‑ из данных канала Е3 – необходимо последо‑
тических систем передачи, обладающих боль‑ вательно демультиплексировать канал Е3 на
шой производительностью. каналы Е2, канал Е2 на каналы Е1, а затем на
Поскольку принят метод синхронного отдельные телефонные каналы.
мультиплексирования и гибкого отображения В 90‑е годы XX века широкое распростра‑
структуры, низкоскоростные сигналы PDH нение получило новое поколение цифровой
(например 2 Мбит/с) также могут быть муль‑ иерархии – синхронная цифровая иерархия
типлексированы в сигнал SDH (STM-N). Их (SDH-Synchronous Digital Hierarchy). Техноло‑
68Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
гия SDH является более гибкой по сравнению с • надежное резервирование и эффектив‑
PDH. Она изначально разрабатывалась для во‑ ное управление сетью.
локонно-оптической связи. Уровни иерархии Технология SDH широко используется в
SDH приведены в табл. 1.3. магистральных и зоновых сетях. В США тех‑
Технология SDH позволяет вводить и вы‑ нология, основанная на синхронной цифровой
водить сигналы на любом уровне иерархии. иерархии, называется SONET.
Можно даже ввести и вывести сигнал со ско‑ Достоинства SDH. Упрощение сети: один
ростью 2 Мбит/с. В технологии PDH это не‑ мультиплексор ввода/вывода заменяет цепочку
возможно, так как там иерархия выстраивается мультиплексоров PDH;
уровень за уровнем. Надежность и самовосстанавливаемость
Наиболее важными компонентами сети сети. Надежность обеспечивается использова‑
SDH являются: нием ВОК (волоконно-оптического кабеля);
• Оконечные мультиплексоры (TM- Самовосстанавливаемость – архитектура
Terminal Multiplexer), которые используются и гибкое управление сетями позволяют ис‑
для объединения более низкоскоростных сиг‑ пользовать защищенный режим работы, допу‑
налов в высокоскоростные сигналы уровня скающий 2 альтернативных пути распростра‑
STM-N (N= 1, 4, 16 или 64) или для выделения нения сигнала, а также обход поврежденного
низкочастотных сигналов. узла сети;
• Мультиплексоры ввода-вывода (ADM- Гибкость управления сетью – наличие
Add-Drop Multiplexer), которые используют‑ большого числа широкополосных каналов
ся для добавления низкоскоростного сигна‑ управления и компьютерная иерархия в систе‑
ла к сигналу уровня STM-N или выделения ме управления; автоматическое дистанцион‑
низкоскоростного сигнала из сигнала уровня ное управление сетью из одного центра;
STM-N. Выделение полосы пропускания по тре‑
• Регенераторы (R-Repeater), которые бованию (возможно переключение на другой
используются для усиления и восстановления широкополосный канал);
цифрового сигнала с целью увеличения даль‑ Прозрачность для передачи любого трафи‑
ности передачи. ка – использование виртуальных контейнеров,
• Цифровые кросс-коммутаторы (DXC‑ инкапсулирующих трафик технологий АТМ
Digital Cross Connects), которые используются (асинхронный режим передачи), ISDN и др.;
для создания на цифровом уровне соединений Универсальность применения – техноло‑
между сигналами STM-N. гия может использоваться для создания как
Наиболее важные особенности техноло‑ глобальных, так и локальных сетей;
гии SDH: Простота наращивания мощностей (ис‑
• повышение гибкости механизма муль‑ пользуется универсальная стойка, на которой
типлексирования, возможность непосред‑ крепятся функциональные блоки (карты), лег‑
ственной вставки низкоскоростных потоков в ко заменяемые на большую скорость переда‑
высокоскоростной поток и выделения низко‑ чи).
скоростных потоков из высокоскоростного по‑ Недостатки SDH. Жесткие требования к
тока, идентичности схем мультиплексирования при
• обеспечение асинхронности низкоско‑ объединенном STM-N;
ростного потока относительно высокоскорост‑ При формировании STM-1 из Е1 умень‑
ного, шается информационная емкость, SDH нельзя
• совместимость со всеми уровнями тех‑ синхронизировать с АТС.
нологии PDH и с технологией ATM, Технология синхронной цифровой ие‑
• высокие скорости передачи до 10 рархии первоначально была разработана ком‑
Гбит/с с перспективой увеличения скорости панией Bellcore под названием «синхронные
передачи до 40 Гбит/с, оптические сети» (Synchronous Optical NETs,
• волоконно-оптические интерфейсы, SONET) и, по сути, является развитием тех‑
69Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
нологии PDH. Быстрое развитие телекомму‑ торых случаях работе аппаратного обеспече‑
никационных технологий привело к необ‑ ния мобильного устройства. Описанные выше
ходимости расширения иерархии скоростей технологии не имеют достаточных средств
PDH и максимального использования всех защиты от атак, направленных на получение
возможностей, которые предоставляла новая конфиденциальной информации. У каждого из
среда – волоконно-оптические линии связи. них есть ряд недостатков, которые позволяют
Одновременно с расширением линейки скоро‑ злоумышленнику, даже если не высококвали‑
стей нужно было освободиться от выявленных фицированному, получить персональные дан‑
за время эксплуатации этих сетей недостат‑ ные владельца мобильного устройства. Техни‑
ков PDH, прежде всего от принципиальной ческие решения, представленные на рынке в
невозможности выделения отдельного низко‑ настоящее время, не позволяют гарантировать
скоростного потока из высокоскоростного без себя от таких атак.
полного демультиплексирования последнего. Решение проблемы может заключаться в
Сам термин «плезиохронный» говорит о при‑ разработке дополнительных средств защиты
чине такого явления – отсутствии полной син‑ информации, а также в отказе от использова‑
хронности потоков данных при объединении ния некоторых особо уязвимых технологий.
низкоскоростных каналов в более скоростные. Современные технологии позволяют исполь‑
Кроме этого, в технологии PDH не были пред‑ зовать различные системы для защиты сетей
усмотрены встроенные средства обеспечения от взлома и других атак. Развитие технологий
отказоустойчивости и управления сетью. Была и человеческих потребностей в сфере услуг
создана технология, способная передавать тра‑ связи привело к стандартизации этих средств
фик всех существующих цифровых каналов [5].
уровня PDH по высокоскоростной магистраль‑ Перечисленные здесь один за другим – это
ной сети на базе волоконно-оптических кабе‑ элементы стандартизации, связанные с безо‑
лей и обеспечить иерархию скоростей, продол‑ пасностью в сетях, основанных на техноло‑
жающую иерархию технологии PDH до скоро‑ гии SDH: Появление стандартов синхронной
сти в несколько Гб. В результате длительной цифровой иерархии передачи данных (SDH)
работы удалось создать стандарт на синхрон‑ в 1988 году ознаменовало собой новый этап
ную цифровую иерархию (Synchronous Digital развития транспортных сетей. Технология
Hierarchy, SDH) [3]. SDH широко используется для организации
надежной передачи данных. SDH была разра‑
Обеспечение безопасности передачи ботана для того, чтобы получить стандартный
данных в SDH протокол для взаимодействия провайдеров –
Любая сеть должна иметь определенные поставщиков сетевых услуг; унифицировать
стандарты и правила безопасности для защи‑ американские, европейские и японские цифро‑
ты от несанкционированного доступа к конфи‑ вые системы; обеспечить мультиплексирова‑
денциальным пользовательским данным и обе‑ ние цифровых сигналов на гигабитных скоро‑
спечения бесперебойной связи для критически стях; обеспечить поддержку функций эксплу‑
важных служб во время чрезвычайных ситуа‑ атации и технического обслуживания OA&M
ций. Это одна из наиболее важных задач, стоя‑ (operation, administration and maintenance –
щих перед операторами мобильных сетей. Бла‑ функционирование, администрирование и тех‑
годаря широкому использованию смартфонов ническое обслуживание).
на рынке мобильной связи все больше и боль‑ Системы синхронной передачи не только
ше функций передаются сторонним приложе‑ преодолели ограничения систем-предшествен‑
ниям, часто предоставляемым независимыми ниц (PDH), но и снизили накладные расходы
разработчиками. Ошибки и недостатки в коде на передачу информации. Ряд уникальных до‑
такой программы могут привести к появле‑ стоинств – доступ к низкоскоростным каналам
нию уязвимостей, которые угрожают не только без полного демультиплексирования всего по‑
правильной работе приложений, но и в неко‑ тока, высокая отказоустойчивость, развитые
70Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
средства мониторинга и управления, гибкое – высокий уровень стандартизации тех‑
управление постоянными абонентскими сое‑ нологии, что облегчает интеграцию и расши‑
динениями, обусловили ее высокий темп раз‑ рение системы, дает возможность применения
вития, ставший основой первичных сетей но‑ оборудования различных производителей;
вого поколения. – высокая степень распространения стан‑
Стек протоколов SDH состоит из протоко‑ дарта в мировой практике.
лов трех основных уровней (рис. 5.9): Стандарт SDH обладает достаточной сте‑
– уровень соединения контролирует до‑ пенью зрелости, что делает его надежным для
ставку данных между двумя конечными поль‑ инвестиций [6].
зователями сети; В дополнение к перечисленным досто‑
– уровень управления передачей данных инствам необходимо отметить развитие ма‑
поддерживает физическую целостность сети, гистральных телекоммуникаций российских
поддерживает операции административного операторов связи на основе SDH, что предо‑
контроля, осуществляет различные операции ставляет дополнительные возможности для
реконфигурирования в случае отказа како‑ привлекательных интеграционных решений.
го‑либо элемента сети и др.; Перечисленные достоинства делают решения,
– физический уровень, названный в стан‑ основанные на технологии SDH, рациональ‑
дарте фотонным (photonic), имеет дело с коди‑ ными с точки зрения инвестиций. В настоящее
рованием бит информации с помощью модуля‑ время она может считаться базовой для постро‑
ции света. ения современных транспортных сетей, как
На сегодняшний день технология SDH для корпоративных сетей различного масшта‑
считается не только перспективной, но и до‑ ба, так и для сетей связи общего пользования.
статочно апробированной технологией для Выводы. Сети SDH заняли прочное по‑
создания транспортных сетей. Технология ложение в телекоммуникационном мире. Се‑
SDH обладает рядом важных достоинств с годня они составляют фундамент практически
пользовательской, эксплуатационной и инве‑ всех крупных сетей – региональных, нацио‑
стиционной точек зрения: нальных и международных. Это положение
– умеренная структурная сложность, сни‑ еще более укрепилось в результате появления
жающая затраты на монтаж, эксплуатацию и технологии спектрального мультиплексирова‑
развитие сети, в том числе подключение новых ния DWDM, поскольку сети SDH могут легко
узлов; интегрироваться с этим новым типом оптиче‑
– широкий диапазон возможных скоро‑ ских магистралей с поддержкой очень высоких
стей – от 155,520 Мбит/с (STM-1) до 2,488 скоростей в сотни гигабит в секунду. В маги‑
Гбит/с (STM-16) и выше; стральных сетях с ядром DWDM сети SDH бу‑
– возможность интеграции с каналами дут играть роль сети доступа, т. е. выполнять
PDH, поскольку цифровые каналы PDH явля‑ те же функции, которые сети PDH играют по
ются входными каналами для сетей SDH; отношению к SDH.
– высокая надежность системы благодаря В настоящий момент развитие сетей SDH
централизованному мониторингу и управле‑ в практике российской связи переходит от
нию, а также возможности использования ре‑ этапа экспериментального внедрения к эта‑
зервных каналов; пу широкого внедрения и эксплуатации, что
– высокая степень управляемости си‑ повышает интерес к процессам измерения на
стемы благодаря полностью программному цифровой сети SDH. До сих пор операторы
управлению; эксплуатировали такие сети, построенные на
– возможность динамического предостав‑ базе оборудования одного производителя, и с
ления услуг – каналы для абонентов могут сравнительно несложной топологией. Однако
создаваться и настраиваться динамически, без начинается процесс расширения цифровых
внесения изменений в инфраструктуру систе‑ сетей SDH, усложнения их топологии и пре‑
мы; вращения в гетерогенные. В ближайшее время
71Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
может возникнуть необходимость в докумен‑ ясны, и они с успехом будут применяться для
тах по методологии измерений, однако уже повышения эффективности и надежности ра‑
сегодня общие положения такой методологии боты сетей SDH.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бакланова И. Г. SDH-NGSDH: практический взгляд на развитие транспортных сетей.
М.: Метротек, 2006. 736 с. ил. (Системы эксплуатации связи) ISBN 5‑902733-02‑2 ISBN
5‑902733-02‑2
2. Бакланов И. Г. Технологии измерений первичной сети. Часть 1. Системы E1, PDH, SDH.
М.: Эко-Трендз, 2000. 142 с. ISBN: 5‑88405-019‑4
3. Гольдштейн Б. С. Сигнализация в сетях связи. М.: Радио и связь, 1997. 423 с.: ил. ISBN
5‑256-01381‑5
4. Хаджиева Л. К., Мааева А. Н. Эффективность и надежность узла связи // Материалы II
Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых уче‑
ных. Молодежь, наука, инновации. 2019. С. 209‑216.
5. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM,
PDH, SDH, SONET и WDM). 2‑е изд., исправ. М.: Радио и связь, 2003. 468 с.
6. Хмелев К. Ф. Основы SDH. 2003. 584 c.
ANALYSIS OF THE USE OF TECHNOLOGY SYNCHRONOUS
DIGITAL HIERARCHY SDH
© L. K. Khadzhieva, M. L. Satueva
GSTOU namedafter acad. M. D. Millionshchikov, Grozny, Russia
Due to rapid advances in modern technology and the huge need for increased bandwidth, the use of
modern facilities requires a more complex network topology to provide better quality of service (QoS).
These requirements, in turn, imply high accuracy of design and perfection of synchronization methods.
The aim of this study is to solve a way to overcome the above problem by implementing a synchronous
digital hierarchy (SDH) network to provide and measure QoS. For each service provider, it is not an
easy task to meet customer demand. The SDH network has evolved because the PDH network does not
support features such as higher order multiplexing, providing better quality of service (QoS), network
topologies other than linear, and complexity with the addition of drop multiplexing, etc. SDH can support
QoS better than PDH. The configuration is performed for the SDH implementation as problems of design
analyses for future decisions. The QoS measurement is performed to measure network performance.
Key words: SDH technology, transport networks, administrative networks, digital hierarchy.
REFERENCES
1. Baklanova, I. G. (2006) SDH-NGSDH: prakticheskij vzgljad na razvitie transportnyh setej.
[SDH-NGSDH: a practical look at the development of transport networks]. M.: Metrotek, 736
p. il. – (Sistemy jekspluatacii svjazi) ISBN 5‑902733-02‑2 ISBN 5‑902733-02‑2
72Вестник ГГНТУ. Технические науки, том XV, № 2 (16), 2019
2. Baklanov, I. G. (2000) Tehnologii izmerenij pervichnoj seti. Chast’ 1. Sistemy E1, PDH, SDH
[Primary Network Measurement Technologies. Part 1. Systems E1, PDH, SDH M]. M.: Eco-
Trends. 142 p. ISBN: 5‑88405-019‑4
3. Goldstein, B. S. (1997) Signalizacija v setjah svjazi [Alarm in communication networks. M.:
Radio and communications]. 423 p.: il. ISBN 5‑256-01381‑5
4. Khadzhieva, L. K. and Maaeva, A. N. (2019) ‘Effektivnost’ i nadezhnost’ uzla svjazi’.Materialy
II Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh.
Molodezh’, nauka, innovacii [Efficiency and reliability of the communication center. Materials
of the II All-Russian scientific-practical conference of students, graduate students and young
scientists. Youth, science, innovation],pp. 209‑216.
5. Slepov, N. N. (2003) Sovremennye tehnologii cifrovyh optovolokonnyh setej svjazi. (ATM,
PDH, SDH, SONET i WDM) 2‑e izd., isprav. M.: Radio i svjaz’ [Modern technologies of
digital fiber-optic communication networks (ATM, PDH, SDH, SONET and WDM). 2nd ed.,
cor. M.: Radio and communications]. 468 p.
6. Khmelev, K. F. (2003) Osnovy SDH [The basics of SDH]. 584 p.
73Вы также можете почитать
