SDH Synchroniczny system teletransmisyjny.

Zalecana w Polsce struktura zwielokrotnienia

Zalecenia dla struktury zwielokrotnienia w Polsce przewidują zwielokrotnianie jedynie sygnałów o przepływnościach:

• 2 048 kbit/s
• 34 368 kbit/s
• 139 264 kbit/s

Rysunek 1.2.

C - kontener (ramka)
VC - kontener wirtualny
TU - jednostka podrzędna
TUG - grupa jednostek podrzędnych
AU - jednostka administracyjna
AUG - grupa jednostek administracyjnych
STM - synchroniczny moduł transportowy

SDH definiuje "kontenery" C-n (Container) odpowiadające istniejącym przepływnościom systemów plezjochronicznych. Znaczenie przyrostka "n", odnoszącego się do przepływności sygnałów plezjochronicznych, przedstawiono w tabeli 1.1.

Tabela 1.1.

Kontener C-n jest podstawowym elementem sygnału STM-1 składającym się z grupy bajtów służącej do przenoszenia strumieni o przepływnościach zdefiniowanych w zaleceniu CCITT G.702. Kontener wirtualny VC-n utworzony zostaje z kontenera C-n i nagłówka toru POH (Path Over Head). POH zapewnia przenoszenie informacji sterującej i kontrolę toru na całej jego długości. Towarzyszy on kontenerowi VC od momentu jego montażu (mapping), do chwili demontażu (demaooing).
Kontenery VC-3 i VC-4 mogą przenosić kilka jednostek podrzędnych (TU) i grup jednostek podrzędnych TUG. TU oraz TUG przenoszą kontenery wirtualne zawierające sygnały o najniższych poziomach hierarchii zwielokrotnienia.
Jednostka podrzędna TU składa się z kontenera wirtualnego VC i znacznika tego kontenera. Znacznik wskazuje położenie pierwszego bajtu (początku) kontenera wirtualnego w przestrzeni ładunkowej jednostki podrzędnej TU. Pozycja kontenera VC w TU nie jest stała, natomiast pozycja znacznika kontenera w stosunku do następnego stopnia struktury zwielokrotnienia nie zmienia się.
Grupa jednostek podrzędnych TUG jest tworzona przez pewną ilość identycznych jednostek podrzędnych TU. Jednostka administracyjna AU zawiera największy kontener wirtualny VC, wypełniający przestrzeń użytkową oraz znacznik tego kontenera. Pozycja znacznika AU, który wskazuje początek kontenera wirtualnego VC w przestrzeni ładunkowej ramki STM-1, jest stała ( w czwartym wierszu modułu STM-N).
Warto zwrócić uwagę, że przepływność 34 Mbit/s powinna być wykorzystana jedynie do transmisji sygnałów telewizyjnych, wideo lub usług szerokopasmowych. Wynika to z kompromisu pomiędzy EUROPĄ i AMERYKĄ, który polega na tym, że kontener VC-3 jest wspólny do przenoszenia strumieni 34 i 45 Mbit/s. Stąd też, pomimo możliwości umieszczenia w module STM-1 czterech strumieni 34 Mbit/s w kontenerach VC-31, faktycznie wprowadzane są tylko trzy, co oznacza przeniesienie łącznie 48 strumieni 2Mbit/s. Jest to więc nieefektywne, bowiem przy bezpośredniej multipleksacji strumieni 2Mbit/s można wprowadzić do ramki STM-1 63 takie sygnały.

SYNCHRONICZNY MODUŁ TRANSPORTOWY STM-1

Ramką sygnału w SDH jest moduł STM-1 rys. 2.1.
W systemach plezjochronicznych odpowiednikiem takiego modułu jest ramka, stąd przez analogię używane są zamienne określenia moduł i ramka.

Rysunek 2.1.

Przestrzeń ładunkową modułu STM-1 wypełniają różne kombinacje kontenerów wirtualnych, co zostało zdefiniowane w Zaleceniu G.709. Każdy z kontenerów wirtualnych związany jest z sygnałem plezjochronicznym o określonej przepływności.
Synchroniczny moduł transportowy jest podstawową jednostką w technice SDH i zawiera część użytkową (utworzoną z przestrzeni ładunkowej i znacznika kontenera VC-4 (AU) oraz nagłówek sekcji SOH. Nagłówek sekcji dzieli się na dwie części: nagłówek sekcji regeneratora (Regenerator Section OverHead - RSOH) i nagłówek sekcji krotnicy (Multiplex Section OverHead - MSOH).
Ramkę STM-1 wygodnie jest rozpatrywać jako macierz o wymiarach 9 wierszy (9 bajtów) na 270 kolumn (270 bajtów), bowiem w ramce STM-1 związana jest przepływność 155,520 Mbit/s. Czas trwania pojedynczej ramki wynosi 125us (tzn. czas transmisji wszystkich bajtów w macierzy, o której mowa). Oznacza to przesłanie w czasie 125us 9 x 270 = 2 430 bajtów, czyli 2 430 x 8 = 19 440 bitów.
Nagłówek sekcji - SOH usytuowany jest w pierwszych dziewięciu kolumnach w strukturze modułu, ściślej w wierszach od 1 do 3 i od 5 do 9 tego obszaru. W czwartym wierszu tego obszaru znajduje się znacznik kontenera - AU. Pozostałe 261 kolumn, to obszar przeznaczony dla sygnałów użytkowych (przestrzeń ładunkowa - payload)
Pierwsze sześć bajtów SOH, w pierwszym wierszu, stanowi wzór ramkowania. Wzór ten jest istotny dla układów fazowania. Z punktu widzenia tych układów moduł transportowy STM-1 to ciąg 19 440 bitów, z którego pierwszych 48 bitów to właśnie wzór ramkowania - pozwala on zidentyfikować początek ramki STM-1.
Na rysunku 2.2. pokazano strukturę modułu transportowego STM-1, układ i przeznaczenie poszczególnych bajtów nagłówka sekcji SOH oraz nagłówka toru POH. Na tle przestrzeni ładunkowej ramki STM-1 pokazano kontener VC-4, który wypełnia przestrzeń ładunkową modułu STM-1. Szczegółowo zagadnienia z tym związane zostaną omówione w dalszej części niniejszego opracowania.

A1, A2 - wzór ramkowania (A1 - 1110110, A2 - 00101000)
B1, B2, B3, - bajty kontroli parzystości (kod BIP-N)
C1 - określa numer STM-1 w ramce STM-N
D1-D3 - kanał transmisji danych do zarządzania siecią (192 kbit/s)
D4-D12 - jak D1-D3 (576 kbit/s)
E1 - kanał telefoniczny do łączności służbowej (64 kbit/s) w sekcjach międzyregeneratorowych
E2 - jak E1 w sekcjach międzykrotnicowych
F1, F2 - kanały urzytkownika
G1 - status toru - sygnalizuje zwrotnie błąd BIP-8 (na podstawie bajtu B3)
H4 - wskaźnik wieloramki dla sygnałów 2 Mbit/s (określa jej początek)
J1 - adres węzła dostępu (weryfikuje ciągłość istnienia toru VC-n)
K1, K2 - kanał automatycznego przełączania na rezerwę
K3, K4 - jak K1, K2 na poziomie toru
Z1, Z2, Z5 - bajty rezerwowe
S1 - sposób synchronizacji
M1 - do zliczania błędów w poszczególnych sekcjach

Odwzorowanie sygnałów cyfrowych w kontenerach wirtualnych i wprowadzenie kontenerów do STM-1

Kontenery wirtualne VC-12, VC-3 i VC-4

Kontenery (C-n) służą do ładowania w nie informacji przenoszonej np. przez sygnały plezjochroniczne. Kontenery są nieco większe, niż by to wynikało z przepływności sygnałów, które mają być z ich wykorzystaniem transportowane w sieci. Ta wolna nadmiarowa przestrzeń kontenerów jest wypełniana przez tzw. bity dopełnienia. Sposób odwzorowania jest tu podobny jak w procedurze dopełniania stosowanej w konwencjonalnych krotnicach PDH. Każdy z kontenerów zawiera dodatkowo informację sterującą. Informacja ta nazywana jest nagłówkiem toru (POH - Path Overhead). Bajty nagłówka toru dają operatorowi możliwość śledzenia stanu drogi przesyłowej. Kontener C-n i dodany do niego nagłówek toru tworzą kontener wirtualny - VC-n (Virtual Container). Pozycja kontenerów w module (ramce) STM-1 nie musi być stała. W związku z tym każdemu kontenerowi przyporządkowany jest odpowiadający mu znacznik (pointer). Znacznik ten wskazuje początek kontenera w stosunku do ramki, której przestrzeń wypełnia kontener. Proces ładowania kontenerów oraz dodawania nagłówków jest powtarzany na kolejnych poziomach hierarchii SDH. Powoduje to tzw. "Zagnieżdżanie" kontenerów, aż do wypełnienia największego kontenera VC-n, który zajmuje przestrzeń użytkową modułu STM-1. W Europie jest to kontener VC-4. Pozycję kontenera VC-4 w module STM-1 określa znacznik AU (pointer AU). Kontener VC-4 wraz ze znacznikiem tworzy jednostkę administracyjną - AU (Administrative Unit). Do jednostki administracyjnej zostaje jeszcze dodany nagłówek sekcji (SOH - Section Overhead), wykorzystywany do procesów zarządzania i nadzoru w sieciach SDH.
Systemy SDH większej niż STM-1 przepływności, są tworzone przez zwielokrotnianie systemu 155 Mbit/s metodą przeplatania bajtowego.
Struktura odwzorowania umożliwia łączenie kontenerów na wiele sposobów. W Europie działały odpowiednie grupy robocze ETSI oraz ITU-T, których celem było ustalenie jednolitej metody zalecanej do stosowania na jej terytorium.

Nagłówki toru (POH) kontenerów wirtualnych

Sygnały różnych poziomów PDH, jak wspomniano, transportowane są przez sieć synchroniczną poprzez umieszczenie ich we właściwych kontenerach i wprowadzenie tych kontenerów do obszaru przestrzeni ładunkowej modułu STM-1. Sygnały plezjochroniczne odwzorowywane są w odpowiedni kontener synchroniczny C-n wraz z nagłówkiem toru POH tworzą kontener wirtualny VC-n.
W zależności od typu kontenera wirtualnego, zawiera on jeden z dwóch typów nagłówka toru. Nagłówek toru kontenerów wirtualnych niższego rzędu VC-12 składa się zasadniczo z jednego bajtu, określonego jako bajt V5. Poszczególna bity tego typu nagłówka przedstawiono na rysunku.

Rysunek 3.1. Bajt nagłówka toru (POH) kontenera VC-12.

Przeznaczenie bitów nagłówka jest następujące:
BIP-2 - Bity kontroli parzystości słów 2 bitowych (Bit Interleaved Parity) poprzedniego kontenera wirtualnego (VC);
REI - bit blokowej kontroli błędów odległego końca (Remote Error Indication) przesyłany zwrotnie do punktu początkowego wysłania VC, który sygnalizuje błąd kontroli parzystości BIP-2 (0 - bez błędów, 1- jeden lub więcej błędów);
bit nr 4 - tymczasowe przeznaczenie tego bitu dla wskazania odległej awarii RFI (Remote Failure Indication);
Etykieta sygnału (L1, L2, L3) - wskazuje typ zawartości kontenera wirtualnego (VC) tzn. zawiera informację, czy sygnał odwzorowany jest w kontenerze w sposób asynchroniczny (010), z synchronizacją bitową (011), czy też z synchronizacją bajtową (100);
Alarm zdalny - wykorzystywany do sygnalizacji błędu w torze jednostki administracyjnej (AU). Określany był jako bit FERF (błąd odbioru dalekiego końca), ale od marca 1995 roku określany jest jako RDI (Remote Defect Indication). Informuje punkt początkowy wysłania kontenera o jakości toru (jest to zwrotny sygnał RDI informujący o wyniku sprawdzenia BIP-2 zawartego w pierwszych dwóch bitach).

Drugi typ nagłówka, to nagłówek toru kontenerów VC-3 i VC-4 zawierający 9 bajtów. Bajty POH tych kontenerów pokazane są na kolejnym rysunku.

Rysunek 3.2. Bajty nagłówka toru kontenerów VC-3 i VC-4.

Znaczenie i wykorzystanie poszczególnych bajtów nagłówka toru POH jest następujące:
bajt J1 - tzw. ślad toru, weryfikuje ciągłość istnienia toru kontenera wirtualnego VC-4 (VC-3), lub inaczej bajt identyfikatora punktu dostępu (adres);
bajt B3 - bajt kontroli parzystości słów ośmiobitowych (kod BIP-8) poprzedniego kontenera wirtualnego VC-4 (VC-3), zapewnia kontrolę występowania błędów w torze przesyłania tych kontenerów;
bajt C2 - zawiera informację o zawartości kontenera VC-4 (VC-3) np.: 0001 0010 - kontener przenosi sygnał plezjochroniczny 140 Mbit/s, 0000 0100 - przenosi sygnały plezjochroniczne 34 (45) Mbit/s, 0001 0011 - przenosi komórki ATM;
bajt G1 - status toru przesyłany zwrotnie (z punktu odbiorczego do nadawczego) do punktu wysłania kontenera. Informuje punkt początkowy wysłania kontenera, o jakości toru (jest to zwrotny sygnał RDI informujący o wyniku sprawdzenia BIP-8 zawartego w bajcie B3);
bajt F2 - kanał użytkownika, związany z torem przesyłania kontenera wirtualnego VC-4 (VC-3)
bajt H4 - wskaźnik wieloramki (związany z przenoszeniem sygnałów 2 Mbit/s), określa jej początek;
bajty K3, K4 - przeznaczone do realizacji zabezpieczenia w strukturze pierścieniowej SDH.
bajt Z5 - proponuje się przeznaczyć 4 bity tego bajtu dla operatora sieci i 4 bity dla pomiaru parametrów

Nagłówki toru (POH) dołączane są do każdego kontenera wirtualnego w celu kontroli drogi, którą przesyłany jest kontener oraz sygnalizacji. Informacje te niezbędne są dla systemu zarządzania siecią (TMN -Telecommunication Menagement Network) i towarzyszą ramce w czasie transmisji, aż do momentu demontażu ramki i odłączenia źródeł sygnału.

Odwzorowanie sygnału 2 Mbit/s w kontenerze VC-12 i wprowadzanie kontenerów VC-12 do STM-1

Proces wprowadzania strumieni 2 Mbit/s do kontenera VC-12 oraz umieszczanie kontenerów VC-12 w module STM-1 najlepiej przedstawić na rysunku (Rys. 3.3.)
Sygnał 2 Mbit/s odwzorowywany jest w pierwszej kolejności w kontenerze C-12. Do bitów sygnału 2048 kbit/s dodawane są bity dopełnienia. Następnie do kontenera C-12 dodawany jest jednobajtowy nagłówek toru POH (oznaczony jako bajt V5) i w ten sposób utworzony zostaje kontener wirtualny VC-12. SDH oferuje możliwość odwzorowania sygnału 2 Mbit/s w kontenerze VC-12 na trzy sposoby:

• asynchroniczny - umożliwia on transmisję sygnałów plezjochronicznych względem zegara krotnicy. W celu wyrównywania różnic przepływności stosowane jest dopełnienie bitowe dodatnio ujemne. Ten sposób odwzorowania umożliwia przenoszenie zawartości strumienia 2 Mbit/s bez możliwości dostępu do pojedynczych bitów - krotnica jest przezroczysta dla sygnału wejściowego;
  
• z synchronizacją bitową - umożliwia on dostęp do pojedynczych bitów obszaru użytkowego, ale bez możliwości identyfikacji bitów synchronizacji, a co się z tym wiąże, brak jest dostępu do pojedynczych kanałów 64 kbit/s;
  
• z synchronizacją bajtową - umożliwia on dostęp i identyfikację wszystkich bitów wewnątrz obszaru użytkowego, co oznacza możliwość dostępu do pojedynczego kanału 64 kbit/s.
  

Odwzorowanie sygnału 2 Mbit/s w kontenerze VC-12 w każdym z podanych sposobów pokazano na rysunkach 3.6 i 3.7.
Kontener VC-12 jest większy niż wynikałoby to z potrzeb strumienia 2 Mbit/s. Aby zlikwidować różnicę pomiędzy wielkością kontenera VC-12 a "potrzebami" strumienia 2 Mbit/s, dodawane są tzw. bity dopełnienia (stałe dopełnienie - fixed stuffing). Dodatkowe bity dopełniające utrzymują stałą wielkość kontenera VC-12. Wynosi ona 140 bajtów w wieloramce 500us. Wskaźnik wieloramki umieszczony jest w bajcie H4 nagłówka toru POH kontenera VC-4. Mechanizm działania tego wskaźnika pokazany jest na rysunku 3.4. Odczytanie bajtów V1 - V4 daje pełną informację o strukturze wieloramki. Sytuacja ta pokazana jest na kolejnym rysunku - 3.5.

Rysunek 3.3. Wprowadzenie sygnału 2 Mbit/s do modułu STM-1

Rysunek 3.4. Rola wskaźnika H4 w określeniu rozmieszczenia kontenerów VC-12 w wieloramce TU (140 bajtowej).

W strukturze ramki możliwe jest także wyrównywanie różnic przepływności strumieni 2 Mbit/s i to bez zmiany wielkości kontenera(tzw. właściwe dopełnienie - justification opportunity). Po dodaniu do kontenera VC-12 znacznika (informuje o położeniu w przestrzeni ładunkowej TU-12 pierwszego bajtu kontenera VC-12 - bajtu nagłówka toru (V-5)) otrzymujemy jednostkę podrzędną TU-12 (inaczej zwaną jednostką transportową). Funkcjonowanie znacznika wyjaśnione jest na rysunku 3.5.

Rysunek 3.5. Funkcjonowanie znacznika.

Odwzorowanie sygnału 2Mbit/s w kontenerze VC-12 w sposób asynchroniczny i synchroniczny bitowy.

Ramkę kontenera VC-12 z odwzorowanym w nim strumieniem 2 Mbit/s w sposób asynchroniczny pokazano na rysunku 3.6a.

Rysunek 3.6. Odwzorowanie sygnału 2 Mbit/s w sposób a) asynchroniczny; b) z synchronizacją bitową.

Krotnica odbiorcza na podstawie zawartości bitów C1 i C2 interpretuje bity S1 i S2. W bitach S1 i S2 mogą być zawarte bity informacyjne strumienia 2 Mbit/s w sytuacji gdy istnieje potrzeba wyrównywania różnic przepływności. Jeżeli zawartość minimum dwóch bitów C1 była równa "0", krotnica nie będzie odczytywała zawartości bitu S1. W przeciwnym przypadku (zawartość minimum dwóch bitów C1 równa się "1") krotnica odczyta zawartość S1. Identyczny mechanizm odnosi się do bitów C2 i S2. Oznacza to, że w przypadku gdy nie ma niebezpieczeństwa przepełnienia lub opóźnienia bufora krotnicy odbiorczej, S1 może mieć dowolną zawartość a S2 jest bitem informacyjnym. Jeśli bufor miałby się przepełnić, to wówczas właśnie bit S1 staje się bitem informacyjnym. W przypadku niebezpieczeństwa opóźnienia bufora bit S2 jest ignorowany przez krotnicę (jest tzw. bitem pustym). Dla tego trybu odwzorowania istnieje możliwość wykonywania operacji na kontenerach VC-12, bez możliwości dokonywania takich operacji na kanałach 64 kbit/s. Może on być wykorzystany np. w sieciach niesynchronizowanych. W polskiej sieci SDH nie przewiduje się wykorzystania tego trybu odwzorowania.
Ramkę kontenera VC-12 z odwzorowanym w nim strumieniem 2 Mbit/s w sposób z synchronizacją bitową pokazano na rysunku 3.6b. W tym trybie odwzorowania bity C1 zawsze mają wartość "1" a bity C2 zawsze mają wartość "0". Dopełnienie w tym sposobie odwzorowania nie występuje. Tryb synchroniczny bitowy posiada dwie odmiany. Pierwszy sposób odwzorowania to tryb zmienny (floating). W trybie tym położenie kontenerów VC-12 w kontenerze VC-4 (do 63 kontenerów VC-12 w VC-4) może się zmieniać. Drugi sposób odwzorowania to tryb stały (locked) - położenie kontenera VC-12 względem kontenera VC-4 jest stałe. Oznacza to, że wszystkie jego cztery części są identyczne i brak jest nagłówka POH. W tym drugim przypadku w krotnicach nadawczych i odbiorczych, brak jest odpowiednio układów formujących nagłówek toru (V5) i przetwarzających ten nagłówek. W w/w trybie odwzorowania można dokonywać operacji na sygnałach 2 Mbit/s umieszczonych w kontenerach VC-12, bez dostępu do strumieni 64 kbit/s. Taki tryb pracy można wykorzystać w sieciach synchronizowanych w prostych multiplekserach SDH.

Odwzorowanie sygnału 2 Mbit/s w kontenerze VC-12 w sposób synchroniczny bajtowy.

W przypadku odwzorowania sygnału 2 Mbit/s z synchronizacją bajtową, poszczególne kanały 64 kbit/s zawarte w strukturze tego sygnału, mają stałe pozycje w kontenerze VC-12 - pokazano to na rysunkach 3.7a i 3.7b. Istnieje tutaj możliwość dostępu do pojedynczego kanału 64 kbit/s, co jest zaletą tego sposobu synchronizacji, zwłaszcza w przypadku stosowania synchronicznych przełącznic cyfrowych. W tym trybie istnieją także dwa sposoby odwzorowania - tryb zmienny i tryb stały.
Układy pracy są jednak w tym przypadku bardziej skomplikowane niż dla opisanych uprzednio sposobów - asynchronicznego i z synchronizacją bitową. W trybie tym nie są potrzebne układy dopełnienia. Jednakże konieczne jest występowanie szeregu innych układów, takich jak:

• dla trybu zmiennego - układ nadajnika i odbiornika nagłówka toru kontenera POH (bajt V5);
• dla trybu stałego - bufor minimum 32 bajtowy (32 szczeliny kanałowe), który służy do zapamiętania ramki sygnału 2 Mbit/s;
• dla trybu stałego - bufor minimum 16 bajtowy do zapamiętania wieloramki sygnału 2 Mbit/s;
• układ odzyskiwania fazowania ramki sygnału 2 Mbit/s;
• układ odzyskiwania fazowania wieloramki.

Tryb pracy, o którym mowa, można stosować w sieciach synchronizowanych w multiplekserach SDH z wykorzystaniem sygnalizacji w kanale towarzyszącym CAS (Channel Asociated Signalling)(patrz rysunek 3.7a).
Na rysunku 3.7b. pokazany jest kontener VC-12 dla trybu odwzorowania sygnału 2 Mbit/s z synchronizacją bajtową ze wspólnym kanałem sygnalizacyjnym CCS (Common Channel Signalling). W tym przypadku także nie jest wymagany układ dopełnienia, ale niezbędne stają się:

• w trybie zmiennym - układ nadajnika i odbiornika nagłówka toru kontenera VC-12 (bajt V5);
• w trybie stałym - minimum 32 bajtowy bufor do zapamiętania ramki sygnału 2 Mbit/s;
• układ do odzyskiwania fazowania ramki sygnału 2 Mbit/s.

Wymieniony tryb pracy może być wykorzystany w krotnicach SDH w sieciach synchronizowanych z sygnalizacją typu CCS. Można z wykorzystaniem tego sposobu odwzorowania transmitować także sygnały z sygnalizacją typu CAS, ale bez dostępu do kanałów 64 kbit/s. Związane jest to z brakiem dostępu urządzeń SDH do informacji sygnalizacyjnych.

Rysunek 3.7a. Odwzorowanie sygnału 2 Mbit/s z synchronizacją bajtową (30 kanałów telefonicznych z towarzyszącym kanałem sygnalizacyjnym)

Ogólnie można powiedzieć, że w trybie odwzorowania z synchronizacją bajtową możliwe jest dokonywanie przełączeń na poziomie kontenerów VC-12 jak i kanałów 64 kbit/s.
Tryb synchroniczny bajtowy nie jest sposobem całkowicie pozbawionym wad. Wymaga on bowiem dodatkowego przetwarzania, co w efekcie wprowadza opóźnienie przełączania. Opóźnienie to występuje wówczas, gdy zachodzi potrzeba powtórnego przetwarzania znacznika (125 us dla sygnału 2 Mbit/s i 250 us dla kanału 64 kbit/s).

Rysunek 3.7b. Odwzorowanie sygnału 2 Mbit/s z synchronizacją bajtową (31 kanałów ze wspólnym kanałem sygnalizacyjnym)

Odwzorowanie TU-12 zawierającej VC-12 w TUG-2

W grupie jednostek podrzędnych TUG-2 można odwzorować trzy jednostki podrzędne TU-12 zawierające kontenery wirtualne VC-12. Odwzorowanie to jest możliwe w sposób stały lub zmienny.
Na rysunku 3.8. pokazana została zasada odwzorowania trzech VC-12 w TUG-2. W trybie zmiennym kontenery te są dynamicznie rozmieszczane w ramce TUG-2. Ta dynamiczna alokacja jest możliwa dzięki dodaniu znacznika do każdego kontenera. Znaczniki te określają początek pozycji każdego VC w TUG-2. Każdy VC-12 wraz ze znacznikiem jest określany jako jednostka podrzędna TU-12. Jeśli podstawa czasowa VC różni się od podstawy czasowej TUG, to wszelkie zmiany pozycji VC powodują zmianę zawartości znacznika TUG.
Uwaga: ustawienie znacznika w stosunku do całej grupy TUG-2 jest stałe, niezależnie od pozycji VC.

Rysunek 3.8. Odwzorowanie jednostek TU-12 z kontenerami wirtualnymi VC-12 w TUG-2.

Odwzorowanie TUG-2 w TUG-3

Zwielokrotnienie grupy jednostek podrzędnych TUG-2 w TUG-3, realizuje się wykorzystując tzw. przeplot bajtowy. Odwzorowanie to przedstawiono na rysunku 3.9.
TUG-3 składa się z 86 kolumn po 9 wierszy każda. Aby odróżnić TUG-3 zawierającą TUG-2 (opcja z wprowadzaniem sygnałów 2 Mbit/s) od TUG-3, która zawiera TU-3 z kontenerem VC-3 - wprowadzono tzw. wskazanie zerowe znacznika dla pierwszego z tych przypadków (Null Pointer Indication - NPI). Zajmuje ono trzy pierwsze bajty pierwszej kolumny grupy jednostek transportowych TUG-3 (pozostałe bajty tej kolumny stanowią dopełnienie).

Rysunek 3.9.Zwielokrotnienie TUG-2 w TUG-3.

TUG-3 może zawierać do 7 grup TUG-2. Poszczególne bajty NPI zawierają następujące bity:

• bajt nr 1 (N) - 1001 XX11;
• bajt nr 2 (P) - 1110 0000;
• bajt nr 3 (I) - XXXX XXXX

gdzie X - bit nieokreślony
Należy zwrócić uwagę, że w przypadku wprowadzenia do TUG-3 strumieni 2 Mbit/s, drugą kolumnę stanowią bajty dopełnienia.
Każda z grup jednostek podrzędnych typu TUG-2 zawiera po trzy jednostki podrzędne TU-12. TU-12 zajmuje ogółem 36 bajtów - znacznik plus 35 bajtów kontenera VC-12 (4 kolumny po 9 bajtów).

Odwzorowanie sygnału 34 Mbit/s w kontenerze VC-3 i wprowadzenie kontenerów VC-3 do STM-1

Dzięki zastosowaniu TUG-3 możliwe jest przenoszenie sygnałów o przepływnościach 34 Mbit/s oraz strumieni 2 Mbit/s. Dla sygnału 34 Mbit/s, do przestrzeni ładunkowej TUG-3 wprowadzana jest jednostka podrzędna TU-3 zawierająca kontener wirtualny VC-3 (patrz rysunek 1.2.). TUG-3 może przenosić, zawarte także w kontenerze VC-3, sygnały 45 Mbit/s (standard amerykański). Kontener VC-3 jest wspólny dla tych strumieni. Wykorzystanie kontenera VC-3 do przenoszenia strumieni 34 i 45 Mbit/s wynika z kompromisu pomiędzy USA i Europą w zakresie standaryzacji SDH. Jeżeli TUG-3 zawiera kontener VC-3, to dwa pierwsze bajty w pierwszej kolumnie (H1 i H2) zawierają znacznik kontenera VC-3, a trzeci bajt (H3) umożliwia realizację dopełnienia (patrz rys. 3.10.).

Rysunek 3.10. Struktura TUG-3 przeznaczonej do umieszczenia w niej kontenera VC-3

Bajty H1, H2, H3 oraz bajty nagłówka toru POH mają znaczenie analogiczne jak odpowiednie bajty dla kontenera VC-4.

Struktura kontenera VC-3 dla sygnału 34 Mbit/s

Strukturę wewnętrzną kontenera VC-3 przenoszącego sygnał 34 Mbit/s pokazano na rysunku 3.11.

Rysunek 3.11. Struktura wewnętrzna kontenera VC-3 dla sygnału 34 Mbit/s.

Sygnał użyteczny jest w tym przypadku podzielony na trzy części (T1, T2, T3), z których każda składa się z:

• 1431 bitów informacyjnych - [(3x8I)x59]=1416I+8I+7I(w bajcie B)=1431I;
• 2 bity sterujące dopełnieniem (C1 i C2);
• 2 bity właściwego dopełnienia (S1 i S2);
• 573 bity stałego dopełnienia (R).

Odwzorowanie TUG-3 w VC-4

W kontenerze wirtualnym VC-4 można odwzorować trzy grupy jednostek podrzędnych TUG-3. Odwzorowanie to pokazano na rysunku 3.12.

Rysunek 3.12. Zwielokrotnienie TUG-3 w kontener VC-4.

Tu także stosuje się przeplot bajtowy, który jest charakterystyczny dla całej synchronicznej hierarchii cyfrowej. Wobec powyższego każda grupa jednostek podrzędnych TUG-3 posiada stałe miejsce w kontenerze VC-4. Pierwsza kolumna kontenera wirtualnego VC-4 przeznaczona jest na nagłówek toru (POH).

Nagłówek toru kontenera wirtualnego VC-4

Większość bajtów nagłówka toru (POH) kontenera wirtualnego VC-4 jest używana przez system zarządzania i nadzoru. dwa bajty POH mają jednak bezpośrednie znaczenie dla układów wydzielania informacji zawartej w kontenerze. Pierwszy z bajtów - C2 (patrz rysunek 3.2.) przenosi informację o zawartości kontenera. Informacja ta powoduje, że krotnica "rozróżnia" jaki sygnał przenosi kontener. Np. jeśli bajt ten ma postać 00010010 - oznacza to dla krotnicy, że w kontenerze VC-4 przenoszony jest sygnał 140 Mbit/s. Obróbka sygnału 140 Mbit/s przez krotnicę nie jest prosta. Wynika to z faktu, że jest on dodatkowo opakowany w celu przystosowania przepływności sygnału do pojemności kontenera. Opakowanie to stanowią zarówno bity "puste" jak i bity umożliwiające wyrównywanie nieznacznych różnic przepływności samych strumieni plezjochronicznych 140 Mbit/s. Bity puste pełnią rolę tylko wypełniacza. Mechanizm ten jest identyczny jak w systemach PDH. Zastosowano tutaj metodę dopełnienia dodatniego.
W trakcie wydzielania sygnału o przepływności 140 Mbit/s z kontenera VC-4, odrzycenie bitów dopełniających odbywa się z wykorzystaniem sygnału zegarowego. Otrzymany sygnał nie jest jednostajny - zawiera pewne luki. Luki te występują właśnie w momentach, gdy w module transportowym pojawiają się bajty nagłówka i bajty zawierające bity dopełnienia - tzw. wypełniacze.
Przed wysłaniem sygnału do użytkownika należy go doprowadzić do stanu pierwotnego. Oznacza to, że impulsy trzeba rozprowadzić równomiernie w czasie, zapełniając luki po nagłówkach, tzw. "wypełniaczach" i innych informacjach pomocniczych.
Jeśli krotnica stwierdzi na podstawie zawartości bajtu C2, że kontener wirtualny VC-4 przenosi sygnały 2 Mbit/s, to jej zadanie jest jeszcze trudniejsze niż w przypadku sygnału 140 Mbit/s. Sygnały 2 Mbit/s nie są dostępne bezpośrednio, tak jak to było dla strumienia 140 Mbit/s, bowiem są one zapakowane w kontenery niższego rzędu (VC-12).
Kontener VC-4 może zawierać do 63 kontenerów VC-12. W tym przypadku krotnica poszukuje początków tych kontenerów. Znacznik zawierający numer komórki, w której zaczyna się kontener VC-12, jest rozproszony. Jego bajty są zawarte w pierwszym wierszu kolejnych kontenerów VC-4.
Wskaźnik wieloramki 140 bajtowej związanej z transmisją strumienia 2 Mbit/s jest umieszczony w bajcie H4.
Nagłówek toru kontenera VC-12 (bajt V5) zawiera informacje wykorzystywane przez system nadzoru oraz informacje o sposobie umieszczenia sygnału 2 Mbit/s w kontenerze. Jeżeli było to wykonane w sposób asynchroniczny, krotnica postępuje podobnie jak w przypadku sygnału 140 Mbit/s. Oznacza to, że odrzuca opakowanie i jeśli jest to konieczne, wykonuje operację dopełnienia bitowego (w przypadku różnic przepływności binarnych strumieni 2 Mbit/s). Przy synchronicznym trybie umieszczenia sygnału 2 Mbit/s w kontenerze VC-12, operacja ta jest zbędna. Należy jeszcze tylko "rozciągnąć" bity sygnału 2 Mbit/s (podobnie jak dla sygnału 140 Mbit/s), co ma na celu wypełnienie luk czasowych powstałych po kolejnych nagłówkach, znacznikach i innych bitach nadmiarowych.

Odwzorowanie sygnału 140 Mbit/s w kontenerze VC-4 i wprowadzenie kontenera VC-4 do STM-1

Wprowadzenie strumienia 140 Mbit/s do modułu STM-1 (mapping) polega na dodaniu nagłówka toru (POH) oraz na dodaniu do niego dodatkowych bitów tzw. wypełniaczy. Przestrzeń ładunkowa STM-1 jest bowiem większa niż potrzebowałby sygnał 140 Mbit/s.
W punkcie odbioru, przestrzeń ładunkowa jest rozpakowywana (demapping). Odczytywana jest zawartość nagłówka toru i odrzucane są bity dopełnienia (wypełniacze). Na wyjściu musi zostać wydzielony dokładnie taki sygnał PDH, jaki wprowadzono do kontenera VC-4. Kontener VC-4 w ramce STM-1 jest odwzorowywany podobnie jak przejście z VC-12 do TUG-2.

Rysunek 3.13a. Proces ładowania kontenera VC-4 do przestrzeni ładunkowej modułu STM-1

Rysunek 3.13b. Proces rozładowania kontenera VC-4 z przestrzeni ładunkowej modułu STM-1

Strukturę kontenera VC-4 przenoszącego sygnał plezjochroniczny 140 Mbit/s można rozpatrywać jako strukturę 9 wierszy po 20 bloków 13 bajtowych. Pokazane zostało to na rysunku.

Rysunek 3.14. Struktura kontenera VC-4 przenoszącego sygnał 140 Mbit/s

Wyjaśnienie oznaczeń na rysunku:

• W - I I I I I I I I;
• X - C R R R R R C O;
• Y - R R R R R R R R;
• Z - I I I I I I S R;

gdzie:
I - bit informacyjny;
R - bit stałego dopełnienia (tzw. wypełniacz);
O - bit nagłówka;
S - bit dopełnienia (właściwy bit dopełnienia) - wyrównywanie różnic przepływności strumieni 140 Mbit/s;
C - bit sterowania dopełnieniem.

Funkcjonowanie znacznika kontenera VC-4 w module STM-1

Kontener wirtualny VC-4 wraz ze znacznikiem tworzy jednostkę administracyjną AU-4.

Rysunek 3.15. Bajty znacznika kontenera (AU) VC-4.

Na rysunku 3.15. pokazano bajty usytuowane w czwartym wierszu obszaru nagłówka sekcji, tzw. znacznika (AU). W praktyce pozycję kontenera VC-4 w module STM-1 wskazują bajty H1 i H2. Bajty H3 umożliwiają tzw dopełnienie ujemne. Znaczenie wszystkich bajtów znacznika jest następujące:

• H1 - na ten bajt składają się bity: N N N N S S I D, gdzie S S - dla AU-4, wynosi "1 0";
  
• H2 - bajt ten zawiera bity: I D I D I D I D;
• Y - bajty te zawierają następujące bity: 1 0 0 1 S S 1 1, gdzie S S jest nieokreślone;
  
• 1 - wszystkie osiem bitów w tych bajtach to "1";
  
• H3 - możliwość dopełnienia ujemnego (w granicach tych trzech bajtów).
  

Wspomniano wyżej, że pozycja pierwszego bajtu kontenera w przestrzeni ładunkowej wskazywana jest przez bajty H1 i H2. Rozpisując bity tych dwóch bajtów otrzymujemy:

Numer komórki przestrzeni ładunkowej modułu STM-1, w której znajduje się pierwszy bajt kontenera VC-4, zapisany jest w postaci dwójkowej przez dziesięć bitów - I D . Za pomocą tych dziesięciu bitów można zapisać liczby dziesiętne od 0 do 1023, znacznik jednak może przyjąć tylko wartości od 0 do 782, dla AU-4 i AU-3 oraz wartości od 0 do 764 dla TU-3.
Na kolejnym rysunku pokazano, w jaki sposób numerowane są komórki przestrzeni ładunkowej ramki STM-1.

Rysunek 3.16. Zasada numerowania komórek przestrzeni ładunkowej modułu STM-1.

Aby przybliżyć zasadę funkcjonowania znacznika kontenera, rozpatrzmy przykład wskazywania przez znacznik komórki o numerze 522 w jednej ramce, ze zmianą wskaźnika do numeru 523 w następnej ramce (dopełnienie dodatnie). Zawartość bitów bajtów H1 i H2 jest wówczas następująca:

Cztery bity N normalnie zawierają: 0 1 1 0. Jest to flaga nowych danych (nowy kontener VC-4). Jeżeli pojawią się nowe dane to, wystąpi inwersja tych bitów (1 0 0 1). Jeżeli są nowe dane, to w dziesięciu bitach I D zapisany jest numer komórki przestrzeni ładunkowej. Następnie sygnalizuje się już tylko zmianę wskaźnika o +/- 1, aż do czasu pojawienia się nowych danych. Jeżeli ulegnie on zmianie o +1 (przykład), to mamy do czynienia z dopełnieniem dodatnim. W przypadku dopełnienia dodatniego - wzrostu numeru wskaźnika, następuje inwersja bitów I, tzw. bity zwiększenia. Jeżeli numer komórki ulegnie zmianie o -1, to mamy tzw. dopełnienie ujemne. W przypadku dopełnienia ujemnego - obniżenie numeru wskaźnika, następuje inwersja bitów D, tzw. bitów zmniejszenia. W tym przypadku (i tylko w tym przypadku) w 3 bajtach H3 umieszczone będą bity informacyjne, które w pozostałych przypadkach wypełniają przestrzeń ładunkową modułu STM-1.

Zwielokrotnienie sygnałów synchronicznych

Mając do dyspozycji sygnał STM-1, można powiedzieć, że na tym poziomie sygnały są już synchroniczne. Wobec tego zwielokrotnienie odbywa się na znanej już zasadzie prostego przeplatania bajtowego. Istotne pozostaje to, aby struktura sygnału na wszystkich poziomach była taka sama. Na przykład rozważając sposób zwielokrotnienia sygnału STM-1 do poziomu STM-16, można stwierdzić, że możliwe są dwie drogi. Pierwsza, pośrednia przez poziom STM-4, a druga bezpośrednia - szesnastokrotna. W zaleceniu CCITT G.708 sformułowano wymaganie, aby sygnał STM-M był sformowany z sygnałów STM-N metodą przeplatania N bajtów (M > N). Wobec tego zwielokrotnienie sygnału STM-1 odbywa się poprzez przeplatanie po jednym bajcie z każdego źródła. Zwielokrotnienie sygnałów STM-4 polega na pobraniu grupy 4 bajtów z jednego źródła i przeplataniu jej z grupą 4 bajtów z kolejnego źródła sygnału wejściowego.
W tym miejscu należy zwrócić uwagę na bardzo istotny fakt. W trakcie zwielkrotniania sygnałów SDH zwielokrotniane są tylko kontenery zawarte w modułach transportowych STM-N, a nie całe moduły, bowiem nagłówek SOH jest tworzony od nowa. Na kolejnym rysunku został pokazany nagłówek modułu STM-4.
Porównując strukturę nagłówka SOH modułu STM-4, z nagłówkiem modułu STM-1 - zauważamy, że po zwielokrotnieniu sygnału STM-N jego nagłówek SOH otrzymuje nową postać.

Rysunek 3.17. Nagłówek sekcji (SOH) modułu STM-4.

Bezpieczeństwo transmisji w systemach SDH

Protekcja ścieżki
Pierścieniowa struktura systemów SDH i funkcje automatycznego przełączania realizowane przez krotnicę pozwalają na zapewnienie protekcji dla każdego zestawionego połączenia. W pierwszej fazie zestawiamy w systemie SDH drogę podstawową sygnału od portu A do B najczęściej po najkrótszej trasie. Następnie możemy zestawić drogę protekcyjną w odwrotnym kierunku niż droga podstawowa i zakańczamy ją na tych samych portach co drogę podstawową. Zestawiona droga realizuje transmisję w dwóch kierunkach. W wypadku uszkodzenia drogi podstawowej następuje przełączenie ruchu na drogę rezerwową. Mamy tu kilka możliwości przełączania w zależności od ustawień poczynionych przez administratora systemu. W wypadku kiedy zostanie uszkodzona droga dla obu kierunków transmisji przełączona zostaje transmisja w obu kierunkach na drogę rezerwową. Jeśli zostanie uszkodzony tylko jeden kierunek transmisji można wybrać przełączanie obu kierunków lub tylko jednego. Po przełączeniu system cały czas sprawdza czy uszkodzenie nie ustąpiło. Jeśli okaże się, że droga podstawowa została naprawiona (uszkodzenie ustąpiło), można ustawić dwa sposoby reakcji:
transmisja zostaje ponownie przełączona na drogę podstawową
transmisja jest kontynuowana po drodze rezerwowej dopóki nie nastąpi jej uszkodzenie System nadzoru daje możliwość wymuszenia transmisji po drodze uszkodzonej (z błędami), bądź manualnego przełączania transmisji z jednej drogi na drugą.
Przy zastosowaniu protekcji ścieżki niezbędna przepływność w całym pierścieniu SDH jest równa sumie przepływności wszystkich kanałów realizowanych w tym pierścieniu.

Rysunek: 10 Protekcja ścieżki w systemach SDH

Protekcja liniowa
Istnieje inna możliwość zapewnienia bezpieczeństwa transmisji - poprzez zwiększenie ilości zainstalowanych kart i połączeń kablowych tzw. Protekcja Liniowa.
Polega ona na podwojeniu ilości kart liniowych dla każdego kierunku transmisji, oraz połączenie ich kablami ułożonymi po innych trasach. Uszkodzenie dowolnego kabla lub karty liniowej powoduje przełączenie transmisji na zapasowy zestaw kart i inną drogę kablową. Zaletą tej metody protekcji jest dostępność pełnego pasma w każdym fragmencie pierścienia SDH. Jest ona niezastąpiona w wypadku tworzenia protekcji dla połączenia punkt - punkt zrealizowanego z zamiarem dalszej jego rozbudowy.

Rysunek: 11 Protekcja liniowa w systemie SDH