Высокоскоростные технологии сетей телекоммуникаций

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

" ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ"

КОНТРОЛЬАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Высокоскоростные технологии сетей телекоммуникаций»

Выполнил: студент

6 курса группы ТЭ262

Жук В.П.

Проверила: Левданская Е.С.

МИНСК 2005

Задача 1

Привести схему базовой топологии «кольцо-кольцо» сети SDH и пояснить, какие задачи, и на каких участках сети могут быть решены при ее использовании. Указать, на базе каких функциональных модулей построена данная топология.

Ответ:

Топология «кольцо» (рис.1) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии — лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток — запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рис. 1. Топология «кольцо» c защитой 1+1

Данная топология построена на базе мультиплексора. Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор. Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обеих сторонах («восточный» и «западный») в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Архитектура типа «кольцо-кольцо»

Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение — соединение типа «кольцо-кольцо». Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рис. 2.2 показана схема соединения двух колец одного уровня — STM-4, а на рис. 3.13 каскадная схема соединения трёх колец — STM-1, STM-4, STM-16.

Рис. 2. Два кольца одного уровня.

Рис. 3. Каскадное соединение трёх колец.

Задача 2

Пояснить основные термины в технологии защиты потоков SDH и суть одного из методов обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей.

Ответ:

Одним из основных преимуществ технологии SDH является возможность организации сети, при которой достигается высокая надежность ее функционирования, обусловленная не только надежностью оборудования SDH (т. е. аппаратной надежностью), но и надежностью среды передачи (т. е. надежностью волоконно-оптического кабеля), с возможностью сохранения или восстановления (десятки мс) работоспособности сети, так называемой системной надежностью. Такие сети называются самовосстанавливающимися.

Для быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей могут быть применены следующие схемы:

— резервирование участков схемами 1+1; 1:1 по разнесенным трассам;

— резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 или N:1; N: m;

— организация самовосстанавливающихся кольцевых и линейных сетей (1+1; 1:1).

Резервирование 1:1 означает, что в узле приема различным маршрутом назначаются приоритеты: низкий, высокий. Ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва и по сигналу аварийного переключения может быть включена.

Для организации топологии «кольцо» может быть использовано два волокна (сдвоенное кольцо) или четыре волокна (счетверенное кольцо). Например, если сбой вызван повреждением обоих волокон, то происходит замыкание основного и защитного кольца на границах дефектного участка (рис. 4).

Так, системы управления SDH-мультиплексоров позволяют организовать обходный путь, т. е. позволяющий пропустить агрегатный поток мимо мультиплексора (рис. 5.).

Восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Схема резервирования обозначается как N: m, использует m резервных на N работающих интерфейсных карт, например 2 Мбит/с (21:1, 16:1) или STM-1 (1:1).

Защита кольца

Кольцевая сеть состоит из аппаратуры SDН (узлы передачи), последовательно связанной между собой в замкнутую структуру.

Защита в кольцевых сетях — автоматического типа (сети с cамовосстановлением self-healing) с активизацией переключения в случаях повреждения и случайного понижения качества сигнала.

Кольца с защитой SDН подразделяются на две категории в зависимости от топологии переключения:

— кольцо с переключением тракта (Path Switched Ring);

— кольцо с переключением секции мультиплексирования (MS Switched Ring).

Кроме того, кольца можно определить как:

— однонаправленные, когда во время нормального осуществления связи между узлами X и Y сигналы от X к Y и от Y к X следуют по кольцу в одном направлении (рис. 6);

Рис. 6. Однонаправленное кольцо: RХ — приёмник сигналов; ТХ — передатчик сигналов

— двунаправленные, когда во время нормального осуществления связи между двумя узлами X и Y сигнал транспортного потока от X к Y протекает по кольцу в направлении, противоположном относительно сигнала Y к X (рис. 7).

Рис. 7. Двунаправленное кольцо

Защита двунаправленного кольца. Может осуществляться только на уровне секции мультиплексирования (двунаправленное кольцо с переключением секции мультиплексирования — Bidirectional MS Switched Ring); каждую секцию кольца можно реализовать, используя 2 или 4 волокна:

— двунаправленное двухволоконное кольцо с переключением секции мультиплексирования (Two Fiber Bidirectional IMS Switched Ring), где каждая секция кольца содержит 2 волокна (одно для передачи ТХ и одно для приема RX); следовательно, в каждом волокне половина каналов будет использоваться в рабочем режиме, в то время как другая половина будет использоваться как резерв;

— двунаправленное четырехволоконное кольцо с переключением секции мультиплексирования (Four Fiber Bidirectional IMS Switched Ring), где в каждой секции кольца 4 волокна (два для передачи TX и два для приема RX); рабочие и резервные потоки направлены по двум разным волокнам как в направлении передачи TX, так и в направлении RX.

На рис. 8. приведена схема двунаправленного кольца с двумя волокнами, в которой показано, как сигналы двунаправленной связи (например, от В к Е или от Е к В) в условиях нормального функционирования пересекают одни и те же секции кольца, поэтому в случае повреждения поражаются оба направления.

Рис. 8. Двунаправленное кольцо с защитой MS при нормальном функционировании Если наблюдается повреждение, например, в секции С D, то сигнал В D переводится в резервное (внутреннее) кольцо посредством петли на терминале С (рис. 9).

Сигнал, после того как он пересек узлы В, А и Е, достигает станции D, где через петлю он всегда вставляется в рабочий поток внешнего кольца и поэтому достигает узла Е.

Аналогичным образом это происходит и с сигналом Е В; чтобы перенаправить потоки, необходимо образовать петлю на узлах, прилегающих к месту, где наблюдается повреждение.

После устранения повреждения кольцо возвращается к нормальной конфигурации работы и освобождает систему защиты для других случайных повреждений (аварий).

Рис. 9. Двунаправленное кольцо с защитой MS при повреждении линии

Задача 3

Перечислить требования, предъявляемые к линейным кодам волоконно-оптических систем передачи. Закодировать заданный двоичный сигнал определенным кодом.

Ответ:

Оптическое волокно, как среда передачи, а также оптоэлектронные компоненты фотоприемника и оптического передатчика накладывают ограничивающие требования на свойства цифрового сигнала, поступающего в линейный тракт. Поэтому между оборудованием стыка и линейным трактом ВОСП помещают преобразователь кода. Выбор кода оптической системы передачи сложная и важная задача. На выбор кода влияет, во-первых, нелинейность модуляционной характеристики и температурная зависимость излучаемой оптической мощности лазера, которые приводят к необходимости использования двухуровневых кодов.

Во-вторых, вид энергетического спектра, который должен иметь минимальное содержание низкочастотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) компонентов. Энергетический спектр содержит непрерывную и дискретную части. Непрерывная часть энергетического спектра цифрового сигнала зависит от информационного сигнала и типа кода. Для того, чтобы цифровой сигнал не искажался в усилителе переменного тока фотоприемника, желательно иметь низкочастотную составляющую непрерывной части энергетического спектра подавленной, в противном случае для реализации оптимального приема перед решающим устройством регенератора требуется введение дополнительного устройства, предназначенного для восстановления НЧ составляющей, что усложняет оборудование линейного тракта. Существует еще одна причина для уменьшения низкочастотной составляющей сигнала. Оптическая мощность, излучаемая полупроводниковым лазером, зависит от округляющей температуры и может быть легко стабилизирована посредством отрицательной обратной связи (ООС) по среднему значению излучаемой мощности только в том случае, когда отсутствует НЧ часть спектра, изменяющаяся во времени. Иначе, в цепь ООС придется вводить специальные устройства, компенсирующие эти изменения.

В третьих, для выбора кода существенно высокое содержание информации о тактовом синхросигнале в линейном сигнале. Осуществить синхронизацию тем проще, чем больше число переходов уровня в цифровом сигнале, то есть чем больше переходов вида 0−1 или 1−0.

В четвертых, код не должен иметь каких-либо ограничений на передаваемое сообщение и обеспечивать однозначную передачу любой последовательности нулей и единиц.

В пятых, код должен обеспечивать возможность обнаружения и исправления ошибок. Основной величиной, характеризующей качество связи, является частое появление ошибок или коэффициент ошибок, определяемый отношением среднего количества исправимых принятых посылок к их общему числу. Контроль качества связи необходимо производить, не прерывая работу линии. Это требование предполагает использование кода, обладающего избыточностью, тогда достаточно фиксировать нарушение правил формирования кода, чтобы контролировать качество связи.

Кроме вышеперечисленных требований на выбор кода оказывает влияние простота реализации, низкое потребление энергии и малая стоимость оборудования линейного тракта.

Код NRZ (Non Return to Zero) — без возврата к нулю — это простейший двухуровневый код. Нулю соответствует нижний уровень, единице — верхний. Информационные переходы происходят на границе битов. Вариант кода NRZI (Non Return to Zero Inverted) — соответствует обратной полярности.

Несомненное достоинство кода — простота. Сигнал не надо кодировать и декодировать.

Кроме того, скорость передачи данных вдвое превышает частоту. Наибольшая частота будет фиксироваться при чередовании единиц и нулей. При частоте 1 Гц обеспечивается передача двух битов. Для других комбинаций частота будет меньше. При передаче последовательности одинаковых битов частота изменения сигнала равна нулю.

Код NRZ (NRZI) не имеет синхронизации. Это является самым большим его недостатком. Если тактовая частота приемника отличается от частоты передатчика, теряется синхронизация, биты преобразуются, данные теряются.

Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, например, единица. Наиболее известное применение кода NRZI — стандарт ATM155. Самый распространенный протокол RS232, применяемый для соединений через последовательный порт ПК, также использует код NRZ. Передача информации ведется байтами по 8 бит, сопровождаемыми стартовыми и стоповыми битами. Закодируем двоичный сигнал 101 101 011 110 кодом NRZ (Рис. 10.).

Задача 4

Классификация WDM систем на основе канального плана.

Ответ:

Оптическое мультиплексирование с разделением по длинам волн МРДВ (WDM) — сравнительно новая технология оптического (или спектрального) уплотнения, которая была разработана в 1970;1980 годах. В настоящее время WDM играет для оптических синхронных систем ту же роль, что и мультиплексирование с частотным разделением МЧР (FDM) для аналоговых систем передачи данных. По этой причине системы с WDM часто называют системами оптического мультиплексирования с частотным разделением ОМЧР (OFDM). Однако по сути своей эти технологии (FDM и OFDM) существенно отличаются друг от друга. Их отличие состоит не только в использовании оптического (OFDM) или электрического (FDM) сигнала. При FDM используется механизм АМ модуляции с одной боковой полосой (ОБП) и выбранной системой поднесущих, модулирующий сигнал которых одинаков по структуре, так как представлен набором стандартных каналов ТЧ. При OFDM механизм модуляции, необходимый в FDM для сдвига несущих, вообще не используется, несущие генерируются отдельными источниками (лазерами), сигналы которых просто объединяются мультиплексором в единый многочастотный сигнал. Каждая его составляющая (несущая) принципиально может передавать поток цифровых сигналов, сформированный по законам различных синхронных технологий. Например, одна несущая формально может передавать АТМ трафик, другая SDH, третья PDH и т. д. Для этого несущие модулируются цифровым сигналом в соответствии с передаваемым трафиком.

Канальный (частотный) план

Хотя рассчитывать сейчас на взаимную совместимость оборудования разных производителей систем WDM не приходится, необходимо было стандартизовать номинальный ряд несущих — «канальный или частотный план», чтобы дать производителям ориентир на будущее, а также позиционировать уже существующие WDM системы. Эту задачу в первом приближении решил Сектор стандартизации МСЭ, выпустив стандарт ITU-T Rec. G.692.

Классификация WDM на основе канального плана

Схема расширенного канального плана позволяет предложить следующую схему классификации, учитывающую современные взгляды и тенденции выделять три типа мультиплексоров WDM:

обычные (грубые) WDM (CDWM) — ГМРДВ, или просто WDM — МРДВ;

плотные WDM (DWDM) — ПМРДВ;

высокоплотные WDM (HDWDM) — ВПМРДВ.

Хотя до сих пор и нет точных границ деления между этими типами, можно предложить, вслед за специалистами компании Alcatel, некоторые границы, основанные на исторической практике разработки систем WDM и указанном выше стандарте G.692 с его канальным планом, называемым также «волновым планом» или «частотным планом» в зависимости от того, используется ли волновая или частотная шкала канального плана. Итак, можно называть:

системами WDM — системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 16 каналов;

системами DWDM — системы с разносом каналов не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 64 каналов;

системами HDWDM — системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов.

Слепов Н. Н. Синхронные цифровые сети SDH. — М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998.

«Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы», под ред. Дмитриева С. А., Слепова Н.Н.

www.dvgups.ru

www.ecolan.ru