Skaitmeniniai tinklai (ST), įdiegti iki sukuriant SONET/SDH, iš esmės buvo asinchroninė sistema, nes nenaudojo išorinio sinchronizacijos šaltinio. Juose bitų praradimas duodavo ne tik informacijos praradimus, bet ir sutrikdavo vidinė sinchronizacija. Priimamajame mazge lengviau buvo išmesti klaidingus ciklus negu atstatyti sinchronizaciją perduodant pakartotinai išmestus ciklus, kaip tai daroma vietiniuose tinkluose.

Sinchroniniuose tinkluose visų vietinių taimerių vidutinis dažnis arba vienodas, arba artimas, nes naudojamas centrinis taimeris, kurio tikslumas 10-9.

Be to situacija, susieta su reikiamo srauto fragmento išėmimu supaprastėja, kai yra įvedamos to fragmento pradžios žymės struktūroje, kuri inkapsuliuoja to fragmento ciklą. Žymių panauda leidžia lanksčiai komponuoti vidinę konteinerio-nešlio struktūrą. Žymių išsaugojimas (ciklo ar superciklo antraštėje) ir jų papildoma apsauga su klaidų korekciniais kodais leidžia sukurti labai patikimą, tinklu perduodamos naudingos informacijos lokalizacijos, vidinę struktūrą.

ST privalumai prieš asinchroninius tinklus yra šie:
– tinklo paprastumas, nes ST vienas įvedimo/išvedimo multiplekseris leidžia išvesti (arba įvesti), pavyzdžiui, E1 signalą iš STM-1 ciklo (arba ciklų). Nereikia visos PDH multiplekserių girliandos. Tuo būdu gaunama žymi ne tik įrangos ekonomija, bet ir patalpų, maitinimo ir aptarnavimo;
– patikimumas ir tinklo savaiminis atsistatymas, nes tinklas naudoja OK, perdavimas kuriais neveikiamas jokių pašalinių elektromagnetinių trukdžių. Be to architektūra ir lankstus tinklo valdymas leidžia naudoti apsauginį darbo režimą, kuris užtikrina du alternatyvius signalo perdavimo kelius. Jų perjungimas atliekamas staigiai, sugedus bent vienam, o taip pat galimas sugedusio mazgo apėjimas, kas ir suprantama savaiminiu atsistatymu;
– tinklo valdymo lankstumas užtikrinamas esant daug plačiajuosčių valdymo kanalų ir kompiuterinei hierarchinei valdymo sistemai su tinklinio ir elementų lygmenų menedžmentu. Taip pat galimas automatinis distancinis tinklo valdymas iš vieno centro. Taip galima dinamiškai perkonfiguruoti kanalus ir rinkti statistiką apie tinklo darbą;
– pralaidumo juostos skyrimas pagal pareikalavimą – tai paslauga, kuri anksčiau galėjo būti suteikiama tik iš anksto (prieš kelias dienas) suplanavus. Dabar tai gali būti atlikta per keletą sekundžių perjungiant į kitą (plačiajuostį) kanalą;
– bet kokio trafiko perdavimo skaidrumas – tai faktas, kurį užtikrina virtualių konteinerių panauda perduodant trafiką, kuris suformuotas kitų technologijų, pvz., Frame Relay, ISDN ir ATM;
– panaudos universalumas – technologija gali būti naudojama kuriant globalius tinklus arba globalias magistrales, kurios vykdo perdavimą iš taško į tašką daugybę kanalų su 40 Gbitų/s sparta. Ji taip pat tinka kompaktiškiems žiediniams korporatyviniams tinklams, kurie apjungia dešimtis lokaliųjų tinklų;
– plėtros paprastumas – turint universalų stovą, kur talpinama aparatūra, perėjimai į didesnės spartos hierarchiją gali būti atlikti apprastai išimant vieną funkcinę blokų grupę ir įstatant naują.

3.2. SDH sinchroninės hierarchijos
sudarymo ypatumai

3.2.1. Bendrieji sinchroninės hierarchijos
sudarymo ypatumai

Sinchroninių tinklų populiarumą lėmė tai, kad jie užtikrino PDH tinklų standartų perimamumą. Reikalas tas, kad SONET/SDH tinklų galiniai multiplekseriai ir įvedimo/išvedimo multiplekseriai, per kuriuos prisijungiama prie tinklo, užtikrino tų kanalų, kurių perdavimo sparta atitiko apjungtą standartinę eilę: 1,5; 2; 6; 8; 34; 45; 140 Mbitų/s, perdavimą. Tie kanalai, kurie atitinka tą PDH eilę vadinami PDH komponentiniais signalais (KS) (tribais). Signalai, kurie atitinka standartinę SDH spartų eilę, vadinami komponentiniais SDH signalais.

Taigi, pirmoji SDH hierarchijos ypatybė yra ta, kad prie tinklo užtikrinama prieiga tų kanalų, kurie yra PDH ir SDH KS.

Kita ypatybė – ciklo struktūros formavimo procedūra.

Dvi taisyklės yra bendros. Kadangi yra struktūrų hierarchija, tai viršutinio lygio struktūra formuojama iš žemesnių lygių struktūros. Vieno ir to pačio lygmens kelios struktūros gali būti apjungtos į vieną bendrą struktūrą. Kitos taisyklės atspindi technologijos specifiką. Pavyzdžiui, prieigos multiplekserio įėjime PDH KS supakuojami į ciklo apvalkalą taip, kad juos būtų galima lengvai išimti ir įdėti reikalingoje vietoje multiplekserio pagalba. Todėl pats ciklas turi būti pateiktas kaip standartinis konteineris, turintis lydimąją dokumentaciją – antraštę. Joje talpinami visi konteinerio valdymui ir maršrutizacijai reikalingi parametrai. Likusioje konteinerio dalyje talpinama perduodama informacija, kurią sudaro vieno tipo mažesnių gabaritų konteineriai (žemesnių lygių). Jie taip pat privalo turėti savo antraštes ir perduodamą informaciją ir t.t. Tai vadinama nuoseklių įdėklų metodu arba inkapsuliacija.

Realizuojant šį metodą buvo pasiūlyta naudoti konteinerį, į kurį pakuojami KS. Pagal dydį konteineriai skirstomi į keturis lygius, atitinkančius PDH lygmenis. Konteineryje turi būti žymė, turinti valdymo informaciją, kad būtų galima rinkti konteinerio praėjimo statistiką. Toks konteineris su žyme naudojamas informacijai perduoti, t.y. loginis, bet ne fizinis objektas. Todėl jis vadinamas virtualiuoju konteineriu.

Antroji SDH ypatybė – KS turi būti supakuoti standartiniuose pažymėtuose konteineriuose, kurių dydis priklauso nuo KS lygmens ir PDH hierarchijos.

Virtualūs konteineriai gali būti apjungti į grupes dviem skirtingais būdais. Žemesnių lygmenų konteineriai gali būti multipleksuojami ir naudojami, kaip naudinga apkrova, aukštesnių lygių konteineriams, kurie, savo ruožtu, yra apkrova pačio aukščiausiojo lygio konteineriui – STM-1 ciklui.

Toks grupavimas galimas esant griežtai sinchronizacijai. Tuomet atskiro konteinerio vieta lauke, skirtame apkrovos talpinimui yra griežtai fiksuota. Iš kelių ciklų gali būti suformuoti nauji stambesni superciklai.

Dėl skirtingų ciklų, kurie sudaro konteinerius ir esant nenusakomiems vėlinimams pakuojant ciklus, konteinerio vieta supercikle gali būti nefiksuota. Tai gali duoti klaidas įdedant/išimant konteinerį. Tai negerovei pašalinti kiekviename virtualiame konteineryje įdedama rodyklė, turinti virtualaus konteinerio faktinį adresą lauko žemėlapyje, skirtame naudingai apkrovai. Rodyklė suteikia konteineriui tam tikrą laisvę, t.y. galimybę fliuktuoti veikiant nenumatytoms laikinėms fliuktuacijoms. Tačiau tokiu būdu yra užtikrinama, kad jis nebus prarastas.

Trečioji SDH ypatybė – virtualaus konteinerio vieta gali būti nustatyta rodyklių.

Nors konteinerių dydžiai įvairūs ir aukštesniojo lygio konteinerių talpa didelė, tačiau gali atsitikti taip, kad ji vis tiek nepakankama, arba apkrovai geriau skirti keletą mažesnių konteinerių. Tam tikslui SDH technologijoje numatytas konteinerių surišimas arba konkatenacija. Sudėtinis konteineris skiriasi atitinkamu indeksu nuo pagrindinio ir priimamas kaip vienas didelės talpos konteineris. Tokia galimybė leidžia optimizuoti turimos nomenklatūros konteinerius, o taip pat leidžia lengvai pritaikyti technologiją naujo tipo apkrovoms.

Ketvirtoji ypatybė – vieno lygmens keletas konteinerių gali būti surišti kartu ir priimami kaip vienas ištisinis konteineris, naudojamas nestandartinės apkrovos patalpinimui.

Penktoji ypatybė – numatytas atskiro lauko antraščių formavimas, kurio dydis 9981 baitas. Nors jo apimtis nedidelė 3,33, tačiau jis gana nemažas, kad jame tilptų reikalinga valdymo ir kontrolės informacija, o dalis skiriama reikalingų vidaus tarnybinių kanalų duomenų perdavimo organizavimui. Kadangi ciklo struktūroje kiekvieno baito perdavimas ekvivalentus 64 kbitų/s duomenų srautui, tai antraštės perdavimas atitinka tarnybinės informacijos srauto spartai lygiai 5,184 Mbitų/s.

Natūralu, kad kiekvienoje hierarchijoje turi būti numatyta standartinė tos hierarchijos spartų eilė arba jos formavimo taisyklė ir pirmasis tos eilės narys. Jeigu PDH DS0 reikšmė buvo skaičiuojama paprastai, tai SDH pirmojo nario reikšmė gali būti gauta tiktai po to, kai nustatyta ciklo struktūra ir jo dydis. Loginio samprotavimo schema paprasta. Pirmiausiai jo naudingos apkrovos laukas privalo sutalpinti maksimalaus dydžio VC-4 konteinerį, kuris formuojamas inkapsuliuojant 140 Mbitų/s KS. Po to jo dydis bus: 92612349 baitai ir bus STM-1 naudingos apkrovos lauko dydis. Prie jo pridėjus antraščių laukus gausime STM-1 sinchroninio transportinio modulio dydį: 9261+992430 baitų arba 2430819440 bitų. Žinant pasikartojimo dažnį 8000 Hz nustatomas ir pirmasis SDH hierarchijos eilės narys: 194408000155,52 Mbitai/s.

3.2.2. Apibendrinta srautų multipleksavimo
į SDH schema

Pirmoji standartinė PDH KS inkapsuliacijos schema į konteinerius ir jų paskesnis multipleksavimas formuojant STM-1 modulį atrodo taip (3.1 pav.) [9].

Šioje multipleksavimo schemoje naudojami šie pažymėjimai: C-n – n-osios eilės konteineriai (n1, 2, 3, 4); VC-n – n-ojo lygio virtualūs konteineriai (n1, 2, 3, 4); TU-n – n-ojo lygio (n1, 2, 3) KS blokai; TUG-n – n-ojo lygio (n2, 3) KS blokų grupės; AU-n – n-ojo lygmens (n3, 4) administraciniai blokai; AUG – administracinių blokų grupė ir STM-1 – sinchroninis transportinis modulis, naudojamas SDH technologijoje.

C-n konteineriai tarnauja atitinkamų prieigos kanalų arba KS inkapsuliacijai. Konteinerių lygmenys n atitinka PDH lygmenims, t.y. n1, 2, 3, 4, o konteinerių įvairovė N turi būti lygi standartinės eilės apjungiamų narių skaičiui (N7). C-4 inkapsuliuoja tiktai E4, o C-1, 2, 3 turi būti suskirstyti kiekvienas į du polygius, kad sugebėtų inkapsuliuoti amerikietiškus ir E hierarchijos KS.

3.1. pav. Apibendrinta PDH KS multipleksavimo į SDH schema
(pirmoji redakcija)

Taigi, turime:
– T-n, E-n – standartiniai prieigos kanalai arba n lygio KS – SDH multiplekserio įeinantys srautai, atitinkantys apjungtai amerikietiškos ir europiškos PDH standartinei eilei;
– C-n – n-ojo lygio konteineris – SDH elementas, turintis T-n KS, t.y. nešantis savyje atitinkamo PDH hierarchijos lygmens informacinę apkrovą. n-ojo lygmens konteineriai suskirstomi dar į šiuos polygių C-nm konteinerius:
– C-1 – suskirstomas į C-11 konteinerį, kuris inkapsuliuoja KS T11,5 Mbito/s ir C-12 konteinerį, kuris inkapsuliuoja E12 Mbitų/s KS;
– C-2 – suskirstomas į C-21, inkapsuliuojantį T26 Mbitų/s KS ir C-22 konteinerį, inkapsuliuojantį E28 Mbitų/s KS;
– C-3 – suskirstomas į C-31 konteinerį, kuris inkapsuliuoja E334 Mbitus/s ir C-32 konteinerį, kuris inkapsuliuoja T345 Mbitus/s KS;
– C-4 – neturi polygio konteinerių ir inkapsuliuoja E4140 Mbitų/s KS.

3.2.3. Virtualūs konteineriai ir kiti sinchroninės
hierarchijos elementai

Konteineriui, kaip ir bet kuriam paketui, kuris turi būti perduotas atitinkamu maršrutu, pridedamas maršruto pavadinimas. Tada jis virsta n-ojo lygmens virtualiuoju konteineriu VC, t.y. VC-n. SDH hierarchijoje yra šie virtualūs konteineriai:
– VC-1, VC-2 – žemesnių lygių (1 ir 2) virtualūs konteineriai ir VC-3, VC-4 – aukštesnių lygių (3 ir 4) virtualūs konteineriai. Jų struktūra arba formatas gana paprastas ir nustatomas formule

,

čia POH – maršruto pavadinimas (anot ryšininkų trakto pavadinimas), PL – naudinga informacinė apkrova.

Virtualūs konteineriai VC-1, 2, 3 taip pat kaip C-1, 2, 3 konteineriai suskirstomi į polygių virtualiuosius konteinerius nm, t.y. VC-nm:
– VC-1 suskirstomas į VC-11 ir VC-12;
– VC-2 suskirstomas į VC-21 ir VC-22;
– VC-3 suskirstomas į VC-31 ir VC-32.

Virtualaus konteinerio formato PL ir POH laukai atrodo taip:
– PL – įvairaus dydžio laukas (priklausomai nuo virtualaus konteinerio tipo), kurio formatas turi dvimatę struktūrą pagal ciklo tipą 9m (9 eilutės, m stulpelių). Tas laukas formuojamas arba iš atitinkamo lygio konteinerių (pvz., VC-1, 2 virtualiems konteineriams jis formuojamas iš C-1, 2 konteinerių atitinkamai), arba iš kitų SDH multipleksavimo struktūros elementų;
– POH – laukas, kurio dydis 9 baitai. Jo formatas turi dvimatę struktūrą 1n (pvz., 19 baitų formatas VC-4 arba VC-32 konteineriams ir 16 baitų formatas VC-31 konteineriui). Šis laukas sudarytas iš įvairios paskirties baitų;
– TU-n – KS n-ojo lygmens blokai (n1, 2, 3) (anot ryšininkų subblokai) – tai SDH multipleksavimo struktūros elementai. Jų formatas nustatomas formule

,

čia PTR – KS bloko žymė (TU-n PTR), priklausanti atitinkamam virtualiam konteineriui, pavyzdžiui, TU1(TU1PTR)+VC-1. n-ojo lygmens KS blokai, kaip ir virtualūs konteineriai, suskirstomi į polygių KS blokus nm, t.y. TU-nm:
– TU-1 suskirstomas į TU-11 ir TU-12;
– TU-2 suskirstomas į TU-21 ir TU-22;
– TU-3 suskirstomas į TU-31 ir TU-32.

– TUG-n – n-ojo lygmens KS blokų grupė, formuojama kaip kelių KS blokų multipleksavimo rezultatas;
– TUG-2 – antrojo lygmens KS blokų grupė – SDH multipleksavimo struktūros elementas, kuris formuojamas multipleksuojant TU-1, 2 KS blokus su savo multipleksavimo koeficientais. TUG-2 taip pat, kaip ir TU-1, 2 suskirstomas į du polygius – TUG-21 ir TUG-22.

Naudojant visus galimus variantus, kurie sąlygojami polygių, apibendrintoji multipleksavimo schema virsta detalia simetrine schema C-4 konteinerio atžvilgiu (3.2 pav.), kuri buvo pasiūlyta G.709 standarto pirmuoju variantu. Čia xN parodo multipleksavimo koeficientus (pvz., x3 iš AU-32į į AUG reiškia, kad trys administraciniai blokai multipleksuojami į vieną AUG administracinių blokų grupę).

Schemoje papildomai naudojami KS žymėjimai, kurie priimti didelės spartos B-ISDN kanalams:
– H1 – apibendrintas PDH hierarchijos pirmojo lygio kanalas. Jis suskirstomas į H11 kanalą, kuris atitinka amerikietišką hierarchiją, t.y. H11T11,5 Mbito/s, o H12 – europišką hierarchiją, t.y. H12E12 Mbitai/s;
– H2 – apibendrintas PDH hierarchijos trečiojo lygio kanalas. Jis suskirstomas į H21 ir H22. Čia H21E334 Mbitai/s, o H22T345 Mbitai/s;
– H3 – klasifikacijoje nenaudojamas;
– H4 – apibendrintas PDH hierarchijos ketvirtojo lygmens kanalas. Jis neskirstomas į polygius, t.y. H4E4140 Mbitų/s.

3.2. pav. Detali SDH technologijos multipleksavimo schema
(pirmoji redakcija)

Iš šios schemos matyti TUG-2 KS blokų grupės multipleksavimo variantai:
– TUG-21 formuojamas iš vieno TU-21 (1xTU-21) arba iš keturių TU-11 (4xTU-11), arba iš trijų TU-12 (3xTU12);
– TUG-22 formuojamas analogiškai: 1xTU-22 arba 4xTU-12, arba 5xTU-11.

TUG-21 ir TUG-22 išėjimai gali būti multipleksuojami formuojant aukštesnių lygių konteinerių C-3, 4 naudingą apkrovą pagal 3.2 pav. schemą su atitinkamais multipleksavimo koeficientais. Dabar gali būti konkretizuota aukštesnio lygio virtualių konteinerių formavimo schema:
– VC-3 – trečiojo lygmens virtualusis konteineris – SDH multipleksavimo struktūros elementas, kuris suskirstomas į du virtualius konteinerius VC-31 ir VC-32. Jų laukų formatai yra: 965 baitai – VC-31 ir 985 baitai – VC-32. VC-3 konteinerio naudinga apkrova formuojama arba iš C-3 (tiesioginis multipleksavimo variantas), arba multipleksuojant kelias TUG-2 grupes:
– VC-31 formuojamas kaip 1xC-31 arba 4xTUG-22, arba 5xTUG-21;
– VC-32 formuojamas: 1xC-32 arba 7xTUG-22.
– VC-4 – ketviortojo lygmens virtualusis konteineris – SDH multipleksavimo struktūros elementas, kuris į polygius neskirstomas ir jo lauko formatas yra 9261 baitų. Jo naudingoji apkrova formuojama arba iš C-4 (tiesioginis multipleksavimo variantas), arba multipleksuojant kelias TUG-2 ir TU-3 grupes: 1xC-4 arba 4xTU-31, arba 3xTU-32, arba 21xTUG-21, arba 16xTUG-22.
Aukštesniųjų lygių virtualūs konteineriai leidžia suformuoti atitinkamus administracinius blokus:
– AU-3 – trečiojo lygmens administracinis blokas – PTR+PL formato SDH multipleksavimo struktūros elementas suskirstomas į du polygius AU-31 ir AU-32. Naudingoji apkrova PL formuojama iš virtualaus konteinerio VC-31 arba VC-32 atitinkamai. PTR – administracinio bloko rodiklis – AU-3PTR (AU-31PTR arba AU-32PTR) nusako VC-31, VC-32 naudingos apkrovos lauko pradžios adresą. Galiausiai gauname:
– AU-31 AU-31PTR+ VC-31;
– AU-32 AU-32PTR+ VC-32.
– AU-4 – ketvirtojo lygmens administracinis blokas – PTR+PL formato SDH multipleksavimo struktūros elementas neturintis polygių. PTR – administracinio bloko rodiklis. AU-4PTR 91 baitų formato laukas, atitinkantis SOH STM-N ciklo sekcijinių antraščių lauko ketvirtąją eilutę. Jis nusako naudingos apkrovos lauko pradžios adresą. Naudingoji apkrova PL formuojama arba iš VC-4 virtualaus konteinerio (tiesioginis multipleksavimo variantas), arba multipleksuojant: 1xVC-4, arba 4xVC-31, arba 3xVC-32, arba 21xTUG-21, arba 16xTUG-22. Tačiau faktiškai VC-31, 32 ir TUG-21, 22 perdavimui naudojamas VC-4 naudingos apkrovos laukas. Talpinant VC-32 ir TUG-22 keturi kairieji stulpeliai (49 baitų), o talpinant TUG-21 – aštuoni stulpeliai (89 baitų) naudojami kaip fiksuoti išlyginantys užpildai.

Du paskutiniai SDH elementai – AUG ir STM-1 yra:
– AUG – administracinių blokų grupė – SDH multipleksavimo struktūros elementai, kurie atsirado G.709 standarto antrojoje publikacijoje. Jie formuojami multipleksuojant administracinius AU-3, 4 blokus su skirtingais multipleksavimo koeficientais: 1xAU-4 arba 4xAU-31, arba 3xAU-32. Po to AUG papuola į STM-1 naudingąją apkrovą;
– STM-1 – sinchroninis transportinis modulis – pagrindinis SDH multipleksavimo struktūros elementas. Jo formatas yra SOH+PL. SOH – sekcijinė antraštė – du 99 baitų dydžio laukai antraštės bloke. PL – naudinga apkrova, kuri formuojama iš AUG grupės administracinių blokų. Standarto pirmoje redakcijoje vietoje AUG ir STM-1 poros buvo tiktai STM-1 modulis. Jis buvo formuojamas multipleksuojant AU-3, 4 su įvairiais koeficientais ir pridedant sekcijinę antraštę SOH.

STM-1 pagal pagrindinę SDH multipleksavimo schemą gali būti multipleksuojami su N koeficientu į sinchroninį transportinį modulį STM-N, o vėliau perduodami ryšio kanalu.