Методические указания к практическому занятию №5

Методические указания к практическому занятию №5-6
по теме «Объединение синхронных, асинхронных и плезиохронных
цифровых потоков»
Цель занятия:
1. Изучить принцип объединение и разъединение синхронных, асинхронных и
плезиохронных цифровых потоков, провести их сравнительный анализ и решить
практические задачи по использованию этих методов при объединении цифровых потоков
на конкретном примере.
Вопросы семинара:
1. Сравнительный анализ стандартов ПЦИ.
2. Изучение возможности совместной работы японских, североамериканских и
европейских стандартов
3. Обьединение цифровых потоков в синхронной цифровой иерархий. Общий
принцип работы.
4. Схема преобразований в синхронной цифровой иерархии.
- схема преоразований потока C11 в синхронный поток STM-N;
- схема преоразований потока C12 в синхронный поток STM-N;
- схема преоразований потока C3 в синхронный поток STM-N;
- схема преоразований потока C4 в синхронный поток STM-N;
5. Иерархия ЦСП с ИКМ.
6. Фиксированное выступление по теме СРСП. Тема фиксированного выступления
указывается в задании к СРСП лекциям №5-6.
Методические указания.
Изучить, накануне практического занятия теоретические вопросы по объединению и
разделению синхронных, асинхронных и плезиохронных потоков и уяснить методику
решения задач. Задача №3 решаются по вариантам согласно таблице. А варианты задач №
1,2 и фиксированного выступления указывается преподавателем.
Семинарское занятие охватывает вопросы построения цифровых систем передачи
информации. Для дальнейшего лучшего освоения учебного плана данное занятие имеет
важное практическое значение.
Учебные вопросы рассматривается, согласно плана семинара. При обсуждении
вопросов желательно активно привлекать студентов для обсуждении вопросов, обращая
внимание на техническую речь, умение аргументировать свое мнение.
Первый вопрос включает сравнительный анализ стандартов ПЦИ и дать характеристику каждого станедарта.
Второй вопрос необходимо начинатьс Построить схему мультиплексирования
цифровых потоков в плезиохронной иерархии в североамериканской, японской и
европейской стандартах и показать на каком уровне, возможно их объединение и
разделение. С учетом этого, перерисовать рис.10 Дать пример построения каждого
стандарта.
Третий вопрос включает в себе анализ принципа обьединение цифровых потоков в
синхронной цифровой иерархий и анализ общего принципа преобразования контейнеров
C11. C12, C3 и C4 в STM-N .
При рассмотрении четветого вопроса необходимо четко представить
последовательность преобразования конттейнеров различного типа C11. C12, C3 и C4 в
STM-N обоснуя необходимость добавления дополнительных байтов каждом этапе
преобразования Обьединение цифровых потоков в синхронной цифровой иерархий. Общий
принцип работы C-VC-TU-TUG-AU-AUG-STM-N. Каждый студент излагает один из четырех
вариантов
При обсуждении пятого вопроса необходимо нарисовать на доске схему
асинхронной цифровой иерархии ЦСП на рис. 5.42 и объяснить принципы работы и
необходимость преобразования. После обсуждения общего варианта, каждый студент
решает свой вариант с вычершиванием схему преобразования.
В заключительной части или вначале занятия провести фронтальный экспресс-опрос
по тестовым вопросам по данным темам.
1
Подвести итог занятия. Отметить качество подготовки студентов к занятию.
Отметить наиболее активных студентов. Обьявить и прокомментировать оценки и выставить
оценки в журнал. Указать недостатки студентов по подготовке к семинару и дать
рекомендации по их устранению к следующему семинару.
Список рекомендуемой литературы
1.Основная литература
1.Цифровые системы передачи В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов
Москва, Горячая линия-Телеком. 2007 351с.
2. Цифровые и аналоговые системы передачи В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко Москва,
Горячая линия-Телеком. 2002 232с.
2. Дополнительная литература
1. Многоканальные системы передачи В.И. Кириллов
Москва, Новое знание 2002
750с.
2. Многоканальные системы передачи Н.Н. Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын и
др. Москва, Радио и связь 1996 559с.
3. Есназаров Е.К Конспект лекции по МСПИ-2 сайт КазНУ 2014.
4. Методические указания к практическим (семинарским) занятия № 5-6 по
дисциплине «Многоканальные системы передачи информации-2»
Учебные материалы к практическому (семинару) №5-6
5.1. Объединение цифровых потоков в плезиохронной цифровой иерархии
5.1.1 Сравнительный анализ стандартов ПЦИ. Задача № 1:
Построить схему мультиплексирования цифровых потоков в плезиохронной
иерархии в североамериканской, японской и европейской стандартах и показать на каком
уровне, возможно их объединение и разделение. С учетом этого, перерисовать рис.10.
Первый
стандарт
ПЦИ
включает
в
себя
следующую
иерархическую
последовательность скоростей 1544 (или DS1) - 6312 (или DS2) - 44 736 (или DS3)-274176
(или DS4)кбит/с (округленно:1,5-6-45-274 Мбит/с).
Такая последовательность соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования:
n = 24 для формирования сигнала DS1 из 24 сигналов DS0,
m = 4 для формирования сигнала DS2 из 4 сигналов DS1,
l = 7 для формирования сигнала DS3 из 7 сигналов DS2,
k = 6 для формирования сигнала DS4 из 6 сигналов DSЗ.
Данный стандарт ПЦИ позволяет организовать 24, 96, 672 и 4032 канала DSO (ОЦК).
Цифровые сигналы уровней
DS1-DS2-DS3-DS4 обычно называют первич-ным
цифровым каналом (потоком) - ПЦК, вторичным цифровым каналом - ВЦК, третичным
цифровым каналом-ТЦК и четверичным цифровым каналом (потоком) - ЧЦК
соответственно.
Второй стандарт ПЦИ, порожденный скоростью 1544 кбит/с, давал последовательность 1544 (или DS1) - 6312 (или DS2) - 32 064 (или DSJ3) - 97728 (или DSJ4) кбит/с (ряд
приближенных величин составляет 1,5-6-32-98 Мбит/с). Коэффициенты мультиплексирования для данного стандарта, соответственно, равны n = 24, m = 4, l = 5, k = 3.
Указанная иерархия позволяет организовать 24, 96, 480 и 1440 каналов DS0 (ОЦК).
Здесь сигналы DSJ3 и DSJ4 называются цифровыми каналами (или потоками) 3-го и 4-го уровней японской ПЦИ.
Третий стандарт ПЦИ, основанный на скорости 2048 кбит/с, порождает
последовательность 2048 (или Е1: первичный цифровой канал-поток) - 8448 (или Е2: вторичный
цифровой канал-поток) - 34 368 (или ЕЗ: третичный цифровой канал-поток) - 139 264 (или Е4:
четверичный цифрой канал поток) - 564992 (или Е5: пятиричный цифровой канал-поток) кбит/с
или приближенно 2-8-3-140-565 Мбит/с, что соответствует коэффициентам мультиплексирования, равным n=30, m=l=k=4.
Указанный стандарт позволяет передавать, соответственно, 30, 120, 480, 1920 и 7680
2
ОЦК, что обычно ассоциируется в названии цифровых систем передачи ИКМ-30, ИКМ-120,
ИКМ-480 и ИКМ-1920,
Схема мультиплексирования цифровых потоков ПЦИ различных стандартов
представлена на рис. 10.
Параллельное развитие трех различных стандартов ПЦИ сдерживало развитие глобальных
телекоммуникационных сетей в мире и поэтому Международным союзом электросвязи по
телекоммуникациям (МСЭ-Т) были сделаны шаги по их унификации и возможному объединению.
В результате был разработан стандарт согласно которому:
во-первых, были стандартизованы три первых уровня первого стандарта ПЦИ (DS1DS2-DS3), четыре уровня второго стандарта (DS1-DS2-DSJ3-DSJ4) и четыре уровня
третьего стандарта ПЦИ (Е1-Е2-ЕЗ-Е4) в качестве основных при построении цифровых
систем передачи на основе ИКМ и временного разделения каналов и указаны схемы кроссмультплексирования стандартов, например, из третьего стандарта в первый (с первого
на второй уровень) и обратно (с третьего на четвертый уровень), на рис. 10.
во вторых, была сохранена ветвь 32 064...97 728 кбит/с (округленно 32...98 Мбит/с)
во втором стандарте, т.е. уровни DSJ3 и DSJ4, параллельные уровням DS3 в первом
стандарте и Е4 в третьем стандарте. Уровень DSJ3 фактически соответствует уровню ЕЗ,
что облегчает кросс-мультиплексирование со второго уровня на третий.
5.2 Объединение цифровых потоков в синхронной цифровой иерархии
5.2.1 Схема преобразований в синхронной цифровой иерархии. Задача № 2:
Разработать структурную схему мультиплексирования для STM-1 потоков
ПЦИ европейского и североамериканского стандартов для контейнеров С3, С4, С11,
С12 и указать их алгоритм преобразования, с указанием обьема иформации на каждой
ступени.
Качественно новым этапом в развитии цифровых систем передачи является создание
синхронной цифровой иерархии - СЦИ (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). Технология СЦИ
определяется как набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования
определенных объемов информации.
Системы передачи СЦИ рассчитаны на транспортирование цифровых потоков ПЦИ различных стандартов и уровней, а также широкополосных сигналов, связанных с внедрением
новых услуг электросвязи.
На каждом уровне СЦИ стандартизированы скорости передачи группового сигнала и структуры
циклов.
МСЭ-Т принял рекомендации по следующим уровням:
первый уровень со скоростью передачи 155,52 Мбит/с;
четвертый уровень со скоростью передачи 622,08 Мбит/с;
шестнадцатый уровень со скоростью передачи 2488,32 Мбит/с.
Скорости соответствующих уровней получаются умножением скорости первого уровня
на число, соответствующее наименованию уровня.
В качестве основного формата сигнала в СЦИ принят синхронный транспортный
3
модуль – СТМ-1 (или Synchronous Transport Modul -STM), имеющий скорость передачи 155,52
Мбит/с и включающий в себя цифровые потоки европейского и североамериканского
стандартов ПЦИ. Синхронный транспортный модуль представляет собой блочную
циклическую структуру с периодом повторения 125 мкс. Основной модуль STM-1, модули
высших уровней STM-4, STM-16, STM-64 и STM-256 кроме основной информационной нагрузки,
несут значительный объем избыточных сигналов, обеспечивающих функции контроля,
управления и обслуживания и ряд вспомогательных функций.
Структурная схема временного группообразования или мультиплексирования для STM-N
потоков ПЦИ европейского и североамериканского стандартов приведена на рис. 11.
Исходная информационная нагрузка пакуется в контейнеры С (Container) соответствующего уровня, представляющие базовые элементы структуры мультиплексирования SDH,
соответствующих уровням ПЦИ. Рассмотрим пример формирования синхронного транспортного
модуля N-го уровня.
Четверичный цифровой поток европейского стандарта Е4 со скоростью передачи 140
Мбит/с, что соответствует 2176 байтам на длительности цикла Тц = 125 мкс, путем добавления
выравнивающих байт преобразуется в контейнер уровня С-4;
третичный цифровой поток ЕЗ с числом 537 байт на длительности Тц = 125 мкс
путем добавления выравнивающих байт преобразуется в контейнер уровня С-3.
Аналогично цифровой поток североамериканского стандарта ПЦИ уровня DS3 со скоростью
передачи 45 Мбит/с преобразуется также в контейнер уровня С-3.
Первичный цифровой поток Е1 путем добавления выравнивающих бит преобразуется в
контейнер типа С-12, а североамериканский DS1 - в контейнер С-11.
Затем контейнеры С-4, С-3, С-12 или С-11 посредством операции размещения
преобразуются в виртуальные контейнеры VC соответствующего уровня с периодом 125
или 250 мкс.
Виртуальный контейнер VC получается из контейнера С путем добавления в структуру
последнего байт трактового заголовка РОН (Path Over Head), обеспечивающего контроль
качества тракта и передачу аварийной и эксплуатационной информации. Условно операция
размещения заключается в том, что информация, содержащаяся в контейнере С, размещается
на определенных позициях виртуального контейнера, чередуясь с битами трактового заголовка.
Для европейского стандарта СЦИ имеют место следующие типы виртуальных
контейнеров:
VC-12, содержащий контейнер С-12 и трактовый заголовок -РОН, который путем
выравнивания, заключающегося в добавлении байт указателя PTR (PoinTeR - указатель),
преобразуется в компонентный блок уровня TU-12 (Tributary Unit - TU);
VC-3 - виртуальный контейнер высшего уровня, содержащий контейнер С-3, трактовый
заголовок - РОН, и далее выравниванием и добавлением байт указателя PTR преобразуется в
компонентный блок уровня TU-3;
VC-4 - виртуальный контейнер высшего уровня, содержащий контейнер С-4, трактовый
заголовок, и путем выравнивания и добавления байт PTR преобразуется в административный
блок AU-4 (Administrative Unit - AU).
Соответствующим мультиплексированием с коэффициентами мультиплексирования
равными 3, 7 и 1, формируются группы компонентных блоков TUG (Tributary Unit Group)
второго TUG-2 и третьего (высшего) TUG-З уровней.
Виртуальный контейнер VC-4 формируется либо на основе контейнера С-4, либо путем
4
мультиплексирования с коэффициентом мультиплексирования, равным 3, из компонентных
блоков TUG-З. Виртуальный контейнер VC-4 преобразуется в административный блок AU-4, а
последний с помощью мультиплекси-рования преобразуется в группу административных
блоков AUG.
Формирование синхронного транспортного модуля уровня N STM-N осуществляется
путем мультиплексирования группы административных блоков с коэффициентом
мультиплексирования, равным N порядку STM, и добавлением в его структуру заголовка
регенерационной секции RSOH (Regeneration Section Over Head) и заголовка мультиплексной
секции MSOH (Multiplex Section Over Head).
Пример формирования модуля STM-1 на основе компонентного потока Е1.
Шаг 1. Все начинается с формирования контейнера С-12, наполняемого компонентным
цифровым потоком Е1 со скоростью 2,048 Мбит/с. Этот поток, для удобства последующих
пояснений, лучше представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, циклически
повторяющейся с периодом 125 икс, т.е. с периодом STM-1 (это так, если учесть, что 2,048-106125-1ГГ6/8 = 32 байта).
К этой последовательности в процессе формирования контейнера С-12 добавляются
выравнивающие, фиксирующие, управляющие и упаковывающие биты, составляющие два
байта. Следовательно, размер контейнера С-12 равен 34 байтам.
Шаг 2. Далее к контейнеру С-12 добавляется трактовый заголовок РОН длиной в один
байт с указанием маршрутной информации, используемой, в основном, для сбора статистики
прохождения контейнера по трактам передачи. В результате формируется виртуальный
контейнер VC-12 размером 35 байт.
Шаг 3. Добавление указателя PTR длиной в один байт преобразует виртуальный
контейнер VC-12 в субблок (трибный блок) TU-12 размером 36 байт.
Шаг 4. Последовательность субблоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования с
коэффициентом мультиплексирования, равным 3, преобразуется в группу субблоков (грибных
блоков) TUG-2 с суммарной длиной последовательности 3 х 36 = 108 байтов.
Шаг 5. Последовательность TUG-2 подвергается повторному мультиплексированию с
коэффициентом мультиплексирования равным 7, в результате чего формируется
последовательность длиной 108 х 7 = 756 байт. К этой последовательности добавляются 18
байт индикации нулевого указателя - NPI и фиксированного пустого поля - FS и
получается группа субблоков TUG-3 размером 774.
Шаг 6. Полученная цифровая последовательность вновь байт-мультиплексируется с
коэффициентом, равным 3, и формируется группа субблоков TUG-3 с суммарной длиной 774 х 3
= 2322 байта.
Шаг 7. Происходит формирование виртуального контейнера высшего порядка VC-4 в
результате добавления к последовательности группы блоков TUG-3 трактового заголовка
длиной 9 байтов и 18 байтов пустого поля. Размер VC-4 равен 2322 + 9 + 18 = 2349 байт.
Шаг 8. На последнем этапе происходит формирование синхронного транспортного
модуля STM-1. При этом сначала формируется административный блок AU-4 путем
добавления указателя PTR длиной 9 байт, который располагается в секционном заголовке
ЗОН, а затем получается группа административных блоков AUG путем формального
мультиплексирования с коэффициентом, равным 1. К группе AUG добавляется заголовок
регенерационной секции RSOH емкостью 27 байт и заголовок мультиплексной секции
MSOH емкостью 45 байт и тем самым завершается формирование STM-1 длиной 2349 + 9 + 27 +
45 = 2430 байт, что при цикле, равном Тц = 125 мкс, соответствует скорости передачи, равной
2430 х 8/125 х КГ6 = 155,52 Мбит/с.
Синхронный транспортный модуль уровня N получается мультиплексированием
цифрового потока STM-1 с соответствующим коэффициентом мультиплексирования.
3. Иерархия ЦСП с И КМ.
Задача № 3:
Построить асинхронную цифровую иерархию для систем передачи состоящих из
различных систем со скоростями потоков: 1544 кбит/с, 2048 кбит/с, Е1, Е2, Е3 и
аппаратуры с ЧРК к-60, к-300, каналов для передачи ТВ и РВ согласно вариантам.
5
Тип аппаратуры
(скорость потока)
ИКМ-15
ИКМ-24
ИКМ-30
АСП с ЧРК К-60
АСП с ЧРК К-300
АЦО ТВ и РВ
Цифр. поток Е1
Цифр. поток Е2
Цифр. поток Е3
Номера вариантов задания
№1 №2 №3 №4 №5
2
3
4
2
3
1
2
3
1
2
1
2
3
4
1
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
№6
4
1
2
1
1
1
3
2
1
№7
2
2
3
2
1
1
2
1
1
№8
3
1
4
1
1
1
1
2
1
№9
4
2
1
2
1
1
2
1
1
№ 10
2
3
2
2
1
1
1
2
1
Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков
передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по
иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в
том, что число каналов ЦСП, соответствующей данной ступени иерархии, больше числа
каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз.
Система передачи, соответствующая первой ступени, называется первичной; в этой
ЦСП осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных
сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии
объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т. д.
Если на данной станции первичной сети необходимо установить ЦСП с ИКМ с
относительно большим числом каналов, на ней устанавливают аппаратуру
соответствующего числа первичных, вторичных и т. д. цифровых систем передачи. К
1990 г. МККТТ разработал рекомендации по единой (всемирной) синхронной цифровой
иерархии (СЦИ), позволяющей объединять цифровые потоки, образованные системами
передачи, входящими в любую существующую иерархию.
Цифровые системы передачи с ИКМ, используемые на нашей первичной сети,
соответствуют европейской иерархии, рекомендованной МККТТ. На рис. 5.42 отмечены
ступени иерархии, указаны типы соответствующих им ЦСП, а также скорости цифровых
потоков.
Во всех потоках отводятся специальные позиции для передачи служебных
сигналов, что также указано на рисунке. Например, скорость вторичн ого потока,
равная 2048X4+ 256= 8448 кбит/с, определена скоростями четырех первичных потоков
(по 2048 кбит/с) и служебной информацией (256 кбит/с). Информация, передаваемая по
одному каналу ТЧ, преобразуется в цифровой поток со скоростью 64 кбит/с, соответствующий основному цифровому каналу (ОЦК).
На рис. 5.42 указаны также системы передачи, не входящие непосредственно в
иерархию ЦСП с ИКМ.
Это, во-первых, субпервичная система ИКМ-15, преобразующая сигналы 15
каналов ТЧ в цифровой поток со скоростью 1024 кбит/с. Цифровые потоки двух систем
6
ИКМ-15 могут быть объединены устройством объединения «Зона-15» в первичный
цифровой поток.
Во-вторых, это аналого-цифровое оборудование АЦО-ЧРК.В, которое преобразует
сигналы типовой вторичной группы каналов (60-канальной) системы передачи с ЧРК в три
первичных цифровых потока.
В-третьих, на рисунке отмечено аналого-цифровое оборудование АЦО-ТВ,
позволяющее преобразовывать канал телевизионного вещания и два канала звукового
сопровождения (или один стерео) в три третичных цифровых потока. Существуют и другие
виды оборудования, имеющие ограниченное применение и не показанные на рисунке.
Системы иерархии, где объединяются потоки с небольшими расхождениями
скоростей, называют плезиохронными (ПЦИ). Если же обеспечить синхронность
объединяемых потоков, то резко упрощается техника их объединения и разделения.
В разработанной системе синхронной цифровой иерархии (СЦИ) скорость
передачи на первой ступени установлена равной 155 520 кбит/с, что выше верхней
скорости европейской ПЦИ (139264) кбит/с.
Установлены также скорости высших ступеней:
второй—155520X4 = 622080 кбит/с;
третьей — 622080x4 = 248320 кбит/с.
Кроме того, рассматривается вопрос об установлении скоростей передачи ниже
первой ступени, что позволит получить преимущества СЦИ на современных спутниковых
и радиорелейных линиях связи, где скорости цифровых потоков обычно не превышают
60000 кбит/с.
Объединение плезиохронных цифровых потоков в синхронные осуществляется с добавлением довольно большого объема служебной инфор-мации. Например, для
четверичного потока эта добавка составляет 155,520—139264=16256 кбит/с. Большие
объемы служебной информации позволяют поднять эксплуатационное и техническое
обслуживание сети на качественно новый уровень.
Ст. преподаватель кафедры ФТТ и НФ
Е.К. Есназаров
7