екция 2/5 Сети SDH следующего поколенияits.kpi.ua/ts/SiteAssets/SitePages/files_noskov... · · 2014-06-04Сети sdh следующего ... • шаг

Тема :

Оптоволоконные системы передачи

Сети SDH следующего поколения

(NG SDH)

Доцент кафедры ТС Института телекоммуникационных систем

Носков Вячеслав Иванович

Киев- 2014

Лекция 2/5

Дисциплина:

Телекоммуникационные кабельные и оптоволоконные системы - 2

Учебные вопросы

1) Возможности существующей сети SDH для передачи

трафика данных.

2) Технологии, применяемые в сетях NG SDH

Возможности существующей сети SDH для передачи

трафика данных

Общая тенденция в телекоммуникациях – увеличение объема

трафика передачи данных ( в основном трафика TCP/IP сетей) по

отношению к телефонному трафику.

Передача данных обеспечивается пакетами, которые могут иметь

разную длину и следуют с разной интенсивностью.

Традиционная же технология SDH разрабатывалась для связи

цифровых АТС, т.е. предназначалась для голосового трафика,

цифровые потоки которого имеют постоянную скорость передачи и

определенную, фиксированную, длину кадра

Проблемы передачи данных в сетях SDH:

• Иерархия скоростей передачи каналов SDH не соответствуют

скоростям передачи данных, например, Ethernet

• Низкая эффективность использования пропускной способности

синхронных каналов вследствие неприспособленности их для

передачи пульсирующего трафика

• Отсутствуют интерфейсы для передачи данных. Требуется

дополнительное оборудования, например, инверсные TDM

мультиплексоры) для сопряжения с каналами SDH, что удорожает

стоимость услуг связи

В традиционной технологии SDH для транспортировки

информационных цифровых потоков используется метод их инкапсуляции в

контейнеры. Емкость контейнеров адаптирована под иерархию скоростей PDH

(2, 8, 34, 140 Мбит/с) и не соответствует ряду скоростей Ethernet (10, 100, 1000

Мбит/с).

Можно обеспечить передачу:

10 Мбит/с – VC-3 (коэффициент использования канала 29,4%);

100 Мбит/с – VC-4 (коэффициент использования канала 71,4%)

Кроме того, кадр Ethernet может иметь максимальную длину 1522 байта (без

преамбулы и разграничителей кадра). Емкость же полезной нагрузки VC-3

составляет 756 байт, а VC-4 – 2340 байт. Таким образом, для передачи кадров

Ethernet через VC-3 необходимо организовывать перенос части кадра в

соседний VC-3 с соответствующим информированием об этом приемную

сторону.

Для адаптации возможностей SDH к передаче Ethernet-трафика в

рекомендации G.707 (ред. 2000 года) была предложена процедура сцепки

последовательных контейнеров (concatenation). Рекомендация

предусматривает последовательную сцепку только контейнеров

VC-4 (140 Мбит/с) c кратностью 4.16, 64, 256.



Используется объединение последовательных виртуальных

контейнеров в один логический контейнер. Применялась на ранних этапах

для передачи высокоскоростного трафика данных на основе инкапсуляции

в ячейки АТМ или кадры HDLC и только для VC-4: VC-4-Хc, где Х =4; 16; 64;

256. Это соответствует уровням STM -4, 16, 64, 256

Используется РОН только первого VC-4. Для остальных Х-1 VC-4 РОН не

активны и являются балластом.

Последовательная конкатенация (Contiguous Concatenation – CCAT)



Отображение признака конкатенации в AU-4:

Pointer VC-4 - 1

Pointer VC-4 – 2…Х

(Concatenated)

.

.

.

AU4 -1

AU4 –X

POH VC-4



Уровень STM-N

STM-4 STM-16 STM-64 STM-256

X 4 16 64 256

Скорость VC-4-Xc, Мбит/с

599,04 2396,16 9584,64 38338,56

Скорости передачи для последовательной конкатенации VC-4:

R, Мбит/с = 260 х 9 х 8 х 0,008 х Х



Положительные и отрицательные стороны CCAT:

Положительные качества:

• простота реализации

Недостатки:

• Все мультиплексоры на маршруте трафика должны поддерживать ССАТ

• Отсутствуют механизмы адаптации емкости к пульсирующему трафику

• Шаг изменения емкости тракта передачи довольно большой – 140 Мбит/с

• Невозможность распределить контейнеры по нескольким маршрутам для

повышения надежности передачи трафика

• Не согласуется с принятым рядом скоростей Ethernet

• Отсутствие механизма гибкого распределения виртуальных контейнеров

между потоками данных (наличие проблемы «фрагментации»)



Проблема «фрагментации»:

Выводы: 1) ССАТ фактически организует синхронные каналы с

постоянной скоростью передачи, мало пригодные для передачи

данных

2) CCAT может найти свое применение только на

магистральных, постоянно загруженных участках большой емкости



VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4

VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4 VC-4

Пользователь 1 Пользователь 2

Пользователь 1 Пользователь 2

Свободные VC-4

Свободные VC невозможно использовать для

других пользователей, так как они не

последовательны – это и есть проблема

«фрагментации»

Пути решения проблем передачи данных в сетях SDH следующего

поколения:

• применение процедуры организации виртуальных сцепок контейнеров

(VCAT – Virtual conCATenation) включая и контейнеры VC-3 и VC-12 для

обеспечения требуемой пропускной способности в магистральном

потоке SDH – рекомендация G.707, ред. 2007

• применение процедуры динамического управления пропускной

способностью тракта передачи данных в магистрали SDH (LCAS – Link

Capacity Adjustment Scheme) – рекомендация G.7042

• применение процедуры инкапсуляции кадров передачи данных в

сцепки виртуальных контейнеров (GFP – Generic Frame Procedure). Это

обеспечивает передачу асинхронно-следующих кадров разной длины с

четким обозначением их границ в сцепке – рекомендация G.7041

Таким образом, системы SDH следующего поколения представляют

собой многофункциональные мультисервисные платформы,

Технологии, применяемые в сетях NG SDH

Функциональная схема реализации служб Ethernet в рамках технологии NG SDH:


• Виртуальная конкатенация предусматривает объединение виртуальных

контейнеров в группу (VCG – Virtual Concatenation Group), члены

которой передаются через SDH совершенно независимо и объединяются

в общую емкость только на удаленном конце линии

• Трафик при этом сегментируется и распределяется по виртуальным

контейнерам группы

• Виртуальные контейнеры имеют свой уникальный номер в группе

• Виртуальную конкатенацию должны поддерживать только

мультиплексоры в точках терминирования трафика


Виртуальная конкатенация (Virtual Concatenation – VCAT) - G.707:

VCAT для VC-3/VC-4:

Факт объединения в группу и номер в последовательности

указывается в байте Н4 каждого контейнера.


Использование Н4 для VCAT VC-3/VC-4:


Байт Н4

1 2 3 4 5 6 7 8 Цикл

Назначение MFI 1

MFI 2 (старшие биты) 0 0 0 0 0

MFI 2 (младшие биты) 0 0 0 1 1

Управляющий пакет LCAS,

резерв

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

0 1 0 1 5

0 1 1 0 6

0 1 1 1 7

1 0 0 0 8

1 0 0 1 9

1 0 1 0 10

1 0 1 1 11

1 1 0 0 12

1 1 0 1 13

SQ - номер VC в группе (старшие

биты) 1 1 1 0 14

SQ - номер VC в группе (младшие

биты) 1 1 1 1 15

Для управления VCAT

используется байт Н4 РОН

VC-3/VC-4. В целях

организации достаточного

поля для передачи команд

управления и резерва для

последующего применения

организуется сверхцикл,

позволяющий многократно

использовать байт Н4.

Сверхцикл содержит 16 х

256 = 4096 циклов VC-

3/VC-4.

Пример передачи трафика Giga Ethernet с помощью VCAT:


VCAT для VC-12/VC-2:

VC-12/VC-2 Concatenation

Факт объединения и номер в последовательности указывается в байте К4


Отображение номера VC-12 в VCG:


• Используется бит 2 в байте К4

• Для создания поля размещения данных

организуется сверхцикл VCAT, в который

входят 32 сверхцикла VC-12

• Скорость передачи данных – 2 кбит/с

• Сверхцикловая синхронизация

передается в сверхцикле битом 1 байта К4:

Сверхц

икл

VC

-12

Frame count (0…31) – номер цикла в сверхцикле; Sequence indicator (0…63) – номер VC-12 в VCG;

R – биты, зарезервированные для передачи управляющих пакетов LCAS

Передача сообщений VCAT c помощью бита 2 байта К4:

Скорости передачи в мультиконтейнере при VCAT для VC-3/VC-4:


Скорости передачи в мультиконтейнере при VCAT для VC-11/VC-12:


Положительные свойства виртуальной конкатенации:

• лучшее приближение пропускной способности тракта SDH к скорости

передачи трафика данных

• возможность динамично менять пропускную способность канала

• высокая надежность передачи трафика за счет диверсификации маршрутов

VC группы

• промежуточные мультиплексоры SDH могут не поддерживать VCAT

• возможность организации асимметричной пропускной способности

направлений


Служба Эффективность использования канала

без VCAT

Эффективность использования

канала с VCAT

Ethernet 10 Мбит/с VC-3 — 20% VC-12-5v — 92%

Fast Ethernet 100 Мбит/с

VC-4 — 67% VC-12-47v — 100%

Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с

VC-4-16c — 42% VC-4-7v — 85%

Эффективность использования пропускной способности для систем без

VCAT и с VCAT:

Link Capacity Adjustment Scheme (G.7042):

• позволяет увеличивать или уменьшать емкость VCG без обрыва

передачи трафика

• шаг изменения емкости VCG равен емкости одного виртуального

контейнера группы

• управление емкостью происходит независимо в двух направлениях

• автоматическое удаление поврежденных VC и их добавление после

восстановления


Link Capacity Adjustment Scheme:

Управление емкостью происходит путем передачи управляющего пакета,

который включает в себя следующую информацию.

От инициирующей стороны к принимающей:

• указатель мультифрейма – MFI

• указатель последовательности – SQ

• управляющее сообщение – CTRL

• идентификатор группы – GID

• CRC

От принимающей стороны к инициирующей:

• статус члена группы конкатенации – MST

• подтверждение , что приняты изменения в составе виртуальной группы (VCG)

– RS-Ack

• CRC

При конкатенации VC-3/VC-4 используется байт Н4 РОН, а при

конкатенации VC-12 – байт К4


Link Capacity Adjustment Scheme:

Управляющий пакет дублируется всеми членами группы виртуальной

конкатенации. Это обеспечивает высокую надежность обмена о состоянии

группы между источником и получателем.


Multi Frame Indicator (MFI):

• Данные, предназначенные для передачи через VCG, состоящую из Х

членов, распределяются по Y байт для передачи с помощью отдельных

виртуальных контейнеров группы, которые могут следовать различными

маршрутами (дифференциальная задержка может составлять 5 мс на 1000

км)

• Для восстановления исходной последовательности полезная нагрузка

каждого контейнера имеет свой уникальный номер, который передается на

приемную сторону в виде SQ

• Передающая сторона с помощью счетчика нумерует каждый цикл передачи

(125 мкс/500мкс) виртуальных контейнеров группы, начиная с нуля. При

заполнении счетчика счет опять продолжается с нуля. Состояние счетчика в

каждом цикле передачи и есть MFI . Его значение передается в РОН каждого

виртуального контейнера (байт Н4 – для VC-3, байт К4 – для VC-12.

• На приемной стороне анализируется время прихода контейнеров VCG с

одинаковым MFI и вычисляется взаимная задержка, которая компенсируется

за счет буферизации данных каждого из этих контейнеров


Управляющее сообщение - CTRL:

Биты сообщения CTRL

Код Описание СТ1 СТ2 СТ3 СТ4

0 0 0 0 FIXED Источник использует VCAT без LCAS

(фиксированная емкость)

0 0 0 1 ADD Оповещение о добавлении этого VC в группу

0 0 1 0 NORM Нормальная работа (данный VC используется в

группе)

0 0 1 1 EOS End Of Sequence – указывает, что данный VC

является последним в группе для переноса

полезной нагрузки

1 1 1 1 IDLE Этот VC не является членом VCG или будет

удален

0 1 0 1 DNU Do Not Use - не использовать данный VC, так как

от приемной стороны получено сообщение о

нарушениях в этом VC


Идентификатор группы - GID:

В сети SDH может быть организовано несколько VCG. Для исключения

случайного включения VC не в свою группу служит однобитный GID. Он

формируется по псевдослучайному закону 2^15-1 и одинаков для всех VC

группы. Вместе с MFI позволяет исключить перепутывание между группами

VC, имеющими один и тот же TTI (Trail Trace Identifier).


Статус члена группы конкатенации (MST):

• Сообщение MST посылается принимающей стороной в направлении

источника образования VCG

• Сообщение передается периодически каждые 64 мс для VC3/VC4 и 128 мс

для VC12

• Для адресации используется указатель последовательности SQ

• Значения статуса: ОК, FAIL


Подтверждение о принятии изменений в составе группы конкатенации

(RS-Ack):

Инициируется принимающей стороной после получения управляющего

сообщения CTRL и анализа состояния всх членов группы виртуальной

конкатенации. Размер сообщения – 1бит


Размещение управляющего пакета LCAS в сверхцикле VC-3/VC-4:


Байт Н4

1 2 3 4 5 6 7 8 Цикл

Назначение MFI 1

MFI 2 (старшие биты) 0 0 0 0 0

MFI 2 (младшие биты) 0 0 0 1 1

CTRL 0 0 1 0 2

0 0 0 GID 0 0 1 1 3

Резерв 0 1 0 0 4

Резерв 0 1 0 1 5

CRC-8 0 1 1 0 6

CRC-8 0 1 1 1 7

MST 1 0 0 0 8

MST 1 0 0 1 9

0 0 0 RS-Ack 1 0 1 0 10

Резерв 1 0 1 1 11

Резерв 1 1 0 0 12

Резерв 1 1 0 1 13

SQ - номер VC в группе (старшие биты) 1 1 1 0 14

SQ - номер VC в группе (младшие биты) 1 1 1 1 15

Размещение управляющего пакета LCAS в сверхцикле VC-12:


• Используется бит 2 байта К4

• сверхцикловая синхронизация – бит 1 байта К4:

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

Generic Frame Procedure:

ESCON (Enterprise Systems Connection) — волоконный

канальный интерфейс, обеспечивающий обмен информацией между

сервером IBM zSeries и периферийными устройствами (либо другим

сервером) FICON (Fibre Connection) — последовательный канал передачи данных,

обеспечивающий обмен информацией между сервером IBM zSeries и

периферийными устройствами (либо другим сервером). Стандарт ANSI



GFP-F (Frame-Mapped GFP) – основная процедура фреймирования с

отображением исходных кадров полезной нагрузки, например, Ethernet,

Fast Ethernet, IP

GFP-T (Transparent GFP) – прозрачная инкапсуляция данных полезной

нагрузки с разбиением на блоки. Используется в технологиях ESCON,

FICON, а также в Giga и 10Giga Ethernet


Режим Описание Применение

GFP-F Инкапсуляция кадров данных в GFP кадр (Layer 2).

Переменная длина кадра.

Минимальная избыточность заголовков.

E/FE/GbE, IP, PPP

GFP-T Инкапсудяция кодовых символолв в GFP кадр (Layer 1).

Постоянная длина кадра.

Минимальные задержки.

GbE, Fiber Cannel, FICON, ESCON, DVB-AS

Сравнение GFP-F и GFP-T


PLI – длина поля полезной

нагрузки. Одновременно

используется для кадровой

синхронизации

cHEC (Header Error Control)

PTI (Payload Type Identifier) -3

бита (000 – данные пользователя,

100 – управление)

PFI (Payload FCS field Identifier) –

1 – наличие FCS, 0 - отсутствие

EXI (Extension head Identifier) –

0000 – нет расширения заголовка;

0001 – линейная цепь; 0010 –

кольцо

UPI (User Payload Identifier) – тип

полезной агрузки


Generic Frame Procedure (тип полезной нагрузки):


Generic Frame Procedure (преимущества):

Стандартизация — обеспечивает глобальную совместимость и приводит к низкой

стоимости компонент

• Масштабируемость — GFP на сегодняшний день поддерживает службы данных

на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с

• Широкая применимость — GFP может быть использован для передачи

широкого спектра сигналов поверх SDH, получил одобрение рабочей группы IEEE

802.17 RPR и IETF, также подходит для применения в будущих сетях, основанных

на OTN архитектуре

• Простота — GFP имеет более простую технику инкапсуляции чем HDLC

с механизмом разграничения кадров, проверенном на ATM и не требующем

интенсивной обработки, что в результате делает программно-аппаратную реализацию

GFP проще и дешевле

• QoS — невысокий уровень задержек для GFP-F и минимальный для GFP-T

позволяет поддерживать приложения, требовательные к качеству обслуживания.


Литература

1) Слепов Н.Н. Сети SDH новой генерации и их

использование для передачи трафика Ethernet,

статьи в журнале «Электроника:Наука, Технология,

Бизнес»

2) Рекомендации МСЭ-Т G.707, G.7041, G.7042

Задание на самоподготовку

1) Повторить материал лекции

2) Усвоить принципы VCAT, LCAS

3) Изучить структуру и предназначение GFP

Documents

екция 2/5 Сети SDH следующего поколенияits.kpi.ua/ts/SiteAssets/SitePages/files_noskov... · · 2014-06-04Сети sdh следующего ... • шаг