Технология синхронной цифровой иерархии

Назначение

Технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) разработана для создания надежных транспортных сетей, позволяющих гибко формировать цифровые каналы широкого диапазона скоростей - от единиц мегабит до десятков гигабит в секунду. Основная область применения технологии SDH - первичные сети операторов связи. Мультиплексоры SDH, объединенные волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС) образуют среду, в которой администратор сети SDH прокладывает цифровые каналы между точками подключения абонентского оборудования или оборудования вторичных (наложенных) сетей самого оператора - телефонных сетей и сетей передачи данных. Технология SDH применяется также и в крупных корпоративных сетях, когда имеются технико-экономические предпосылки для поддержания собственной инфраструктуры цифровых каналов, например, в сетях предприятий энергетического комплекса или железнодорожных компаний.

    Каналы SDH относятся к классу полупостоянных (semipermanent) - формирование (provisioning) канала происходит по инициативе оператора сети SDH, пользователи же лишены такой возможности, поэтому каналы SDH обычно применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Из-за полупостоянного характера соединений в технологии SDH чаще используется термин "кросс-коннект" (cross-connect), а не коммутация.

    Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM), при котором информация от отдельных абонентов адресуется относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов.

    Каналы SDH обычно используются для объединения большого количества периферийных низкоскоростных каналов, работающих по технологии плезиохронной цифровой иерархии (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy). Пример использования каналов SDH для соединения между собой абонентского оборудования разного типа приведен на Рисунке 1.

    Сети SDH обладают многими достоинствами, главными среди которых являются:

    Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей, позволяющая вводить (add, insert) в магистральный канал и выводить (drop) из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости, не демультиплексируя магистральный поток в целом - а это означает не только гибкость, но и экономию оборудования. Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей.

    Отказоустойчивость сети. Сети SDH обладают высокой степенью "живучести" - технология предусматривает автоматическую реакцию оборудования на такие типичные отказы как обрыв кабеля, отказ порта, выход из строя мультиплексора или отдельной его карты, направляя трафик по резервному пути или переходя на резервный модуль. Переход на резервный путь происходит очень быстро - не более 50 мс, согласно требованиям стандарта.

    Мониторинг и управление сетью на основе информации, встроенной в заголовки кадров. Это обеспечивает обязательный уровень управляемости сети, не зависящий от производителя оборудования, и создает основу для наращивания функций менеджмента в фирменных системах управления.

    Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа - голосового, видео и компьютерного. Техника мультиплексирования TDM, лежащая в основе SDH, обеспечивает трафику каждого абонента постоянную гарантированную полосу пропускания.

Сети SDH добились прочного положения в телекоммуникационном мире - сегодня они составляют фундамент практически всех крупных сетей - региональных, национальных и международных. Укрепляет это положение и то, что технология SDH может легко интегрироваться с технологией DWDM, обеспечивающей передачу информации по оптическим магистралям с еще более высокими скоростями - сотни гигабит в секунду и выше - за счет мультиплексирования с разделением по длине волны. В магистральных сетях с ядром DWDM сети SDH будут играть роль сети доступа, то есть ту же роль, которую играют сети PDH по отношению к SDH.

Есть, естественно, у технологии SDH и недостатки. Сегодня чаще всего говорят о ее неспособности динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети - свойстве, обеспечиваемом пакетными сетями. Этот недостаток проявляется при передаче трафика с большими значениями коэффициента пульсации, например, трафика доступа к ресурсам WWW или компрессированного голоса с удаленными паузами.

История

    Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана компанией Bellcore под названием "Синхронные оптические сети" - Synchronous Optical NETs, SONET. Эта технология явилась развитием технологии PDH, которая появилась в 60-е годы для построения качественных и относительно недорогих цифровых каналов между телефонными станциями. Технология PDH долгое время хорошо справлялась со своими магистральными обязанностями, предоставляя пользователям каналы T1 (1,5 Мбит/с) -T3 (45 Мбит/с) в американском варианте технологии, или каналы E1 (2 Мбит/с) - E3 (34 Мбит/с) - E4 (140 Мбит/с) в европейском и международном вариантах. Быстрое развитие телекоммуникационных технологий привело к необходимости расширения иерархии скоростей PDH и использовании всех возможностей, которые предоставляла новая среда - волоконно-оптические линии связи.

    Одновременно с повышением линейки скоростей нужно было освободится от недостатков PDH, которые выявились за время эксплуатации этих сетей. Одним из основных недостатков PDH является принципиальная невозможность выделения отдельного низкоскоростного потока из высокоскоростного без полного демультиплексирования последнего. Сам термин "плезиохронный", то есть "почти" синхронный, говорит о причине такого явления - отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Для выравнивания скоростей нескольких низкоскоростных каналов, обладающих некоторым рассогласованием частоты между собой, технология PDH использует технику вставки нескольких дополнительных бит между кадрами каналов с относительно меньшими скоростям. Затем эти кадры одинаковой частоты мультиплексируются с чередованием бит в мультикадр второго и более высоких уровней иерархии. В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры этого объединенного канала. Например, если требуется получить данные одного абонентского канала 64 Кбит/с из кадров канала E3, необходимо произвести демультиплексирование этих кадров до уровня кадров E2, затем - до уровня кадров E1, а затем демультиплексировать и сами кадры E1. Если сеть PDH используется только в качестве транзитной магистрали между двумя крупными узлами, то операции мультиплексирования и демультиплексирования выполняются только в этих узлах и проблем не возникает. Но если возникает потребность выделения одного или нескольких абонентских каналов в промежуточном узле сети PDH, то эта задача простого решения не имеет. Один из вариантов решения - установка двух мультиплексоров уровня T3/E3 и выше в каждом узле сети. Первый мультиплексор выполняет полное демультиплексирование потока и отвод части низкоскоростных каналов абонентам, а второй вновь собирает оставшиеся каналы вместе с вновь вводимыми в выходной высокоскоростной поток. Но количество требуемого оборудования при этом удваивается.

    Другой вариант - "обратная доставка" (back hauling). В промежуточном узле, где нужно выделить и отвести абонентский поток, устанавливается только один высокоскоростной мультиплексор, который просто передает транзитом данные дальше по сети без их демультиплексирования. Эту операцию выполняет только мультиплексор конечного узла, который возвращает данные требуемого абонента по отдельному физическому каналу в промежуточный узел. Естественно, такие сложные взаимоотношения между узлами усложняют работу сети, требуют ее тонкого конфигурирования, что ведет к большому объему ручной работы и ошибкам, и не обладают нужной гибкостью - отвод данных для нового абонента требует отдельного физического канала.

    Кроме этого, в технологии PDH не были предусмотрены встроенные средства обеспечения отказоустойчивости и управления сетью.

    Все эти недостатки были учтены и преодолены разработчиками технологии SONET. Первый вариант стандарта технологии SONET появился в 1984 году. Затем эта технология была стандартизована комитетом T1 ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) и CCITT, совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии. Основной целью разработчиков международного стандарта было создание такой технологии, которая бы позволяла передавать трафик всех существующих цифровых каналов уровня PDH (как американских T1-T3, так и европейских E1-E4) в рамках высокоскоростной магистральной сети, использующей волоконно-оптические кабели и обеспечила бы иерархию скоростей, продолжающую иерархию технологии PDH до скорости в несколько Гбит/с.

    В результате длительной работы удалось разработать международный стандарт Synchronous Digital Hierarchy, SDH (спецификации ITU-T G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812 и ETSI - ETS 300 147). Стандарты SONET также были доработаны так, что аппаратура и сети SDH и SONET являются совместимыми и могут мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH - и американского, и европейского.

Иерархия скоростей и методы мультиплексирования

    Технология SONET/SDH поддерживает следующую иерархию скоростей:

    В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы кадров для этих уровней) имеют общее название: STM-N - Synchronous Transport Module level N. В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: STS-N - Synchronous Transport Signal level N, употребляемое для случая передачи данных электрическим сигналом и OC-N - Optical Carrier level N, употребляемое в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Далее для упрощения изложения сосредоточимся на технологии SDH.

    Кадры STM-N имеют достаточно сложную структуру, позволяющую агрегировать в общий магистральный поток потоки SDH и PDH различных скоростей, а также выполнять операции ввода-вывода без полного демультиплексирования магистрального потока.

    Операции мультиплексирования и ввода-вывода выполняются с использованием виртуальных контейнеров (Virtual Container, VC), которые позволяют переносить через сеть SDH блоки данных PDH. Виртуальный контейнер содержит кроме блоков данных PDH некоторую служебную информацию, в частности заголовок пути контейнера (Path OverHead, POH). В заголовке пути переносится статистическая информация о процессе прохождении контейнера вдоль пути от его начальной до конечной точки (сообщения об ошибках), а также другие служебные данные, например, индикатор установления соединения между конечными точками. В результате виртуальный контейнер имеет больший размер, чем соответствующая нагрузка PDH, которую он переносит. Например, виртуальный контейнер VC-12, переносящий 32 байта данных потока E-1, состоит из 35 байт.

    В технологии SDH определено несколько типов виртуальных контейнеров (Рисунок 2), предназначенных для транспортировки основных типов блоков данных PDH: VC-11 (1,5 Мбит/c), VC-12 (2 Мбит/с), VC-2 (6 Мбит/с), VC3 (34/45 Мбит/с) и VC-4 (140 Мбит/c).

    Виртуальные контейнеры являются единицей коммутации мультиплексоров SDH. В каждом мультиплексоре существует таблица (матрица) соединений (называемая также матрицей кросс-соединений), в которой указано, например, что контейнер VC-12 порта P1 соединен с контейнером VC12 порта P5, а контейнер VC3 порта P8 соединен с контейнером VC3 порта P9. Таблицу соединений формирует администратор сети с помощью системы управления или управляющего терминала в каждом мультиплексоре, так, чтобы обеспечить сквозной путь для соединения конечных точек сети, к которым присоединено оборудование пользователей.

    Для совмещения в рамках одной сети синхронной передачи кадров STM-N с асинхронным характером переносимых этими кадрами пользовательских данных PDH, в технологии SDH применяются указатели (pointers). Концепция указателей является ключевой в технологии SDH, она заменяет выравнивание скоростей асинхронных источников с помощью дополнительных бит, принятое в технологии PDH. Указатель определяет текущее положение виртуального контейнера в структуре более высокого уровня - трибутарном блоке (Tributary Unit, TU - смысл этого термина будет пояснен ниже) или административном блоке (Administrative Unit, AU). Применение указателя позволяет виртуальному контейнеру "плавать" в определенных пределах внутри своего трибутарного или административного блока, который в свою очередь занимает уже фиксированное положение в кадре. Собственно, основное отличие этих блоков от виртуального контейнера - это добавленное поле указателя. Система указателей и позволяет мультиплексору находить положение пользовательских данных в синхронном потоке байт кадров STM-N и "на лету" извлекать их оттуда, что не позволяет механизм мультиплексирования, примененный в PDH.

    Трибутарные блоки объединяются в группы, которые в свою очередь входят в административные блоки. Группа, состоящая из N административных блоков AUG, и образует полезную нагрузку кадра STM-N, помимо этого в кадр входит заголовок с общей для всех AU служебной информацией. На каждом шаге преобразования к предыдущим данным добавляется несколько служебных байт, помогающих распознать структуру группы блоков или блока, и затем с помощью указателей определить начало пользовательских данных.

    На Рисунке 2 структурные единицы кадра SDH, содержащие указатели, заштрихованы, а связь между контейнерами и блоками, допускающая сдвиг данных по фазе, показана пунктиром.

    Схема мультиплексирования SDH предоставляет разнообразные возможности по объединению пользовательских потоков PDH. Например, для кадра STM-1 можно реализовать такие варианты:

• 1 поток E4;
• 3 потока E3/T3;
• 63 потока E1;
• 1 поток E3 и 42 потока E1

и другие.

Типы оборудования

    Основным элементом сети SDH является мультиплексор (Рисунок 3). Мультиплексор обычно оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH, например, портами PDH 2 Мбит/с, 34 Мбит/с и портами SDH 155 Мбит/c STM-1 и 622 Мбит/c STM-4. Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные (трибы). Трибутарные порты часто называют также портами ввода-вывода, а агрегатные - линейными. Эта терминология отражает типовые топологии сетей SDH, в которых имеется ярко выраженная магистраль в виде цепи или кольца, через которую передаются потоки данных, поступающие от пользователей сети через порты ввода-вывода (втекающие в агрегированный поток, tributary - приток).

    Мультиплексоры SDH обычно делят на терминальные мультиплексоры (Terminal Multiplexor, TM) и мультиплексоры ввода-вывода (Add-Drop Multiplexor, ADM). Разница между ними состоит сегодня не столько в составе портов, сколько в положении мультиплексора в сети SDH.

    Терминальный мультиплексор является конечной точкой для трафика SDH, в которой данные, переносимые в кадрах STM-N, демультиплексируются и распределяются по интерфейсам ввода-вывода (трибутарным интерфейсам), поддерживающим кадры PDH или неструктурированные потоки данных (например, интерфейсы V.35). Для выполнения своих функций терминальному мультиплексору достаточно иметь один агрегатный порт STM-N и некоторое количество трибутарных портов. Сегодня выпускается ограниченное число моделей мультиплексоров SDH, которые являются терминальными по своим конструктивным параметрам. Обычно это терминальные мультиплексоры уровня STM-1 с фиксированным набором портов - одним агрегатным портом и несколькими трибутарными.

    Мультиплексор ввода-вывода (ADM) занимает промежуточное положение на магистрали сети (в кольце, цепи или смешанной топологии). Агрегатные порты ADM транзитом передают кадры STM-N, выполняя операции ввода в них (add) или вывода из них (drop) данных трибутарных портов, которые могут быть портами STM-M (M < N) или портами PDH. Агрегатные порты мультиплексора поддерживают максимальный для данной модели уровень скорости STM-N, который является характеристикой мультиплексора в целом, например, мультиплексор STM-4 или STM-64. Мультиплексоры ADM обычно имеют модульную архитектуру, они могут использоваться также в качестве терминальных мультиплексоров, когда в мультиплексор установлена карта с одним агрегатным портом.

    Как правило, современные мультиплексоры ввода-вывода являются кросс-коннекторами (Digital Cross-Connect, DXC). Это означает, что мультиплексор может выполнять операции коммутации над произвольными виртуальными контейнерами, а не только операции ввода-вывода, которые сводятся к коммутации контейнера из агрегатного потока с контейнером такого же уровня трибутарного потока. В кросс-коннекторе порты уже не делятся на агрегатные и трибутарные, так как они отличаются только поддерживаемым уровнем кадра SDH или PDH, а не функционально.

    Кроме мультиплексоров, в состав сети SDH могут входить регенераторы, необходимые для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами, зависящих от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания волоконно-оптического кабеля. Регенератор преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, при этом восстанавливается форма сигнала и его временные параметры. В настоящее время регенераторы SDH применяются достаточно редко, так как стоимость их ненамного меньше стоимости мультиплексора, а функциональные возможности несоизмеримы.

    Мультиплексоры SDH делятся также на две группы в зависимости от области применения: оборудование для построения сетей масштаба мегаполиса (Metro) и оборудование сетей дальней связи (Long Haul, LH). Оборудования класса Metro должно обладать разнообразными интерфейсами для подключения к сети устройств абонентов различного типа: мультиплексоров PDH, телефонных коммутаторов, IP-маршрутизаторов, коммутаторов ATM, Ethernet (Fast, Gigabit и 10G). Мультиплексоры SDH Metro должны уметь эффективно упаковывать нестандартные для этой технологии форматы пользовательских данных (т.е. отличных от кадров PDH, на которые рассчитана технология SDH) в виртуальные контейнеры. Основные требования, предъявляемые к оборудованию класса Long Haul - высокая скорость (STM-16, STM-64) и большая протяженность регенераторных и мультиплексных секций. Сегодня оборудование SDH LH постепенно вытесняется оборудованием DWDM LH, которое обеспечивает существенно более высокие скорости для магистрали сети.

Уровни и протоколы

    Стек протоколов SDH состоит из протоколов 4-х уровней (рис.4):

• Физический уровень, названный в стандарте фотонным (photonic), имеет дело с кодированием бит информации с помощью модуляции света. Для кодирования оптического сигнала применяется потенциальный код CMI (класса 1B2B), обладающий самосинхронизируемостью.

• Уровень секции (section) поддерживает физическую целостность сети. Секцией в технологии SDH называется каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, который соединяет пару устройств SONET/SDH между собой, например мультиплексор и регенератор, регенератор и регенератор. Секцию часто называют регенераторной секцией, имея в виду, что выполнение функций этого уровня не требует от оконечных устройств секции быть мультиплексорами. Протокол регенераторной секции имеет дело с определенной частью заголовка кадра, называемой заголовком регенераторной секции (RSOH), и на основе служебной информации может проводить тестирование секции и поддерживать операции административного контроля.

• Уровень линии (line) отвечает за передачу данных между двумя мультиплексорами сети. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STМ-N для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. Протокол линии также ответственен за проведение операций реконфигурирования линии в случае отказа какого-либо ее элемента - оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора. Линию также часто называют мультиплексной секцией.

• Уровень тракта (path) отвечает за доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт (путь) - это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять данные, поступающие в пользовательском формате, например формате T1, и преобразовать их в синхронные кадры STM-N.

Кадры STM-N

    На рис. 5 показаны основные элементы кадра STM-1. Кадр обычно представляют в виде матрицы, состоящей из 270 столбцов и 9 строк. Первые 9 байт каждой строки отводятся под служебные данные заголовков, а из последующих 261 байтов 260 отводятся под полезную нагрузку (данные таких структур как AUG, AU, TUG, TU и VC), а один байт каждой строки отводится под заголовок тракта, что позволяет контролировать соединение "из конца в конец".

Заголовок регенераторной секции RSOH содержит:

• синхробайты,
• байты контроля ошибок для регенераторной секции,
• один байт служебного аудиоканала (64 Кбит/с),
• три байта канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 192 Кбит/с,
• байты, зарезервированных для использования по усмотрению национальных операторов связи.

    Указатели H1, H2, H3 задают положение начала виртуального контейнера VC-4 или трех виртуальных контейнеров VC-3 относительно поля указателей.

В заголовке протокола мультиплексной секции содержатся:

• байты контроля ошибок для мультиплексной секции,
• шесть байт канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 576 Кбит/с,
• два байта протокола автоматической защиты трафика (байты K1 и K2), обеспечивающего живучесть сети,
• байт передачи сообщений статуса системы синхронизации.

    Остальные байты заголовка MSOH либо зарезервированы для использования национальными операторами связи, либо не используются.

    Рассмотрим механизм работы указателя H1-H2-H3 на примере кадра STM-1, переносящего контейнер VC-4. Указатель занимает 9 байт четвертого ряда кадра, причем под каждое из полей H1, H2 и H3 в этом случае отводится по три байта. Разрешенные значения указателя находятся в диапазоне 0 - 782, причем указатель отмечает начало контейнера VC-4 в трехбайтовых единицах. Например, если указатель имеет значение 27, то первый байт VC-4 находится на расстоянии 27 x 3 = 81 байт от последнего байта поля указателей, то есть является 90-м байтом (нумерация начинается с единицы) в 4-й строке кадра STM-1. Фиксированное значение указателя позволяет учесть фазовый сдвиг между источником данных, в качестве которого может выступать мультиплексор PDH, оборудование пользователя с интерфейсом PDH или другой мультиплексор SDH, и данным мультиплексором. В результате виртуальный контейнер передается в двух последовательных кадрах STM-1, как и показано на рисунке 2B.

    Указатель может отрабатывать не только фиксированный фазовый сдвиг, но и рассогласование тактовой частоты мультиплексора с тактовой частотой устройства, от которого принимаются пользовательские данные. Для компенсации этого эффекта значение указателя периодически наращивается или уменьшается на единицу.

    Если скорость поступления данных контейнера VC-4 меньше, чем скорость отправки STM-1, то у мультиплексора периодически (этот период зависит от величины рассогласования частоты синхронизации) возникает нехватка пользовательских данных для заполнения соответствующих полей виртуального контейнера. Поэтому мультиплексор вставляет три "холостых" (незначащих) байта в данные виртуального контейнера, после чего продолжает заполнение VC-4 "подоспевшими" за время паузы пользовательскими данными. Указатель наращивается на единицу, что отражает запаздывание начала очередного контейнера VC-4 на три байта. Эта операция над указателем называется положительным выравниванием. В итоге средняя скорость отправляемых пользовательских данных становится равной скорости их поступления, причем без вставки дополнительных бит в стиле PDH.

    Если же скорость поступления данных VC-4 выше, чем скорость отправки кадра STM-1, то у мультиплексора периодически возникает потребность вставки в кадр "лишних", то есть преждевременно пришедших байт, для которых в поле VC-4 нет места. Для их размещения используются три младших байта указателя, то есть поле H3 (само значение указателя умещается в байты полей H1 и H2). Указатель при этом уменьшается на единицу, поэтому такая операция носит название отрицательного выравнивания.

    То, что выравнивание контейнера VC-4 происходит с дискретностью в три байта, объясняется достаточно просто. Дело в том, что в кадре STM-1 может переноситься или один контейнер VC-4 или три контейнера VC-3. Каждый из контейнеров VC-3 имеет в общем случае независимое значение фазы относительно начала кадра, а также собственную величину рассогласования частоты. Указатель VC-3 в отличие от указателя VC-4 состоит уже не из девяти, а из трех байт: H1, H2, H3 (каждое из этих полей - однобайтовое). Эти три указателя помещаются в те же байты, что и указатель VC-4, но по схеме с чередованием байт (byte interleaving), то есть в порядке H1-1, H1-2, H1-3, H2-1, H2-2, H2-3, H3-1, H3-2, H3-3 (второй индекс - это принадлежность определенному VC-3). Значения указателей VC-3 интерпретируются в байтах, а не трехбайтовых единицах. При отрицательном выравнивании контейнера VC-3 лишний байт помещается в соответствующий байт H3-1, H3-2 или H3-3 - в зависимости от того, над каким из контейнеров VC-3 проводится эта операция.

    Вот мы и дошли до объяснения выбора размера смещения для контейнеров VC4 - он был выбран для унификации этих операций над контейнерами любого типа, размещаемыми непосредственно в AUG кадра STM-1. Выравнивание контейнеров более низкого уровня всегда происходит с шагом в один байт.

    При объединении блоков TU и AU в группы в соответствии со схемой Рисунка 2 выполняется их последовательное побайтное расслоение, так что период следования пользовательских данных в кадре STM-N совпадает с периодом их следования в трибутарных портах, что исключает необходимость в их временной буферизации - поэтому говорят, что мультиплексоры SDH передают данные в реальном масштабе времени.

Типовые топологии: цепь, кольцо, ячеистая

    В сетях SDH применяются различные топологии связей. Наиболее часто используются кольца и линейные цепи мультиплексоров, также находит все большее применение ячеистая топология, близкая к полносвязной.

    Кольцо SDH строится из мультиплексоров ввода-вывода, имеющих, по крайней мере, по два агрегатных порта (Рисунок 6 а). Пользовательские потоки вводятся и выводятся из кольца через трибутарные порты, образуя соединения "точка-точка" (на рисунке показаны в качестве примера два таких соединения). Кольцо является классической регулярной топологией, обладающей потенциальной отказоустойчивостью - при однократном обрыве кабеля или выходе из строя мультиплексора соединение сохранится, если его направить по кольцу в противоположном направлении. Кольцо обычно строится на основе кабеля с двумя оптическими волокнами, но иногда для повышения надежности и пропускной способности применяют четыре волокна.

    Цепь (Рисунок 6 б) - это линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных играют роль терминальных, а остальные - мультиплексоров ввода-вывода. Обычно сеть с топологией цепь применяется в тех случаях, когда узлы имеют соответствующее географическое расположение, например, вдоль магистрали железной дороги или трубопровода. Правда, в таких случаях может применяться и плоское кольцо (Рисунок 6 в), обеспечивающее более высокий уровень отказоустойчивости за счет использования двух дополнительных волокон в магистральном кабеле и по одному дополнительному агрегатному порту у терминальных мультиплексоров.

    Эти базовые топологии могут комбинироваться при построении сложной и разветвленной сети SDH, образуя участки с радиально-кольцевой топологией, соединениями "кольцо-кольцо" и т.п. Наиболее общим случаем является ячеистая топология сети (Рисунок 6 г), при которой мультиплексоры соединяются друг с другом большим количеством связей, за счет чего сеть может достичь очень высокой производительности и надежности.

    В следующем разделе мы рассмотрим, каким образом работают механизмы SDH, обеспечивающие живучесть сети, а также познакомимся с принципами синхронизации сети и работы систем управления.

Способы обеспечения отказоустойчивости

    В технологии SDH применяются различные механизмы обеспечения восстановления работоспособности сети в случае отказа. В SDH используется общий термин Automatic Protection Switching - "Автоматическое защитное переключение", отражающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного.

    В оборудовании и сетях SDH применяются следующие основные виды автоматической защиты, отличающиеся типом защищаемого (с помощью резервирования) элемента сети:

• Equipment Protection Switching, EPS - защита блоков и элементов оборудования SDH

• Card Protection, CP - защита агрегатных и трибутарных карт мультиплексора

• Multiplex Section Protection, MSP - защита мультиплексной секции, то есть участка сети между двумя смежными мультиплексорами SDH

• Sub-Network Connection Protection, SNC-P - защита пути (соединения) через сеть для определенного виртуального контейнера

• Multiplex Section Shared Protection Ring, MS-SPRing - разделяемая между пользовательскими соединениями защита путей в кольцевой топологии

    В SDH применяются схемы защиты 1+1, 1:1 и 1:N.

    Защита 1+1 означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной. Например, при защите трибутарной карты по схеме 1+1 трафик проходит как через рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную). Защита 1:1 подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа. Защита 1:N предусматривает выделение одного защитного элемента на N защищаемых, при отказе одного из защищаемых элементов его функции начинает выполнять защитный, при этом остальные элементы остаются без защиты - до тех пор, пока не будет заменен отказавший элемент.

    Защита EPS

    Применяется для таких жизненно важных элементов мультиплексора как: процессорный блок, блок коммутации (кросс-коннекта), блок питания, блок ввода сигналов синхронизации и т.п. EPS обычно работает по схемам 1+1 или 1:1.

    Защита карт CP

    Позволяет мультиплексору автоматически продолжать работу в случае отказа одной из агрегатных или трибутарных карт. Используется защита по схемам 1+1, 1:1 и 1:N. Защита 1+1 (рис.7) обеспечивает непрерывность транспортного сервиса, так как трафик пользовательских соединений не прерывается при отказе карты.

    В приведенном на рис.6. примере в мультиплексоре поддерживается защита трибутарных двухпортовых карт по схеме 1+1. Одна из трибутарных карт является основной (или рабочей - working), а другая - защитной (protection). Режим работы пары связанных таким образом карт задается командой конфигурирования мультиплексора. В режиме, когда обе трибутарные карты являются работоспособными, трафик обрабатывается параллельно каждой картой.

    Для переключения трафика между трибутарными картами используется дополнительная карта-переключатель. Входящий трафик (add) каждого порта поступает на входной мост карты-переключателя, который разветвляет трафик и передает его на входы соответствующих портов трибутарных карт. Агрегатная карта получает оба сигнала STM-N от трибутарных карт и выбирает сигнал только от активной в данный момент карты. Выходящий трафик (drop) от агрегатной карты также обрабатывается обеими трибутарными картами, но карта-переключатель передает на выход только трафик от активной карты.

    При отказе основной карты (или другом событии, требующем перехода на защитную карту - деградации сигнала, ошибке сигнала, удалении карты) агрегатная карта по команде от блока управления мультиплексором переходит на прием сигнала от защитной трибутарной карты. Одновременно карта-переключатель также начинает передавать на выход сигналы drop от защитной карты.

    Данный способ обеспечивает автоматическую защиту всех соединений, проходящих через защищаемую карту. При установлении CP-защиты конфигурация соединений рабочей карты дублируется для защитной карты.

    Защита мультиплексной секции (MSP)

    Этот вид защиты действует более избирательно по сравнению с защитой карт. Защищается секция между двумя мультиплексорами, включающая два порта и линию связи (возможно, включающую в свою очередь регенераторы - но не мультиплексоры). Обычно применяется схема защиты 1+1. При этом для рабочего канала (верхняя пара портов на рисунках 8 и 9) конфигурируется защитный канал (нижняя пара портов на рисунках 8 и 9). При установлении защиты MSP в каждом мультиплексоре необходимо выполнить конфигурирование, указав связь между рабочим и защитным портами. В исходном состоянии весь трафик передается как по рабочему, так и по защитному каналам.

    Существует однонаправленная и двунаправленная защита MSP. При однонаправленной защите (рис. 8) решение о переключении принимает только один из мультиплексоров - тот, который является приемным для отказавшего канала. Этот мультиплексор после обнаружения отказа (отказ порта, ошибка сигнала, деградация сигнала и т.п.) переходит на прием по защитному каналу (рис. 8 б). При этом передача и прием ведутся по разным портам.

    При двунаправленной защите MSP при отказе рабочего канала в каком-либо направлении выполняется полное переключение на защитные порты мультиплексоров (рис. 9). Для уведомления передающего (по рабочему каналу) мультиплексора о необходимости переключения принимающий мультиплексор использует протокол "K-байт". Этот протокол указывает в двух байтах заголовка кадра STM-N статус рабочего и защитного каналов, а также детализирует информацию об отказе.

    Механизм MSP обеспечивает защиту всех соединений, проходящих через защищаемую мультиплексную секцию.

    Время переключения защиты MSP, согласно требованиям стандарта, не должно превышать 50 мс.

    Защита соединения (Sub-Network Connection Protection, SNC-P)

    Обеспечивает переключение определенного пользовательского соединения на альтернативный путь при отказе основного пути. Объектом защиты SNC-P является трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер определенного типа (например, в VC12, VC-3 или VC-4). Используется схема защиты 1+1.

    Защита SNC-P конфигурируется в двух мультиплексорах - входном, в котором трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер, разветвляется, а также выходном, в котором сходятся два альтернативных пути трафика. Пример защиты SNC-P приведен на рис. 10. В мультиплексоре ADM1 для виртуального контейнераVC-4 трибутарного порта T2 заданы два соединения: с одним из четырех контейнеров VC-4 агрегатного порта A1 и с одним из четырех контейнеров VC-4 агрегатного порта A2. Одно из соединений конфигурируется как рабочее, а второе - как защитное, при этом трафик передается по обоим соединениям. Промежуточные мультиплексоры (для данных соединений) конфигурируются обычным образом. В выходном мультиплексоре контейнер VC-4 трибутарного порта T3 также соединяется с контейнерами - агрегатного порта A1 и агрегатного порта A2. Из двух поступающих на порт Т3 потоков выбирается тот, качество которого выше (при равном нормальном качестве выбирается сигнал из агрегатного порта, выбранном при конфигурировании в качестве рабочего).

    Защита SNC-P является однонаправленной. При конфигурировании мультиплексора по SNC-P разветвление пути задается для входящего из сети в порт трафика, идущего далее через блок кросс-коннекта к другому порту этого же мультиплексора (рис.11). Для трибутарных портов разветвляется add-трафик (вариант 1 на рис.11) или локальный трафик между двумя трибутарными портами (вариант 2 на рис.11), а для агрегатных портов защита SNC-P проявляется в разветвлении drop-трафика (вариант 3 на рис.11). С помощью механизма защиты SNC-P можно избирательно защищать одни соединения, оставляя другие незащищенными, даже в пределах одного и того же трибутарного порта STM-N.

    Защита SNC-P работает в любых топологиях сетей SDH, в которых имеются альтернативные пути следования трафика, то есть кольцевых и ячеистых. Пример двунаправленной защиты соединения в сети со сложной топологией, состоящей из двух связанных колец, приведен на рис.12.

    При соединении мультиплексоров в кольцо можно использовать защиту SNC-P для отдельных или всех соединений (при наличии 4-х волоконного кольца можно также использовать MSP). Однако применение SNC-P уменьшает полезную пропускную способность кольца, так как каждое соединение потребляет удвоенную полосу пропускания вдоль всего кольца. Так, в кольце STM-16 можно установить только 16 защищенных по SNC-P соединений VС-4 (рис. 13).

    Защита с разделением кольца MS-SPRing позволяет использовать пропускную способность кольца эффективно, так как полоса пропускания не резервируется заранее для каждого соединения. Вместо этого резервируется половина пропускной способности кольца, но эта резервная полоса выделяется для соединений динамически, по мере необходимости, то есть после обнаружения факта отказа линии или мультиплексора.

    Степень экономии полосы при применении защиты MS-SPRing зависит от распределения трафика.

    Если весь трафик сходится в один мультиплексор, то есть имеет распределение "звезда", то защита MS-SPRing экономии по сравнению с SNC-P вообще не дает. Пример такой ситуации представлен на рис. 14, где центром тяготения трафика является мультиплексор А, а в кольце установлено те же 16 защищенных соединений, что и в примере SNC-P на рис.13. Для защиты соединений резервируется 8 из 16 виртуальных контейнеров агрегатного потока STM-16.

    При возникновении неисправности, например, обрыве линии, как это показано на рис.15, трафик в мультиплексорах, между которыми нарушилась связь, "разворачивается" в обратном направлении. Для этого используются резервные виртуальные контейнеры агрегатных портов, с которыми соединяются виртуальные контейнеры пострадавших соединений. В то же время соединения, на которые отказ не повлиял, работают в прежнем режиме, не используя резервные контейнеры. Для уведомления мультиплексоров о реконфигурации кольца используется протокол K-байт. Время переключения на защитные соединения MS-SPRing составляет около 50 мс.

    При смешанном распределении трафика экономия полосы в кольце MS-SPRing может быть значительной. Так, в примере на рис.16 в кольце установлено 36 соединений VC-4, то есть более чем в два раза больше, чем при применении защиты SNC-P. При этом все 36 соединений защищены восемью резервными виртуальными контейнерами.

Устойчивая работа сети SDH во многом зависит от качества синхронизации между ее узлами. В сети SDH применяется иерархический метод принудительной синхронизации с парами "ведущий-ведомый таймер".

Мультиплексор SDH может использовать несколько дублирующих источников синхронизации:

• Сигнал внешнего сетевого таймера с частотой 2048 кГц, называемого также первичным эталонным генератором (ПЭГ или Primary Reference Clock, PRC) в соответствии с рекомендациями G.811. Его точность должна быть не хуже 1 х 10-11. Первичный эталонный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы). Его калибруют вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time Coordinated).
• Сигнал внутреннего таймера узла SDH. Точность сигналов внутреннего таймера обычно невелика, порядка (1…5) х 10-6 .
• Сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейного (или трибутарного) сигнала STM-N. Обычно точность такого источника синхронизации составляет 5 х 10-8.
• Сигнал с пользовательского (трибутарного) интерфейса PDH.

    Так как сигналы трибутарных потоков 2 Мбит/с "плавают" внутри виртуальных контейнеров VC-12, то их использование в качестве источников синхронизации в сетях SDH нецелесообразно. Низкая точность внутреннего таймера мультиплексора также не позволяет добиться хорошей синхронизации передающего и принимающего узлов SDH.

    Поэтому основными источниками надежной и точной синхронизации являются сигналы первичного эталонного таймера и сигналы, выделяемые из кадров STM-N. "Скрытое" распространение синхросигналов потоками STM-N является отличием сетей SDH от сетей PDH, в которых синхросигналы распространяются прозрачным образом по специально выделенным интерфейсам.

    На рис. 17. показаны основные синхронизирующие входы и выходы мультиплексора SDH.

    В качестве внешних источников здесь выступают как внешние таймеры, подключаемые к специальным синхронизирующим входам мультиплексора, так и сигналы STM-N линейного входа (и трибутарных, если они поддерживают какой-либо уровень STM, а не PDH). Одна схема мультиплексора осуществляет выбор источника синхронизации для внутренних элементов мультиплексора, а другая - для внешних.

    В синхронных сетях общего пользования используется иерархия задающих генераторов, в которой уровень сигнала каждого генератора синхронизируется по эталону сигнала более высокого уровня.

    Иерархия синхронизирующих источников - это сеть, состоящая из нескольких слоев генераторов, называемых также стратум-таймерами (от stratum - слой). Сеть синхронизации содержит один генератор уровня Stratum 1, и несколько генераторов более низких уровней, от Stratum 2 до Stratum 4 (рис. 18).

    Генератор Stratum 1 посылает эталонные сигналы тактовой частоты нескольким генераторам слоя Stratum 2. в свою очередь, эти генераторы посылают сигналы другим генераторам слоя Stratum 2 и слоя Stratum 3. Аналогично, генераторы слоя Stratum 3 синхронизируют другие элементы слоев Stratum 3 и Stratum 4. Генератор, фаза которого подстраивается по входному сигналу, полученному от генератора более высокого или того же уровня качества, называется ведомым задающим генератором (ВЗГ или Secondary Reference Clock, SRC). Ведомый задающий генератор высшего качества занимает вторую ступень в иерархии слоев синхронизации, то есть соответствует слою Stratum 2, и устанавливается обычно в транзитных узлах сети. Ведомые генераторы третьего уровня качества Stratum 3 устанавливаются обычно в локальных (терминальных) узлах сети.

    Генераторы каждого слоя должны удовлетворять стандартным требованиям к точности частоты. Эти требования приведены в следующей таблице:

    При потере сигнала синхронизации от генератора более высокого уровня, генераторы слоев Stratum 2 и 3 должны перейти в режим удержания частоты (режим holdover), в котором от них требуется автономно обеспечивать синхросигналы с определенной в таблице точностью в течение по крайней мере первых 24 часов после потери связи с эталонным источником более высокого уровня.

    Для надежной работы сети у каждого мультиплексора SDH должно быть несколько альтернативных источников синхронизации, но использоваться в каждый момент времени должен только один, наиболее точный. Для выбора такого источника используются приоритетные (называемые также иерархическими) списки, задаваемые администратором, а также механизм сообщений о статусе синхронизации - Synchronization Status Messaging, SSM. Сообщения SSM переносятся по сети в заголовках кадров STM-N, в них указывается уровень качества синхронизации (Quality Level, QL) данного сигнала. Переменная QL может принимать 16 значений, от 0 до 15, при этом чем меньше значение QL, тем уровень качества выше (за исключением значения 0, которое обычно интерпретируется мультиплексорами как эквивалент 15). Для кодирования уровня QL чаще всего используется четыре значения кода, соответствующие четырем уровням точности синхросигнала, то есть уровням Stratum1 (QL=2), Stratum2 (QL=4), Stratum3 (QL=8) и Stratum4 (QL=11). Значение QL=15 считается значением "не использовать для синхронизации", обычно оно используется для того, чтобы ведущий мультиплексор не использовал ведомый в качестве источника синхронизации.

    Администратор может использовать и другие значение кодов, если считает это нужным. В режиме по умолчанию сообщение SSM, поступающее в заголовке кадра STM-N, принимается мультиплексором и используется при выборе источника синхронизации, а далее в неизменном виде передается в составе кадра следующему мультиплексору. У администратора имеется возможность изменить (override) значение QL в поступившем кадре, так что отправленный следующему мультиплексору кадр будет иметь новое значение QL. Механизм "QL override" применяется также для внешних источников синхронизации, которые не могут поместить сообщение SSM в кадр.

    Если у нескольких источников, имеющихся в иерархическом списке, соотношение значений QL противоречат приоритетам этих источников из списка, то предпочтение отдается источнику с лучшим (меньшим) значением QL (а не источнику с более высоким положением в списке).

    На рис. 19 приведен пример кольца SDH, в котором используются механизмы SSM и приоритетного списка источников. К кольцу подключено два первичных эталонных генератора - PRC1 и PRC2, при этом за счет соответствующего конфигурирования все мультиплексоры кольца синхронизируются от PRC1 - либо непосредственно , либо косвенно, а генератор PRC2 является резервным.

    Непосредственно от PRC1 синхронизируется мультиплексор М1 - через порт Ext1 внешней синхронизации, так как он занимает верхнюю строчку в иерархическом списке приоритетов источников для этого мультиплексора. Для источника Ext1 задан режим "QL override" со значением 2, отражающим тот факт, что источник имеет точность Stratum1. Мультиплексор М1 указывает уровень QL=2 в кадрах, которые он передает мультиплексорам М2 и М4.

    Мультиплексор M2 синхронизируются от потока STM-N, получаемого по порту P2 (имеющего высший приоритет в списке) от мультиплексора М1, то есть косвенно - от PRC1. В обратном направлении, то есть в направлении к М1, кадры передаются со значением QL=15. Мультиплексор М3 выбирает источником синхронизации порт P2 - он и в списке стоит первым, и качество сигнала от него (QL=2) выше, чем у внешнего порта Ext1 (QL=4). И, наконец, мультиплексор М4 выбирает для синхронизации сигналы с порта P2, потому что этот порт при равенстве качества сигналов с портом P1 стоит выше в иерархическом списке.

    При отказе генератора PRC1 мультиплексор переходит в режим удержания частоты внутренним генератором. Точность такого генератора соответствует уровню Stratum 4, поэтому в кадрах STM-N мультиплексор М1 указывает значение QL=11. Кадры с этим значением распространяются по сети, но на мультиплексоре М3 этот процесс заканчивается, так как у него в списке есть источник Ext1 с более высоким качеством QL=4. Поэтому источником синхронизации для кольца становится генератор PRC2, при этом мультиплексоры М2 и М1 синхронизируются потоками STM-N, идущими по часовой стрелке, а мультиплексор М4 - против часовой стрелки.

    При распространении сигналов синхронизации соблюдается определенная иерархия: от сигналов PRC синхронизируется магистральная сеть, от магистральной - внутризоновые, а от магистральной и внутризоновых - местные сети.

    Максимальное число промежуточных мультиплексоров SDH, через которые в потоке STM-N передаются синхросигналы от первичного генератора PRC, определено в стандартах G.803 - это последовательность из 20 мультиплексоров. При большем числе промежуточных мультиплексоров нужно использовать внешний ведомый задающий генератор, который будет синхронизироваться от первичного и выполнять роль источника синхронизации для остальной части сети. На рис. 17 показано несколько ВЗГ, которые синхронизируются от сигналов уровня Stratum 1. Ведомых генераторов, последовательно синхронизирующихся друг от друга, не должно быть более 10.

    В России операторы связи используют в качестве источника синхронизации для своих сетей первичные эталонные генераторы, входящие в систему тактовой сетевой синхронизации (ТСС) ОАО "Ростелеком". Ведомственные и корпоративные сети связи могут пользоваться как ПЭГ "Ростелеком", так и устанавливать свои собственные ПЭГ (в случае специфических особенностей сети).

Системы управления крупными сетями SDH строятся в соответствии с архитектурой и принципами модели TMN (Telecommunication Management Network), описанными в ряде стандартов ITU-T (M.3010, M.3100 и др.), ETSI, ISO и ANSI. В модели TMN используется четырехуровневый иерархический подход, который позволяет управлять аппаратным и программным обеспечением всех элементов сети как единым целым (рис. 19). Основное назначение модели TMN - обеспечение управления неоднородной телекоммуникационной сетью, в которую могут входить системы любого типа и технологии: PDH, SDH, телефонные коммутаторы, коммутаторы и маршрутизаторы пакетных сетей FR/ATM/IP.

    На каждом уровне иерархии модели TMN решаются задачи основных пяти функциональных групп, определенных в стандартах X.700:

• Управление конфигурацией;
• Управление производительностью;
• Анализ и обработка ошибочных ситуаций;
• Управление безопасностью;
• Учет работы сети.

    Однако на каждом уровне модели TMN эти задачи имеют свою специфику. Чем выше уровень управления, тем более агрегированный характер приобретает собираемая о сети информация, а управляющие воздействия захватывают большее количество элементов сети.

    Нижний уровень модели - уровень элементов сети (Network Element layer, NE) - представляет отдельные телекоммуникационные устройства сети: усилители, регенераторы, мультиплексоры, коммутаторы, маршрутизаторы и т. п. Все современное оборудование, в том числе и мультиплексоры SDH, оснащено агентами управления, собирающими информацию о состоянии управляемого элемента и проходящем трафике, а также выдающего управляющие воздействия.

    Следующий уровень - уровень управления элементами сети (network element management layer) - представляет собой элементарные системы управления (Element Manager, EM). Элемент-менеджер управляет группой однотипных устройств, например, мультиплексоров SDH или IP-маршрутизаторов, но при этом связи между этими устройствами не учитываются. Так, с помощью элементарного менеджера, управляющий группой мультиплексоров SDH, администратор сети может за одну операцию установить соединение только в пределах одного мультиплексора, для прокладки же соединения "из конца в конец" администратору придется повторить операцию многократно, для каждого мультиплексора, через который проходит соединение.

    Координированное управление всеми устройствами сети возможно с помощью следующих двух уровней - уровня управления сетью (Network management layer) и уровня управления услугами (Service management layer). Обычно эти уровни в системах управления объединяются в один, который занимается контролем и управлением элементами сети с учетом их связей, а также формированием услуг (service provisioning) для пользователей сети.

    Уровень бизнес-управления (Business management layer) занимается вопросами долговременного планирования сети с учетом финансовых аспектов деятельности организации, владеющей сетью. На этом уровне помесячно и поквартально подсчитываются расходы и доходы от эксплуатации сети и ее отдельных составляющих, решаются задачи биллинга, если сеть находится в коммерческой эксплуатации.

    Обычно верхние три уровня модели TMN реализуются в виде единой системы управления сетью (Network Management System, NMS), которая координированно управляет отдельными элемент-менеджерами.

    Стандарты TMN предусматривают обмен данными между NMS, EM и управляемым коммуникационным оборудованием с помощью многоуровневого стека протоколов. Допускается вести обмен управляющими данными как по каналам управляемой системы (in-band управление), так и по внешней сети передачи данных (out-band управление). Второй вариант применяется в тех случаях, когда управляемое оборудование не обеспечивает надежную и скоростную передачу данных в собственной полосе пропускания, к таким устройствам относятся, например, аналоговые телефонные станции. Кроме того, взаимодействие с управляемым оборудованием по внешней сети передачи данных повышает надежность управления (естественно, при высоком уровне надежности самой сети передачи данных), так как при отказе одного из узлов управляемой сети остальные узлы остаются доступными для управления.

    В качестве основного стека в стандартах TMN рекомендуется стек OSI, использующий на верхнем уровне протокол управления CMIP, а также службы ROSE и ACSE для создания распределенных приложений управления. На сетевом и транспортном уровнях применяются протоколы CLNP и CONP, а маршрутизацией пакетов занимаются протоколы ES-IS и IS-IS. Допускается применение протоколов и других стеков, лишь бы они обеспечивали надежную передачу управляющих сообщений CMIP в составной сети произвольной топологии. В частности некоторые системы управления в архитектуре TMN работают поверх таких популярных сетей как TCP/IP, что дает возможность пользоваться для соединения с управляемым оборудованием услугами Интернет или частных IP-сетей операторов связи.

    На рис. 21 показана типичная структура системы управления крупной сетью SDH. Все мультиплексоры сети оснащены модулями управления, в состав которых входят агенты CMIP и программное обеспечение стека протоколов OSI или TCP/IP. Три элемент-менеджера присоединены к мультиплексорам с помощью интерфейса Ethernet (out-band управление), которым обычно оснащается модуль управления оборудования SDH. Каждый элемент-менеджер кроме локального мультиплексора управляет еще и определенной группой удаленных мультиплексоров SDH, используя для этого встроенные каналы передачи данных (Data Communication Channel, DCC) мультиплексоров, которые в этом случае получают название встроенных каналов управления (Embedded Control Channel, ECC). Программные маршрутизаторы блоков управления мультиплексоров, объединенные каналами ECC, образуют встроенную сеть управления, позволяющую управлять любым мультиплексором сети SDH. Количество мультиплексоров, управляемых одним элемент-менеджером, определяется его рабочими характеристиками (производительность, память и т.п.), а также административной структурой сети.

    Интегрированная система управления сетью - NMS в архитектуре TMN - собирает данные о состоянии сети от всех элемент-менеджеров и координирует их работу. Обмен управляющими данными может происходить несколькими способами. Во-первых, по локальной сети Ethernet (с теми EM, которые подключены к той же локальной сети, что и NMS), во-вторых - по внешней глобальной сети передачи данных (X.25, АТМ, FR, OSI, IP), в-третьих - по внутренней сети DCC с использованием EM в качестве шлюзов. Так как практически все глобальные сети сегодня поддерживают IP (IP поверх SDH или IP поверх ATM/FR), то и системы NMS поддерживают этот протокол наряду с протоколами стека OSI (или вместо них).

    Интегрированные системы управления поддерживают развитый графический интерфейс пользователя, представляя данные о состоянии сети и отдельных устройств с разной степенью детализации (рис.22).

    На рис.22 NMS для упрощения показана в виде единственного элемента, однако при управлении большими системами такая система обычно является распределенной и состоит из нескольких серверов и нескольких графических станций администраторов. Для создания такой сложной системы как NMS привлекается весь современный арсенал программирования - архитектура CORBA, платформенный подход, сетевое программирование, объектно-ориентированные базы данных. Поддержка стандартных интерфейсов CORBA позволяет пользователям NMS наращивать ее возможности, создавая новые модули и подсистемы.