Synchronní digitální hierarchie SDH

Synchronní digitální hierarchie SDH Postupem doby rostly nároky na kapacitu přenosových prostředků, a to nejen díky rozmachu telefonního provozu, ale zejména z důvodu prudkého nárůstu požadavků na přenos dat. Přidávání dalších stupňů do plesiochronní digitální hierarchie by nebylo efektivnf a ani technicky schůdné. Bylo nutné vytvořit novou hierarchii na odlišných principech, která by navíc byla celosvětově standardizována. Tak vznikla synchronní digitální hierarchie, s těmito hlavnfmi znaky: použivá se řízené prokládáni po celých bytech (8 bitů), takže pomocí adresace informačního pole tzv. ukazatelem se lze dostat k žádané informaci (kanálový interval) i v rámcích signálů vyšších řádů, veškeré signály v SDH se multiplexují synchronně s pevným časovým vztahem mezi signálem vyššího a nižšího řádu, počítá se s vysokými přenosovými rychlostmi, nejnižší stupeň SDH začíná přibližně v oblasti, kde PDH končí (140-155 Mbit/s), standardizovaným přenosovým médiem je optické vlákno dovolující vysoké přenosové rychlosti až desítek Gbit/s (s pomocí vlnového muldexu WDM až Tbit/s, viz [1]), standardízovaný způsob řízeni přenosové sítě a pružné zajištěni bezchybného provozu i při poruchách. Pro větší flexibilitu multiplexováni a sjednoceni evropské a americké hierarchie obsahuji však rámce SDH více pomocných a výplňových informací (tzv. záhlaví). Celosvětově standardizovaná technologie SDH vychází z amerického standardu SONET (Synchronous Optical Network), kde signálu STM-I synchronní digitální hierarchie v podstatě odpovídá druhý hierarchický stupeň STS-3. 2.1 Hierarchické stupně SDH Základní signály synchronní digitální hierarchie se nazývají synchronní transportní moduly STM-N, kde N vyjadřuje hierarchický stupeň. Nejnižší v hierarchii je STM-l, další se tvoří sdružováním vždy čtyř signálů nižšího řádu, takže následují STM-4, STM-16, STM-64. Číslo N nám tedy udává, do kolika signálů STM-llze STM- N demultiplexovat. Rámec STM-I se kresli podobně jako rámce signálů vyšších řádů v PDH ve tvaru tabulky, kde jednotlivé byty po sobě následují pc řádcích zleva doprava. U STM-I máme 9 řádků po 270 bytech (obr. 2.1). Prvních 9 bytů každého řádku nese pomocnou informaci (záhlavo: v prvním řádku synchroskupinu rámcového souběhu, dále zabezpečeni, služební a řídicí datové kanály, ve čtvrtém řádku ukazatel atd. Zbylých 261 bytů každého řádku tvoří informační pole pro přenos sjgnálu (tzv. užitečné zátěže) v podobě tzv. virtuálního kont~jneru VC-4. Kontejnerem se v SDH nazývá rámec bezprostředně určený pro přenos signálů. Virtuální proto, že nemá v informačním poli STM-I stálou polohu, ale na základě hodnoty ukazatele může začínat kdekoli v informačním poli. U všech hierarchických stupňů a multiplexních jednotek v SDH je důsledně udržována délka rámce 125 us jako u PCM I. řádu, viz [2]. Přenosovou rychlost můžeme snadno spočítat, vynásobíme-li rozměry tabulky počtem bitů v bytu a opakovači frekvencí rámců (8 khz): V = 270 9 8 8.103 = 155 52 Mbit / S

Obr. 2.1 Rámec STMI Přenosové rychlosti signálů vyšších řádů budou narozdíl od PDH vždy přesným čtyřnásobkem (tab. 2.1). Signály nižších řádů se prokládají synchronně po bytech v signál vyššího řádu (ve schématickém znázorněni struktury rámce se prolož sloupce tabulky). Tabulka bude mít vždy 9 řádek, počet bytů v řádku poroste v násobcích čtyř (např. u STM-4 celkem 1080 bytů, z toho 36 záhlaví a 1044 informační pole). 2.2 Začleňováni signálů PDH do SDH Tab. 2.1 Hierarchické stupně SDH Poměrně složitá vnitřní multiplexní struktura SDH počítá se začleňovánfm nejrůznějších typů signálů PDH evropské, americké japonské hierarchie. Z těchto důvodů bylo vytvořeno jemnější členěni rámce STM-I na nižší multiplexní jednotky, které lze různe kombinovat, aby se dosáhlo univerzálnosti použití. Základní jednotkou je již zmíněný virtuální kontejner (nese přenášený signál). Rozlišují se číselně podle řádu (1 až 4), případně typu. Virtuální kontejner VC-4 vyplňuje celé informační pole STM-1 2349 bytů (viz obr. 2.1). Do VC-4 se může uložit signál PDH 4. řádu 140 Mbit/s. K signálu se připojuje záhlavi cesty, které s ním putuje společně od uložení do VC až na místo určení. Signál STM-1 může přenášet jediný signál PDH 4. řádu. Prostřednictvím virtuálnítro kontejneru VC-3 Ize přenést signál PDH 3. řádu 34 Mbit/s (obr. 2.1) opět spoleěně se záhlavím cesty. Přidáním ukazatele k virtuálnimu kontejneru VC3 vznikne příspěvková jednotka TU-3 (Tríbutary Unit).

Obr. 2.2 Začleňování PDH 3. řádu Tři příspěvkové jednotky TU-3 se multiplexují prokládáním po bytech a uloží se do VC-4. Ten tvoří užitečný náklad signálu STM-l, jak bylo výše uvedeno. Signál STM-I může přenášet nejvýše iři signály PDH 3. řádu. Signál PCM30/32-2048 kbií/s se ukládá, jak je vidět na obr. 2.3, do kontejneru VC-12 (čteme jedna-dva, nikoli dvanáct, neboli kontejner 1. řádu, druhého druhu). Signál PDH 2.řádu přeskakujeme záměrně, protože z důvodu zjednodušení multiplexní struktury se s jeho přímým ukládáním nepočítá. Podobně vynecháváme virtuáiní kontejner VG2, který v evropské hierarchii nemá využití. Přidáním ukazatele získáme příspěvkovou jednotku TU-12. Multiplexováním tří příspěvkových jednotek vzniká skupina příspěvkových jednotek a dalším multiplexováním, tentokrát s násobkem sedmi vzniká skupina příspěvkových jednotek, která je stejného řádu jako VC-3. Konečně multiplexováním do VC-4 je dokončeno naplnění informačrníhoro pole signálu STM- 1. Časové polohy příspěvkových signálů se označují kombinací X-Y-Z v souladu s tiplexováním. ve třech stupních

Obr. 2.3 Začleňování PCM l.řádu Postupným multiplexovánírn lze do rámce STM-1 začlenit 3x7x3=63 příspěvkových signálů PCM30/32, případně jejich kornbinace se signálem PDH 3. řádu. Shrneme-li poznatky z předchozích odstavců, Ize signálem STM-l přenášet některau z následujících kombinací příspěvkových signálů PDH: 1 x 140 Mbit/s, 3 x 34 Mbit/s, 63 x 2 Mbit/s, 1 x 34 Mbitls + 42 x 2 Mbit/s, 2 x 34 Mbit/s + 21 x 2 Mbit/s. Kapacita vyšších hierarchických stupňů SDH STM-N je daná násobkem N. Vedle signálů PDH se počítá s dalšími typy signálů, z nichž nejvýznamnější je tok ATM buněk, ktery' se obvykle ukládá přímo do VC-4. STM-1 a STM-4 jsou standardizovanými rozhraními přepojovačů ATM buněk. ATM asynchronní přenosový mód je základem širokopásmových sítí integrovaných služeb B-ISDN (viz [3]). 2.3 Funkce ukazatete v SDH Ukazatel PTR (Pointer), ktery' adresuje začátek vírtuálního kontejneru VC-4 v rámci informačního pole STM-1, plní dvě základní funkce: vyrovnávání fázových rozdílů při přenosu, vyrovnání přenosových rychlostí při přepojování virtuálních kontejnerů.

Vedle toho se vyskytuje ukazatel i na íu-ovni virtuálních kontejnerů VC-3 a VC-12, avšak pro potřeby výkladu se budeme zabývat jen VC-4. Tento ukazatel je umístěn ve čtvrtém řádku záhlaví (obr. 2.1). Funkci ukazatele bude demonstrována na příktadu cesty signálu 140 Mbit/s uloženého ve VC-4 přenosovou sítí (obr. 2.4) od uzlu A přes B do uzlu C. V uzlu B přepojujeme VC-4 vyjmutý z rámce STM-1 taktovaného od uzlu A frekvencí f1 do rámce STM-1 taktovaného frekvencí f~ směrem k uzlu C. Ukazatel bude nabývat různýeh hoďnot v závislosti na vztahu frekvencí ft a f2. Nejprve uvažujme, že uzly A a B jsou taktovány z centrátm'ho generátoru taktu fo. Oba uzly běží synchronně s frekvencí fo = fa = f2. Vtivem různě velkého zpoždění při šíření taktovacího signálu na různě dlouhých přenosových cestách musíme však vyrovnávat fázové posuvy. Obr. 2.4 Uspořádání části sítě pro vysvětlení funkce ukazatele Začátek rámce signálu STM-1 ve směru B-C bude např. 0 28 ps zpožděn za začátkem rámce STM-1 ve směru A-B podle abr. 2.5, ktery' ukazuje nepřetržitý sled rámců obou signálů. Požadujeme, aby signál PDH 4.řádu uložený ve VC-4 procházel kontinuálně s minimálním zpožděním. Obr. 2.5 Vyrovnání fázových rozdílů ukazatelem Začátky VC-4, které přepojujeme ze směru A-B do B-C, si proto časově odpovídají (začátek označen černě), relativně však mají v rámcích jinou polohu. Předpokládáme pro jednoduehost, že v STM-1 A-B se začátek VC-4 kryje s nultou pozicí v informačnim poli (adresa 0 - ukazatel PTR=0 odpovídá pozici v informa~ním poli ve 4. řádce hned za ukazatelem). Přepojením v reálném čase bez zpoždění se začátek

VC-4 ocitne na pozici 696 v informačním poli STM-1 B-C, což vyjadřuje ukazatel PTR=696 (informační pole je číslováno od pozice 0 postupně po řádcích, ukazatel udává pozíci začátku VC-4, ktery' nejblíže následuje - v našem případě shodou okolností již v následujícím rámci). Pokud budou oba signály taktovány stejnou frekvencí a budou mít tedy přesně stejnou přenosovou rychlost, bude fázový rozdíl konstantní a hodnota ukazatele bude stále stejná. Ukazatel PTR tedy číselné udává velikost fázového posuvu mezi VC-4 a rámcem signálu STM-1. Složitější situace nastane, když taktovací frekvence budou různé a různé budou i přenosové rychlosti STM-l. Nejprve pro f 1 <f 2 (obr. 2.6), kdy signál ve směru B-C stále předbíhá signál A-B, což se projevuje na nižší délce rámce (124,85 µs)..le vidět, že jednu pozici v informačním poli vynechávárne (v daném čase na ní nemáme co uložit). Tato pozice je přesně defmovaná adresou 0 hned v řádku za ukazatelem. Podobně jako u PDH došlo k jejímu vyplnění neužitečnou informací čili provedl se klaďný stuffing. V následujícím rámei začíná VC-4 o jednu pozici dále. LTkazatel STM-1 B-C se novým podmínkám přizpůsobí, zvětší se o jeáničku a ukazuje aktuální polohu začátku VC-4 (696+1=697). Při f 1 >f 2 (obr. 2.7), kdy se signál ze směru B-C zpožd'uje za signálem A-B, což se projevuje vétší délkou rámce (125,15 µs), dochází naopak k situaci, kdy nestačí místo v informačním poli. Abychom neztratili část přenášeného signálu, ukládá mé jej na určené místo mimo informační pole spalečně s ukazatelem. Provedl se záporný stui~mg a ukazatel snižuje svou hoďnoiu o jedničku~. Podle potřeby se tedy provádí bud' kladný, nebo záporný stuffing, použitou metodu nazýváme souhrne kombinovaným stuffingem. Obr. 2.6 Vyrovnání přenosových rychlostí pro fl<f2 Obr. 2.'7 Vyrovnání přenosových rychlostí pro fl>f2 Pomocí dynamických změn ukazatele dokážeme vyrovnávat přenosové rychlosti mezi signály v rámci STM signáiů.ve skutečnosti jsou odchylky taktovacích frekvencí malé a nepoěitá se, že k vyrovnání dojde áříve než po třech rámcích. Adresování informaěmi~o pole se provádí po trojicích bytů.

Pomocí ukazatele se dokáže zařízení SDH orientovat v rámci a vždy ví, kde začíná příslušný virtuální kontejner. Vlivem změn ukazatele virtuální kontejnery "plavou" v rámci STM. Podobná je situace u kontejnerů nižšího řádu VC-3 a VC-12, kde pracuje ukazatel nižší úrovně na stejném principu. 2.4 Uspořádání sít'ových uzlů SDH Sít'ové uzly SDH (uzly přenosové sítě SDH) mají jednotnou skladbu a výrobci je konstruují jako univerzální stavebnice, kde volbou typu a počtu zásuvných karet volíme funkci: opakovač, ukončující muldex, vydělovací muldex, digitální rozvaděč (Cross-eonnect) apod. Nejčastěji se můžeme setkat s vydělovacím muldexem ADM (Add-Drop Muldex), jehož blokové schéma je na obr. 2.8. Na první pohled je patrný průběžný směr přenosu zleva doprava a naopak mezi linkovými rozhraními STM-l, označenými podle světových stran z angliětiny West a East (formální označení neodpovídá zeměpisným světovým stranám). Zdola přivádíme příspěvkové signály, které chceme přepravovat sítí, např. PDH 140 Mbitls, 34 Mbitls, 2 Mbitls. Jádrem zařízení je digitální přepojovač, přes ktery' jde veškerý provoz přenosového uzlu. Pro zajištění spolehlivosti se obvykle zálohuje druhým shodným přepojovačem, na nějž se přepne provoz v případě výpadku prvnmo. Přepojovač se realizuje jako časoprostorové spojovací pole, které pracuje na íu-ovni všech potřebných multiplexních jednotek VC-4, VC-3, VC-12. Schématické znázornění možného propojení ukazuje obr. 2.9, kde jsou naznačeny jednotlivé časové polohy (Time Slot) uvnitř signálu STM-1. Virtuální kontejner VC-12 prochází průběžně z časové polohy STM-1 West 1-1-1 do polohy STM-l East 3-1-1. Příspěvkový signál 2 Mbit/s začleňujeme prostřednictvím VC-12 do STM-1 East v časové poloze 3-1-2 atd. (značení x-yz podle obr. 2.3).

Obr. 2.8 Blokové schéma vydělovacího muldexu Obr. 2.9 Schématické znázornění propojení přes digitální přepojovač Digitální přepojovač umožňuje operativní přizpůsohování přenosové sítě okamžitým provozním potřebám. Jeho nastavení provádí dohledový systém prostřednictvím řídicí a komunikační jednotky a dahledové sítě. Na rozhraní F abr.2.8 (sériavý port - rozhrani V.24/V.28) je možna připojit místní servisní terminál (pačítač FC). Rozhraní Q připajuje zařízení k dohledové síti (např. rozhraní Ethernet sitě LAN), přičemž k dálkovému dohledu uzlů sítě se používá datových kanálů v záhlaví

signálu STM. Z jediného centra vybaveného dohledovým pačítačern (pracovní stanicí UNIX) ize získat informace (nastaveni, poplachová hlášení) a provádět zásahy (změna konfigurace, servisní zásahy) dálkově ve všech uzlech přenosové sítě. Uvedená rozhraní jsou součástí normy pro dohledové a řídicí sítě TMN (Telecommunications Management Network}. 2.5 Zařízení SDH v přenosových sítích Popsaný vydělovací muldex se prakticky nasazuje do sítí, ve kterých je nejčastější základní topologickou jeďnotkou kr-uhová síp. Propojením linkových razhraní West-East získáme kruh padle obr. 2.10. Přenosovou cestu tvaří dvajice vláken, každé projeden směr přenosu. Kruhová síf zajistí spalehlivější provaz v případě poruch, protaže mezi dvěma libovoinými uzly existují právě dvě cesty pro přenos signálu. Pracovní cesta se používá standardně, na ochrannau se provaz přepne v případě paruchy, např. přerušení vlákna. Nejčastěji mechanismus pracuje tak, že příspěvkový signál např. 2Mbit/s prostřednictvím VC-12 přenášíme současně pa abou stranách kruhu (z uzlu A do C přes uzel B i D} a na příjlmací stra~iě sledujeme kvalitu obou dašlých signálů. Vybírárne ten s lepší kvalítou (nižší ct~ybovostí}. Přenosová sít' je podle geagrafických oblastí vhodně rozčleněna do podsíti (sub-siti) a jednotlivé podsité jsou vzájemně pospojovány sítí vyšší úrovně. Pro ještě účinnější zajištění spalehlivasti provozu lze použít tzv. ochranu multiplexní sekce, která spočívá ve zdvojení přenosové cesty včetně linkových zakončení. Dále se počítá s využitím dynamického přizpůsobování přenosové síté aktuátním potřebám prastřednictvím dohledového systému, ktery samočinně bez zásahu obsluhy vyhledá optimální obchozí trasy a přesměruje provoz přenastavením digitálních přepojovačů v sít'ových uzlech.

Obr. 2.10 Kruhová přenosová sít' SDH Poskytování různorodých služeb přes sítě SDH V dnešni době se propustnost páteřní í přístupové sítě zvýšila natolik, že dává poskytovatelům služeb příležítost zvětšit výnosy přenosem dígitalízovaného videosignálu. Objevují se stále více aplikace video na přání (video on demand, či též pay-per-view}, interaktivní televize, videakanference, dodatečné režijní zpraeování pro filmaře, dálkové studium, telemedicína a vzdálené bezpečnasfií sledavání, jenž využívají přenasu digitalizavaného videosignálu. Přenos digítalizovaného videosignálu je v souhlasu s obecným trendem na trhu spotřební elektroniky, který se rychle posouvá od tradičních analogových zařízení k jejich digitálním ekvivalentům, např. digitální kamery, DVD přehrávače a 3G mobifni telefony. Videosignál má však jiné požadavky na přenosové vfastnosti kanátu aproti přenosu hovorového signálu a dat, a tak přenos všech tří typů signálu přes jednotnou přenosovou sít (označováno též pojmem triple-play) může být náročný. Přenas hovoru vyžaduje stálau přenasovou rychlost a je cítlivý na zpoždění v siti. Datový provoz zase běží V proměnnýeh rychlostech a má obecně dávkový eharakter. Přenos digítalizovaného videosígnálu vykazuje někofik charakteristíckých rysů společných, jak s přenosem telefonního signáiu, tak s přenosem dat, tj. při potřebě velké přenosové rychlostí i požadavek na zaručení dalších parametrů (citlivost na zpaždění a jeha kotísání}. Navíc, digitální videosígnál při distribuci k účastníkům prachází sítí jen v jednom směru (jednosměrně), zatímco hovory a datavé apfikace vyžadují přenos v síti obéma směry (abousměrně).dřivější pokusy pro přenos obrazu přes metropolitni síf (MAN) požadovaly drahou překryvnou síf oddělenou od hovorových a datových síti, jelikož žádný ze stávajícich standardů pra rozhraní digitalizovanéha videasignálu nebyl určen pro přenos dálkovou sítí (WAN}. Následkem toho byly počáteční přenosy digitálního videa přes páteřní sítě SDH (Synchronous Digital Híerarehy} problematické, a to diky nevyhovujicímu způsobu, jakým byl videosignál mapován do standardních SDH kontejnerů v STM-0, 1, 4, atd. Původní řešení byio zaiožené na mapovaní vídeosignálu do ATM buněk, které se pak dále mapovaly do kontejnerů SDH. ATM využívá statistické multiplexování pra získání lepšího využití přenosových rychlostí, čímž se umožnilo přenášet více televizních signálů přes síf SDH. Nicméně, podstatné provazní ztráty byly způsobeny režií záhfaví ATM buněk, složítostí překryvné sítě, potřebou dalších investíc a požadavky na specíalizované školení a vybavení techníků. Rozvoj dalších generací SDH technotogii vybavených funkcí vírtuálního zřetězení (VCAT), pratokolem pro přiděleni přenosové kapacity (LCAS}, a obecným protokolem druhé vrstvy (GFP) dává poskytovatelům služeb nové příležitosti pro přenos digitalizovaného vídeasigná(u bez nahrazování stávajících SDH sítí. Pfatformy pro poskytování různorodých služeb (MSPPs - Muitíservice Provísioning Platforms) využívají tyto technologie a dovolují tak poskytavateli služeb doručovat digitalizovaný videosignál, data, vídeo na pažádání (VoD}, telefonní signály a další přes stoučenou síf. Kompresní metody Digitalizovaný videasignál vyžaduje enormní přenosovou rychlost. Nekomprimovaný videosignát vyžaduje přenosovau rychlost větší než 200 Mbít/s. A to ještě není nic v

porovnání s HDTV, jenž vyžaduje přenosovou rychlost větší než 1,6 Gbit/s. Jsau však k díspozici komprimační metody, které mohou komprímovat digítalizované videosígnáiy a zredukovat tak požadavky na přenosovou rychlost pří dodržení uspokojující kvality. Motion Picture Experts Group (MPEG) vyvínula standard MPEG- 2, což je obecně nejvíce používaná kompresní metada (ISO/IEC-13818-1), s jejíž pomocí lze běžný TV signál redukavat až na 4 Mbit/s a signál HDTV na cca 20 Mbit/s. Dnes již exístují i dalši komprímačni algoritmy, jež mahau dáfe redukovat patřebnou šířku pásma pro digitalizovaný videosignál a umožnit tak přenos obrazu přes systémy xdsl, nebo přes kabelové modemy s nižší přenosovau rychlostí. MPEG-4, nebo daparučení ITU-T H.264 umožní přenést video v uspokojující kvalitě pomocí přenosových rychlostí menších než 2 Mbit/s. Technologie VCAT a LCAS Virtuální zřetězení VCAT (Virtual Concatenation} poskytne pra mapováním jemnější granuitu přenosové rychlosti v sítích SDH pro přenos různorodých signálů na razhraních STM-N (Synehronous Transport Modul). zřetězení virtuálních kontejnerů VC VC-n-Xv označuje virtuální zřetězení VCAT virtuálních kontejnerů VC Virtuální zřetězení VCAT umožní inverzním multipfexováním svázat velké množství X kontejnerů nižšího či vyššího řádu SDH do jedné virtuální zřetězené skupiny (VC-n- Xv). Jen zdrojové a cílové uzly musí být způsobilé zpracovávat VCAT, protože vírtuální zřetězení je transparentní k průchozím uzlům. Tudíž, když chtějí oskytovatelé služeb zařazovat VCAT podporu do jejich sítě, stačí zdokonalit pouze ty přípojné, či oddělující uzfy, které mají tuto funkei poskytnout. VCAT umožní poskytovatefům uvedení sfužby, která nemapuje uspořádaně do pevných časových poloh, čímž se odstraní plýtvání přenosovou rychlostí. To je zvláště důležité pro propojování místních počítačových sítí (Ethernet) a poskytování videoslužby, jak je zřejmé z tabulky 1. Další z nových technologií - LCA5 (Link Capacity Adjusting Scheme) poskytne přenosovou rychlost v násobcích VC-n na požádáni pomocí mechanismu pro změnu jejich počtu ve vírtuálním zřetězení bez přerušení provozu - víz. obr. 1. To také umožňuje automatícké vynechání a znovu obnoveni porušených přenosových cest. LCAS poskytne ovládací mechanizmus a protokol, který může dynamicky zvýšit nebo snížit počet multiplexních jednotek 5DH ve zřetězení. Signafizační zprávy se vyměňují mezi síťovými prvky ve služebnich bajtech záhlaví cesty. LCAS umožní účinné aktualizace provozu a dokáže tak reagovat na poruchy sítě, čímž vyloučí potřebu ručního zásahu. Tato schopnost umožňuje poskytovateli

služeb redukovat počet VC, zlepšit služby zákazníkům a zároveň snížit provozní náklady. Protokol GFP Obr. 1 Použití LCAS GFP (Generic Framing Procedure) umožňuje mapovat různé typy datových zpráv do kontejnerů SDH, nebo virtuálně zřetězených propojení pro přepravu přes SDH sítě podle doporučení ITU-T G.7041/Y.1303. V porovnání s jinými rámcovacími procedurami jako např. PPP (point-to-point) protokoi a ITU- T X.86, které používají HDLC (high-level data-link control) má GFP nižší a deterministickou režii a také nižší pracovní nároky.

Obr. 2 Rámec rámcově mapovaného GFP Exístují dva typy formátů GFP mapováni: rámcově mapovaný GFP (GFP-F) a transparentní GFP (GFP-T). GFP-F je běžně užívaný protokoly založený na zapouzdření paketu či rámce, jako např. rámec Ethernet či IP paket - viz obr. 2. GFP- T je optimalizovaný pro protokoly, které užívají blokové kódování 8B/lOB, včetně DVB-ASI, gigabitového Ethernetu a systémů pro ukládání a zálohování dat - viz obr. 3. Rámec GFP vždy obsahuje na začátku identifikátor délky se zabezpečením, záhlaví, informační pole a na konci zabezpečení informačního pole. Obr. 3 Rámec transparentního GFP

Vysílání do více bodů Multiservisní platforma MSPPs, která využívá VCAT, LCAS, a GFP poskytne efektivni způsob, jak sjednotit hovorové, datové, a video služby na stávající SDH základní sítové infrastruktuře. Sjednocuje přenosové schopnosti vícenásobného vydělovacího muldexu, přepínání a úpravy kapacity malých digitálnich rozvadéčů, a dalších TDM, IP, video, a datových zařízení. Pro jednosměrné digitální videovysílání MSPPs účinné podporuje přenos komprimovaných (DVB ASI) formátů videosignálu přímo přes SDH spoje mezi uzly. Vzhledem k tomu, že VoD (Video on Demand) a podobné aplikace požadují zpětnou přenosovou cestu, tak může být digitalizovaný videosignál přepravovaný přes sít Ethernet k rozhraní spolehlivé stávající SDH sítě,. Požadované digitalizované videosignály jsou přenášeny z videoserverů přes IP/Ethernet/SDH síť do vzdáleného distribučního uzlu a poté do domácností. Kromě přenosu mezi dvéma body (PPP aplikace), jsou také podporované aplikace vysílání k více bodům přes SDH. Přicházející signály jsou ve vydělovacích muldexech a digitálních rozvaděčích rozbočené do více výstupních portů a poslané k několika distribučním uzlům. Vydělující funkce SDH se používají pro získání videosignálu z hlavního kruhu a případně k přeposlání dalším doplňkovým kruhům. Typicky se používají signály STM-4 (622 Mbit/s) a STM-16 (2,5 Gbit/s) pro kruhy vedlejších sítí a signáiy STM-16 nebo STM-64 (10 Gbit/s) pro hlavní kruh. Možné uspořádání sítě je zobrazeno na obrázku 4. Obr. 4 Konvergentní síť pro VoD SDH zajišfuje navíc spolehlivost přenosu v kruhové siti tak, že posílá dva identické signály po obou stranách kruhu. )estliže nějaký uzel na kruhu detekuje poruchu v hlavní přenosové cestě (pracovní cesta), tak se uvede do chodu ochranný

mechanismus a přepne na alternatívní přenosovou cestu (ochrana). Toto přepnuti nastane v intervalu do 50 ms. Zajištění spolehlívého přenosu může být řešeno také pomocí LCAS, kdy je část virtuálních kontejnerů zřetězení vedena po jedné a část po druhé straně kruhu (obecně jinou cestou v síti), ovšem za cenu poklesu propustnosti po dobu poruchy. Závěr Vývoj nových generaci SDH technoiogii dává poskytovateiům služeb možností nabízet širokou paletu služeb, včetně videoslužeb, bez náhrady stávajících SDH sítí. Prvky muitiservisní platformy MSPPs přidané k existujícím SDH infrastrukturám dovolí poskytovateli služeb vytvořit sít pro přenos digitalizovaného videosignálu, která je charakterizovaná takovou třídou spolehlivosti přenosu, jakou poskytovatelé potřebují. Užitečnou výhodou zmíňovaných príncípů VCAT, LCAS, c~fp je možnost snižení provozních nákiadů provozovatelů sítí a využití existujících páteřních sití SDH. Propojení zákaznických sítí LAN se provádí při vyžití koncepce Ethernet over SDH pomoci levných rozhrani Ethernet, oproti kiasickému řešení s porty E1, E3. Zvýšení propustnosti je možné za provozu podle momentálního stavu sítě a požadavků na provoz. SDH (Synchronni digitálni hierarchie) je technologie pro roziehlé vysokorychiostní přenosové sitě s optickými vlákny. Charakteristické pro sítě SDH jsou synchronní transportní modufy STM-1/4/16/64/256 s přenosovými rychlostmi přibiižně 155 Mbit/s až 40 CbitJs. Od nedávné minulosti do současné doby dochází postupně k prolínání technologií sítí rozlehlých (WAN) a lokálních (LAN), takže je logický požadavek na přenos mezi rozhraními Ethernet (skupina standardů IEEE 802.š) napříč celou sítí. Proto vznikia koncepce Ethernet over SDH, kdy rozhraní Ethernet a přepínače Ethernet jsou integrovány přímo do zařízení SDH (SDH muldexů).

Laboratorní síť Pro seznámení studentů s novou generací SDH bylo nutné dopinit nové vybavení do laboratoře přenosových systémů - ke dvěma existujícím jednodeskovým muldexům AM1 byly dopiněny nové tři muldexy SDH typu AMS zapojené do kruhové sítě (viz obr. 1). Laboratorní sít umožňuje běžnou konfiguraci a anafýzu provozu přes rozhraní E1 (propojení, ochrany, vytváření smyček, monitorování chybovosti apod.), konfiguraci synchronizace, zálohování, sledování alarmů apod. Obr. 1 Blokové schéma laboratorní sítě s muldexy SDH Mezi muldexy AMS Ize realizovat i mnohabodové sítě Ethernet s pružnou konfigurací datových služeb (VLAN, QoS). Konfigurace se provádí z lokálních terminálů tak, aby se maximum studentů aktivně podílelo na nastavení sítě ve vzájemné interaktivitě.

Muldex AMS s podporou rozhraní Ethernet Blokové schéma jednodeskového muldexu SDH s vestavěným Ethernet přepínačem je uvedeno na obr. 2. Obr. 2 Blokové schéma muldexu SDH s podporou Ethernetu Jednodeskový muldex AMS1 od Lucent Technologies obsahuje dvojici rozhraní STM-1 nebo STM-4 (LP line port 1 a 2). V obou případech Ize z každého rozhraní, označovaných v kruhových sítích West/East, vydělit kapacitu VC-4 (virtuální kontejner 4. řádu). V případě STM-1 je to kompletní informační obsah, v případě STM-4 čtvrtina obsahu, přičemž Ize volit jednu ze čtyř VC-4, kterou chceme zakončit prostřednictvím vestavěného dígítálního rozvaděče (cross-connect) na úrovní VC-1~ čí VC-3. Zbylé tři virtuální kontejnery VC-4 jsou propojeny jako průchozí mezi rozhraními West a East. Jednodeskový muldex je standardně vybaven šestnácti příspěvkovými porty E1 (PDH 1. řádu - 2,048 Mbit/s). ozhraní Ize rozšířit o další E1 porty, E3 porty nebo SHDSL porty. Nejzajímavější rozšíření poskytuje říspěvková karta TransLAN zajištující přenos Ethernet over SDH. Součástí je přepínač (brídge/layer2 switch), který umožňuje různé konfigurace sítě (bod-bod, mnohabodová sít~, podpora VIAN, QoS). thernet přepínač má na jedné straně čtyři LAN porty (10/i00Base-T) pro připojení lokáfní sítě a čtyři virtuálí AN porty na straně druhé. WAN porty nejsou reprezentovány fyzickým rozhraním, ale jedná se o logické orty, na které Ize zakončovat jednotlivé či zřetězené virtuální kontejnery z STM portů. Výhodou virtuálních WAN portů je možnost vytváření mnohabodových sítí, čož s klasickými WAN rozhraními není možné. Kapacitu virtuáiního WAN portu je možné z dohledového systému transportní sítě SDH nastavit na požadovanou rychlost, která může být přibližně 2, 4, 6, 8, 10, 50 nebo 100 Mbit/s. Z pohledu sítě SDH se WAN port konfiguruje pro jeden až pět kontejnerů VC-12 (rychlosti cca Z až 10 Mbit/s) nebo pro jeden či dva kontejnery VC-3 (rychlosti cca 50 a 100 Mbit/s). V případě potřeby jiných rychlostí na WAN spojích, než jsou násobky kapacit kontejnerů SDH, je možné definovat parametry

CTR a PIR (konstantní a špíčková přenosová rychlost) a tím vytvořit spoje o libovolné propustnosti v rozsahu 150 kbit/s až 100 Mbit/s s krokem 1 kbit/s. Různé konfigurace sítě Ethernet přepínač na příspěvkové kartě TrasLAN nemá pevně daná propojení mezi LAN a WAN porty a ani kapacitu WAN portů. Díky této vfastnosti je možné vytvářet následující konfigurace: - jeden LAN na jeden WAN port (přemostění) - jeden LAN na n WAN portů - n LAN portů na 1 WAN port - n LAN portů na m WAN portů Přítom n a m je v rozsahu 2 až 4. Užitečnou vlastností je možnost vytvářet více Ethernet přepínačů na jedné kartě, což umožňuje používat jedno zařízení pro více oddělených sítí. Jediným omezením pro konfiguraci je pouze počet dostupných LAN a WAN portů. V nejjednoduším případě je propojen jeden port LAN na port WAN. 5tejně jako u klasického propojení přes WAN rozhraní typu E1/E3 je i u propojení přes TransLAN možné definovat zálohu (ochranu) v SDH síti s dobou aktivace do 50 ms. Principiální řešení optické sítě s SDH muidexy ukazuje obr. 8. Zjednodušeně je kreslen synchronní transportní modul STM-4 jako svazek obousměrných propojení, ve skutečnosti se řeší každý směr přenosu po separátním vlákně. SDH sít poskytuje konfigurovatelné pevné okruhy typu bod-bod pomocí virtuálních kontejnerů VC-12, VC-~ nebo jejich zřetězených násobků. V obrázku jsou cesty VC-12 kresleny plnou čarou, cesty VC-3 čárkovaně. Mezilehlé muldexy A, B jsou typu ADM pro vydělování a začlenění příspěvkových uživatelských signálů do průběžných toků STM na linkových rozhraních West a East. V posledním uzlu C, kde je ukončen optický kabel, stačí koncový muldex TM, který má jen jediný linkový port. Obr. 3 Příklad propojení rozhraní Ethernet pomocí sítě SDH Kiasický signál E1 s přenosovou rychiostí 2,048 Mbit/s může sloužít k připojení pobočkových ústředen pomocí VC-12. Stejné virtuální kontejnery jsou využity i k připojení jedné z lokálních sítí v uzlu C, a sice jsou zřetězeny dva VC-12 pro zvýšeni celkové kapacity. Druhá sít LAN v uzfu C je připojena přes integrovaný Ethernet

přepínač pomocí virtuálního kontejneru VC-3, který dovofí přenosovou rychlost až téměř 50 Mbit/s. Funkce Ethernet přepínače vynikne v uzlu B, kde je ukázáno řešeni vícebodového spojení. Tok ze dvou zřetězených virtuálních kontejnerů VC-3 (téměř 100 Mbit/s) od uzlu A může být veden bud' dále k uzlu C, nebo je zakončen na Ethernet rozhraní uzfu B. Logické schéma vícebodové konfigurace s vyznačenými fyzickými LAN a virtuálními WAN porty je uvedena na obr. 4. Pro větší přehlednost uvádíme pouze tří-bodovou konfiguraci, jejíž rozšíření na více než tři body představuje pouze další začlenění SDH muldexů do kruhové sítě. Obr. 4 Konfigurace mnohabodové sítě pomocí přiřazení LAN a WAN portů Významnou vlastnosti TransLAN karty je podpora virtuálnich privátních sítí (VPN). Pro každý nakonfigurovaný Ethernet přepínač je možné definovat, zda má být transparentní vůči VLAN příznakům, nebo zda je součástí přísiušné zákaznické VLAN sítě. )estfiže nastavíme přepínač do transparentního režimu, jsou rámce přicházející na LAN port označeny identifikátorem CID (Customer ID), tento CID je však určen pouze pro identifikaci mezi jednotiivými kartami TransLAN. aestiiže je rámec předán z TransLAN karty na LAN port, je tento identifikátor CID odstraněn. Přenášené rámce tak mohou již obsahovat své (zákaznické) VLAN identifikátory. Tento transparentní režim je označován také jako doubfe-tagging. Druhou možnou konfigurací je nastavení Ethernet přepínače do režimu dle IEEE802. iq a poté jeho začlenění jako VLAN přepínač do zákaznické VPN, včetně možnosti vytvářet na kartách TransLAN VLAN trunky.dále je možné defiinovat různé úrovně kvality siužby diky podpoře QoS dle protokolu IEEE802.1p. Propojení v SDH síti mohou být přitom zálohována bud' přímo na úrovni SDH (ochrany cest SNCP - Sub-network Connection Protection) nebo může být záioha ponechána na Ethernet vrstvě a kartách TransLAN s dobou aktivace ochrany v desítkách sekund zajištěnou protokolem STP (Spanning Tree Protocol).