СИНХРОННЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР С АБОНЕНТСКИМ ДОСТУПОМ

Предложенная полезная модель относится к устройствам многоканальной связи и предназначена для эксплуатации на сетях связи общего пользования в качестве аппаратуры синхронной цифровой иерархии, обеспечивающей передачу сигналов Е1, Е3, Ethernet и сигналов абонентского доступа (АД) в структуре синхронных транспортных модулей уровня STM-1 и STM-4.
Известно устройство SMA-4 компании GPT реализующее мультиплексор STM-4, состоящее из: трибных блоков с набором электрических портов для приема входных потоков различной скорости; мультиплексора и коммутатора для мультиплексирования, коммутации и управления потоками; оптических блоков с выходными портами 622,08 Мбит/с; блоков питания; интерфейсов контроля, управления и служебных каналов. (Н.Н.Слепов. Синхронные цифровые сети SDH. М. Эко-трендз, 1999). Недостатком данного устройства является невозможность модификации STM-4 в STM-1 без замены блоков, невозможность работать с абонентскими интерфейсами, а так-же отсутствие полнодоступной неблокируемой коммутации на уровне канальных интервалов и конференц-связи.
Наиболее близким устройством к заявленному устройству по совокупности признаков является гибкий мультиплексор, характеризующийся наличием платформы с высокоскоростной системной шиной, к которой подключены выполненные в виде отдельных плат модули, представляющие функционально независимые устройства, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят модули формирования каналов со скоростью 155 Мбит/с оптический и электрический, каждый из которых выполнен с функцией приема/передачи соответственно оптического сигнала для работы по волоконно-оптическим линиям связи или электрического сигнала для работы по проводным электрическим линиям связи, модуль управления и контроля, выполненный с возможностью обеспечения мониторинга и конфигурирования собственных параметров и параметров модулей, модуль каналов Интернет, предназначенный для приема/передачи сигналов в протоколе Интернет, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 34368 кбит/с для формирования приема/передачи третичного цифрового потока, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 2048 кбит/с электрический, модули интерфейсов, предназначенные для приема/передачи телеграфных сигналов по 4-проводным линиям, приема/передачи сигналов со скоростью 64 кбит/с, приема/передачи сигналов С1-И. (патент на полезную модель №77527, кл. H04J 3/16, опубл. 20.10.2008 г.).
Недостатками данного технического решения, принятого за прототип, является то, что в известном устройстве невозможна реализация синхронного транспортного уровня STM-4 со скоростью передачи 622,080 Мбит/с, а также не реализована функция конференц-связи.
В основу полезной модели положена задача создания многофункционального устройства синхронной цифровой иерархии с возможностью быстрого перестраивания с транспортного уровня STM-1 на транспортный уровень STM-4 без установки дополнительного оборудования с абонентскими интерфейсами и полнодоступной неблокируемой коммутацией, как на уровне виртуальных контейнеров, так и на уровне канальных интервалов, с организацией аналоговой и цифровой конференц-связи.
Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства, увеличении скорости и объема передаваемой информации.
Указанная задача достигается тем, что в синхронный мультиплексор с абонентским доступом, включающий платформу с системными шинами, к которой подключены выполненные в виде отдельных плат съемные модули, представляющие функционально независимые устройства, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят модули формирования каналов со скоростью 155 Мбит/с оптический и электрический, каждый из которых выполнен с функцией приема/передачи соответственно оптического сигнала для работы по волоконно-оптическим линиям связи, или электрического сигнала для работы по проводным электрическим линиям связи, модуль управления и контроля, выполненный с возможностью мониторинга и конфигурирования собственных параметров и параметров модулей, модуль каналов Интернет, предназначенный для приема/передачи сигналов в протоколе Интернет, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 34368 кбит/с для формирования приема/передачи третичного цифрового потока, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 2048 кбит/с электрический, модули интерфейсов, предназначенные для приема/передачи телеграфных сигналов по 4-проводным линиям, приема/передачи сигналов со скоростью 64 кбит/с, приема/передачи сигналов С1-И введен синхронный транспортный модуль, конструктивно объединяющий модули формирования каналов в один модуль, с возможностью работы в зависимости от конфигурации как в режиме STM-1 с обеспечением приема/передачи оптических или электрических сигналов со скоростью передачи 155,520 Мбит/с, так и в режиме STM-4 с обеспечением приема/передачи линейных оптических сигналов со скоростью передачи 622,080 Мбит/с, также введены модуль коммутации, синхронизации и служебной связи, обеспечивающий синхронизацию оборудования, полнодоступную неблокируемую кросс-коммутацию на уровне виртуальных контейнеров VC-4, VC-3, VC-12 и формирование канала служебной связи с абонентскими окончаниями, модуль сопряжения, обеспечивающий сопряжение виртуальных контейнеров VC-12 из коммутаторов синхронной цифровой иерархии в коммутатор абонентского доступа на уровне сигналов Е1, модуль коммутатор абонентского доступа, обеспечивающий полнодоступную неблокируемую коммутацию сигналов Е1 со скоростью 2048 кбит/с на уровне канальных интервалов 64 кбит/с с поддержкой аналоговой и цифровой конференц-связи, модуль вторичного питания с резервированием, обеспечивающий преобразование первичного питания во вторичное с фильтрацией помех напряжения, дополнительные модули интерфейсов, устанавливаемые в зависимости от конфигурации синхронного мультиплексора и предназначенные для приема-передачи сигналов интерфейсов FXS, FXO, RS-232, RS-422, RS-485, V35, V36, Х21, SDSL, Upn, Eth.
Указанные признаки устройства являются существенными для решения поставленной задачи и получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель синхронного мультиплексора с абонентским доступом (далее мультиплексор СМД) поясняется конкретным примером исполнения и демонстрирует возможность достижения технического результата.
На фиг.1 изображен общий вид мультиплексора СМД;
на фиг.2 изображена блок-схема мультиплексора с шинами управления;
на фиг.3 изображена структурная схема мультиплексора СМД, сконфигурированного в режим STM-1 на примере нагрузки в виде потоков Е1, Е3 и Интернет (далее Ethernet);
на фиг.4 изображена структурная схема мультиплексора СМД, сконфигурированного в режим STM-4;
на фиг.5 изображена структурная схема формирования нагрузки в виде абонентских интерфейсов.
Заявляемое устройство синхронный мультиплексор с абонентским доступом состоит из, платформы с системными шинами 1, к которой подключены выполненные в виде отдельных плат съемные модули, представляющие функционально независимые устройства, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят синхронный транспортный модуль 2 с возможностью работы в зависимости от конфигурации как в режиме STM-1 с обеспечением приема/передачи линейных оптических сигналов для работы по волоконно-оптическим линиям связи или электрических сигналов для работы по проводным электрическим линиям связи со скоростью передачи 155,520 Мбит/с, так и в режиме STM-4 с обеспечением приема/передачи линейных оптических сигналов со скоростью передачи 622,080 Мбит/с, модуль управления и контроля 3, выполненный с возможностью обеспечения мониторинга и конфигурирования собственных параметров и параметров модулей, модуль коммутации, синхронизации и служебной связи 4, обеспечивающий синхронизацию оборудования, а также полнодоступную неблокируемую кросс коммутацию на уровне виртуальных контейнеров VC-4, VC-3, VC-12 и формирование канала служебной связи с абонентскими окончаниями, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 2048 кбит/с 5 электрический для приема/передачи первичного цифрового потока, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 34368 кбит/с 6 для формирования приема/передачи третичного цифрового потока, модуль каналов Интернет 7, предназначенный для приема/передачи сигналов в протоколе Интернет, модуль сопряжения 8, обеспечивающий сопряжение виртуальных контейнеров VC-12 из коммутаторов синхронной цифровой иерархии в коммутатор абонентского доступа на уровне сигналов Е1, модуль коммутатор абонентского доступа 9, обеспечивающий полнодоступную неблокируемую коммутацию сигналов Е1 со скоростью 2048 кбит/с на уровне канальных интервалов 64 кбит/с с поддержкой аналоговой и цифровой конференц-связи, модули интерфейсов 10, устанавливаемые в зависимости от конфигурации синхронного мультиплексора и предназначенные для приема/передачи телеграфных сигналов по 4-проводным линиям, приема/передачи сигналов со скоростью 64 кбит/с, приема/передачи сигналов С1-И, приема/передачи сигналов интерфейсов FXS, FXO, RS-232, RS-422, RS-485, V35, V36, Х21, SDSL, Upn, Eth, модуль вторичного питания 11 с резервированием, обеспечивающий преобразование первичного питания во вторичное с фильтрацией помех напряжения.
Конструктивно мультиплексор СМД реализован в блочной конструкции (фиг.1) - корпус с платформой (кросс-платой), к которой подключаются выполненные в виде отдельных плат съемные модули. Соединения между модулями осуществляются по платформе с помощью системных шин (фиг.2):
- шина секционного заголовка (Section Overhead)SOH;
- шина управления и контроля (GET/SET);
- шина синхронизации;
- шина Т/Е1;
- шины АИ;
- шины полезной нагрузки.
В приведенных структурных схемах мультиплексора СМД используются следующие основополагающие обозначения:
С-n - контейнеры уровня n (n=1, 2, 3, 4);
С-12 - контейнер, подлежащий отправлению по некоторому маршруту и несущий информационную (полезную) нагрузку из канала доступа с компонентным сигналом Е1;
VC-n - виртуальные контейнеры уровня n (n=1, 2, 3, 4);
GFP - протокол формирования кадра;
VCAT - процедура виртуальной конкатенации;
VC-12 - виртуальный контейнер уровня 1, структура которого складывается из маршрутного заголовка РОН (Path Overhead), несущего информацию контроля, и полезной нагрузки (PL):
VC-12=POH+PL;
TU-n - трибные блоки уровня n (n=1, 2, 3, 4);
TU-12 - компонентный блок, формат которого состоит из указателя блока (PTR), относящегося к соответствующему виртуальному контейнеру, и самого контейнера VC-12:
TU-12=PTR+VC-12;
TUG-n - группы трибных блоков уровня n (n=2, 3);
VC-4 - виртуальный контейнер уровня 4, формат которого складывается из указателя и полезной нагрузки каждого контейнера:
VC-4=PTR+PL
AU-4 - административный блок уровня 4, формат которого складывается из указателя административного блока, определяющего адрес начала поля полезной нагрузки, и полезной нагрузки, формируемой как 1х VC-4:
AU-4=PTR+PL (1 × VC-4).
Синхронный транспортный модуль - основной элемент структуры мультиплексирования SDH; формат STM-1(4) состоит из секционного заголовка (ЗОН) и полезной нагрузки AU-4:
STM-1=SOH+PL (1 × AU-4).
STM-4=SOH+PL (4 × AU-4).
SOH содержит информацию о структуре STM-N, о контроле качества передачи, о служебной связи.
Управление эксплуатацией мультиплексора СМД осуществляется сетевой системой управления (Network Management System - NMS) с помощью встроенных микропроцессорных устройств с локального или удаленного терминала (фиг.2), соединенного сетью Ethernet с модулем управления и контроля 3 мультиплексора.
Модуль управления и контроля 3 (далее модуль УК) (фиг.1) обеспечивает полнофункциональный контроль и управление модулями локально и удаленно с установкой режимов работы и управлением защитных переключений, хранение информации о произведенной ранее конфигурации после выключения питания. Система NMS осуществляет следующие функции:
- управление допуском в NMS, заключающееся в администрировании пользователей;
- управление конфигурацией, заключающееся в создание и редактирование схем сетей связи, создание и конфигурирование сетевых элементов, коммутации сигналов, установке режимов работы оборудования;
- администрирование, заключающееся в функции запуска NMS; получения полного списка аварийных событий; отчет о действиях оператора по управлению за указанный промежуток времени;
- управление устранением неисправностей, заключающееся в обнаружение, регистрации, классификации аварий по категориям серьезности, отображение полной информации об авариях.
- контроль технических характеристик работы оборудования.
Синхронный транспортный модуль 2 (далее модуль СТМ1/4) (фиг.1), работает в зависимости от конфигурации в режиме STM-1 (фиг.3) с обеспечением приема-передачи четырех линейных оптических или электрических сигналов со скоростью передачи 155,520 Мбит/с, кроме того в режиме STM-4 (фиг.4) с обеспечением приема-передачи двух линейных оптических сигналов со скоростью передачи 622,080 Мбит/с, также выполняет функции выделения частоты синхронизации с выравниванием полезной нагрузки по циклу SDH кадра, доступа к байтам секционного заголовка SOH, обработки данных, передаваемых по служебному каналу передачи данных (DCC) и служебному каналу голосовой связи, а также мониторинга качества маршрутов верхнего уровня. В мультиплексоре СМД возможна установка до двух модулей СТМ1/4, с обеспечением в режиме STM-1 приема-передачи восьми линейных оптических или электрических сигналов, а в режиме STM-4 четырех линейных оптических сигналов.
Модуль коммутации, синхронизации и служебной связи 4 (далее модуль КС-СС) (фиг.1, фиг.5) обеспечивает:
- маршрутизацию потоков между различными каналами пользователей сети путем полнодоступной неблокируемой кросс-коммутации между ними. Кросс-коммутация осуществляется на уровне виртуальных контейнеров VC-4, VC-3 и VC-12.
- синхронизацию системы от разных источников:
- от внутреннего генератора 2048 кГц;
- от внешнего сигнала 2048 кГц;
- от внешнего сигнала 2048 кбит/с;
- от любого из входных сигналов Е1, Е3;
- от любого из линейных сигналов STM-1.
- переключение входов синхронизации между опорными сигналами в автоматическом (по приоритетам при пропадании опорного сигнала) режиме;
- организацию служебной связи для обслуживания персонала по каналу с двухпроводным абонентским окончанием с возможностью индивидуального вызова абонента, вызова группы абонентов;
- подключение двух каналов ТЧ в режиме четырехпроводного включения для организации транзитных соединений между не связанными между собой по каналу STM-N сетевыми элементами.
Модуль мультиплексирования каналов со скоростью 2048 кбит/с 5 (далее модуль Е1) (фиг.3) обеспечивает асинхронный или синхронный ввод/вывод до 21 потоков Е1 (2048 кбит/с):
- асинхронный, когда частота входного сигнала Е1 не зависит от групповой частоты мультиплексора (синхронизация СМД и источника Е1 сформированы от различных задающих генераторов). Достоинство асинхронного размещения состоит в универсальности использования - нет необходимости в общей синхронизации транспортного и терминального оборудования;
- синхронный, когда частота входного сигнала «привязана» к групповой частоте мультиплексора. Синхронный режим позволяет получать выходной сигнал с меньшим джиттером, что в сочетании с функцией «Retiming» позволяет использовать его для синхронизации нижестоящего оборудования.
Любой из принимаемых сигналов Е1 может быть использован в качестве источника опорного сигнала для системы синхронизации. Контроль параметров и выбор режимов портов Е1 производится посредством сетевого программного обеспечения. Возможна установка в мультиплексор СМД до четырех модулей Е1, при этом количество интерфейсов Е1 увеличивается до 84.
Модуль мультиплексирования каналов со скоростью 34368 кбит/с 6 (далее модуль Е3) (фиг.1, фиг.3), обеспечивает прием-передачу до 3 интерфейсов ввода/вывода Е3 со скоростью 34368 кбит/с на один модуль. Возможна установка в мультиплексор СМД до четырех модулей Е3, при этом количество интерфейсов Е3 увеличивается до 12.
Модуль каналов Интернет 7 (далее модуль Eth10/100) (фиг.1, фиг.3) обеспечивает прием-передачу от одного до четырех линейных сигналов Ethernet 10/100 Мбит/с, причем чем больше соединительных портов отдано для канала Ethernet, тем больше скорость в канале. Максимальная скорость передачи составляет 91,392 Мбит/с. Возможна в мультиплексоре СМД прием-передача до 10 интерфейсов Ethernet. Посредством программного обеспечения производится контроль параметров и выбор режимов портов: Full Duplex 100 Мбит/с, Half Duplex 100 Мбит/с, Full Duplex 10 Мбит/с, Half Duplex 10 Мбит/с, Auto Negotiation.
Модуль сопряжения 8 (далее модуль Т/Е1) (фиг.1, фиг.5) обеспечивает преобразование 84 синхронных, сигналов Е1 из коммутаторов модуля КС-СС в коммутатор модуля абонентского доступа (КАД), ввод/вывод до 8 синхронных/асинхронных сигналов Е1.
Модуль коммутатор абонентского доступа 9 (далее модуль КАД) (фиг.1, фиг.5) обеспечивает полнодоступную неблокируемую коммутацию сигналов Е1 на уровне канальных интервалов до 316 направлений, организует до 31 группы конференц-связи, выполняет ввод/вывод 8 синхронных потоков Е1.
Модули интерфейсов 10 (далее модули абонентского доступа АД) устанавливаются в зависимости от конфигурации синхронного мультиплексора и предназначены для организации оконечных и транзитных каналов, приема/передачи сигналов со скоростью передачи 64 кбит/с, приема/передачи сигналов СИ, приема/передачи интерфейсов FXS, FXO, RS-232, RS-422, RS-485, V35, V36, Х21, С1-И, SDSL, Upn, Eth, телеграфной связи.
Модуль вторичного питания 11 (далее модуль ИВП) с резервированием 1+1, обеспечивает преобразование первичного питания во вторичное с фильтрацией помех напряжения.
Принцип работы мультиплексора основан на технологии синхронной цифровой иерархии SDH, в которой в качестве основного формата синхронного сигнала принят синхронный транспортный модуль STM, позволяющий организовать непосредственный доступ к каналам плезиосинхронной иерархии PDH.
Структура формирования сигнала STM-1 на основе синхронного мультиплексора с абонентским доступом СМД на примере нагрузки в виде потоков Е1, Е3 и Ethernet при конфигурации синхронного транспортного модуля СТМ1/4 в режим STM-1 приведена на фиг.3.
В модуле Е1 5 к нагрузке в виде потока Е1 (2 048 Мбит/с) сначала добавляются выравнивающие биты (PL), а также другие фиксирующие, управляющие и упаковывающие биты с целью сформировать контейнер С-12. Затем к контейнеру С-12 добавляется маршрутный заголовок (РОН) с указанием маршрутной информации с целью формирования виртуального контейнера VC-12. Добавление к виртуальному контейнеру байт указателя (PTR) формирует трибный блок TU-12. Последовательность трибных блоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования 3:1 превращается в группу трибных блоков TUG-2. Последовательность TUG-2 подвергается повторному байт-мультиплексированию 7:1, в результате которого формируется группа трибных блоков TUG-3. Мультиплексированием трех TUG-3 и добавлением к полученной последовательности маршрутного заголовка РОН формируется виртуальный контейнер VC-4, который поступает в модуль КС-СС 4.
Формирование нагрузки в виде потока Е3 (34368 Мбит/с) происходит в модуле Е3 6 (фиг.3) с добавлением выравнивающих бит (PL), а также другие фиксирующие, управляющие и упаковывающие биты с целью сформировать контейнер С-3. Затем к контейнеру С-3 добавляется маршрутный заголовок (РОН) с указанием маршрутной информации с целью формирования виртуального контейнера VC-3. Добавление к виртуальному контейнеру указателя (PTR) формирует трибный блок TU-3, который переводится в TUG3. Мультиплексированием трех TUG-3 и добавление к полученной последовательности маршрутного заголовка РОН формируется виртуальный контейнер VC-4, который поступает в модуль КС-СС 4.
Формирование нагрузки в виде потока Ethernet происходит в Модуле Eth 10/100 7 (фиг.3), в котором используется протокол GFP для формирования интерфейса WAN (от одного до четырех). Затем происходит регулирование полосы пропускания интерфейса WAN путем объединения в группу виртуальных контейнеров VC-12 (посредством VCAT) с последующим объединением в трибутарные группы TUG-3 и VC-4. Каждому компонентному порту Ethernet соответствует NxVC-12 соединительных портов, (N=oт 1 до 42), объединенных между собой посредством функции VCAT. Количество соединительных портов N для канала Ethernet определяет оператор, исходя из наличия свободных VC-12 в агрегатном канале STM-N. Затем сформированный виртуальный контейнер VC-4 поступает в модуль КС-СС 4.
Формирование нагрузки в виде абонентских интерфейсов представлено на фиг.5 и происходит следующим образом. Модули АД 10 устанавливаются в зависимости от конфигурации мультиплексора СМД. В модулях входящие сигналы оцифровываются и занимают предоставленные им в шинах АИ канальные интервалы в составе потоков Е1. Затем потоки Е1 поступают на модуль КАД 9, который обеспечивает полнодоступную неблокируемую коммутацию потоков Е1 на уровне канальных интервалов до 316 направлений. Из модуля коммутатора абонентского доступа по шине Т/Е1 потоки Е1 загружаются в Модуль сопряжения Т/Е1 8, который обеспечивает их размещение в виртуальных контейнерах VC-12 с последующим объединением в трибутарные группы TUG-3 и VC-4, который поступает в модуль КС-СС 4.
В модуле КС-СС 4 осуществляется маршрутизация потоков между различными каналами пользователей сети путем полнодоступной неблокируемой кросс-коммутации между ними. Кросс-коммутация осуществляется на уровне виртуальных контейнеров VС-4, VC-3 и VC-12.
В синхронном транспортном модуле СТМ1/4 2 (фиг.3) сначала формируется AU4, путем добавления указателя AU-4 PTR. Добавление секционного заголовка SОН, который состоит из двух частей: заголовка регенераторной секции RSOH и заголовка мультиплексной секции MSOH окончательно формирует транспортный модуль STM-1.
При переконфигурировании синхронного транспортного модуля СТМ1/4 из СТМ1 в СТМ4 производится мультиплексирование четырех потоков STM-1 в один STM-4 (фиг.4). При этом наращивается скорость передачи информации, переходя с 155,520 Мбит/с на 622,08 Мбит/с и, следовательно, увеливается объем передаваемой информации.
В представленном устройстве в модуле КАД 9 реализуется функция аналоговой голосовой конференц-связи, заключающейся в возможности одновременного, совместного разговора абонентов связи, а также функция цифровой конференц-связи, заключающейся в возможности одновременной, совместной связи цифровых устройств, таких как модемы, компьютеры. Модулем КАД решается задача объединения абонентов связи в единую группу на уровне канальных интервалов, причем модуль может сформировать до 31 группы конференц-связи, при этом суммарная емкость каждой группы составляет 316×31 канальных интервалов. Формирование групп происходит с помощью программы NMS при конфигурировании сети, при этом определяется какой канальный интервал потока Е1 распределиться в какую конференцию из 31 группы. Маршрут соединения устанавливается в контроллере модуля КАД. Реализации конференц-связи увеличивает функциональные возможности полезной модели.
Настоящая полезная модель изготовлена и промышленно применима на сетях связи синхронной и плезиосинхронной цифровой иерархии линейной, кольцевой, звездообразной и смешанной структуры для решения разнообразных задач в качестве оконечного мультиплексора, ввода/вывода, кросс-коммутатора и мультиплексора доступа в работе с транспортными потоками уровня STM-1 и STM-4 с возможностью ввода/вывода широкого спектра абонентских интерфейсов и полностью реализует поставленную задачу.