СИНХРОННЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР

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, Ethernet, в структуре синхронных транспортных модулей STM-1, STM-4, STM-16 (STM - synchronous transport module) с последующей одновременной передачей протоколов STM-1, STM-4, STM-16 по одной паре оптических волокон с использованием технологии CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing - грубое спектральное мультиплексирование).
Известно устройство SMA-4 компании GPT, реализующее мультиплексор STM-4 и 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; интерфейсов контроля, управления и служебных каналов. (Н.Н.Слепов. Синхронные цифровые сети SDH. М. Эко-трендз, 1999).
Недостатком устройства SMA-4 является невозможность реализации в известном устройстве синхронного транспортного уровня STM-1 со скоростью передачи 155 Мбит/с и синхронного транспортного уровня STM-16 со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с.
Известно устройство гибкий мультиплексор, характеризующийся наличием платформы с высокоскоростной системной шиной, к которой подключены выполненные в виде отдельных плат модули, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят модули формирования каналов STM-1 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 Ethernet, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 2048 кбит/с электрический. (патент на полезную модель №77527, кл. H04J 3/16, опубл. 20.10.2008 г.).
Недостатком данного технического решения является то, что в известном устройстве невозможна реализация синхронного транспортного уровня STM-4 со скоростью передачи 622,080 Мбит/с и синхронного транспортного уровня STM-16 со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с.
Наиболее близким устройством к заявленному устройству по совокупности признаков является синхронный мультиплексор с абонентским доступом, характеризующейся наличием платформы с системными шинами, к которой подключены выполненные в виде отдельных плат съемные модули, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят модули формирования каналов STM-1 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 Ethernet, модуль мультиплексирования каналов со скоростью 2048 кбит/с электрический, модуль STM-4, предназначенный для приема/передачи оптического сигнала со скоростью передачи 622,080 Мбит/с, модуль коммутации и синхронизации, предназначенный для синхронизации оборудования и обеспечения полнодоступной неблокируемой кросс-коммутации на уровне виртуальных контейнеров VC-4, VC-3, VC-12. (патент на полезную модель №107604, кл. G06F 5/16, опубл. 20.08.2011 г.).
Недостатком данного технического решения принятого за прототип является то, что в известном устройстве невозможна реализация синхронного транспортного уровня STM-16 со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с, не реализована функция объединения выходных оптических сигналов модулей транспортных уровней STM-1 и STM-4 для передачи в один волоконно-оптический тракт.
В основу полезной модели положена задача создания многофункционального устройства синхронной цифровой иерархии с возможностью одновременной работы в одном устройстве модулей транспортных уровней STM-1, STM-4, STM-16, а также с возможностью как индивидуального подключения каждого из модулей STM-1, STM-4, STM-16 в волоконно-оптический тракт, так и с одновременной передачей протоколов этих модулей и протоколов Ethernet 100, Ethernet 1000, протоколов внешнего оборудования в любой выбранной конфигурации по одной паре оптических волокон с использованием технологии CWDM.
Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении скорости и объема передаваемой информации, увеличение емкости оптической линии.
Указанная задача достигается тем, что в состав синхронного мультиплексора, включающего платформу с системными шинами, к которой подключены выполненные в виде отдельных плат съемные модули, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят модули формирования каналов STM-1 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, предназначенный для мониторинга и конфигурирования собственных параметров и параметров модулей, модуль каналов Интернет, предназначенный для приема/передачи сигналов в протоколе Ethernet, модуль мультиплексирования каналов Е1 со скоростью 2048 кбит/с электрический, модуль STM-4, предназначенный для приема/передачи оптического сигнала со скоростью передачи 622,080 Мбит/с, модуль коммутации и синхронизации, предназначенный для синхронизации оборудования и обеспечения полнодоступной неблокируемой кросс-коммутации на уровне виртуальных контейнеров VC-4, VC-3, VC-12, введены модуль STM-16, обеспечивающий прием/передачу оптического сигнала со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с, модуль мульти/демультиплексора, обеспечивающий на передаче мультиплексирование выходных оптических сигналов модулей STM-1 оптический и/или STM-4, и/или STM-16, и/или внешнего оборудования для совместной передачи по одной паре оптических волокон и обратное демультиплексирование на приеме с использованием технологии CWDM, причем модуль мульти/демультиплексора не подключен ни к одной системной шине, при этом модуль коммутации и синхронизации соединен посредством системных шин с модулем STM-1 оптическим, модулем STM-1 электрическим, модулем STM-4, модулем STM-16, модулем управления и контроля, модулем Интернет, модулем мультиплексирования каналов Е1, при этом модули STM-1 оптический, STM-4, STM-16 соединены с модулем мульти/демультиплексора через внешние разъемы оптическим волокном.
При этом модуль каналов Интернет выполнен в виде модуля Ethernet 10/100, обеспечивающего прием/передачу 10 Мбит/с или 100 Мбит/с сигнала Ethernet, и модуля Ethernet 1000, обеспечивающего прием/передачу 1000 Мбит/с сигнала Ethernet.
При этом каждый из модулей STM-1 оптический, STM-4, STM-16 может работать на выделенное волоконно-оптическое направление.
При этом модуль мульти/демультиплексора выполнен с возможностью работать с внешним оборудованием на скорости до 2,7 Гбит/с через внешние оптические разъемы.
Кроме того модуль мульти/демультиплексора выполнен с возможностью мультиплексирования/демультиплексирования сигналов Ethernet 100 Мбит/с при соединении с модулем Ethernet 10/100 через внешние разъемы оптическим волокном.
Кроме того модуль мульти/демультиплексора выполнен с возможностью мультиплексирования/демультиплексирования сигналов Ethernet 1000 Мбит/с при соединении с модулем Ethernet 1000 через внешние разъемы оптическим волокном.
Указанные признаки синхронного мультиплексора являются существенными для решения поставленной задачи и получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель синхронного мультиплексора поясняется конкретным примером исполнения и демонстрирует возможность достижения технического результата.
На фиг.1 изображена блок-схема синхронного мультиплексора;
на фиг.2 изображена структурная схема формирования нагрузки в виде потоков Е1 и Ethernet.
В представленном примере исполнения синхронного мультиплексора используются следующие типы интерфейсов: STM-1 - оптический (стандарт G.957); STM-1 - электрический (стандарт G.703, G.823); STM-4 - оптический (стандарт G.957); STM-16 - оптический (стандарт G.957); Е1 - электрический (стандарт G.703, G.823); Ethernet 100 BASE-X - оптический; Ethernet 100 BASE-T - электрический; Ethernet 1000 BASE-X - оптический; Ethernet 1000 BASE-T - электрический; интерфейс сетевого контроля и управления Ethernet 10/100 BASE-T.
Синхронный мультиплексор включает в себя (см. фиг.1) платформу с системными шинами 1 к которой подключены выполненные в виде отдельных плат съемные модули, при этом в состав устанавливаемых на платформе съемных модулей входят:
- модуль мультиплексирования каналов Е1 со скоростью 2048 кбит/с электрический 2 (далее модуль Е1), который обеспечивает ввод/вывод до 63 компонентных сигналов Е1 и их размещение в виртуальных контейнерах VC-12 с последующим размещением в виртуальный контейнер VC-4;
- модуль каналов Интернет, представленный двумя вариантами исполнения в виде модуля Ethernet 10/100 3, обеспечивающего прием/передачу 10 Мбит/с или 100 Мбит/с сигнала Ethernet, и модуля Ethernet 1000 4, обеспечивающего прием/передачу 1000 Мбит/с сигнала Ethernet;
- модуль коммутации и синхронизации (далее модуль КС) 5, обеспечивающий полнодоступную неблокируемую кросс-коммутацию на уровне виртуальных контейнеров VC-4, VC-3, VC-12 и синхронизацию устройства;
- модули формирования каналов STM-1 со скоростью 155 Мбит/с оптический 6 (далее модуль STM-1 оптический) и электрический 7 (далее модуль STM-1 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, также каждый из модулей обеспечивает четыре направления линейного интерфейса STM-1 (направления А, В, С, D) (см. фиг.2);
- модуль STM-4 8, обеспечивающий прием/передачу оптического сигнала со скоростью передачи 622,080 Мбит/с в двух направлениях (направления А, В);
- модуль STM-16 9, обеспечивающий прием/передачу оптического сигнала со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с в одном направлении (направление А);
- модуль мульти/демультиплексора (далее модуль М/Д) 10, обеспечивающий мультиплексирование входных оптических потоков STM-1 и/или STM-4, и/или STM-16, и/или Ethernet 100, и/или Ethernet 1000, и/или потоков стороннего внешнего оборудования скоростью до 2,7 Гбит/с в один оптический поток с использованием технологии CWDM для передачи по одной паре оптических волокон и обратное демультиплексирование;
- модуль управления и контроля (далее модуль УК) 11, обеспечивающий мониторинг и конфигурирование собственных параметров и параметров модулей.
Каждый из модулей STM-1 оптический 6, STM-4 8, STM-16 9 может работать самостоятельно на выделенное волоконно-оптическое направление.
Под внешним оборудованием понимается стороннее оборудование передачи данных с оптическим стыком в диапазоне от 1270 нм до 1610 нм и скоростью до 2,7 Гбит/с.
Конструктивно синхронный мультиплексор реализован в блочной конструкции - корпус с платформой (кросс-платой), к которой подключаются выполненные в виде отдельных плат съемные модули. Максимальное количество устанавливаемых в синхронный мультиплексор модулей STM-1, STM-4, STM-16 равно десяти. Соединения между модулями осуществляются по платформе с помощью системных шин (фиг.1)
В приведенной структурной схеме (фиг.2) синхронного мультиплексора используются следующие основополагающие обозначения:
С-12 - контейнер, подлежащий отправлению по некоторому маршруту и несущий информационную (полезную) нагрузку из канала доступа с компонентным сигналом Е1;
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-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;
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 1×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 (SОН) и полезной нагрузки AU-4:
STM-1=SОН+PL(1×AU-4).
STM-4=SОН+PL(4×AU-4).
STM-16=SOH+PL(16×AU-4).
SOН содержит информацию о структуре STM-N, о контроле качества передачи, о служебной связи.
Принцип работы мультиплексора основан на технологии синхронной цифровой иерархии - SDН (Synchronous Digital Hierarchy), в которой в качестве основного формата синхронного сигнала принят синхронный транспортный модуль STM-N.
Структура формирования сигналов SТМ-1, SТМ-4, SТМ-16 на примере нагрузки в виде потоков Е1 и Ethernet приведена на фигуре 2.
Формирование нагрузки в виде потоков Е1 происходит в модуле Е1 2, где к нагрузке в виде потока Е1 (2048 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 5.
Формирование нагрузки в виде потока Ethernet 10/100 происходит в модуле Интернет в варианте исполнения Ethernet 10/100 3, в котором используется протокол GFP для формирования интерфейса WAN. 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 N×VC-12 соединительных портов интерфейса WAN (n=от 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 5.
Формирование нагрузки в виде потока Ethernet 1000 происходит в модуле Ethernet 1000 4, в котором используется протокол GFP для формирования одного интерфейса WAN. Затем происходит регулирование полосы пропускания интерфейса WAN путем объединения в группу виртуальных контейнеров VC-4 (посредством VCAT). Компонентному порту Ethernet соответствует M×VC-4 соединительных портов, (M=от 1 до 7), объединенных между собой посредством функции VCAT. Количество соединительных портов М для канала Ethernet определяет оператор, исходя из наличия свободных VC-4 в агрегатном канале STM-N.
В модуле КС 5 осуществляется маршрутизация 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 в соответствии с заданной коммутацией сети. Модуль КС 5 обеспечивает синхронизацию оборудования от различных источников. Сигналы тактовой синхронизации, необходимые для обеспечения синхронности выполнения функций мультиплексора и для хронирования выходного сигнала подаются или от внешних источников или от внутреннего задающего генератора.
В синхронном транспортном модуле STM-1 7 сначала формируется AU4 путем добавления указателя AU-4 PTR. Добавление секционного заголовка SOH, который состоит из двух частей - заголовка регенераторной секции RSOH и заголовка мультиплексной секции MSOH, окончательно формирует транспортный модуль STM-1 7.
В модуле STM-4 8 из четырех виртуальных контейнеров VC-4 формируются четыре административных блока AU-4, затем формируетсят STM-4 путем мультиплексирования четырех AU-4 и добавления секционного заголовка SOH. Таким образом четырех потока STM-1 мультиплексируются в один STM-4, при этом увеличивается скорость передачи информации до 622,08 Мбит/с.
В модуле STM-16 9 шестнадцать потоков STM-1 мультиплексируются в один STM-16, при этом увеличивается скорость передачи информации до 2488,320 Мбит/с.
В синхронном мультиплексоре реализована возможность как индивидуальной работы модулей STM-1 (оптический) 6, STM-4 8, STM-16 9 на выделенные волоконно-оптические направления, так и объединение этих потоков в любой выбранной конфигурации для работы с одним волоконно-оптическим направлением.
Через внешние разъемы оптическим волокном модули STM-1 (оптический), STM-4, STM-16 подключаются к модулю М/Д 10.
В модуле М/Д 10 по выбору оператора мультиплексируются оптические потоки модулей STM-1 (оптический) 6, STM-4 8, STM-16 9, 100 Мбит/с поток модуля Ethernet 10/100 3, поток модуля Ethernet 1000 4, потоки внешнего оборудования (на фигурах не показано) в один оптический поток, используя технологию CWDM (например, четыре направления модуля STM-1, два направления модуля STM-4, одно направление модуля STM-16, оптический выход модуля Ethernet 1000). Грубое спектральное мультиплексирование- CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) - является технологией передачи данных, позволяющей одновременную передачу различных протоколов по одной паре оптических волокон. Принцип данного метода заключается в том, что каждый информационный поток передается по одному оптическому волокну на разной длине волны (на разной несущей частоте). На приемной стороне производится обратная операция - демультиплексирование. CWDM базируется на использовании оптических каналов, отстоящих друг от друга на расстоянии 20 нм. Эти оптические каналы, лежащие в диапазоне от 1270 до 1610 нм, специфицированы рекомендацией G-694.2 Международного телекоммуникационного союза (ITU). Технология инвариантна к протоколам передачи информации, что позволяет организовать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде.
В модуле УК 11 обеспечивается управление всех модулей синхронного мультиплексора, подключенных к системной шине и контроль их датчиков. Посредством разъемов RS232 и LAN модуль УК 11 подключается к сетевому терминалу (на фигурах не показано) с установленным программным обеспечением для работы оператора.
Технология спектрального уплотнения CWDM, применяемая в синхронном мультиплексоре позволяет более эффективно использовать существующие волоконно-оптические инфраструктуры и повышает емкость оптических линий, позволяет снизить затраты на прокладку нового оптического кабеля. Возможность работы в одном устройстве транспортных уровней STM-1, STM-4, STM-16 с одновременной передачей их протоколов и протокола Ethernet в любой выбранной конфигурации по одной паре оптических волокон увеличивает скорость и объем передаваемой информации.
Настоящая полезная модель изготовлена и промышленно применима на сетях связи синхронной цифровой иерархии линейной, кольцевой, звездообразной и смешанной структуры для решения разнообразных задач в качестве мультиплексора ввода/вывода, терминального мультиплексора, кросс-коммутатора и мультиплексора доступа в работе с транспортными потоками уровня STM-1, STM-4, STM-16 и полностью реализует поставленную задачу.