Плезиохронная цифровая иерархия (PDH)

«По-настоящему владеет информацией только тот,
кто может организовать ее доставку…»

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH)

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В начале 80 гг. XX в. было разработано 3 таких системы (в Европе, Северной Америке и Японии). Несмотря на одинаковые принципы, в системах использовались различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Описание стыков этих интерфейсов и уровней мультиплексирования дано в рекомендации G.703.

В таблице 1 приведены основные характеристики этих систем

Таблица 1
Основные характеристики Европейской, Северо-Американской и Японской PDH-иерархии

 Уровень цифровой иерархии  Обозначения  Скорости передачи, кбит/с  Количество каналов по 64 кбит/с
Европейский стандарт (Ex)
 1, первичный  E1  2048  30
 2, вторичный  E2  8448  120
 3, третичный  E3  34368  480
 4, четвертичный  E4  139264  1920
 5, пятеричный  E5  564992  7680
Американский стандарт (Tx)
 1, первичный  T1  1544  24
 2, вторичный  T2  6312  96
 3, третичный  T3  44736  672
 4, четвертичный  T4  274176  4032
 5, пятеричный  не используется  не используется  не используется
Японский стандарт (DSx) Jx
 1, первичный  DS1, J1  1544  24
 2, вторичный  DS2, J2  6312  96
 3, третичный  DS3, J3  32064  480
 4, четвертичный  DS4, J4  97728  1440
 5, пятеричный  DS5, J5  397200  

 

Плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) — это принцип построения цифровых систем передачи, которые используют групповой мультиплексированный ИКМ-сигнал, состоящий из цифровых 30 (24) - канальных потоков и требующий синхронизации скоростей цифровых потоков на входе оборудования группообразования. Под термином «плезиохронные» (то есть «почти синхронные») понимается то, что скорости входных 30 (24) - канальных групп немного отличаются друг от друга вследствие допустимой нестабильности задающего генератора каналообразующего оборудования этих потоков. Поэтому прежде чем приступить к объединению этих потоков в 2,048 (1,544) Мбит/с, их нужно привести к одной скорости передачи путем добавления специальных синхронизирующих битов выравнивания скоростей. Биты выравнивания должны распознаваться на приемной стороне, когда происходит разделение (демультиплексирование) потоков из группового и выделение первоначального сигнала. Базовой системой передачи для построения более высоких уровней PDH является система передачи ИКМ-30 (24).

PDH-иерархия, рекомендованная для Цифровых Систем Передачи (ЦСП), чем-то похожа на иерархию календаря. Прежде всего, необходимо было выбрать некоторую единицу измерения – «элементарную» скорость цифрового потока, единую для всех стран и предприятий, выпускающих аппаратуру систем передачи, и позволяющую измерять скорость суммарных цифровых потоков. Такая «единичная» скорость во всем мире – скорость передачи цифровой речи, равная 64 кбит/с, т.е. основной цифровой канал (ОЦК).

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал ОЦК, а на выходе формируется поток данных со скоростями n x 64 кбит/с. К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла.

В соответствии с принятыми в Европе стандартами при построении ЦСП объединяются 32 канала - временных интервала (тайм-слота) по 64 кбит/с. Из них 30 каналов (тайм-слотов) доступны для передачи пользовательской информации, а два (0-й и 16-й) являются служебными и используются для передачи сигналов синхронизации и управления. При этом поочередно из каждого канала передается по одному байту. Длительность цикла составляет 125 мкс, т.е. в групповом сигнале в течение 1 с передаются по 8 000 байт из каждого канала. Таким образом создается первичный цифровой поток, который получил название E1 (таблица 1). Цифровой поток E1 работает с номинальной скоростью 2,048 Мбит/с (8 x 8000 х 32=2048000 бит/с).

На рисунке 1 представлена структура первичного цифрового потока Е1.

Рис. 1. Структура цифрового потока Е1

 

Примером ЦСП, обрабатывающей цифровой поток E1, может служить распространенная в нашей стране ИКМ-30.

Следующие уровни иерархии образуются мультиплексированием четырех цифровых потоков предыдущего уровня, что приводит к скоростям 8 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с (скорости округлены). Принципы синхронизации остаются неизменными для систем передачи всех ступеней PDH-иерархии, сколько бы их не было: точно так же выделяются из цифрового потока тактовые импульсы и точно так же для обеспечения синхронной (а, если точнее, синфазной) работы мультиплексоров и демультиплексоров посылаются в линию комбинации импульсов цикловой синхронизации. Однако в системах передачи, начиная со второй ступени иерархии (это аппаратура ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 и т.д.), объединение потоков выполняется по принципу чередования битов, т.е. объединение компонентных потоков в агрегатный осуществляется уже не побайтно, а побитно (рис. 2).

Рис. 2. Мультиплексирование

 

Как видно из таблицы 1, в Северной Америке и Японии были приняты другие стандарты ПЦИ, в соответствии с которыми в ЦСП первого уровня объединяются 24 канала по 64 кбит/с, что приводит к скорости 1,5 Мбит/с. При переходе ко второму уровню происходит мультиплексирование четырех потоков, а к третьему — семи, в результате чего возникают потоки со скоростями 6 Мбит/с и 45 Мбит/с соответственно.

Для нормального функционирования ЦСП необходима синхронизация аппаратуры на обоих концах линии. Однако, различные ЦСП могут не быть полностью синхронированы, поэтому при мультиплексировании потоков по 2 Мбит/с в один поток 8 Мбит/с приходится осуществлять выравнивание скоростей компонентных потоков путем вставки при необходимости специальных выравнивающих битов, которые удаляются на приемном конце при демультиплексировании (вся эта процедура называется стаффингом).

Аналогично производится мультиплексирование и на последующих уровнях, поэтому описанная система и называется плезиохронной цифровой иерархией, так как по-гречески “плезиохронный” означает “почти синхронный”. Вставка на каждом уровне ПЦИ выравнивающих битов приводит к тому, что не производя полностью демультиплексирования, нельзя выделить какой-либо составляющий поток из группового. Например, если из потока 140 Мбит/с необходимо в промежуточном узле выделить один из 64 составляющих его потоков по 2 Мбит/с, то поток 140 Мбит/с должен быть полностью демультиплексирован с прохождением промежуточных уровней (34 Мбит/с и 8 Мбит/с), а после выделения требуемого потока в 2 Мбит/с все операции повторяются в обратном порядке (рис. 3).

Рис. 3. Структура PDH-иерархии

 

На рисунке 4 представлена структура сети на основе PDH-иерархии.

Рис. 4. Структура сети PDH-иерархии

 

В каждом устройстве сети есть свой тактовый генератор, который работает с небольшими отличиями от других. В паре приемопередатчиков ведущий узел задает свою синхронизацию (Sync 1-2), а ведомый подстраивается под него. Единая синхронизация для большой сети отсутствует. Поэтому плезиохронная в данном случае означает "почти" синхронная. Это удобно для строительства отдельных каналов, но вызывает лишние сложности при создании глобальных сетей.

С другой стороны, различия между системами PDH (таблица 1), т.е. по сути наличие трех различных иерархий, делает весьма затруднительным процесс их взаимодействия между собой.

Недостатком систем передачи PDH-иерархии является также отсутствие средств автоматического сетевого контроля и управления. Так, при нарушении синхронизации группового сигнала восстановление синхронизации первичных цифровых потоков происходит многоступенчатым путем, а это занимает довольно много времени. В настоящее время среди систем передачи плезиохронной иерархии «выживают» только системы первого уровня, снабженные новой аппаратурой так называемого гибкого мультиплексирования, которая обеспечивает кроссовые соединения каналов 64 кбит/с; выделение и ввод отдельных каналов 64 кбит/с в любом наборе; пользовательские интерфейсы от двухпроводных окончаний для телефона до окончаний базового доступа в цифровую сеть с интеграцией услуг; видео­конференцсвязь и многое другое. Можно сказать, что гибкие мультиплексоры немного продлили жизнь систем РDН-иерархии.

В отличие от более поздней SDH-иерархии, для PDH -иерархии характерно, как отмечалось выше, поэтапное мультиплексирование потоков, когда потоки более высокого уровня собираются методом чередования бит, т. е., например, чтобы вставить первичный поток в третичный, необходимо сначала демультиплексировать третичный до вторичных, затем вторичный до первичных, и только после этого будет возможность произвести сборку потоков заново. Если учесть, что при сборке потоков более высокого уровня добавляются дополнительные биты выравнивания скоростей, служебные каналы связи и прочая неполезная нагрузка, то процесс терминирования потоков низкого уровня превращается в довольно сложную процедуру, требующую сложных аппаратных решений, т.е. затрудненный ввод/вывод цифровых потоков промежуточных функций.

Таким образом, отмеченные недостатки PDH-иерархии привели к разработке в США иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной иерархии SDH, которые были предложены для использования на автоматических линиях связи. Из-за неудачно выбранной скорости передачи было принято решение отказаться от создания сети SONET и построить на ее основе сеть SONET/SDH.


ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи. - M.: Новое знание, 2002

2. ITU-T Recommendation G.703.Physical/Electrical Characteristics of Hierarchical Digital Interfaces. 1972 last amended in 1991