Плезиохронная цифровая иерархия в телекоммуникациях

Введение

Технология, используемая в телекоммуникационных сетях

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) – это технология, используемая в телекоммуникационных сетях для передачи больших объемов данных через цифровое транспортное оборудование, такое как волоконно-оптические и микроволновые радиосистемы. Термин «плезиохронный» происходит от греческого plēsios, означающего «близкий», и chronos, означающего «время», и отражает тот факт, что сети PDH работают в состоянии, когда различные части сети почти, но не совсем идеально, синхронизированы. В течение десяти лет, завершившихся примерно в начале тысячелетия (2000 года), магистральные транспортные сети заменили сети PDH оборудованием синхронной цифровой иерархии (SDH) или синхронной оптической сети (SONET), плавающие полезные нагрузки которых ослабили более жесткие требования к синхронизации времени, характерные для технологии сетей PDH. Стоимость в Северной Америке в 1998 году составила 4,5 миллиарда долларов. Это означает, что различные потоки данных могут (и, вероятно, работают) с немного разными скоростями друг относительно друга. Для передачи нескольких потоков данных из одного места в другое по общему каналу передачи они мультиплексируются в группы по четыре. Поскольку каждый из четырех потоков данных не обязательно работает с одинаковой скоростью, требуется некоторая компенсация. Обычно мультиплексор принимает данные из 4 входящих потоков 2,048 Мбит/с и направляет каждый из них в поток 2,112 Мбит/с через буферное хранилище, оставляя ряд фиксированных промежутков в каждом кадре. Таким образом, скорость передачи данных составляет 2,112 Мбит/с x (количество битов в кадре – количество промежутков) / (количество битов в кадре).

Это немного больше, чем 2,048 Мбит/с + 50 ppm. При добавлении дополнительного промежутка это будет немного меньше 2,048 Мбит/с – 50 ppm. Следовательно, в среднем скорость передачи данных может быть точно равна входящей скорости путем добавления промежутка в одних кадрах и его отсутствия в других. Этот дополнительный промежуток находится в фиксированной позиции в кадре и называется «наполняемым битом». Если он не содержит данных (то есть является промежутком), он «наполнен». Данные из 4 потоков данных теперь содержатся в 4 потоках данных 2,112 Мбит/с, которые синхронны и могут быть легко мультиплексированы для получения единого потока 8,448 Мбит/с, беря 1 бит из потока №1, затем 1 бит из потока №2, затем №3, затем №4 и так далее. Некоторые из фиксированных промежутков содержат слово синхронизации, позволяющее демультиплексору идентифицировать начало каждого кадра, а другие содержат контрольные биты для каждого потока, указывающие, наполнен ли наполняемый бит или нет (то есть содержит ли он данные или нет). Затем процесс может быть обращен демультиплексором, и будут получены 4 потока данных с точно такой же скоростью передачи данных, как и ранее. Несоответствие по времени устраняется с помощью фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Эта схема не позволяет добавлять наполняемый бит сразу после необходимости, поскольку наполняемый бит находится в фиксированной позиции в кадре, поэтому необходимо дождаться момента времени для наполнения бита. Это ожидание приводит к «дрожанию времени ожидания», которое может быть произвольно низким по частоте (то есть до нуля) и поэтому не может быть полностью устранено фильтрующими эффектами ФАПЧ. Наихудшее возможное соотношение наполнения составит 1 кадр на 2, поскольку это дает теоретическое 0,5 бита дрожания, поэтому соотношение наполнения тщательно выбирается для обеспечения теоретического минимального дрожания. Однако в практической системе фактическое решение о наполнении или его отсутствии может быть принято путем сравнения адреса чтения и адреса записи буфера ввода, поэтому положение в кадре, когда принимается решение, изменяется и добавляет вторую переменную, зависящую от длины хранилища. Этот процесс иногда называют «импульсной коррекцией», поскольку «коррекция» в печати заключается в добавлении промежутков, чтобы каждая строка занимала полную ширину столбца. Считается, что этот термин был предпочтительнее, поскольку «наполнение наполняемых битов» и «дрожание времени ожидания – это дрожание, которое вы получаете во время ожидания наполнения наполняемого бита», хотя технически это верно, звучит как плеоназм! Аналогичные методы используются для объединения четырех потоков по 8 Мбит/с вместе, плюс битовое наполнение и выравнивание кадров, что дает 34 Мбит/с. Четыре потока по 34 Мбит/с дают 140 Мбит/с. Четыре потока по 140 Мбит/с дают 565 Мбит/с.

This is slightly greater than 2.048 Mbit/s + 50ppm. If an extra gap is added, this is slightly smaller than 2.048 Mbit/s – 50ppm. Thus on average the data rate can be made exactly equal to the incoming rate by adding a gap in some frames and not others. This extra gap is in a fixed place in the frame and is referred to as the "stuffable bit". If it does not contain data (i. e. it's a gap) it is "stuffed". The data from the 4 data streams in now contained in 4 data streams of 2.112 Mbit/s which are synchronous and can easily be multiplexed to give a single stream of 8.448 Mbit/s by taking 1 bit from stream #1, followed by 1 bit from stream #2, then #3, then #4 etc. Some of the fixed gaps accommodate a synchronisation word which allows the demultiplexer to identify the start of each frame and others contain control bits for each stream which say whether or not the stuffable bit is stuffed or not (i. e. contains data or not). The process can then be reversed by the demultiplexer and 4 data streams produced with exactly the same bit rate as previous. The timing irregularity is ironed out using a phase locked loop. This scheme does not allow the addition of a stuffed bit as soon as it is required because the stuffable bit is in a fixed point in the frame so it is necessary to wait until the stuffable bit time slot. This wait results in "waiting time jitter" which can be arbitrarily low in frequency (i. e. down to zero) so cannot be entirely eliminated by the filtering effects of the phase lock loop. The worst possible stuffing ratio would be 1 frame in 2 as this gives a theoretical 0.5 bit of jitter so the stuffing ratio is carefully chosen to give theoretical minimum jitter. In a practical system however, the actual decision to stuff or not may be made by comparing the read address and write address of the input buffer store so the position in the frame when the decision is made varies and adds a second variable dependent on the length of the store. The process is sometimes called "pulse justification" because "justification" in printing is adding gaps so that each line takes up a full column width. It is believed that this term was preferred because " stuffing stuffable bits", and "waiting time jitter is the jitter you get while waiting to stuff a stuffable bit", though technically correct, does sound like a pleonasm! Similar techniques are used to combine four × 8 Mbit/s together, plus bit stuffing and frame alignment, giving 34 Mbit/s. Four × 34 Mbit/s, gives 140. Four × 140 gives 565.

Независимые часы

В телекоммуникационных сетях независимые часы – это свободно работающие прецизионные генераторы времени, расположенные в узлах сети и используемые для синхронизации. Буферы переменной емкости, предназначенные для компенсации колебаний задержки передачи между узлами, имеют достаточный размер для учета небольших расхождений во времени (фазе) между генераторами времени в узлах, управляющими передачей. Для освобождения буферов от части или всего накопленного объема данных, передача трафика может периодически прерываться.