Výsledky výzkumu a další informace nejen
z oblasti přístupových telekomunikačních sítí.
Access server ISSN 1214-9675
Server vznikl za podpory Grantové agentury ČR.
15. ročník
Dnešní datum: 24. 11. 2017  Hlavní stránka | Seznam rubrik | Ke stažení | Odkazy  

Doporučujeme
Knihu o FTTx

Matlab server - on-line výpočty a simulace

E-learning - on-line kurzy

Trainingpoint - školení z oblasti TELCO a ICT

Kontakt
KTT FEL ČVUT
Napište nám

Redakční rada - pokyny pro autory a recenzenty

Copyright

Technologie

* Poskytování různorodých služeb přes sítě SDH

Vydáno dne 31. 10. 2005 (11064 přečtení)

Jak již bylo zmíněno v článcích Optická hierarchie OTH a Optické přístupové sítě EPON a CWDM, tak další generace technologií budou zjevně určeny pro přenos po plně optické síti (OTN). Synchronní digitální hierarchie (SDH) však dosud ovládá veřejné, a do značné míry i soukromé sítě. Nedávná aktivita uvnitř ANSI a ITU-T se soustředila na doplnění SDH standardů (VCAT, LCAS, a GFP) pro efektivnější přenos vysokorychlostních signálů.


Heterogeneous services over SDH network
Abstract
As it was written in articles Optical hierarchy OTH and Optical access networks EPON and CWDM, future generation technologies will be design for transfer in fully optical network (OTN). Synchronous Digital Hierarchy (SDH) is still a leader in public and up to some point private networks. Recent activity in ANSI and ITU-T organizations was concentrated on amendment to standard SDH (VCAT, LCAS and GFP) to gain more effectively transfer of high-speed signals.


V dnešní době se propustnost páteřní i přístupové sítě zvýšila natolik, že dává poskytovatelům služeb příležitost zvětšit výnosy přenosem digitalizovaného videosignálu. Objevují se stále více aplikace video na přání (video on demand, či též pay-per-view), interaktivní televize, videokonference, dodatečné režijní zpracování pro filmaře, dálkové studium, telemedicína a vzdálené bezpečnostní sledování, jenž využívají přenosu digitalizovaného videosignálu.

Přenos digitalizovaného 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 mobilní telefony. Videosignál má však jiné požadavky na přenosové vlastnosti kanálu oproti přenosu hovorového signálu a dat, a tak přenos všech tří typů signálu přes jednotnou přenosovou síť (označováno též pojmem triple-play) může být náročný. Přenos hovoru vyžaduje stálou přenosovou rychlost a je citlivý na zpoždění v síti. Datový provoz zase běží v proměnných rychlostech a má obecně dávkový charakter. Přenos digitalizovaného videosignálu vykazuje několik charakteristických rysů společných, jak s přenosem telefonního signálu, tak s přenosem dat, tj. při potřebě velké přenosové rychlosti i požadavek na zaručení dalších parametrů (citlivost na zpoždění a jeho kolísání). Navíc, digitální videosignál při distribuci k účastníkům prochází sítí jen v jednom směru (jednosměrně), zatímco hovory a datové aplikace vyžadují přenos v síti oběma směry (obousměrně).

Dřívější pokusy pro přenos obrazu přes metropolitní síť (MAN) požadovaly drahou překryvnou síť oddělenou od hovorových a datových sítí, jelikož žádný ze stávajících standardů pro rozhraní digitalizovaného videosignálu nebyl určen pro přenos dálkovou sítí (WAN). Následkem toho byly počáteční přenosy digitálního videa přes páteřní sítě SDH (Synchronous Digital Hierarchy) problematické, a to díky nevyhovujícímu způsobu, jakým byl videosignál mapován do standardních SDH kontejnerů v STM-0, 1, 4, atd. Původní řešení bylo založené na mapovaní videosignálu do ATM buněk, které se pak dále mapovaly do kontejnerů SDH. ATM využívá statistické multiplexování pro získání lepšího využití přenosových rychlostí, čímž se umožnilo přenášet více televizních signálů přes síť SDH. Nicméně, podstatné provozní ztráty byly způsobeny režií záhlaví ATM buněk, složitostí překryvné sítě, potřebou dalších investic a požadavky na specializované školení a vybavení techniků.

Rozvoj dalších generací SDH technologií vybavených funkcí virtuálního zřetězení (VCAT), protokolem pro přidělení přenosové kapacity (LCAS), a obecným protokolem druhé vrstvy (GFP) dává poskytovatelům služeb nové příležitosti pro přenos digitalizovaného videosignálu bez nahrazování stávajících SDH sítí. Platformy pro poskytování různorodých služeb (MSPPs – Multiservice Provisioning Platforms) využívají tyto technologie a dovolují tak poskytovateli služeb doručovat digitalizovaný videosignál, data, video na požádání (VoD), telefonní signály a další přes sloučenou síť.

Kompresní metody

Digitalizovaný videosignál vyžaduje enormní přenosovou rychlost. Nekomprimovaný videosignál vyžaduje přenosovou rychlost větší než 200 Mbit/s.  A to ještě není nic v porovnání s HDTV, jenž vyžaduje přenosovou rychlost větší než 1,5 Gbit/s. Jsou však k dispozici komprimační metody, které mohou komprimovat digitalizované videosignály a zredukovat tak požadavky na přenosovou rychlost při dodržení uspokojující kvality. Motion Picture Experts Group (MPEG) vyvinula standard MPEG-2, což je obecně nejvíce používaná kompresní metoda (ISO/IEC-13818-1), s jejíž pomocí lze běžný TV signál redukovat až na 4 Mbit/s a signál HDTV na cca 20 Mbit/s. Dnes již existují i další komprimační algoritmy, jež mohou dále redukovat potřebnou šířku pásma pro digitalizovaný videosignál a umožnit tak přenos obrazu přes systémy xDSL, nebo přes kabelové modemy s nižší přenosovou rychlostí. MPEG-4, nebo doporučení 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 pro mapováním jemnější granuitu přenosové rychlosti v sítích SDH pro přenos různorodých signálů na rozhraních STM-N (Synchronous Transport Modul).

Vyšší využití přenosové rychlosti sítí pro další generaci služeb

Rozhraní na fyzické vrstvě

Využití přenosové rychlosti

bez využití VCAT

s využitím VCAT

Ethernet 10 Mbit/s

STM-0 …VC-3 (20%)

VC-12-5v (91%)

Ethernet 100 Mbit/s

STM-1 …VC-4 (67%)

VC-3-2v (100%)

Ethernet 1 Gbit/s

STM-16 …VC-4-16c (44%)

VC-4-7v (95%)

DVB-ASI 270 Mbit/s

STM-4 …VC-4-4c (37%)

VC-3-6v (92%)

Pozn.:
VC-4-Xc , kde X je 4, 16, 64 nebo 256, označuje souvislé zřetězení virtuálních kontejnerů VC
VC-n-Xv označuje virtuální zřetězení VCAT virtuálních kontejnerů VC

Virtuální zřetězení VCAT umožní inverzním multiplexováním 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 virtuální zřetězení je transparentní k průchozím uzlům. Tudíž, když chtějí poskytovatelé služeb zařazovat VCAT podporu do jejich sítě, stačí zdokonalit pouze ty přípojné, či oddělující uzly, které mají tuto funkci poskytnout. VCAT umožní poskytovatelům uvedení služby, 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 - LCAS (Link Capacity Adjusting Scheme) poskytne přenosovou rychlost v násobcích VC-n na požádání pomocí mechanismu pro změnu jejich počtu ve virtuálním zřetězení bez přerušení provozu – viz. obr. 1. To také umožňuje automatické vynechání a znovu obnovení porušených přenosových cest. LCAS poskytne ovládací mechanizmus a protokol, který může dynamicky zvýšit nebo snížit počet multiplexních jednotek SDH ve zřetězení. Signalizační zprávy se vyměňují mezi síťovými prvky ve služebních 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.

LCAS

Obr. 1 Použití LCAS

Protokol GFP

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) protokol a ITU- T X.86, které používají HDLC (high-level data-link control) má GFP nižší a deterministickou režii a také nižší pracovní nároky.

GFPframed

Obr. 2 Rámec rámcově mapovaného GFP

Existují dva typy formátů GFP mapování: 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/10B, 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.

GFPtransp

Obr. 3 Rámec transparentního GFP

Vysílání do více bodů

Multiservisní platforma MSPPs, která využívá VCAT, LCAS, a GFP poskytne efektivní způsob, jak sjednotit hovorové, datové, a video služby na stávající SDH základní síťové infrastruktuře. Sjednocuje přenosové schopnosti vícenásobného vydělovacího muldexu, přepínání a úpravy kapacity malých digitálních rozvaděčů, a dalších TDM, IP, video, a datových zařízení.

Pro jednosměrné digitální videovysílání MSPPs účinně 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 síť 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 dvěma 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 signály STM-16 nebo STM-64 (10 Gbit/s) pro hlavní kruh. Možné uspořádání sítě je zobrazeno na obrázku 4.

SDHsitVoD

Obr. 4 Konvergentní síť pro VoD 

SDH zajišťuje navíc spolehlivost přenosu v kruhové síti tak, že posílá dva identické signály po obou stranách kruhu. Jestliže nějaký uzel na kruhu detekuje poruchu v hlavní přenosové cestě (pracovní cesta), tak se uvede do chodu ochranný mechanismus a přepne na alternativní přenosovou cestu (ochrana). Toto přepnutí nastane v intervalu do 50 ms. Zajištění spolehlivého 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 generací SDH technologií dává poskytovatelům služeb možnosti nabízet širokou paletu služeb, včetně videoslužeb, bez náhrady stávajících SDH sítí. Prvky multiservisní platformy MSPPs přidané k existujícím SDH infrastrukturám dovolí poskytovateli služeb vytvořit síť pro přenos digitalizovaného videosignálu, která je charakterizovaná takovou třídou spolehlivosti přenosu, jakou poskytovatelé potřebují.

Užitečnou výhodou zmiňovaných principů VCAT, LCAS, GFP je možnost snížení provozních nákladů provozovatelů sítí a využití existujících páteřních sítí SDH. Propojení zákaznických sítí LAN se provádí při vyžití koncepce Ethernet over SDH pomocí levných rozhraní Ethernet, oproti klasickému řešení s porty E1, E3. Zvýšení propustnosti je možné za provozu podle momentálního stavu sítě a požadavků na provoz.

Tento příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru MSM6840770014.

Literatura a odkazy:

[1] Článek na http://lw.pennnet.com/ - Ready for primetime: MSPPs can deliver digital video over existing network
[2] Doporučení ITU-T  G.7041/Y.1303 (12-2003) - Generic framing procedure (GFP)
[3] Doporučení ITU-T  G.7042/Y.1305 (02-2004) - Link capacity adjustment scheme (LCAS) for virtual concatenated signal
[4] Doporučení ITU-T  X.85/Y.1321 (03-2001) - IP over SDH using LAPS
[5] Doporučení ITU-T  X.86/Y.1323 (02-2001) - Ethernet over LAPS



Autor:        V. Krehan
Pracoviště: České vysoké učení technické v Praze, FEL

Informační e-mail Vytisknout článek
Projekty a aktuality
01.03.2012: PROJEKT
Výzkum a vývoj nového komunikačního systému s vícekanálovým přístupem a mezivrstvovou spoluprací pro průmyslové aplikace TA02011015

01.01.2012: PROJEKT
Vývoj adaptabilních datových a procesních systémů pro vysokorychlostní, bezpečnou a spolehlivou komunikaci v extrémních podmínkách VG20122014095

09.10.2010: PROJEKT
Výzkum a vývoj datového modulu 10 Gbit/s pro optické a mikrovlnné bezdrátové spoje, FR-TI2/621

09.01.2010: PROJEKT
Sítě s femtobuňkami rozšířené o řízení interference a koordinaci informací pro bezproblémovou konektivitu, FP7-ICT-2009-4 248891

09.11.2008: PROJEKT
Ochrana člověka a techniky před vysokofrekvenčním zářením, FI-IM5/202

20.06.2008: Schválení
Radou pro výzkum a vývoj jako recenzovaný časopis

01.04.2007: PROJEKT
Pokročilá optimalizace návrhu komunikačních systémů pomocí neuronových sítí, GA102/07/1503

01.07.2006: Doplnění sekce pro registrované

12.04.2005: Zavedeno recenzování článků

30.03.2005: Výzkumný záměr
Výzkum perspektivních informačních a komunikačních technologií MSM6840770014

29.11.2004: Přiděleno ISSN

04.11.2004: Spuštění nové podoby Access serveru

18.10.2004: PROJEKT
Optimalizace přenosu dat rychlostí 10 Gbit/s, GA102/04/0773

04.09.2004: PROJEKT
Specifikace kvalitativních kritérií a optimalizace prostředků pro vysokorychlostní přístupové sítě, NPV 1ET300750402

04.06.2004: PROJEKT
Omezující faktory při širokopásmovém přenosu signálu po metalických párech a vzájemná koexistence s dalšími systémy, GA102/03/0434

Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

NAVRCHOLU.cz

Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.