Sonet.doc

SONET

SONET (ang. Synchronous Optical NETwork – Synchroniczna sieć optyczna) to standard transmisji optycznej używający laserów lub diod LED do przesyłania informacji cyfrowej poprzez światłowody. Został on wprowadzony, aby zastąpić PDH (ang. Plesiochronous Digital Hierarchy – Plezjochroniczna Hierarchia Cyfrowa) do przesyłania dużych ilości danych oraz aby pozwalał na bezkonfliktową współpracę urządzeń od różnych dostawców.

Standard ten został opracowany w USA przez firmy Bell-Core i ANSI w latach 80. XX wieku, stał się on najważniejszym standardem sieci światłowodowych w Ameryce Północnej. SONET został zdefiniowany dla charakterystycznych dla T-Carrier ramek 193-bitowych, więc nie można go było zastosować w warunkach europejskich, ponieważ ramka E-Carrier była 256-bitowa. Dostosowany SONET do parametrów E-Carrier nosi nazwę SDH (ang. Synchronous Digital Hierarchy – Synchroniczna Hierarchia Cyfrowa).

Podstawowym sygnałem systemu T-Carrier jest sygnał DS-1 o prędkości 1,544 Mbit/s, a podstawowy sygnał SONET nosi nazwę STS-1 (z ang. Synchronous Transport Signal – 1) i prędkość 51,84 Mbit/s; gdy ten sygnał jest kierowany na łącze optyczne, oznaczany jest skrótem OCx (z ang. Optical Carrer – łącze optyczne), gdzie x jest numerem wynikającym z szybkości łącza. Natomiast podstawowy trakt SDH posiada prędkość transmisji 155,52 Mbit/s, oznaczany symbolem STM-1(z ang. Synchronous Transport Module level – 1).

Standardowy pakiet składa się z nagłówka i części zasadniczej, w pierwszej kolejności przesyła się nagłówek a zaraz za nim część główną. W SONET jest to lekko zmodyfikowane. Nagłówek zmienia się w część nagłówkową a część zasadnicza pozostaje bez zmian, ale ta część nagłówkowa nie jest transmitowana w całości przed częścią zasadniczą w zamian transmisja jest naprzemienna, najpierw fragment części nagłówkowej za nią fragment części zasadniczej jest to powtarzane aż do przesłania całego pakietu. Ramka SONET składa się z 810 oktetów, natomiast ramka SDH z 2430 oktetów. Dla SONET trzy pierwsze oktety stanowią nagłówek każdego bloku, który jest wykorzystywany, między innymi, do synchronizacji transmisji, 87 następnych oktetów przenosi dane zasadnicze, wykonywane jest to w czasie 125 mikrosekund, ponieważ trzeba wysłać 9 bloków, aby wysłać jedną ramkę. Dla porównania SDH ma dziewięć oktetów nagłówka oraz 261 oktetów części zasadniczych, czas potrzebny do przesłania ramki to 125 mikrosekund. Dla SONET i SDH są reprezentowane przez blok: 90 kolumn, 9 rzędów dla SONET a dla SDH przez 270 kolumn i 9 rzędów. Ta reprezentacja układa wszystkie kolumny nagłówkowe w taki sposób, że daje to wrażenie całości.

Superramka / Koperta

Cała ramka STS-1 ma rozmiar 810 bajtów. Ramka STS-1 jest transmitowana dokładnie w 125 mikrosekund poprzez światłowód OC-1. W praktyce pojęcia STS-1 i OC-1 stosowane są zamiennie, jednak OC-x odnosi się tylko do sygnału optycznego. Jest więc nieprawidłowe mówić, że OC-3 zawiera 3 OC-1: OC-3 zawiera 3 STS-1.

Dwa główne składniki ramki STS-1 to:

·         Nagłówek (27 bajtów, 9 rzędów po 3 oktety) – składa się z dwóch części:

ü      sekcja nagłówkowa

ü      linia nagłówka

Bajty te służą do sygnalizacji i mierzenia błędów transmisji.

·         SPE (Synchronous payload envelope) synchroniczna koperta danych właściwych.

Składa się z dwóch części:

ü      Nagłówek części zasadniczej (9 bajtów) służy do sygnalizowania końca fragmentu i mierzenia błędów

ü      Część zasadnicza (774 bajty)

Część zasadnicza ramki STS-1 jest zaprojektowana by przenieść pełną ramkę PDH DS-3. Kiedy sygnał DS-3 wchodzi do sieci SONET ścieżka jest dodawana do nagłówka, i ten element sieci SONET, zwany SONET NE jest uważany za kończący ścieżkę. Kiedy wiele ścieżek DS-3 jest multiplexowane, wtedy SONET NE kończy linię. Obojętnie czy kończona jest linia lub ścieżka, cała sekcja jest kończona. SONET Regenerator kończy sekcje, ale nie ścieżkę lub linię.

Trzy sygnały OC-1 (STS-1) są multiplexerowane poprzez multiplexerowanie dzielone czasowo, aby stworzyć następny poziom OC-3 (STS-3), działający przy przepływności 155,52 Mbitów/s. Multiplexerowanie naprzemiennie wykorzystuje bajty każdej z trzech ramek STS-1 aby stworzyć ramkę STS-3 zawierającą 2430 bajtów i przesyłaną w czasie 125 mikrosekund.

Obwody o wyższych szybkościach są tworzone poprzez sukcesywne łączenie wolniejszych obwodów, ich szybkości są od razu widoczne. Np. cztery obwody OC-3 lub STM-1 mogą zostać zsumowane, aby stworzyć obwód o szybkości 622,08 Mbit/s oznaczony jako OC-12, STS-12.

Największą wartością, która jest najczęściej wykorzystywaną jest obwód OC-192, który działa z szybkością poniżej 10 Gbit/s. Prędkości powyżej 10 Gbit/s są technicznie możliwe, obecnie są w fazie testów. Gdzie duże wykorzystanie światłowodu jest poważnym problemem, wielokrotne sygnały SONET mogą być transportowane poprzez fale o różnych długościach poprzez jedną parę światłowodów wykorzystuje się technologię Dense Wave Division Multiplexing (DWDM). Takie obwody są podstawą transmisji transatlantyckiej i innych transmisji na duże odległości.

Kolejnym szybko rozwijającym się typem przesyłu danych jest 10 Gigabitowy Ethernet (10 GbE). Jest podobny szybkościowo do OC-192/STM-64, w wariancie sieci rozległej, enkapsuluje swoje dane używając ramki SDH/SONET, co pozwala jej być kompatybilną z poprzednimi wersjami sprzętu zaprojektowanymi do przenoszenia sygnałów niższego poziomu

Jednak, 10 GbE wyraźnie nie dostarcza żadnej współpracy na poziomie strumienia bitów z innymi systemami SDH/SONET. To różni go od Transponderów Systemu WDM, zawierających systemy Coarse- i Dense-WDM (CWDM, DWDM), które obecnie obsługują sygnały SONET OC-192.

Obecnie SONET(i SDH) mają niewielką liczbę zdefiniowanych architektur. Architektury te pozwalają na efektywne wykorzystanie przepustowości łącza jak również do ochrony(np. przesyłanie danych w przypadku, gdy fragment sieci jest uszkodzony), są one kluczem do zrozumienia wykorzystania SONET i SDH na całym świecie do transmisji danych. Trzy główne architektury to:

·         Linear APS(Automatic Protection Switching) Składa się z 4 światłowodów: 2 działających w każdym kierunku, oraz dwóch ochronnych,

·         UPSR (Unidirectional Path Switched Ring),

·         BLSR (Bidirectional Line Switched Ring).

Synchronizacja sieci SONET (i SDH) jest trudnym zagadnieniem. Trzeba pamiętać, że SONET NE transportuje zmultiplexowane dane, które zostały zsynchronizowane za pomocą różnych zegarów. W dodatku SONET NE może mieć wiele różnych opcji synchronizacyjnych do wyboru, w niektórych przypadkach może zmieniać to dynamicznie w oparciu o Synch Status Messages i innych wskaźników.

Źródła synchronizacji SONET NE to:

·         Local External Timing, czyli synchronizacja za pomocą zegara atomowego, lub zegara sterowanego satelitarnie. Najczęściej interfejsem w tym przypadku jest DS1,

·         Line-derived timing, SONET NE może wybierać (lub być skonfigurowanym)żeby korzystać z synchronizacji z poziomu magistrali, poprzez monitorowanie bajtów synchronizujących S1 żeby zapewnić zgodność synchronizacji,

·         Praca z podtrzymaniem. W konieczności z braku synchronizacji o wyższej jakości, SONET NE może przejść w stan "pracy z podtrzymaniem" dopóki wyższe jakościowo źródło zewnętrzne nie będzie dostępne. W tym trybie SONET NE używa własnych obwodów synchronizujących do sygnału SONET.

Interesującymi i ciężkim do opisania problemem w sieci SONET jest problem pętli czasowych. W pętlach czasowych każdy z elementów korzysta z synchronizacji każdego innego elementu jak i z elementu inicjalizującego, co obrazowo można przedstawić jako węża gryzącego się w ogon, sieć zauważa wtedy rozsynchronizowanie względem innych sieci zewnętrznych, co powoduje powstawanie „dziwnych” błędów, których źródło jest ciężkie do zlokalizowania(chyba, że zostanie odnaleziona pętla czasowa). W zasadzie w dobrze skonfigurowanej sieci SONET nie znajdzie się nigdy pętla czasowa, ale jest to trudne do osiągnięcia bez specjalistycznych narzędzi administracji siecią.