Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Podstaw Teletechniki Realizacja łącz Ethernetowych z wykorzystaniem węzłów SDH T.31

2 1. Geneza systemów SDH W latach siedemdziesiątych dwudziestego wieku rozwój prac nad systemami synchronicznymi został zapoczątkowany w Stanach Zjednoczonych Ameryki, a dopiero później na forum międzynarodowym. W efekcie w 1985 roku ANSI (ang. American National Standards Institute) przyjęła standard SONET, a w 1988 roku organizacja CCiTT zaakceptowała ogólnoświatowy standard o nazwie SDH. Podczas prac miano na uwadze, aby moŝliwe było łagodne przejście od systemów hierarchii plezjochronicznej do nowo projektowanego systemu synchronicznego, umoŝliwiającego wyeliminowanie wad tych pierwszych. Niestety to załoŝenie całkowicie słuszne z ekonomicznego punktu widzenia spowodowało negatywny wpływ na ich optymalność. Systemy SDH (ang. Synchronous Digital Hierarchy) stopniowo wypierają systemy PDH z rynku telekomunikacyjnego i stają się równieŝ coraz bardziej popularne w zastosowaniach elektroenergetycznych. Ze względu na potrzebę integracji róŝnych protokołów transmisyjnych, odgrywają one szczególną rolę, gdyŝ udostępniają wyŝsze przepływności (powyŝej 1Gb/s) z zastosowaniem światłowodów, pozwalają na efektywniejsze zarządzanie transmisją gwarantując przy tym wysoką jakość usług QoS (ang. Quality of Service). 1.1Opis ogólnej koncepcji rozwiązań stosowanych w systemach SDH Systemy i sieci teletransmisyjne SDH naleŝą do warstwy fizycznej modelu warstwowego OSI i mają za zadanie przesyłanie zewnętrznych sygnałów cyfrowych bez wprowadzania błędów przy jednoczesnym zachowaniu taktu zegara. Praca synchroniczna jest zapewniona dzięki synchronizacji wszystkich zegarów w sieci z jednym wybranym źródłem sygnału synchronizacji. Warto w tym miejscu wspomnieć, Ŝe systemy SDH mogą równieŝ pracować bez pełnej synchronizacji gdy urządzenia korzystają z róŝnych źródeł sygnału taktowania, pod warunkiem Ŝe róŝnice i zmiany częstotliwości taktowania spełniają odpowiednie kryteria. W systemach SDH sygnał przesyłany jest pomiędzy nadawcą a odbiorcą w znormalizowanych strukturach ramkowych nazywanych kontenerami. Na całej drodze sygnału kontenery nie są rozpakowywane, a jedynie przekazywane przez poszczególne urządzenia tranzytowe w których następuje przekierowanie sygnału z wejścia na odpowiednie wyjście. KaŜdy kontener składa się z dwóch części. Jedna z nich nosi nazwę pola uŝytkowego i słuŝy do przesyłania sygnałów zewnętrznych, a druga to nagłówek przenosząca informacje systemowe. W systemach SDH transmisja dotyczy wyłącznie przesyłania sygnałów cyfrowych spoza sieci. NiezaleŜnie od ich źródła i rodzaju usługi telekomunikacyjnej jaka jest z nimi skojarzona nie jest dokonywana analiza zawartości informacyjnej tychŝe sygnałów i wszystkie są traktowane w ten sam sposób (z pewnymi wyjątkami dla sygnałów pochodzących z sieci PDH). Oznacza to, Ŝe urządzenie brzegowe traktuje sygnał zewnętrzny jako sygnał o określonej przepływności niezaleŝnie od tego co reprezentuje dana sekwencja bitowa, a do jego przesłania przydzielany jest jedynie kanał transmisyjny o ustalonej i niezmiennej pojemności. Przykładową strukturę sieci SDH przedstawia rys.1 opracowany na podstawie 0. Wybór kontenera tworzącego odpowiedni kanał transmisyjny jest uzaleŝniony od wymaganej przepływności sygnału wejściowego. W sieciach SDH mamy do dyspozycji następujące kontenery podstawowe: C-11 o przepływności strumienia 1600 kb/s, C-12 o przepływności strumienia 2176 kb/s,

3 C-2 o przepływności strumienia 6784 kb/s, C-3 o przepływności strumienia kb/s, C-4 o przepływności strumienia kb/s, C-4-4c o przepływności strumienia kb/s, C-4-16c o przepływności strumienia kb/s, C-4-64c o przepływności strumienia kb/s, C-4-256c o przepływności strumienia kb/s. Rys.1. Przykładowa struktura sieci SDH; opracowano wg 0 Ze względy na konieczność administrowania i zarządzania sieciami, kontenery podstawowe dodatkowo dzieli się na kontenery niŝszego i wyŝszego rzędu. Za wyjątkiem kontenera C-3, który moŝe naleŝeć zarówno do jednej jak i do drugiej grupy (w zaleŝności od przyjętej struktury zwielokrotniania), pozostałe kontenery są jednoznacznie sklasyfikowane. KaŜdy kontener po dodaniu do niego nagłówka POH (ang. Path Over Head) tworzy odpowiadający mu kontener wirtualny VC (ang. Virtual Containter). Kanał transmisyjny pomiędzy węzłem nadawczym a odbiorczym tworzony jest przez ciąg kontenerów, które de facto są uporządkowanymi ciągami szczelin czasowych dostępnych w całości lub częściowo dla sygnałów zewnętrznych. Jak juŝ wcześniej wspomniano systemy SDH umoŝliwiają przesyłanie danych pochodzących z róŝnych źródeł, co moŝe się wiązać z istnieniem róŝnic w przepływności sygnału transportowanego z przepływnością oferowaną przez kontener. W takim przypadku moŝliwe jest niewykorzystywanie całej pojemności kanału. W przypadku gdy przepływność binarna sygnału zewnętrznego jest mniejsza od przepływności oferowanej przez kontener, to brakujące dane potrzebne do zapełnienia kontenera zostaną uzupełnione przez dodatkowy strumień bezuŝytecznych danych. Nad prawidłowym przebiegiem tego procesu zwanego dopełnieniem stałym czuwa procedura odwzorowania, w której zapisane są wszystkie zasady zapełniania umoŝliwiające późniejsze odwzorowanie odwrotne i wydobycie sygnału z kontenera. Metoda ta wymaga z góry dokładnej i niezmiennej w czasie znajomości przepływności sygnału. W rzeczywistych układach mogą pojawić się róŝnice pomiędzy

4 nominalna przepływnością sygnału, a przepływnością mierzoną w węźle początkowy sieci SDH. W takim przypadku utworzenie kanału o ściśle określonej pojemności jest moŝliwe poprzez zastosowanie procedur odwzorowania uwzględniających dynamiczne zmiany rozmiaru kanału transmisyjnego. Zakres zmian rozmiaru utworzonego, w ramach kontenera, kanału transmisyjnego do aktualnej przepływności binarnej powinien być minimalny uwzględniając zarazem tolerancje w jakich mieszczą się przepływności binarne sygnałów zewnętrznych. Takie dynamicznie dopasowanie przepływności nazywane jest dopełnieniem zmiennym. Jak juŝ wcześniej wspomniano zawartość kontenera w polu uŝytkowym jest nienaruszalna przez całą ścieŝkę pomiędzy węzłem początkowym a węzłem końcowym. Transport wirtualnego kontenera odbywa się na odpowiednim dla niego środku transportowym, którym są ramki zawierające ściśle określoną liczbę bitów. Dla kontenerów niŝszego rządu jest to jednostka składowa TU, zwana równieŝ jednostką sygnałową, a dla kontenerów wyŝszego rzędu jest to jednostka administracyjna AU. Oba typy jednostek składają się z pola uŝytkowego, w którym jest umieszczany kontener wirtualny i tak zwanego wskaźnika jednostki PTR. Wskaźnik jest odpowiedzialny za dopasowanie, czyli adaptacje kontenera do odpowiadającej mu jednostki. Dopasowanie polega na zaadresowaniu połoŝenia kontenera w polu uŝytkowym jednostki transportowej oraz dopełnieniu poprzez wskaźnik PJ. Jako, Ŝe połoŝenie kontenera w polu uŝytkowym moŝe się zmieniać w poszczególnych węzłach tranzytowych, konieczne jest, aby we wskaźniku przekazywana była informacja o adresie pierwszego bajtu kontenera w jednostce. UmoŜliwia to późniejsze poprawne określenie miejsca gdzie znajduje się kontener wirtualny przez węzeł odbiorczy. W przypadku wystąpienia róŝnic w przepływnościach binarnych strumieni wejściowego i wyjściowego na wskutek np. braku synchronizacji zachodzi konieczność dopełniania poprzez wskaźnik. Częstość dopełniania jest wprost proporcjonalna do wielkości róŝnicy częstotliwości zegarów w kolejnych węzłach sieci SDH. Mechanizm dopełniania umoŝliwia tym samym poprawną pracę sieci w przypadkach, gdy nie jest ona w pełni zsynchronizowana. Taki stan ma miejsce w przypadku awarii lub, gdy na styku sieci naleŝących do róŝnych operatorów jest brak synchronizacji. Jednostki składowe i administracyjne podlegają dalszemu przetwarzaniu, polegającemu na zwielokrotnianiu (multipleksowaniu). W wyniku tego procesu powstają tzw. grupy jednostek składowych TUG i grupy jednostek administracyjnych AUG. Grupy TUG przed wysłaniem z węzła są umieszczane w polu uŝytkowym kontenerów wyŝszego rzędu, a te z kolei ponownie wchodzą w skład jednostek i dalej grup jednostek administracyjnych. Kolejnym etapem jest utworzenie synchronicznego modułu transportowego odpowiedniego rzędu o oznaczeniu STM-N z grupy jednostek administracyjnych AUG-n uzupełnionego o nagłówek. W nagłówku zawarte są informacje niezbędne do zarządzania i administrowania siecią. Takie moduły transportowe są tworzone w kaŝdym węźle sieci. Dzięki temu moŝliwe jest dalsze sprawne transportowanie kontenerów docierających do węzła w innych modułach lub kontenerach. Moduły transportowe STM nadawane są jeden po drugim tworząc strumień bitów, który nazywany jest sygnałem liniowym. Przepływność binarna takiego sygnału zaleŝna jest od rzędu modułu transportowego i ilości bitów wchodzących w skład ramki STM. Przepływności bitowe poszczególnych sygnałów przedstawia tablicy 1. Tablica 1 Przepływności w systemie SDH; ; opracowano wg 0 Przepływność [Mb/s] Sygnał liniowy 51,84 STM-0 155,52 STM-1 622,08 STM ,32 STM-16

5 9953,28 STM ,12 STM-256 W celu zapewnienia tak wysokich przepływności znacznie przekraczających moŝliwości transportowe pojedynczych strumieni kontenerów VC-4 wprowadzono moŝliwość łączenia (konkatenacji) kontenerów. Istnieją dwa sposoby konkatenacji kontenerów. Pierwszy z nich polega na przesyłaniu x kontenerów połączonych w trybie ciągłym. Wówczas rozmiar takiego połączonego kontenera stanowi wielokrotność rozmiaru pojedynczego kontenera. Tryb łączenia powoduje, Ŝe w kaŝdym węźle takie połączone kontenery są traktowane jako jeden duŝy kontener. Liczba uŝytych kontenerów moŝe przyjmować jedynie następujące wartości 4, 16, 64 i 256. Takie połączone kontenery utworzone np. z kontenera C-4 oznacza się symbolami C-4-xc, gdzie x oznacza ilość połączonych kontenerów, a symbol c oznacza tryb ciągły łączenia kontenerów. Drugi sposób łączenia kontenerów nosi nazwę konkatenacji wirtualnej i polega na dzieleniu strumienia binarnego, którego przepływność binarna jest większa od moŝliwości transmisyjnych pojedynczego kontenera na porcje, które są przesyłane w oddzielnych kontenerach. KaŜda taka porcja zamknięta w kontenerze moŝe być przesyłana róŝnymi drogami, by dopiero w węźle końcowym zostać wydzieloną z odbieranych kontenerów i ponownie uformować strumień wyjściowy o postaci takiej jak na wejściu. W celu zapewnienia odpowiedniej kolejności przy formowaniu sygnału wyjściowego w węźle końcowym, w węźle początkowym poszczególne porcje są odpowiednio numerowane. Konkatenację wirtualną oznacza się symbolem v. 1.2Urządzenia SDH Urządzenia hierarchii cyfrowych systemów synchronicznych w zaleŝności od roli jaką pełnią w sieci, dzieli się na: multipleksery (krotnice) (ang. Multiplexer): o multipleksery końcowe TM (ang. Terminal Multiplexer), o multipleksery liniowe LM (ang. Line Multiplexer), o multipleksery transferowe ADM (ang. Add Drop Multiplexer), o trans krotnice (ang. Transmultiplexer), synchroniczne przełącznice cyfrowe SDXC (ang. Synchronous Digital cross Connect), regeneratory (ang. Regenerator). Niemniej jednak konstrukcja samych urządzeń jest zawsze podobna niezaleŝnie od przeznaczenia urządzenia. Przedstawiono ją na rys.2. Najczęściej mają one budowę modułową, ze wspólną szyną sterującą, szyną danych oraz szyną sygnałów wejściowych i wyjściowych. NajwaŜniejszą zaletą systemów SDH jest przyjęcie załoŝenia zgodności styków logicznych, elektrycznych i optycznych urządzeń pochodzących od róŝnych producentów. Pociąga to za sobą konieczność bardzo dokładnego określenia wymagań, które zostały zawarte w zaleceniach G.707, G.703 oraz ITU-T G.773. Opracowane zalecenia na interfejsy pomiędzy blokami funkcyjnymi urządzenia nie są dokładnie sprecyzowane i dotyczą jedynie warstwy logicznej, pozostawiając decyzje co do fizycznej realizacji producentom.

6 Rys. 2. Struktura wewnętrzna urządzeń SDH Podstawowe zadania jakie wykonują urządzenia umieszczone w węzłach SDH to: odwzorowanie, ustawienie wskaźników i nagłówków, oraz zwielokrotnianie sygnałów według przyjętej struktury prowadzące do powstania modułów transportowych przesyłanych pomiędzy dwoma węzłami. Konieczne jest równieŝ zapewnienie odpowiedniego styku fizycznego z medium transmisyjnym sygnałów innych niŝ sygnały synchroniczne. Ponadto urządzenie powinno mieć dostęp do systemu nadzorowania i zarządzania siecią, który wykorzystując nagłówki sekcji SOH i ścieŝek POH umoŝliwia efektywną transmisje na całej długości toru. Ze względu na duŝe wymagania niezawodności stawiane systemom SDH urządzenia instalowane w węzłach powinny umoŝliwiać pracę w strukturach sieciowych z zabezpieczeniem ruchu w przypadku awarii, zarówno dotyczących toru kablowego jak i samych urządzeń. Bardzo waŝnym zagadnieniem jest równieŝ proces synchronizacji urządzeń, dlatego kaŝde z nich powinno posiadać bloki generowania sygnału taktowania jak i synchronizacji. 2. Wykorzystanie urządzeń SDH w elektroenergetyce Prawidłowe funkcjonowanie systemu elektroenergetycznego, a zwłaszcza wymiana danych na duŝe odległości, jest uzaleŝnione od sprawnie działającego systemu telekomunikacyjnego. Systemy telekomunikacyjne mają w tym przypadku krytyczne znaczenie zarówno jeśli chodzi o wyminę informacji między obsługą jak i urządzeniami. W systemie elektroenergetycznym rozległa komunikacja i wymiana informacji realizowana jest najczęściej przez sieć cyfrową SDH. Obecnie oprócz sieci SDH stosowane są równieŝ inne rozwiązania stanowiące zazwyczaj tylko interfejs pomiędzy urządzeniami takimi jak centrale telefoniczne, a urządzeniami SDH. NaleŜą do nich: systemy ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode), systemy PDH (ang. Plesiochronous Digital Hierarchy). Na rys. 3 przedstawiono schemat logiczny obu warstw sieci teletransmisyjnej w odniesieniu do jednostek administracyjnych spółek dystrybucyjnych.

7 Jednostki administracyjne spółki dystrybucyjnej CS SE RE1 PE/SE SE RE2 SE PE/SE RE3 SE PE/SE Sieć PDH 2Mb/s 2Mb/s 2Mb/s 2Mb/s 2Mb/s 2Mb/s 2Mb/s Sieć SDH STM-n STM-n STM-n Rys. 3. Schemat logiczny poszczególnych warstw sieci teletransmisyjnej (CS Centrala Spólki, RE Rejon Energetyczny, PE Posterunek Energetyczny, SE Stacja Energetyczna); opracowano wg Błąd! Nie moŝna odnaleźć źródła odsyłacza. Sieć szkieletową stanowią zazwyczaj urządzenia systemu SDH tworzące topologię dwukierunkowego samo naprawiającego się pierścienia typu BSHR, natomiast w drugiej warstwie wykorzystywane są urządzenia systemu PDH. Systemy zarówno SDH jak i PDH, do wymiany informacji między swoimi węzłami, wykorzystują zwykle łącza światłowodowe w linkach odgromowych OPGW. W przypadku braku moŝliwości wykorzystania toru światłowodowego stosuje się równieŝ łącza dzierŝawione od innych operatorów lub łącza radiowe bądź mikrofalowe. Węzły SDH instalowane są w waŝniejszych placówkach, takich jak rejony energetyczne oraz centralne siedziby zakładu. Zapewniają one połączenie sieci PDH, rejonowych sieci LAN oraz central telefonicznych PABX (ang. Private Automatic Branch exchange) strumieniami 2048kb/s. Ze względu na duŝe moŝliwości sieci SDH niewykorzystywane pasmo moŝe być odpłatnie udostępnianie innym operatorom np. sieci GSM. Obecnie struktury sieci SDH tworzone są z wykorzystaniem nowoczesnych optycznych węzłów wielousługowych, umoŝliwiających integrację w sieci SDH standardów ATM, IP, Ethernet bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń, takich jak ruter dla sieci Ethernet. 3. Struktury pierścieniowe w sieciach SDH Spośród wielu konfiguracji w jakich mogą pracować urządzenia SDH największe znaczenie odgrywają struktury pierścieniowe. Są to struktury, w których kaŝdy z węzłów połączony jest z dwoma sąsiednimi węzłami. Zazwyczaj w węzłach montuje się krotnice typy ADM umoŝliwiające wprowadzanie sygnałów do kontenera VC-12. NajwaŜniejszą cechą struktur pierścieniowych jest ich samonaprawialność umoŝliwiająca rekonfigurację sieci w momencie awarii jej węzłów bądź przęseł. Procedura ta polega na odpowiednio szybkim przełączeniu się na stworzoną wcześniej drogę alternatywną dla połączenia kaŝdej pary węzłów. Przy jednoczesnym zapewnieniu protekcji, struktura pierścieniowa minimalizuje liczbę połączeń międzywęzłowych, co z ekonomicznego punktu widzenia jest bardzo poŝądane ograniczając koszty poniesione na budowę sieci. Strukturom pierścieniowym wykorzystywanym w sieciach SDH stawiane są następujące wymagania: w kaŝdym węźle pierścienia powinna być moŝliwość wprowadzania lub wyprowadzenia strumienia niŝszego rzędu ze strumienia przenoszonego przez przęsło pierścienia poprzez jego multipleskację bądź demultipleksację, moŝliwość szybkiej rekonfiguracji i odtworzenia w pełni swoich moŝliwości przesyłowych w przypadku awarii pojedynczych lub podwójnych, obejmujących swoim zasięgiem to samo przęsło pierścienia, odtwarzanie moŝliwości transmisyjnych nie powinno być dłuŝsze niŝ 50ms, elastyczność oraz łatwość rozbudowy pierścienia.

8 Pierścienie SDH realizowane są w kilku wariantach konfiguracyjnych. Ich klasyfikacji dokonuje się biorąc pod uwagę kryterium kierunku przesyłania sygnałów, liczby włókien w przęsłach pierścienia bądź rozpatrując stosowane mechanizmy zabezpieczeń przed skutkami awarii toru transmisyjnego lub węzła. Do najczęściej stosowanych w praktyce struktur pojedynczych pierścieni SDH naleŝą : pierścień jednokierunkowy dwuwłóknowy, pierścień dwukierunkowy dwuwłóknowy, pierścień dwukierunkowy czterowłókowy. Cecha wspólną wszystkich wymienionych wyŝej struktur pierścieniowych jest to, Ŝe stosowane w nich zabezpieczenia przed awariami są w duŝej mierze autonomiczne i nie wymagają, bądź wymagają w niewielkim stopniu udziału systemu zarządzania. 3.1 Pierścień jednokierunkowy dwuwłóknowy Schemat pierścienia jednokierunkowego dwuwłókowego przedstawiono na rys. 4a. W przypadku takiej konfiguracji realizowane są dwa niezaleŝne tory transmisyjne - roboczy (linia ciągła na rys. 4a) i rezerwowy (linia przerywana na rys. 4a). Węzeł nadawczy wysyła sygnały do obu torów jednocześnie, a jakość tych sygnałów analizowana jest w węźle odbiorczym. Na podstawie analizy wybierany jest sygnał o lepszych parametrach. W momencie awarii przęsła przestawionej na rys. 4b węzeł odbiorczy przełącza się na tor rezerwowy, a transmisja z A do E zostanie w węźle E przełączona na tor rezerwowy, natomiast ruch z E do A będzie w tych warunkach przebiegał bez zmian. Taki system zabezpieczeń naleŝy do grupy zabezpieczeń typu 1:1. Podstawową cechą tego typu protekcji jest łatwość implementacji w elementach sieci. Zaleca się go stosować w sytuacjach, wymagających mniejszej przepustowości uŝytkowej systemu, w których większość obciąŝeń ruchowych dotyczy jednego węzła. Taka sytuacja ma miejsce w sieciach dostępowych, w których ruch lokalny w obrębie pierścienia jest niewielki a zapotrzebowanie na ruch zewnętrzny jest dość znaczne. a) b) Rys. 4. Pierścień jednokierunkowy dwuwłóknowy. a) stan normalnej pracy, b) stan po awarii przęsła D-E 3.2 Pierścień dwukierunkowy dwuwłóknowy W pierścieniu dwukierunkowym, przedstawionym na rys.5, jeden tor jest wykorzystywany do nadawania oraz jeden do odbioru sygnałów SDH w danym kierunku. W odróŝnieniu od pierścienia jednokierunkowego, sygnały nadawane i odbierane krąŝą w przeciwnych kierunkach. Istotną cechą tej struktury pierścieniowej jest moŝliwość efektywniejszego wykorzystanie elementów sieciowych poprzez ponowne wykorzystanie szczelin czasowych wydzielonych w danym węźle. W całym pierścieniu pasmo zabezpieczające jest równe pasmu

9 roboczemu systemu. W warunkach bezawaryjnych moŝe ono przenosić ruch o niŝszym priorytecie. W przypadku awarii przęsła w multiplekserach sąsiadujących z miejscem wystąpienia uszkodzenia zakładane są pętle zabezpieczające. Cały ruch wychodzący z nich, w uszkodzonym kierunku, kierowany jest do miejsca przeznaczenia w paśmie zabezpieczającym. Rekonfiguracja pierścienia dokonuje się w tym przypadku bazując na protokole ASP, który wykorzystuje bajty K1 i K2 nagłówka sekcji multipleksacji MSOH. Dzięki temu przełączenie odbywa się przy minimalnym obciąŝeniu centralnego systemu zarządzania siecią lub nawet bez jego udziału. Ten typ zabezpieczenia umoŝliwia efektywniejsze wykorzystanie przepływności w sieciach szkieletowych, gdzie występuje duŝe zapotrzebowanie ruchowe pomiędzy sąsiednimi węzłami. a) b) Rys. 5. Pierścień dwukierunkowy dwuwłóknowy. a) stan normalnej pracy, b) stan po awarii przęsła E-F 3.3 Pierścień dwukierunkowy czterowłóknowy Pierścień dwukierunkowy czterowłóknowy przedstawiony na rys. 6 moŝna traktować jako strukturę sieciową złoŝoną z dwu pierścieni dwuwłóknowych BSHR-2. W takiej konfiguracji jeden z pierścieni stanowi pierścień roboczy, natomiast drugi to pierścień zabezpieczający. W kaŝdym węźle pierścienia występują dwie pary torów nadawczo-odbiorczych (robocza i zabezpieczająca). Cechą charakterystyczną pierścienia BSHR-2 jest fakt, Ŝe istnieje moŝliwość pełnego wykorzystania pasma do celów uŝytkowych, za pomocą pierścienia zabezpieczającego uzyskuje się natomiast redundancje moŝliwości transmisyjnych podstawowego pierścienia dwukierunkowego. W opisywanej konfiguracji moŝliwe są dwa rodzaje zabezpieczeń. Pierwsze z nich to zabezpieczenie przęsła. Jest ono realizowane w przypadku dysfunkcji jednego z dwu lub obu torów przęsła pierścienia roboczego i ma na celu przełączenie transmisji na krańcach uszkodzonego przęsła do pierścienia rezerwującego. Drugie z zabezpieczeń, noszące nazwę zabezpieczenia linii lub pierścienia, wykorzystywane jest, gdy wystąpi uszkodzenie włókien obu pierścieni (podstawowego wraz z zabezpieczającym) na odcinku tego samego przęsła. W tej sytuacji dokonywane są przełączenia formujące z obu pierścieni dwu zabezpieczających pętli zwrotnych. Tak złoŝony mechanizm rekonfiguracji wymusił utworzenie kanału APS, za pośrednictwem którego realizowana jest wymiana informacji między węzłami, na krańcach uszkodzonego przęsła zgodnie z przyjętym protokołem. W warunkach pracy bezawaryjnej, w pierścieniu 4-włóknowym, pierścień zabezpieczający moŝe być wykorzystywany do obsługi ruchu o niskim priorytecie.

10 Rys. 6. Pierścień dwukierunkowy czterowłóknowy; opracowano wg 0 4. Stanowisko laboratoryjne Stanowisko pozwala na określenie moŝliwości wykorzystania urządzeń oraz uŝywanych przez nie standardów telekomunikacyjnych do realizacji automatyk stacyjnych takich jak m. in koordynacja zabezpieczeń odległościowych czy działanie układu zabezpieczeń róŝnicowoprądowych. Konstrukcja stanowiska umoŝliwia: przekazywanie informacji w protokole C37.94, przekazywanie informacji w protokole IEC61850, weryfikację działania mechanizmów GSSE, GOOSE pozwalających na realizację układów automatyk opartych o protokół IEC61850 i wymianę danych przez sieć Ethernet, wymianę danych z urządzeniami przez sieć Ethernet w protokole TCP/IP z prędkością 10 oraz 100Mb/s w standardach opartych o skrętkę oraz łącza optyczne, wymianę danych z urządzeniami przez łącza szeregowe asynchroniczne w standardach RS232, RS485 oraz połączenia optyczne wykorzystujące fale o długości 820 lub 1300nm, zestawianie róŝnych połączeń lokalnych, w których pracuje wybrana liczba urządzeń, zestawianie róŝnego rodzaju połączeń rozległych, charakteryzujących się róŝnymi szybkościach transferu danych (np. łącz w standardzie V.35, X.21, G.703, C37.94, OPTO, STM-1), zestawianie róŝnego rodzaju połączeń optycznych, wykorzystujących róŝne standardy złącz oraz róŝne długości fal świetlnych (850 lub 1300nm), uruchamianie programów umoŝliwiających konfigurację na systemach operacyjnych firmy Microsoft. łatwe zmiany konfiguracji połączeń rozległych oraz lokalnych, synchronizację sprawdzanych urządzeń przy wykorzystaniu najpopularniejszych standardów synchronizacji czasu (IRIG-B, IRIG-J itp.). Na rys.7 przedstawiono wygląd stanowiska jeden z węzłów.

11 Rys. 7 Węzeł 2 SDH - widok frontu. Od góry: przełącznik Ethernetowy, zasilacz urządzeń TN1Ue, multiplekser TN1Ue, przekaźnik L90_2 4.1 Opis urządzenia TN1Ue firmy GE Multilin Urządzenie TN1Ue firmy GE Multilin przedstawione na rys.8 jest zintegrowanym multiplekserem SDH typu ADM (Add and Drop Multiplexer), pracującym przy

12 przepustowości 155,52 Mb/s w standardzie STM-1. Multiplekser TN1Ue moŝe dostosowywać szerokość pasma umoŝliwiając tworzenie kanałów transmisyjnych zarówno dla usług szerokopasmowych jak i wąskopasmowych zaczynając od przepustowości 64kb/s. KaŜda z usług korzysta z wydzielonego pasma (części przepustowości SMT-1), które nie jest dzielone z innym aplikacjami oraz jest dostępne cały czas tylko i wyłącznie przypisanej aplikacji. Rys.1. Multiplekser TN1Ue firmy GE Multilin Urządzenie to zostało zaprojektowane tak, aby spełniało wymagania stawiane w transmisji danych szczególnie dla celów przemysłowych. Uwzględniono przy tym trudne warunki pracy urządzenia w środowisku, w którym występują silne zakłócenia elektromagnetyczne oraz duŝe dobowe wahania temperatury. ZaleŜnie od konfiguracji urządzenie to moŝe poprawnie pracować w wielu topologiach sieci typu: punkt-punkt, liniowego (szynowego), samonaprawialnego pierścienia z protekcją ścieŝki, wielokrotnych samonaprawialnych pierścieni, pierścienii z odnogami. Cały system oparty na TN1Ue został pomyślany i zbudowany tak, aby zapewnić maksymalną pewność i niezaleŝność przesyłania krytycznych informacji np. przy współpracy zabezpieczeń elektroenergetycznych, sygnalizacji czy informacji związanych z systemami SCADA. Podsumowując multiplekser TN1Ue charakteryzuje się następującymi cechami: szeroki wybór interfejsów wejściowych (zaleŝnie od wymaganego pasma), skalowalne przepustowości dla poszczególnych interfejsów, bezpośredni dostęp do poszczególnych kanałów (usług) łącznie z kanałami 64kb/s, czas przełączania w przypadku uszkodzenia jest mniejszy niŝ 3ms, zakres temperatury pracy od 10 do +60ºC, moŝliwość pracy bez dodatkowych wentylatorów i klimatyzacji, napięcie zasilania 48V DC, czas moŝe być odmierzany wewnętrznie lub podawany z zewnętrznego źródła (np. zegara GPS), system moŝe pracować dla róŝnych topologii: punkt-punkt, liniowej, pierścieniowej, odpowiada specyfikacji ANSI/IEEE C , ETSI EN ,CENELEC EN , IEC

13 4.1.1 Budowa System TN1Ue składa się z szeregu podzespołów, które moŝna podzielić na trzy kategorie. Pierwszą z nich stanową półki na wyposaŝenie zapewniające wymianę danych pomiędzy poszczególnymi elementami systemu. Drugą kategorię stanowią moduły wspólne umoŝliwiające wymianę danych pomiędzy węzłami, natomiast trzecią moduły interfejsów we/wy odpowiedzialnych za wprowadzanie sygnałów zewnętrznych do sieci. Wszystkie węzły złoŝone są z kombinacji podzespołów z tych trzech kategorii. Kompaktowe wymiary oraz elastyczna struktura budowy pozwalają na umieszczenie wszystkich elementów w jednej półce (Common Equipment Shelf), począwszy od elementów optycznych a skończywszy na modułach interfejsów we/wy. Dodatkowo moŝna dodać nieograniczoną liczbę półek dodatkowych (Expansion Shelf), co pozwala na tworzenie praktycznie dowolnie rozbudowanych systemów dopasowanych do indywidualnych potrzeb. Moduły interfejsów stosowanych w systemie TN1Ue moŝna sklasyfikować w trzech grupach: szerokopasmowe, odpowiedzialne za usługi SDH poziomu TU-3 np. Fast Ethernet, transmisji strumieni video oraz sygnałów DS3, średniopasmowe, odpowiedzialne za usługi SDH poziomu TU-12 np. 10Mb/s Ethernet oraz sygnałów E1, wąskopasmowe, odpowiedzialne za usługi SDH na poziomie przepływności 64 kb/s; zaliczają się do nich transmisja sygnałów głosowych (VF), pomiary cyfrowe oraz sygnały wymieniane przez telezabezpieczenia. Na rys.9. przedstawiono widok pojednynczego modułu DATA-NX64F słuŝącego do wprowadzania i wyprowadzania z sieci sygnałów w standardzie C Rys.2. Moduł DATA-NX64F Wszystkie moduły montowane są w 19 półkach o wysokości 5U (Common Equipment Shelf) lub 4U (Expansion Shelf). Dla modułów STM-1 Aggregate Unit, Service Unit, TUG-3 unit, DS3 Mapper unit, and VMapper-40 unit wymagana jest półka Common Equipment Shelf. Wszystkie pozostałe moduły mogą być instalowane na obu rodzajach półek. KaŜda półka posiada 15 slotów na moduły oraz jest wyposaŝona w szynę zasilającą, szynę danych CBUS dla jednostek 64kb/s oraz dodatkowe porty umoŝliwiające łączenie sąsiednich półek. Całe wyposaŝenie i interfejsy we/wy są zasilane z szyny zasilającej półki o napięciu +5V DC. Napięcie to jest dostarczane przez moduły zasilające Power Unit, zainstalowane w 1 i 15 slocie półki, przetwarzające napięcie telekomunikacyjne +48V DC. Napięcie

14 telekomunikacyjne jest równieŝ wymagane dla panelu testowego DTT. W celu zwiększenia pewności zasilania moŝna łączyć szyny zasilające poszczególnych półek ze sobą (do 6 modułów Power Unit równolegle). Wówczas nawet w przypadku awarii obu modułów zasilających zainstalowanych na pojedynczej półce zasilanie pozostałych podzespołów zostanie podtrzymane z sąsiedniej półki. Moduł STM-1 Aggregate Unit Moduł STM-1 Aggregate Unit umoŝliwia wyminę sygnału STM-1 pomiędzy sąsiednimi węzłami sieci. Moduł zajmuje jeden slot w półce i składa się z trzech wewnętrznie połączonych podzespołów: modułu głównego zawierającego mikrokomputer przetwarzający sygnały z i do trzech portów TIF ( Main Assembly Board), panelu górnego zapewniającego przetwarzanie sygnału optycznego STM-1 ( Upper Board), panelu z symetryzatorami odpowiedzialnymi za przetwarzanie sygnału liniowego na sygnał róŝnicowy nadający się do przesyłania za pośrednictwem przewodów ( Balun Board). a) b) OUT STM-1 IN n m Rys. 10. Wygląd modułu STM-1 Aggregate Unit; a) moduł główny; b) panel górny ze złączami optycznymi Moduł STM-1 zapewnia sprzętowy i programowy interfejs dla modułu Service Unit i innych modułów poziomu TUG-3 (np. TUG-3, DS3, VMapper-40) oraz TIF. Moduł ETHER-100 Unit Moduł ETHER-100 zapewnia interfejs pomiędzy potem TUG-3 modułu STM-1 Aggregate, a 10Mb/s lub 100Mb/s siecią Ethernet. W zaleŝności od typu modułu sumującego (ang. Aggregate) moduł wykorzystywać moŝe do 6 jednostek składowych TU-3 do transportu ruchu Eternetowego poprzez sieć SDH. Dzięki tym modułom moŝliwe jest tworzenie mostów pomiędzy odległymi sieciami LAN.

15 a) b) Rys. 11. Wygląd modułu ETHER-100 Unit; a) moduł główny; b) panel tylni; opracowano wg 0 Moduł ETER-100 zajmuje jeden lub dwa sloty na półce w zaleŝności od wykorzystywanego panelu tylniego. Na płycie głównej modułu znajdują się następujące elementy: mikroprocesor (U8), układ FPGA (U3), pamięci SRAM (U2 i U9), pamięć Flash ROM (U10), konwerter ADC (U4), przetwornice DC/DC (U11, U12), układ interfejsu RS232 (U1), czujnik temperatury (U5) oraz oscylator kwarcowy (U7). 5. Konfiguracja systemu TN1Ue umoŝliwiająca bezpośrednie wprowadzanie danych do sieci SDH wykorzystywana podczas ćwiczeń Na rys.12 przedstawiono schemat blokowy konfiguracji systemu TN1Ue umoŝliwiającej bezpośrednie wprowadzanie danych do sieci SDH za pośrednictwem odpowiednich modułów.

16 RING 1 Node 2 Power Unit Node 1 Power Unit STM-1 Unit1300nm STM-1 Unit1300nm SERVICE Unit IP SERVICE Unit STM-1 Unit1300nm STM-1 Unit1300nm SWITCH Ethernet 100BaseTX ORDERWIRE Unit ETHER-100 Unit ORDERWIRE Unit ETHER-100 Unit Ethernet 100BaseTX SWITCH ZAB. 1 ZAB. 2 ZAB. n 10BaseT DATA-NX64 Unit 4W VF E&M Unit DATA-NX64 Unit 4W VF E&M Unit 10BaseT ZAB. 1 ZAB. 2 ZAB. n ZBEZPIECZENIE C nm DATA-G703 Unit DATA-NX64F Unit DATA-G703 Unit DATA-NX64F Unit C nm ZBEZPIECZENIE 4 sygnały dwustanowe DTT-RCV Unit DTT-XMT Unit 4 sygnały dwustanowe CMUX Unit CMUX Unit CMUX Unit CMUX Unit Power Unit Power Unit TN1Ue TN1Ue Rys.12. Schemat blokowy proponowanej konfiguracji Do przesyłania danych z zabezpieczeń róŝnicowych wykorzystano porty optyczne w tym C Standardy te zostały wybrane ze względu na duŝą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne pozwalającą na przesyłanie danych z prędkością 64kb/s na odległość kilkuset metrów. Konfiguracja urządzeń telekomunikacyjnych TN1Ue Do obsługi urządzeń TN1Ue naleŝy wykorzystać stację roboczą VistaNET. Jest to komputer klasy PC pracujący pod kontrolą systemu operacyjnego WindowsXP z zainstalowanym programem VistaNET. Wymienia danych odbywała się poprzez łącze szeregowe RS232 umoŝliwiając nie tylko wizualizację stanu poszczególnych modułów, ale równieŝ zmianę ich konfiguracji. Zmiana konfiguracji wymaga zalogowania się na konto z uprawnieniami administracyjnymi. W celu poprawnego zalogowania naleŝy wpisać następujące dane: Login: administrator Password: jungle Na rys. 13 do 26 pokazano podstawową konfigurację wszystkich modułów składowych urządzenia TN1Ue, które będą wykorzystywane podczas kolejnych testów, w tym; modułów STM-1 (86432), modułów Service (86434), modułu Ether-100 (86418), modułów DTT XMT i RCV oraz modułów DATA-NX64F. Przed przystąpieniem do testów naleŝy zweryfikować poprawność konfiguracji systemu wprowadzając odpowiednie poprawki zgodnie z wytycznymi prowadzącego.

17 Ring 1 Node 1 a) b) Rys. 13. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów STM-1 Aggregate (86432) zainstalowanych w węźle 1- część 1 z 5; a) moduł lewy b) moduł prawy Ring 1 Node 2 a) b) Rys. 14. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów STM-1 Aggregate (86432) zainstalowanych w węźle 2- część 1 z 5; a) moduł lewy b) moduł prawy

18 Rys. 15. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów STM-1 Aggregate (86432) zainstalowanych w węźle 1 i 2- część 2 i 3 z 5 Rys. 16. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów STM-1 Aggregate Unit (86432) zainstalowanych w węźle 1 i 2- część 4 i 5 z 5 Rys. 17. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów Service Unit (86434) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 1 i 2 z 4

19 Rys.18. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów Service Unit (86434) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 3 i 4 z 4 Rys.19. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów CMUX Unit (86485) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 1 i 2 z 4 Rys. 20. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów CMUX Unit (86485) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 3 i 4 z 4

20 Rys. 21. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów ETHER-100 Unit (86418) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 1 i 2 z 8 Rys. 22. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów ETHER-100 Unit (86418) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 3 i 4 z 8 Rys. 23. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów ETHER-100 Unit (86418) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 5 i 6 z 8

21 Rys. 24. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów ETHER-100 Unit (86418) zainstalowanych w węźle 1 i 2 część 7 i 8 z 8 Rys. 25. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułu DTT-RCV Unit (86442) zainstalowanego w węźle 2 oraz modułu DTT-XMT Unit (86441) zainstalowanego w węźle 1 Rys. 26. Wygląd ekranu programu konfiguracyjnego VistaNET - konfiguracja modułów DATA-NX64F Unit (86464) zainstalowanych w węźle 1 i 2 Literatura

22 [1] GE Multilin: TN1Ue SDH Multiplexer ETHER-100 UNIT Technical Practice and Installation Manual, Instrukcja obsługi, GE Multilin Inc [2] Kowalik R., Pawlicki C.: Podstawy teletechniki dla elektryków, OWPW, Warszawa 2006 [3] Kula S. : Systemy teletransmisyjne, WKŁ, Warszawa 2004