Podręcznik

1. Podział sieci

Przesyłanie sygnałów niosących informacje wymaga stworzenia sieci i zasad przesyłu – transmisji. W dalszej części podręcznika będziemy zajmować się wyłącznie transmisją sygnałów cyfrowych, a co za tym idzie sieciami i systemami cyfrowymi. Sieci telekomunikacyjne można dzielić biorąc pod uwagę różne kryteria, na przykład przeznaczenie sieci. Mamy zatem, między innymi sieci telefoniczne, transmisji danych, sieci związane z zarządzaniem, czy wreszcie synchronizacją. Innym kryterium jest dostępność sieci, są sieci publiczne i sieci o ograniczonej dostępności (np. sieci specjalne, wojskowe, sieci LAN). Kolejne kryterium jest związane z zasięgiem terytorialnym – sieci dostępowe, sieci metropolitalne, sieci szkieletowe, sieci krajowe itd. Głębsze wniknięcie w techniczną stronę przesyłu pozwala na wyróżnienie sieci połączeniowych i bezpołączeniowych, sieci pakietowych, sieci synchronicznych i asynchronicznych, sieci programowalnych. Z punktu widzenia medium transmisyjnego sieci dzielą się na przykład na: sieci przewodowe, bezprzewodowe, sieci optyczne. Wymienione kryteria podziału, choć ważne nie wyczerpują tego zagadnienia. Problematyka sieci i systemów telekomunikacyjnych jest bardzo obszerna i znacznie wykracza poza zakres niniejszego podręcznika. Dlatego w jego dalszej części skoncentrujemy się jedynie na wybranych sieciach transmisyjnych warstwy dostępowej i szkieletowej (transportowej).

2. Struktury przesyłanych sygnałów

Sygnały transmitowane w sieciach cyfrowych są strumieniem bitów, które stają się elementem większej struktury informacyjnej. W najprostszym przypadku są to oktety bitów utożsamiane współcześnie z bajtami. Poprawne odebrania oktetu w strumieniu bitów jest możliwe tylko wtedy, gdy można bitowi przypisać jego pozycję w oktecie. Jeżeli na przykład kilka oktetów tworzy jedną całość trzeba wiedzieć jaka jest ich kolejność. Typowe struktury informacyjne oprócz oktetów to  ramki i pakiety. Ramka to ciąg uporządkowanych bitów. Najczęściej ramki składają się z całkowitej ustalonej liczby bajtów wchodzących w ich skład. Ponadto ramki są nadawane „na styk”, jedna po drugiej. Liczba bitów, z których składa się pakiet nie musi być stała, a ponadto pakiety nie muszą być nadawane „na styk” jeden po drugim ( rys.3.1). 

Rys.3.1. Ramki i pakiety

3. Zasady multipleksacji

W sieciach dostępowych i sieciach szkieletowych przesyłanie wielu sygnałów w jednym torze wymaga wprowadzenia odpowiedniej techniki zwielokrotniania, zwanej też multipleksacją oraz pewnych określonych zasad przesyłu właściwego dla danego systemu teletransmisyjnego. Współczesne zastosowania systemów i sieci teletransmisyjnych dotyczą nie tylko sygnałów rozmównych i połączeń międzycentralowych. Przykładem innego wykorzystania systemów teletransmisyjnych mogą być połączenia między ruterami. Wyróżnia się cztery podstawowe sposoby multipleksacji sygnałów:

• multipleksacja w dziedzinie częstotliwości FDM (Frequency Division Multiplexing),
• multipleksacja w dziedzinie czasu TDM (Time Division Multiplexing),
• multipleksacja w dziedzinie długości fali WDM (Wavelength Division Multiplexing),
• multipleksacja GFP (Generic Framing Procedure),
• multipleksacja kodowa CDM (Code Division Multiplexing).
   

3.1. Multipleksacja FDM

Multipleksacja FDM jest historycznie najstarszym sposobem multipleksowania sygnałów i do lat 70. XX wieku była podstawową techniką zwielokrotniania. Opracowano i zastosowano praktycznie systemy FDM, w których zwielokrotniano aż 10800 sygnałów rozmównych. Technika FDM opiera się na zmianie częstotliwości zwielokrotnianych sygnałów, bez zmiany szerokości pasma przez nie zajmowanego, poprzez ich „przenoszenie” na coraz to wyższe częstotliwości. Utworzony w ten sposób sygnał, będący sumą N sygnałów zwielokrotnianych zajmuje co najmniej N krotnie szersze pasmo niż sygnał zwielokrotniany. Sygnał zwielokrotniony jest sygnałem analogowym, tak jak sygnały zwielokrotniane. Technika FDM jest więc w naturalny sposób dostosowana do przesyłania sygnałów analogowych. Niestety tory transmisyjne wprowadzają tłumienie. Aby temu przeciwdziałać w trakty wstawiano urządzenia wzmacniające nazywane wzmacniakami. Były to wzmacniacze niskoszumowe, które nie zniekształcają wzmacnianych sygnałów. Wymagania te powodowały, że te urządzenia były drogie i kłopotliwe w eksploatacji. Ideę zwielokrotniania FDM zilustrowano na rys.3.2.
Mimo, że multipleksacja FDM pierwotnie dotyczyła sygnałów analogowych znalazła ona zastosowanie również w przypadku sygnałów cyfrowych, na przykład w systemach dostępowych xDSL, o czym będzie mowa dalej.

3.2. Multipleksacja TDM

Multipleksacja TDM niemal od początku jej stosowania dotyczyła sygnałów cyfrowych, które powstają w wyniku cyfryzacji sygnałów analogowych, albo są tworzone z danych cyfrowych. Zwielokrotnianie TDM polega na tworzeniu szczelin czasowych (slotów) w sygnale zmultipleksowanym przeznaczonych do przesyłania „porcji bitów” z sygnałów multipleksowanych. Aby to było możliwe czas trwania każdej takiej porcji musi być odpowiednio skrócony w procesie multipleksacji. Jak wiemy powoduje to zwiększenie szerokości pasma zajmowanego przez sygnał. Im więcej sygnałów zwielokrotniamy tym bardziej wzrasta szerokość pasma. Ideę zwielokrotniania w dziedzinie czasu pokazano na rys.3.2. Mimo, że w pierwszych latach eksploatacji systemów opartych na multipleksacji TDM próbkami sygnału były jego kolejne fragmenty, to szybko okazało się, że technika TDM znakomicie nadaje się do zwielokrotniania sygnałów cyfrowych. Sygnał zwielokrotniony ma w takim przypadku postać strumienia bitów. W rytmicznie powtarzanych szczelinach czasu są wstawiane bity należące do kolejnych sygnałów. Zastosowanie techniki TDM nie zwalnia nas z konieczności przeciwdziałania tłumieniu w torze transmisyjnym. Jednak w tym przypadku miejsce wzmacniaków, stosowanych w przypadku techniki FDM zajmują, tak zwane regeneratory sygnału cyfrowego. Takie rozwiązanie ma kilka zalet. Po pierwsze współcześnie wiele sygnałów z natury jest strumieniem bitów, a więc nie ma potrzeby ich cyfryzacji. Po drugie w regeneratorach nie musimy odtwarzać analogowej postaci sygnału, lecz na podstawie sygnału odebranego odtworzyć tylko jego reprezentację binarną. Jeżeli liczba regeneratorów wstawionych do traktu jest wystarczająco duża i działają one poprawnie, to przesyłany strumień bitów nie różni się od strumienia nadawanego. Trzecia zaleta techniki TDM dotyczy strony finansowej. Urządzenia oparte na technice TDM są ogólnie tańsze w porównaniu z urządzeniami używanymi w technice FDM. Niewątpliwe zalety multipleksacji w dziedzinie czasu spowodowały, że obecnie jest ona powszechnie stosowana, i to niekoniecznie w wariancie rytmicznego przydziału szczelin  czasowych każdemu z multipleksowanych sygnałów.

Rys. 3.2. Ilustracja multipleksacji FDM, TDM i WDM

3.3. Multipleksacja w dziedzinie długości fali WDM

Postępy w zakresie przesyłania światła w światłowodach spowodowały, że stało się możliwe równoczesne przesyłanie w jednym włóknie światłowodowym więcej niż jednego sygnału. Oczywiście przesyłane jednocześnie sygnały optyczne muszą różnić się długościami fal. Można śmiało powiedzieć, że ten sposób multipleksacji jest podobny do multipleksacji FDM. Jak wiemy długość fali jest związana z częstotliwością, a więc można zastąpić długości fal odpowiednimi częstotliwościami. Z uwagi na znaczne różnice technologiczne i rodzaj medium transmisyjnego celowe jest odróżnianie tych dwóch technik multipleksacji. Na multipleksacji WDM opierają się systemy i sieci DWDM, mające olbrzymie możliwości transmisyjne. Więcej uwagi poświęcimy tym systemom i sieciom w dalszej części tego modułu. Ideę multipleksacji WDM pokazano na rys.3.2.

3.4. Multipleksacja GFP

Multipleksacja oparta na GFP, czyli na uogólnionej procedurze ramkowania dotyczy przesyłania sygnałów wewnątrz   ramek używanych w systemach OTN, SDH, a nawet PDH. Ramki w wymienionych systemach są nadawane jedna po drugiej, na styk, a ich rozmiar (liczba bitów z jakiej się składa każda ramka) jest ściśle określony. W systemach SDH nominalny czas trwania ramek, niezależnie od szybkości transmisji jest zawsze taki sam. Inaczej jest w systemach OTH i PDH, gdzie nominalny czas trwania ramek jest zależny od szybkości transmisji. Multipleksacja GFP jest pewną odmianą multipleksacji TDM, z tą różnicą, że w klasycznej multipleksacji TDM wszystkie multipleksowane sygnały binarne mają z góry określoną przepływność binarną, a ich lokalizacja w ramkach jest ustalona i zawsze taka sama. W przypadku multipleksacji GFP ramki pozostają takie same i ich nominalny czas trwania oraz liczba bitów z jakich się składają pozostaje taka jak w systemach SDH, OTH czy PDH, natomiast ich zapełnienie sygnałami multipleksowanymi jest w ogólnym przypadku zmienne. Na przykład, w kolejnych ramkach jest przez pewien  odwzorowywany stale jeden  sygnał (dokładniej kolejne jego części, np. kolejne pakiety),  a potem kilka innych sygnałów zamiast tego. Co istotne jeżeli przepływności binarne sygnałów składowych nie „zajmują” całego strumienia utworzonego z ramek to dopełnia się ramki odpowiednią liczbą, najczęściej bajtów, tak zwanych pustych, dopełniających. Istotę multipleksacji GFP  zilustrowano na rysunku x. Oczywiście proces demultipleksacji musi przebiegać inaczej niż w przypadku klasycznej demultipleksacji TDM, gdyż położenie i długość (liczba bitów) sygnałów multipleksowanych nie muszą być w kolejnych ramkach takie same. Potrzebne jest zatem przesyłanie wraz z sygnałami dodatkowych informacji i stosowanie odpowiednich mechanizmów. Na rysunku 3.3 przedstawiono istotę multipleksacji GFP.

Rys. 3.3. Ilustracja graficzna multipleksacji GFP

3.5. Zwielokrotnianie kodowe CDM

W przypadku techniki zwielokrotniania kodowego CDM wszystkie sygnały zwielokrotniane wykorzystują całe dostępne pasmo i cały dostępny czas. Ich rozróżnienie w odbiorniku opiera się na strukturze przesyłanych danych. Multipleksacja CDM jest szeroko stosowane w systemach radiowych.

4. Systemy i sieci warstwy dostępowej

Tradycyjne sieci dostępowe umożliwiają połączenie końcowych urządzeń abonenckich, przede wszystkim aparatów telefonicznych, z centralami abonenckimi lub modułami wyniesionymi tych central. Są one częścią sieci telekomunikacyjnych. W podziale sieci telekomunikacyjnych na warstwy, często ta część sieci jest utożsamiana z warstwą dostępową. Sieci dostępowe mogą być zbudowane w oparciu o media przewodowe lub bezprzewodowe. Elementem sieci są również wszystkie urządzenia umożliwiające przesyłanie w nich sygnałów. W tradycyjnych przewodowych sieciach dostępowych, nazywanych sieciami abonenckimi, między terminalami abonenckimi (telefonami, faksami) a centralami telefonicznymi są tworzone linie abonenckie (tory abonenckie) w oparciu o pary przewodów symetrycznych. Współczesne sieci dostępowe są wykorzystywane do wielu celów, a nie tylko do tworzenia połączeń telefonicznych. Przykładem jest dostęp do Internetu, czy przesyłanie sygnałów telewizyjnych, z wykorzystaniem tradycyjnych linii abonenckich. W obu przypadkach mamy do czynienia z sygnałami szerokopasmowymi, których przesyłania nie brano pod uwagę projektując i budując używane do dziś sieci. W tym podręczniku zajmiemy się sieciami dostępowymi przewodowymi, przede wszystkim w kontekście ich używania do realizacji usług szerokopasmowych. Oprócz tradycyjnych sieci kablowych z przewodami miedzianymi tworzącymi pary symetryczne omówimy też pokrótce sieci światłowodowe i sieci telewizji kablowych.

4.1. Sieci xDSL

4.2. Sieci xPON

Kable miedziane w sieciach dostępowych są stopniowo zastępowane kablami światłowodowymi. Proces ten obejmuje najpierw odcinki kablowe znajdujące się bliżej urządzeń centralowych, stopniowo dochodząc aż do urządzeń abonenckich.  W zależności od zasięgu kabli światłowodowych używa się różnych określeń, ogólnie oznaczanych skrótem FTTx (Fiber To The x). W tabeli 3.1 podano rozwiniecie kilku najczęściej używanych skrótów.

Tabela 3.1. Rozwinięcia skrótu FTTx

Użycie światłowodów daje możliwości zastosowania w sieci dostępowej światłowodowych systemów dostępowych. Są one oznaczane skrótem xPON (x Passive Optical Network). Elementami sieci xPON są od strony sieci operatora jednostka OLT (Optical Line Terminal), a od strony abonenckiej jednostka ONU (Optical Network Unit), albo ONT (Optical Network Termination). Różnica między jednostką ONU i ONT sprowadza się jedynie do różnic w funkcjonalności od strony abonenta. Z punktu widzenia niniejszego podręcznika oba określenia mogą być stosowane wymiennie. Inaczej niż w przypadku sieci xDSL, gdzie linia miedziana nie jest współdzielona między wieloma użytkownikami, w sieciach xPON sieć światłowodowa nazywana siecią dystrybucyjną ODN (Optical Distribution Network) najczęściej ma strukturę gwiaździstą z elementem rozdzielającym sygnał nazywanym splitterem, albo rozdzielaczem (rys. 3.8). Jednostki ONU/ONT w zależności od zasięgu sieci światłowodowej są zlokalizowane w miejscu zakończenia tej sieci. Rozwiązaniem przyszłościowym jest wariant FTTH, ze światłowodem doprowadzonym do mieszkania. 
Szczegółowe rozwiązania systemowe xPON  są objęte standardami ITU lub IEEE. W tabeli 3.3 zebrano najważniejsze z nich.

Rys.3.8. Gwiaździsta struktura sieci xPON; S - splitter

Tabela 3.2. Standardy xPON

W strukturze gwiazdy konieczne jest rozwiązanie problemu transmisji w górę (upstream). Jednostki ONU/ONT w tej strukturze nie mogą nadawać w dowolnym momencie, gdyż prowadziłoby to do kolizji (nakładania) impulsów światła  nadawanych przez jednostki ONU/OLT na odcinku splitter – jednostka OLT. Dlatego w przedstawionych w tabeli 3.2 systemach stosuje się technikę TDMA (Time Division Multiple Access). Na rysunku 3.9  pokazano ideę tej techniki. 

Rys. 3.9. Ilustracja techniki TDMA
 

Jednostka OLT przydziela każdej z jednostek ONU/ONT sloty (szczeliny) czasowe w ramkach, w których jednostka może nadawać. Zarówno w dół jak i w górę nadawane są ramki o jednakowym czasie trwania. Ramki nadawane w dół są odbierane przez każdą z jednostek ONU/ONT. Odpowiednie techniki szyfrowania powoduję, że jednostka na podstawie indywidualnego klucza szyfrującego ma dostęp tylko do tych danych, które są do niej kierowane. W ramkach tych są również przekazywane informacje o slotach czasowych przydzielonych jednostce ONU/OLT w ramkach nadawanych w górę. Przydział szczelin czasowych danej jednostce, zarówno w górę jak i w dół jest zależny z jednej strony od umowy z operatorem, a z drugiej od rodzaju usługi. Niektóre usługi, na przykład telefonia internetowa wymagają stałego pasma (stałej szybkości transmisji) a inne na przykład wideostreaming charakteryzują się bardzo dużą dynamiką wymagań na pasmo. Warto zaznaczyć, że między slotami przydzielanymi poszczególnym jednostkom  występuje przerwa, tak zwany czas ochronny. Jego wprowadzenie jest związane z niezerowymi czasami wyłączania i włączania nadajników optycznych. 
Do transmisji w dół używa się trzeciego okna optycznego, a do transmisji w górę okna drugiego. Inaczej jest w systemach 10GPON, w których jest również możliwe i stosowane wykorzystywanie znacznie szerszego zakresu fal optycznych. 
W tabeli 3.3 podano przybliżone wartości maksymalnych szybkości transmisji w sieciach GPON i 10GPON.

Tabela 3.3. Szybkość transmisji w sieciach 

Należy pamiętać, że podane w tabeli 3.3 szybkości są współdzielone przez wszystkie jednostki ONU/ONT podłączone do danej jednostki OLT. Dostępna dla danego abonenta szybkość transmisji jest zależna  od obciążenia sieci przez innych abonentów, rodzaju usługi i umowy z operatorem. Zwykle abonentowi gwarantuje się pewna minimalną szybkość transmisji.
 

4.3. Sieci HFC

Trzecie popularne rozwiązanie stosowane w sieciach dostępowych przewodowych ma swoją genezę w sieciach telewizji kablowych. Przez wiele lat sieci te były używane wyłącznie do przesyłania sygnałów telewizyjnych. Rozwój Internetu wymagał szerokiego i indywidualnego dostępu. Naturalne stały się więc zabiegi prowadzące do użycia w tym celu sieci telewizji kablowych. Ponieważ w sieciach tych głównym medium transmisyjnym były kable koncentryczne początkowo sieci te opierały się wyłącznie na nich. Tak jak w sieciach abonenckich tak i tu zaczęto stopniowo zastępować kable koncentryczne kablami  światłowodowymi. To spowodowało, że sieci te zaczęto oznaczać skrótem HFC (Hybrid Fiber Coaxial). 

Rys. 3.10. Typowa struktura sieci HFC

Na rysunku 3.10 pokazano typową strukturę sieci HFC. Jej elementami są oprócz stacji czołowej, modemu CMTS (Cable Modem Termination System) i modemu abonenckiego również takie elementy jak: konwertery-multipleksery, węzły optyczne, wzmacniacze optyczne, rozgałęźniki, odgałęźniki i wzmacniacze elektryczne. Lokalizacja węzłów optycznych sieci HFC stopniowo przesuwała się w kierunku abonentów. Najpierw były one lokalizowane na osiedlach, a w późniejszym okresie w budynkach wielorodzinnych (FTTB), dzięki czemu liczba abonentów obsługiwanych przez jeden węzeł znacząco zmalał z kilku tysięcy do kilkunastu-kilkudziesięciu  Dalszym krokiem jest wprowadzenie rozwiązania RFOG (Radio Frequency Over Glass), w którym stosuje się techniki podobne do przedstawionych wcześniej sieci xPON. Sieć RFOG jest uzupełniona przez splittery i jednostki RFOG ONU. Jednostki RFOG ONU mogą być umieszczane w budynkach (FTTB) i wtedy jednostka może obsługiwać wiele typowych dla sieci modemów HFC. Inaczej jest, gdy jednostka RFOG ONU znajduje się w mieszkaniu (FTTH). Wtedy obsługuje ona jednego abonenta i jego sieć lokalną.
Sygnały przesyłane w sieciach telewizji kablowych używają pasma częstotliwościowego typowo w zakresie od około 5 MHz do 862 MHz. Możliwe są różne warianty jego podziału. Na 3.11 pokazano przykładowy sposób wykorzystania pasma. Musi ono być dzielona na potrzeby transmitowania sygnałów telewizyjnych, analogowych i cyfrowych, albo tylko cyfrowych, transmisję sygnałów radiowych i oczywiście przesyłanie danych cyfrowych. Możliwe jest też wykorzystanie pasma częstotliwościowego nieco powyżej częstotliwości 1 GHz. Dostępne pasmo jest współużytkowane przez różne sygnały i wielu abonentów. Efektywną szybkość transmisji danych i rozszerzenie wachlarza usług na niej opartych osiągnięto dzięki wprowadzeniu  standardu DOCSIS wersji 3 i 4 (Data Over Cable Service Interface Specification), a przesyłania cyfrowych sygnałów telewizyjnych (obrazów i sygnałów audio) dzięki standardowi  DVB-C3 (Digital Video Broadcasting over Cable). 

Rys. 3.11. Jeden z możliwych sposobów podziału pasma w sieciach HFC
 

Należy pamiętać, że pasmo wykorzystywane do transmisji danych jest współdzielone z innymi użytkownikami sieci.  

5. Systemy i sieci teletransmisyjne

Struktura sieci transmisyjnych używanych do początku lat 90. była związana z telefonią stacjonarną, a jej podział warstwowy był zbieżny z hierarchią central telefonicznych, łączeniu których one służyły (sieć miejska, lokalna, międzymiastowa itd.). Sytuacja uległa zmianie wraz z burzliwym rozwojem Internetu. Obecnie sieci transmisyjne dzieli się na dostępowe, ewentualnie lokalno-dostępowe i sieci szkieletowe, nazywane też sieciami transportowymi. 
W skład sieci transportowych wchodzą między innymi urządzenia multipleksujące i demultipleksujace (multipleksery i demultipleksery, nazywane też krotnicami), regeneratory, których zadaniem jest odtwarzanie pierwotnej postaci sygnałowi odbieranemu i media transmisyjne (przewodowe i bezprzewodowe).
 

5.1. Systemy i sieci hierarchii PDH

Najstarszymi teletransmisyjnymi sieciami cyfrowymi są sieci plezjochroniczne oznaczane skrótem PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). I choć współcześnie ich znaczenie jest ograniczone warto o nich wspomnieć, choćby dlatego, że przyjęte w nich rozwiązania są stosowane również w sieciach pracujących według najnowszych standardów. Słowo plezjochroniczny pochodzi z języka greckiego i wolnym tłumaczeniu oznacza prawie synchroniczny zegar. Urządzenia cyfrowe wymagają używania zegarów taktujących i to właśnie te zegary w różnych urządzeniach sieciowych nie pracują synchronicznie (z tym samym taktem), lecz prawie synchronicznie. Samo słowo prawie jest mało precyzyjne, a to jakie mogą być dopuszczalne różnice w częstotliwościach taktowania określimy w następnym module podręcznika, który w całości jest poświęcony zagadnieniom synchronizacji. 
Opracowano kilka standardów systemów PDH. Dwa najważniejsze z nich to standard europejski i amerykański. W zdecydowanej  większości krajów stosowany był, i ewentualnie jest standard europejski. Podstawowa różnica między tymi standardami dotyczy nominalnych szybkości transmisji (tabela 3.4).

Tabela 3.4. Szybkości transmisji sygnałów w sieciach PDH hierarchii europejskiej

 *) szybkość praktycznie nie była używana

W obu standardach transmitowane sygnały powstają w wyniku multipleksacji (zwielokrotniania) w dziedzinie czasu sygnałów składowych. Technika multipleksacji w dziedzinie czasu TDM (Time Devison Multiplexing) polega na cyklicznym przydzielaniu, tak zwanych szczelin czasowych w czasie trwania których transmitowane są „kawałki” sygnałów składowych (multipleksowanych).  Tymi „kawałkami” sygnału mogą być pojedyncze bity, bajty (oktety), albo większe porcje bitów.  
 Sygnał zmultipleksowany ma strukturę ramek nadawanych jedna po drugiej. Liczba bitów wchodzących w skład ramki jest zawsze taka sama dla danej przepływności binarnej sygnału zmultipleksowanego. Plezjochronizm objawia się wahaniami czasu trwania ramek. Na rysunku 3.12 pokazano hierarchię sygnałów w przypadku europejskiego standardu PDH. Charakterystyczne dla tego standardu jest przyjęcie, niezależnie od poziomu w hierarchii takiej samej krotności (N=4), to jest liczby sygnałów multipleksowanych. W przypadku innych hierarchii tak nie jest. 
Szczególne znaczenie mają sygnały PDH o nominalnej przepływności binarnej wynoszącej 2,048 Mb/s. Ramki tych sygnałów składają się zawsze z 256 bitów i są nadawane z częstotliwością  nominalna 8 kHz, co oznacza, że pojedyncza ramka trwa nominalnie 125 µs. Pierwotne zastosowanie sygnałów PDH o tej przepływności binarnej było związane z usługą telefoniczną i wtedy w ramce wyróżniano 32 ośmiobitowe szczeliny (tak zwane szczeliny kanałowe). W trzydziestu z nich umieszczano ośmiobitowe próbki 30 różnych sygnałów rozmównych. Każda szczelina powtarzana była osiem tysięcy razy na sekundę, a więc tworzyła kanał transmisyjny o przepustowości 64 kb/s. Pozostałe dwie szczeliny  kanałowe (o numerach 0 i 16) służyły innym celom, np. synchronizacji ramek, przesyłaniu sygnalizacji, alarmów.  Współcześnie sygnały o przepływności 2,048 Mb/s nie straciły na znaczeniu, ale ich wewnętrzna struktura może być zupełnie inna. W szczególności nie muszą być ramkowane, a jeżeli są to szczeliny czasowe mogą odpowiadać mniejszej albo większej niż osiem liczbie bitów. 

 Rys.3.12. Europejska hierarchia zwielokrotniania w systemach PDH

Przykładową ramkę systemu E1 hierarchii europejskiej pokazano na rysunku 3.13.

 Rys.3.13. Przykładowa ramka systemu E1 hierarchii europejskiej; A, AY – bity alarmów, S – po cztery bity sygnalizacyjne dla szczelin użytkowników,  Y – bity do wykorzystania przez producenta, X – bit nieużywany, albo przeznaczony do wykrywania błędów metodą CRC-4

Zupełnie inną strukturę mają ramki systemów PDH wyższych rzędów. Są one zawsze  tworzone poprzez multipleksację w dziedzinie czasu czterech sygnałów niższego rzędu operując pojedynczymi bitami. Na rysunku 3.14  pokazano ramkę sygnałów PDH poziomu 2 (E2). Wyróżnić w niej można wzór synchronizacji ramek, bity alarmowe i bity związane z dopełnianiem. O synchronizacji ramek i przeznaczeniu bitów dopełniania będzie mowa w module czwartym niniejszego podręcznika. Należy podkreślić, że współcześnie tylko sygnały E1, ramkowane lub nie mają praktyczne znaczenie. Na przykład sygnał o przepływności 2,048 Mb/s jest używany do synchronizacji zegarów taktujących.

Rys. 3.14. Ramka systemu E2; A – bit alarmu utraty fazowania ramki, X – bit wykorzystywany opcjonalnie, np. do sygnalizacji innych alarmów, I – bity sygnałów E1 multipleksowanych, C – bity sterowania dopełnianiem, B – bity dopełniania
 

5.2. Systemy i sieci SDH

Systemy hierarchii PDH mają wiele wad, których wyeliminowanie było niemożliwe bez wprowadzenia fundamentalnych zmian w ich zasadzie działania. Doprowadziło to do opracowania innego standardu systemów teletransmisyjnych, a mianowicie ogólnoświatowego standardu SDH (Synchronous Digital Hierarchy) i standardu amerykańskiego SONET (Synchronous Optical Network). Jak sama nazwa wskazuje systemy SDH mogą i powinny pracować synchronicznie. Ich opracowanie zbiegło się z wprowadzaniem na szeroką skalę światłowodów w sieciach transmisyjnych. Możliwość synchronicznej pracy i użycie światłowodów znacząco podniosło jakość transmisji. Bitowa stopa błędów BER (Bit Error Rate) w przypadku tych systemów i sieci jest zwykle  mniejsza niż 10^-12 podczas, gdy dla sieci PDH najczęściej zawiera się w przedziale 10^-5 ÷ 10-⁷. Zwiększeniu w porównaniu z systemami PDH uległy szybkości transmisji (tabela 3.5).

Tabela 3.5. Szybkości sygnałów liniowych w sieciach SDH

*) szybkość praktycznie nie jest używana w Europie

Podane szybkości transmisji dotyczą sygnałów transmitowanych między sąsiednimi węzłami – urządzeniami  sieci SDH (rys. 3.15). Urządzeniami sieci SDH są multipleksery (nazywane też krotnicami), przełącznice sygnałów SDXC (Synchronous Digital Cross Connect) i regeneratory. Istniej kilka typów multiplekserów. Najpopularniejsze z nich to krotnice transferowe ADM (Add Drop Multiplexer), które mają w dwóch kierunkach interfejsy wejściowe i wyjściowe dla sygnałów STM-N, a dodatkowo mają możliwość „wyjmowania” z sygnału STM-N  i „wkładania” do sygnału STM-N jego składowych nazywanych kontenerami. Innym rodzajem multiplekserów są multipleksery końcowe zlokalizowane na granicy sieci SDH. Mają one interfejsy (zawsze elektryczne) dla sygnałów spoza sieci SDH (sygnałów zewnętrznych transportowanych przez sieć SDH). Z kolei multipleksery liniowe mają interfejsy optyczne, z jednej strony STM-M, a z drugiej STM-N (M<N). Wewnątrz sieci SDH tworzone są ścieżki transmisyjne (kanały) do przesyłania sygnałów składowych strumienia STM-N. Tymi sygnałami składowymi są strumienie, tak zwanych kontenerów wirtualnych o określonych nominalnych przepływnościach binarnych. Elementami składowymi kontenerów są sygnały zewnętrzne. Innymi słowy sygnały spoza sieci SDH są transmitowane kanałami utworzonymi w ramach ścieżki łączącej dwa węzły sieci.  W systemach SDH używa się multipleksacji TDM z, tak zwanym  przeplotem bajtowym, a wie tak samo jak przy tworzeniu ramkowanych sygnałów E1 standardu europejskiego PDH.  

Rys. 3.15. Wybrane urządzenia sieci SDH

Sygnały STM-N mają postać ramek o nominalnym czasie trwania 125 µs. Ramki składają się z oktetów, a ich liczba w ramce zależy od przepływności binarnej sygnału STM-N. Na rysunku 3.16 pokazano ogólną strukturę ramki sygnału STM-N. W jej skład wchodzi pole użytkowe o rozmiarze 261xNx9 oktetów, nagłówek sekcji SOH (Section OverHead), który składa się z dwóch części: nagłówka sekcji regeneracji RSOH (Regenerator SOH) i nagłówka sekcji multipleksacji MSOH (Multiplex SOH). Mają one odpowiednio rozmiar 9x3xN oktetów i 9x5xN oktetów. Pomiędzy nimi jest, tak zwany wskaźnik PTR (PoinTeR) składający się z 9xN oktetów. 
 

Rys. 3.16. Struktura ramki STM-N

Pojęcie sekcji wyjaśniono na rysunku 3.17. Jest ono związane z  transmisją i zarządzaniem nią w ramach danego fragmentu sieci i tym właśnie celom służą sygnały i informacje przesyłane w obu nagłówkach. W nagłówku RSOH transmitowana jest między innymi 8xN bitowa suma kontrolna kodu BIP-8N, a w nagłówku MSOH 24xN bitowa suma kontrolna kodu BIP-24N. Wprowadzenie kodu BIP pozwala wykrywać błędy binarne, jeżeli ich liczba jest nieparzysta w bloku, ale kod ten nie daje możliwości usuwania błędów binarnych w przesłanej ramce. Ponadto w nagłówku RSOH jest wzór fazowania ramki, a w nagłówku MSOH bajt synchronizacji. W obu nagłówkach są bajty tworzące kanały na potrzeby przesyłania informacji związanych z zarzadzaniem, utrzymaniem i administrowaniem. 

Rys.3.17. Ilustracja graficzna sekcji RS, MS, ścieżek HOP i LOP oraz drogi cyfrowej
 

Rolę wskaźnika PTR wyjaśniono w następnym module podręcznika.  Należy podkreślić, że ramki STM-N, niezależnie od N zawsze nominalnie trwają 125 µs, a więc na sekundę zawsze nadawanych jest 8000 ramek.

5.3. Systemy i sieci OTH

Rozwój techniki światłowodowej i rosnące potrzeby transmisyjne spowodowały zmiany w sieciach transportowych. Opracowany został standard OTH (Optical Transport Hierarchy) stanowiący podstawę rozwiązań stosowanych w sieciach OTN (Optical Transport Network). W przeciwieństwie do sieci SDH, które również jako medium transmisyjne używają niemal wyłącznie światłowodów w sieciach OTN przesyłane sygnały optyczne w węzłach tranzytowych nie są konwertowane na sygnały elektryczne, jak to zawsze ma miejsce w urządzeniach sieci SDH. Dlatego w nazewnictwie urządzeń sieci OTN wprowadza się prefiks O (optical). I tak mamy: OMux – optyczne multipleksery, OADM – optyczne krotnice transferowe, OXC – optyczne przełącznice cyfrowe. 
Sygnały optyczne transmitowane we włóknie światłowodowym składają się z więcej niż jednej długości fali (może ich być nawet powyżej stu). W przypadku systemów DWDM używane jest trzecie okno optyczne w zakresie od 1530 nm do 1565 nm (czasami do 1625 nm). W tabeli 3.6 podano najważniejsze warianty sieci WDM i ich cechy.
Sieci OTH stanowią warstwę usługową dla innych sieci, np. SDH. Sygnały wejściowe/wyjściowe do sieci OTH są sygnałami elektrycznymi o przepływnościach binarnych wynoszących około 2,5 Gb/s. 10 Gb/s, 40 Gb/s i 100 Gb/s. Pierwsze trzy przepływności odpowiadają przepływnościom sygnałów w sieciach SDH (STM-16, STM-64 i STM-256). Łączna szybkość transmisji na wszystkich długościach fal w jednym włóknie może wynosić kilka, a nawet powyżej 10 Tb/s.

Tabela 3.6. Wybrane warianty systemów WDM

Struktura zwielokrotniania sygnałów optycznych w hierarchii OTH jest ścisłe określona, ale możliwe jest wykorzystywanie poszczególnych długości fal do przesyłania sygnałów o różnych przepływnościach binarnych. Warto podkreślić, że jedna długość fali jest używana do  zarządzania elementami sieci OTN i sygnał przesyłany na tej długości fali jest jako jedyny, zawsze konwertowany w elementach sieci na sygnał elektryczny. Informacje w nim przesyłane służą na przykład do sterowania przełączaniem sygnału optycznego, ale nie tylko.
Sygnały klienta sieci OTH przesyłane na danej długości fali są umieszczane w ramkach nazywanych optycznym jednostką transportową - OTU. Ramka OTU zawsze składa się z 4 wierszy i 4080 kolumn i całkowitej liczby bajtów wynoszącej 4x4080 bajtów, ale o czasie trwania zależnym od rzędu modułu. W standardzie SDH czas trwania ramek modułów STM był zawsze taki sam (125 µs), ale liczba bajtów ramki zależała od rzędu modułu. Tu jest inaczej.  Ogólną strukturę ramki OTU pokazano na rys. 3.18. W jej skład wchodzą jednostki OPU – optyczna jednostka pola użytkowego i ODU – optyczna jednostka danych.
 

 Rys. 3.18. Struktura ramki jednostki OTU; FAS – wzór fazowania ramki, OH – nagłówek OTU, OH-ODU – nagłówek ODU, OH-OPU – nagłówek OPU, Klient – sygnał klienta, FEC – bity korekcji błędów

Rys. 3.19. Tworzenie sygnałów OTM; OMS – optyczna sekcja multipleksacji, OTS – optyczna sekcja transportowa, OSC – optyczny kanał nadzoru
 

Sygnał klienta, a dokładniej kolejne jego fragmenty w kolejnych ramkach, jest umieszczany w polu użytkowym. Elementem ramki jest nagłówek ze wzorem fazowania i między innymi sygnałami alarmowymi oraz bajty korekcji błędów FEC. W ramce musi być również możliwość dynamicznego dopasowania przepustowości kanału transmisyjnego utworzonego z pól użytkowych do przepływności binarnej sygnału transportowanego (sygnału klienta), a to dlatego, że sieć OTN i urządzenia sieci klienta nie są i nie muszą być zsynchronizowane. Problem ten jest dokładniej omówiony w następnym module podręcznika. 

Tabela 3.6. Jednostki OTU, ODU, ich przepływności binarne  i przykładowe zastosowania (niektóre jednostki zostały pominięte)

Optyczna sekcja multipleksacji OMS jest odpowiednikiem sekcji multipleksacji w sieciach SDH, a optyczna jednostka transportowa OTU opdpowiednikiem sekcji regeneracji.
W sieciach OTN oprócz wspomnianych wcześniej urządzeń: OMUX, OXC i OADM stosuje się konwertery długości fali, wzmacniacze optyczne i regeneratory 3R. Określenie 3R wynika z tego, że elementy te elementy sieci wzmacniają sygnał optyczny (reamplification), odtwarzają jego kształt (reshaping) i odtwarzają sygnał zegarowy (retiming). Używając tej nomenklatury wzmacniacze optyczne mogą być oznaczane jako 1R.
 

5.4. Struktury sieciowe, tworzenie połączeń i ich zabezpieczanie

Czytelnik zapewne zetknął się z określeniami topologia sieci i architektura sieci. Warto wiedzieć, że nie oznaczają one tego samego. Topologia sieci jest związana z rozmieszczeniem w przestrzeni i wzajemnym połączeniami mediów transmisyjnych, na przykład światłowodów. Architektura zaś to sposób przesyłu sygnałów/danych w ramach istniejącej topologii sieci. Oznacza to, że czasami korzystając z tej samej topologii można różnie przesyłać sygnały/dane. Wcześniej wspomniano o strukturze (topologii) gwiazdy w sieciach xPON.  W sieciach tych transmisja w górę opiera się na technice TDMA. Można by jednak zastosować inne rozwiązanie.  Na przykład nadawać na różnych długościach fal. Czasami jednak topologia narzuca architekturę.
W sieciach szkieletowych zarówno SDH jak i OTH powszechnie używa się trzech rodzajów topologii sieci, a mianowicie topologii punkt-punkt, pierścieni (ring) i krat (mesh) – rys.3.20.

Rys.3. 20. Typowe struktury sieci transmisyjnych

W strukturze pierścieniowej i kratowej do każdego elementu sieci (urządzenia) media transmisyjne są podłączone z dwóch niezależnych kierunków (pierścienie) lub nawet więcej (struktury kratowe). Taka topologia daje większe możliwości zabezpieczenia ciągłości transmisji na wypadek awarii/uszkodzenia sieci. O wyborze topologii i architektury sieci decyduje kilka czynników. Jednym z nich są wspominane możliwości zabezpieczania ciągłości transmisji, innym zapotrzebowanie na transmisję, a jeszcze istniejąca infrastruktura i możliwości finansowe inwestora.
Na przykładzie prostego połączenia punkt-punkt wyjaśnimy mechanizmy zabezpieczenia ciągłości transmisji typu 1+1 i M;N. W przypadku zabezpieczenia typu 1+1, nazywanego protekcją sygnał jest przesyłany dwoma niezależnymi torami (np. dwoma włóknami światłowodowymi) w każdym kierunku. Zilustrowano to na rys. 3.21. 

Rys.3.21. Protekcja 1+1 (a) i 1:N (b)

W odbiorniku jest zainstalowany przełącznik, który jest ustawiony na odbiór jednego z dwóch dostępnych sygnałów. Jeżeli sygnał ten nie spełnia ustalonych w trakcie konfiguracji wymagań jakościowych (np. bitowa stopa błędów jest zbyt duża) to następuje przełączenie na odbiór sygnału z drugiego toru. O przełączeniu decyduje wyłącznie odbiornik. Inaczej jest w przypadku zabezpieczenia typu M:N. W tym typie zabezpieczenia M torów jest rezerwowych (zabezpieczających), a N torów roboczych (zabezpieczanych). W najprostszym przypadku mamy 1:1. Jeżeli sygnały transmitowane torami roboczymi spełniają wymagania jakościowe to torami rezerwowymi przesyła się dodatkowe sygnały, inne niż torami roboczymi. Przełączniki muszą być zarówno w urządzeniach nadawczych, jak i odbiorczych, a przełączanie dotyczy obu stronach i musi następować w odpowiedniej sekwencji. Najpierw odłączany jest sygnał dodatkowy, następnie w odbiorniku następuje przełączenie na tor dodatkowy, a dopiero potem sygnał zabezpieczany jest w nadajniku przełączany na tor dodatkowy. Proces sterowania przełączaniem jest zatem dużo bardziej złożony niż w przypadku protekcji 1+1. W bardziej złożonych strukturach przełączaniem steruje system zarzadzania siecią. Wymaga to przekazywania informacji sterujących i w konsekwencji wydłuża sam proces, który może trwać kilka, a nawet kilkadziesiąt sekund. Dla porównania w przypadku protekcji 1+1 czas ten jest krótszy niż 50 ms. Za to użycie mechanizmu restoracji pozwala efektywniej wykorzystać zasoby. Gdy nie ma potrzeby przełączania na rezerwę w przypadku protekcji typu 1+1 ten sam sygnał jest transmitowany dwoma torami,  a w przypadku 1:1 są dwoma torami transmitowane dwa różne sygnały.  Zabezpieczenie M:N jest nazywane restoracją. 
Mechanizm protekcji 1+1 jest stosowany w strukturach pierścieniowych. Dwa podstawowe typy pierścieni to pierścień jednokierunkowy i pierścień dwukierunkowy. 
 

Rys.3.22. Pierścień jednokierunkowy – stan braku awarii

Na rysunku 3.22 pokazano działanie pierścienia jednokierunkowego na przykładzie połączenia dwukierunkowego między węzłem A i węzłem C. Węzłami są krotnice transferowe ADM (sieci SDH) albo OADM (sieci OTN). Sygnał z węzła A do węzła C jest przesyłany dwoma torami  (włóknami). W węźle C przełącznik jest ustawiony na odbiór jednego z nich. Analogicznie w przypadku transmisji z węzła C do węzła A. W sytuacji nie wymagającej przełączania transmisja z A do C odbywa się przez węzły E i D, a z węzła C przez węzeł B (A -> C i C -> A przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, stąd nazwa pierścień jednokierunkowy). W pierścieniu jednokierunkowym jedno włókno (tor) jest robocze a drugie rezerwowe. Przerwanie połączenia (na przykład między węzłami A i B) w tym typie pierścienia wymaga przełączenia tylko jednego kierunku. Pokazany na rys. 3.23 pierścień dwukierunkowy ma identyczną topologię jak pierścień jednokierunkowy pokazany na rys. 3.22. W tym typie pierścienia transmisja w obu kierunkach odbywa się ta sama drogą (na przykład między węzłem A i C przez węzeł B). Stąd jego nazwa dwukierunkowy. Przełączanie protekcyjne w tym typie pierścienia zawsze dotyczy obu kierunków transmisji. Nie ma w nim podziału na włókno robocze i rezerwowe. Przepustowość toru jest dzielona na roboczą i rezerwową.  
Duża i rozległa sieć transmisyjna nie może opierać się tylko na strukturach pierścieniowych, choćby dlatego, że liczba węzłów w pierścieniach jest ograniczona zwykle do 16, a potrzeby transmisyjne nie mogą być ograniczone tylko do przesyłania sygnałów wewnątrz pierścienia. Typowe rozwiązanie umożliwiające transmisję między pierścieniami  opiera się na strukturze kratowej, do węzłów której są podłączone pierścienie (zwykle jeden pierścień do dwóch węzłów). Sygnały transmitowane między pierścieniami przechodzą wtedy przez strukturę kratową.  Tak zwana pełna krata to to połączenie wzajemne wszystkich węzłów kraty (każdy z każdym). W strukturze kratowej można zastosować dwa różne mechanizmy zabezpieczania. Pierwszy to mechanizm M:N, czyli restoracja, a drugi to protekcja 1+1. Elementami struktury kratowej są najczęściej przełącznice DXC (w przypadku sieci SDH), albo OXC (w przypadku sieci OTN). 

 Rys. 3.23. Pierścień dwukierunkowy – stan braku awarii

5.5. GMPLS

Sieci, niezależnie od rodzaju służą do przesyłania sygnałów/danych mających różne źródło między określonymi dwoma, albo wieloma punktami/urządzeniami sieci. W tym celu są tworzone połączenia stałe albo zmieniane dynamicznie, w zależności od potrzeb albo czasowego obciążenia. Wadą połączeń stałych jest konieczność ich utrzymywania także wtedy, gdy nie ma zapotrzebowania na przesyłanie sygnałów/danych. Tak się dzieje, na przykład w przypadku ścieżek transmisyjnych sieci SDH, które są tworzone w czasie projektowania sieci. Fizyczna trasa przebiegu ścieżki pozostaje niezmienna, aż do czasu przeprojektowania sieci, albo przełączenia w wyniku awarii.
Zanim przejdziemy do omówienia istoty rozwiązania GMPLS przypomnijmy siedmiowarstwowy model sieciowy OSI. W modelu tym na realizacje zadań w ramach warstwy nie narzuca się wymagań poza tymi, które dotyczą wymiany danych/sygnałów między sąsiednimi warstwami. Z punktu widzenia poruszanej w tym punkcie tematyki interesować nas będą tylko trzy najniższe warstwy, to jest warstwa sieciowa, warstwa łącza danych i warstwa fizyczna. Role tych warstw wyjaśnimy na przykładzie Internetu i sieci SDH. Fizycznymi elementami warstwy sieciowej są rutery, które równocześnie są podstawowymi elementami rozległych sieci Internet. W ramach tej warstwy dane są umieszczane w strukturach informacyjnych (przede wszystkim pakietach) właściwych dla warstwy niższej. Proces ten nazywa się enkapsulacją. Warstwa sieciowa ma informacje o strukturze fizycznej sieci oraz o adresie przeznaczenia danych. Korzystając z tablic rutingu decyduje o kierunku nadania. Warstwa łącza danych komunikuje się zarówno z warstwą sieciową, jak i warstwą fizyczną.  Elementami tej warstwy są mosty i przełączniki (switch’e), ale także niektóre bloki funkcjonalne multiplekserów i przełącznic sieci SDH. W warstwie tej tworzy się ramki zawierające adresy nadawcy i odbiorcy, dodaje się informacje sterujące i mechanizmy (kod) pozwalające wykrywać błędy transmisyjne. Typowym przykładem tej warstwy są ramki ethernetowe, a w przypadku sieci SDH ramki modułów transportowych STM-N. W przypadku tych drugich, na przykład ramki ethernetowe są umieszczane w polu użytkowym modułów transportowych. W warstwie fizycznej ramki utworzone wcześniej są zamieniane na fizyczną postać sygnału zależną od rodzaju medium transmisyjnego i bit po bicie nadawane. W przypadku sieci SDH elementami warstwy fizycznej są regeneratory i bloki regeneracyjne multiplekserów i przełącznic. 
Technika GMPLS jest rozszerzeniem techniki MPLS, która dotyczyła tylko warstwy trzeciej, czyli warstwy sieci. Przełączanie (łączenie) z wykorzystaniem techniki MPLS dotyczyło ścieżek opartych na IP i przypisywanych im etykiet. Przypisywanie etykiet może być dokonywane statycznie, albo dynamicznie. Wszystko to dotyczy jednak tylko warstwy trzeciej. Technika GMPLS idzie dalej i rozszerza tę koncepcją na warstwy drugą i pierwszą. Węzły sieci GMPLS mogą wtedy tworzyć połączenia między sobą korzystają z:

• przełączania (zmiany) włókien światłowodowych (FSC – Fiber Switched Capable) 
• przełączania (zmiany) długości fali (LSC – Lambda Switched Capable)
• przełączania szczelin czasowych w sieciach z multipleksacją TDM (TSC – Time Devision Multiplexing Switched Capable)
• przełączania pakietów (PSC – Packet Switched Capable), tak jak w przypadku MPLS.

Przełączanie odbywa się na podstawie nadanej etykiety. Oczywiście utworzone połączenie LSP (Label Switched Path) musi po obydwu stronach dotyczyć tego samego mechanizmu, na przykład PSC ruter-ruter. Etykieta uogólniona zawiera informacje o zastosowaniu, na przykład czy przełączanie dotyczy pakietów, fali, kontenerów SDH, czy włókna światłowodowego, a także o tym czy węzeł może przełączać dany ruch. 

5.6. Synchroniczny Ethernet

W poprzednim podpunkcie wskazano, że ramki ethernetowe zawierają pakiety IP i są elementem warstwy łącza danych. W tej warstwie w przypadku transmisji z wykorzystaniem sieci SDH ma miejsce proces umieszczania kolejnych ramek ethernetowych w polach użytkowych odpowiednich kontenerów wirtualnych. Operacja ta nazywa się odwzorowaniem albo mapowaniem. Ramki ethernetowe, a w nich pakiety są transmitowane ścieżkami transmisyjnymi  do wybranych węzłów sieci SDH, a tam ma miejsce proces odwrotny. Powstaje pytanie, czy nie można byłoby przesyłać ramek ethernetowych z pominięciem sieci SDH, tak jak to się dzieje w sieciach lokalnych LAN? Takie rozwiązanie uprościłoby sieci transportowe. Pojawia się jednak problem. Elementy sieci Ethernet – switch’e nie przenoszą z wejścia na wyjście sygnału taktowania w sposób wystarczająco wierny, tak jak ma to miejsce w sieciach SDH. Taka sieć nie byłaby zsynchronizowana, a co za tym idzie jakość transmisji uległaby znacznemu pogorszeniu. Aby tak się nie stało należy zastąpić „tradycyjne” switch’e switch’ami, które przenoszą sygnał taktowania tak samo wiernie, jak urządzenia sieci SDH oraz zaprojektować sieć dystrybucji sygnału synchronizacji. Prowadzi to do rozwiązania nazywanego synchronicznym Ethernetem – SyncE (Synchronous Ethernet). Więcej o tym jest podane w module 4 tego podręcznika.  W przyszłości SyncE zastąpi zapewne sieci SDH.

6. Pytania

1.    Dlaczego w przypadku multipleksacji TDM wraz ze wzrostem szybkości transmisji rośnie szerokość wykorzystywanego pasma częstotliwościowego?
2.    Podać różnice między zwielokrotnianiem FDM i WDM.
3.    Porównać systemy dostępowe ADSL i VDSL2.
4.    Jaką role pełni prefiks, a jaką sufiks w systemach xDSL?
5.    Kiedy celowe jest zastosowanie systemów VDSL2?
6.    Rozwinąć skróty FTTx.
7.    Porównać systemy GPON i EPON.
8.    Jakie długości fal wykorzystują systemy GPON do transmisji w górę i w dół?
9.    Jak w strukturze gwiazdy w sieciach GPON rozwiązano problem nakładania – kolizji impulsów światła w przypadku transmisji w górę?
10.    Opisać ogólny model sieci xPON.
11.    Dlaczego między paczkami impulsów światła nadawanymi z różnych jednostek ONU jest przerwa?
12.    Na czym polega działanie sieci RFOG? Opisać strukturę takiej sieci.
13.    W jaki sposób w sieciach HFC wykorzystywane jest dostępne pasmo częstotliwościowe? Podać przykład podziału pasma.
14.    Czym objawia się plezjochronizm w sieciach PDH?
15.    Dlaczego nominalna szybkość transmisji sygnałów E1 w europejskich systemach PDH wynosi 2,048 Mb/s?
16.    Czy sygnały En hierarchii europejskiej  mają przepływności binarne n razy 2,048Mb/s?
17.    Wymienić wady systemów PDH.
18.    Czy nominalne szybkości transmisji w systemach SDH STM-N wynoszą N razy 155,52 Mb/s?
19.    Jaki jest czas trwania ramek sygnałów E1, a jaki ramek STM-N?
20.    Czy ramka STM-1 składa się zawsze z takiej samej liczby bitów?
21.    W jaki sposób w systemach SDH bada się poprawność przesłanych bitów?
22.    Na czym polega metoda BIP-N?
23.    Co to jest bitowa stopa błędów?
24.    Wymienić i podać funkcje urządzeń w sieciach SDH?
25.    Co to jest kontener VC-n?
26.    Co to jest ścieżka VC-4?
27.    W jaki sposób w sieciach SDH ustala się  ścieżki VC?
28.    Czym różni się protekcja 1:1 od protekcji 1:N?
29.    Jaka jest różnica między protekcja a restoracją?
30.    Omówić działanie peirścieni jedo- i dwukierunkowego w przypadku uszkodzenia przęsła.
31.    Co oznaczają skróty OTN i OTH?
32.    Wymienić  i podać funkcje urządzeń sieci OTH.