Иерархии цифровых систем связи

Введение
Построенная человеком система со сложным поведением часто организована как иерархия. Например, командная иерархия имеет среди своих примечательных особенностей организационную схему начальников, подчиненных и линий организационной коммуникации . Иерархические системы управления организованы аналогичным образом, чтобы разделить ответственность за принятие решений.
Каждый элемент иерархии является связанным узлом в дереве. Команды, задачи и цели, которые должны быть достигнуты, текут вниз по дереву от вышестоящих узлов к подчиненным узлам, в то время как ощущения и результаты команд текут вверх по дереву от подчиненных к вышестоящим узлам. Узлы также могут обмениваться сообщениями со своими братьями и сестрами. Две отличительные черты иерархической системы управления связаны с ее уровнями.
Каждый верхний слой дерева работает с большим интервалом планирования и времени выполнения, чем его непосредственно нижний слой.
Низшие слои имеют локальные задачи, цели и ощущения, и их деятельность планируется и координируется высшими слоями, которые обычно не отменяют их решений. Слои образуют гибридную интеллектуальную систему, в которой самые низкие, реактивные слои являются субсимволическими. Высшие слои, ослабив временные ограничения, способны рассуждать на основе абстрактной модели мира и осуществлять планирование. Иерархическая сеть задач хорошо подходит для планирования в иерархической системе управления.
Помимо искусственных систем, системы управления животных предлагается организовать в виде иерархии. В теории перцептивного контроля, которая постулирует, что поведение организма является средством управления его восприятиями, предполагается, что системы управления организмом организованы по иерархической схеме, поскольку их восприятия построены таким образом.
Иерархия цифровых систем связи
К настоящему времени уже сложилась и нормализована МККТТ иерархия цифровых систем передачи - первичные, вторичные, третичные и четверичные системы. Первичные ЦСП строятся на принципе импульсно-кодовой модуляции передаваемых непрерывных сигналов. При этом осуществляется аналого-цифровое преобразование входных сигналов в передающей части аппаратуры и обратное цифро-аналоговое преобразование в приемной части аппаратуры.
Цифровые системы передачи второй и более высоких ступеней иерархии строятся на принципе объединения - разделения цифровых потоков, сформированных в ЦСП более низких ступеней иерархии.
Впервые ЦСП первой ступени иерархии были разработаны в США в начале 60-х годов и предназначались для передачи 24 сигналов ТЧ (ИКМ-24). Скорость передачи цифрового потока в линейном тракте составляла 1544 Кбит/с. Несколько позже подобная система была разработана в европейских странах и СССР. Однако эти системы, в отличии от разработанной в США имели не т24 канала, а 30 т.е. ИКМ-30 и имели скорость передачи цифрового потока в линейном тракте 2048 Кбит/с. Система подобного типа легла в основу другой европейской иерархии ЦСП.
К 1990 г. МККТТ разработал рекомендации по единой синхронной цифровой иерархии (SDH), позволяющей объединять цифровые потоки, образованные системами передачи, входящими в любую существующую иерархию.
Параметры цифровых потоков, получаемых на тех или иных ступенях иерархии, должны соответствовать рекомендациям МККТТ. Это позволяет унифицировать оборудование первичной сети и облегчает организацию международных связей.
Скорости цифровых потоков одной и той же ступени иерархии, на образуемых ЦСП, расположенными на различных станциях сети, могут несколько отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильности задающих генераторов. Это требует принятия специальных мер по объединению потоков в поток более высокой ступени иерархии, что заметно усложняет эксплуатацию первичной сети связи в целом и снижает ее качественные показатели.
Системы иерархии, где объединяются потоки с небольшими расхождениями скоростей, называются плезиохронными (PDH). Если же обеспечить синхронность объединяемых потоков, то резко упрощается техника их объединения и разделения. Кроме того, обеспечивается прямой доступ к компонентам составляющих потоков без разделения общего, а также появляются заметные преимущества эксплуатации и технического обслуживания сети связи.
Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) - это технология, используемая в телекоммуникационных сетях для передачи больших объемов данных через цифровое транспортное оборудование, такое как волоконно-оптические и микроволновые радиосистемы. Термин "плезиохронный" происходит от греческого plēsios , что означает "близкий", и chronos , время, и относится к тому факту, что сети PDH работают в состоянии, когда различные части сети почти, но не совсем идеально синхронизированы.
Магистральные транспортные сети заменили PDH-сети синхронным цифровым иерархическим (SDH) или синхронным оптическим сетевым оборудованием (SONET) в течение десяти лет, закончившихся примерно на рубеже тысячелетия (2000), плавающие полезные нагрузки которых смягчили более жесткие требования к времени сетевой технологии PDH

. Только в 1998 году расходы в Северной Америке составили 4,5 миллиарда долларов.
PDH позволяет передавать потоки данных, которые номинально работают с той же скоростью, но допускают некоторое изменение скорости вокруг номинальной скорости. По аналогии, любые два циферблата номинально работают с одинаковой скоростью, отсчитывая 60 секунд каждую минуту. Однако нет никакой связи между часами, чтобы гарантировать, что они работают с одинаковой скоростью, и весьма вероятно, что один работает немного быстрее, чем другой.
Скорость передачи данных контролируется часами в оборудовании, генерирующем данные. Скорость допускается варьировать на ±50 ppm 2048 Кбит / с (в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т ). Это означает, что различные потоки данных могут работать (и, вероятно, работают) с несколько отличными друг от друга скоростями.
Для того чтобы транспортировать множественные потоки данных от одного места к другим над общим средством передачи, они мультиплексированы в группах в составе 4. Поскольку каждый из четырех потоков данных не обязательно работает с одинаковой скоростью, необходимо ввести некоторую компенсацию. Типично мультиплексор принимает данные от 4 входящих потоков данных 2.048 Mbit/s и подает каждое в поток 2.112 Mbit/s Через магазин буфера выходя серия фикчированных зазоров в каждом кадре.
Таким образом, скорость передачи данных составляет 2,112 Мбит / с x (количество битов в кадре – количество пробелов)/(количество битов в кадре)
Это немного больше, чем 2,048 Мбит/с + 50 ppm. Если добавить дополнительный зазор, то он будет немного меньше, чем 2,048 Мбит/с – 50ppm. Таким образом, в среднем скорость передачи данных может быть точно равна входящей скорости, добавляя разрыв в одних кадрах, а не в других. Этот дополнительный зазор находится в фиксированном месте в раме и называется "набивным битом". Если он не содержит данных (то есть это пробел), то он "набивается". Данные из 4 потоков данных в настоящее время содержатся в 4 потоках данных 2,112 Мбит/с, которые являются синхронными и могут быть легко мультиплексированы, чтобы дать один поток 8,448 Мбит/с, взяв 1 бит из потока № 1, а затем 1 бит из потока № 2, затем #3, затем #4 и т. д. Некоторые из фиксированных промежутков содержат слово синхронизации, которое позволяет демультиплексору идентифицировать начало каждого кадра, а другие содержат управляющие биты для каждого потока, которые говорят, заполнен ли заполняемый бит или нет (т. е. содержит данные или нет). Затем этот процесс может быть реверсирован демультиплексором и 4 потоками данных, полученными с точно такой же скоростью передачи битов, как и предыдущие. Неравномерность синхронизации сглаживается с помощью фазовой автоподстройки частоты.
Эта схема не позволяет добавлять заполненный бит сразу же, как это требуется, потому что заполняемый бит находится в фиксированной точке кадра, поэтому необходимо дождаться временного интервала заполняемого бита. Это ожидание приводит к "дрожанию времени ожидания", которое может быть сколь угодно низким по частоте (т. е. до нуля), поэтому не может быть полностью устранено фильтрующими эффектами контура фазовой блокировки. Наихудшее возможное соотношение начинки будет 1 Кадр из 2, так как это дает теоретическое 0,5 битное дрожание, поэтому соотношение начинки тщательно выбирается, чтобы дать теоретическое минимальное дрожание. Однако в практической системе фактическое решение о заполнении или нет может быть принято путем сравнения адреса чтения и адреса записи входного буферного хранилища, поэтому положение в кадре при принятии решения изменяется и добавляет вторую переменную, зависящую от длины хранилища.
Этот процесс иногда называют "импульсным выравниванием", потому что" выравнивание " в печати-это добавление пробелов, так что каждая строка занимает полную ширину столбца. Считается, что этот термин был предпочтительным потому, что "...... набивка набивных бит", а "дрожание времени ожидания - это дрожание, которое вы получаете, ожидая набить набивной бит", хотя и технически правильно, звучит как плеоназм !
Аналогичные методы используются для объединения четырех × 8 Мбит / с вместе, плюс битная начинка и выравнивание кадров, давая 34 Мбит/с. Четыре × 34 Мбит / с, дает 140. Четыре × 140 дают 565.
Существует несколько уровней синхронизации: тактовая, цикловая и сверхцикловая. Далее речь идет только о тактовой синхронизации.
Генераторы всех элементов сети должны работать на одной частоте с минимальным отклонением (как траспортное, так и оконечное оборудование). Прием и передача кадра осуществляется синхронно (почти синхронно)