3.1. Структура транспортного модуля OTUk


Основой построения транспортных модулей ОТМ являются транспортные блоки (кадры) оптического канала OTUk трех уровней (k = 1, 2, 3). OTUk всех уровней имеют одинаковую структуру, представленную на рисунке 5. Транспортные блоки различных уровней в отличие от блоков СЦИ [1] имеют одинаковые размеры, но различную длительность.  Естественно, скорость передачи их различается (см. табл. 1).

Как видно из рисунка, кадр OTUk представляет собой матрицу, состоящую из четырех строк и 4080-и столбцов, каждая ячейка которой имеет емкость один байт. Чтение матрицы осуществляется слева направо и сверху вниз, так что вначале прочитывается информация кадровой синхронизации, содержащая 7 байтов, а затем область служебной нагрузки (заголовок), также состоящая из 7-и байтов. Завершением всех строк кадра является поле из 256-и столбцов, которое может использоваться для упреждающей коррекции ошибок FEC посредством кода Рида-Соломона (RS). При отсутствии процедуры FEC это поле заполняется балластными нулевыми символами. Заметим, что в байтах биты старших разрядов находятся справа.

Блок OTUk после формирования скремблируется за исключением первых 14-и байтов (байтов кадровой синхронизации и заголовка). Скремблер имеет образующий полином 1+х+х31216.

На рисунке 6 показана структура полей кадровой синхронизации и заголовка кадра OTUk. Цикловой синхросигнал FAS величиной в шесть байтов, из которых первые три имеют структуру «1111 0110», а вторые три – «0010 1000». Сверхцикловой синхросигнал MFAS имеет переменную структуру («00000000» – в нулевом цикле, «00000001» – в первом, … «11111111» – в 255-м цикле), обеспечивающую содержание 256-и циклов в сверхцикле. Принятая форма сверхциклового синхросигнала позволяет организовывать в сверхцикле субсверхцикловые структуры, содержащие 2, 4, 8, 16, 32 и т.д. циклов.

Первые три байта SM поля заголовка OTUk являются байтами контроля участка. Байт TTI является идентификатором маршрута тракта и занимает 64 позиции из 256 позиций сверхцикла OTUk. Позиции с 0-й по 15-ю (SAPI) являются уникальным адресом источника, а позиции с 16-й по 31-ю – уникальным адресом приемника. В случае отсутствия адреса соответствующие байты заполняются символами «0».

Байт BIP8, как и в системах СЦИ, используется для контроля появления ошибок методом проверки на четность, но с передачей кодового слова не в каждом цикле, а через цикл.

Первые четыре бита (BEI) байта сообщений обратного канала используются в четных циклах для сообщения о количестве ошибок, обнаруженных посредством BIP8, а в нечетных (BIAE) – об ошибках упаковки данных в блоке OTUk. Бит BDI сигнализирует о дефекте, а IAE о потере цикловой синхронизации. Биты RES третьего байта  SM, а также байт RES заголовка – резервные.

Байт GCC используется для организации общего канала связи.

В системах СЦИ для упреждающего исправления ошибок FEC нашли применение внутриполосные коды BCH [5]. В фотонных сетях для FEC используются внеполосные (требующие присоединения к кадру дополнительных байтов) 16-и символьные коды Рида-Соломона RS(255, 239). Каждая основная строка OTUk разбивается на блоки по 239 байтов, для каждого из которых вычисляется контрольная сумма и создается контрольный блок из 16 байтов. Объединенные блоки 239+16=255 являются подстроками OTUk. Контрольные блоки представляют собой остаток от деления исходного блока на образующий полином Р(х) = х8432+1. При побайтном мультиплексировании образуются строки блока OTUk. На приеме аналогично вычисляются остатки от деления и сравниваются с принятыми. Их совпадение говорит об отсутствии ошибок, а расхождение – о наличии и расположении ошибок в подстроке. Код RS(255, 239) позволяет обнаруживать до 16 ошибок в подстроке и 8 ошибок корректировать.

Как показывает практика, применение кода RS(255, 239) позволяет увеличить потери кабельного участка на 5 – 8 дБ.

 

3.2. Структура блока данных ODUk

Поле нагрузки OTUk (см. рис. 5) занимает блок данных оптического канала ODUk, который используется для поддержки тракта «точка – точка». Его структура представлена на рисунке 7. 

В заголовке ODUk размещается информация о функциях эксплуатации и управления оптического канала. Структура заголовка представлена на рисунке 8.

 

Байты наблюдения тракта РМ (Path Monitoring) ODUk имеют структуру, аналогичную байтам наблюдения секции SM транспортного модуля оптического канала OTUk. Сравнивая рисунки 6 и 9, на которых показаны структуры байтов SM и РМ соответственно, отмечаем их различие в байте, предназначенном для сообщений обратного канала. Это различие заключается в отсутствии сообщений об ошибках синхронизации (IAE, BIAE) и наличии битов STAT (Status) – состояния тракта ODUk. Эти биты могут указывать на разъединение прямого направления передачи, блокировку канала или его аварийное состояние.

 Для наблюдения тандемного (транзитного) соединения ТСМ в сети OTN в заголовке ODUk предусмотрено шесть полей. Эти байты контролируют соединения пар пользовательских интерфейсов в сети общего пользования. Например, это могут быть соединения пары оптических сетевых интерфейсов между узлами сети. Кроме того, байты ТСМ позволяют контролировать защитные переключения линейных трактов в подсети OTN (режимы 1+1, 1:1) и трактов оптических каналов (режим 1:n) по сигналам ухудшения качества передачи или повреждения соединения. На уровне оптического канала возможна поддержка наблюдения за защитным переключением в кольцевой сети. Структура полей TCM аналогична структуре поля РМ (см. рис. 9).

На рисунке 10 приведен пример распределения байтов ТСМ для наблюдения за тремя участками  OTN. На рисунке треугольниками обозначены точки начала и конца трактов ODUk (A1-A2 с наблюдением в ТСМ1, В1-В2 и ВЗ-В4 с наблюдением в ТСМ2 и С1-С2 с наблюдением в ТСМЗ).


Байты GCC (General Communications Channels) образуют пользовательские (операторские) каналы и их формат определяется отдельно по соглашению, например, для сети сигнализации. Четыре байта APS/PCC предназначены для автоматического   защитного   переключения   ODUk   и   защиты   оптического   канала. Эти байты  образуют сверхцикл из восьми циклов;  в первом цикле байты APS/PCC отнесены к защите тракта ODUk, в последующих шести – к шести тандемным соединениям, в последнем цикле сверхцикла – к защите секции OTUk. Сверхциклы APS/PCC образуются на базе сверхциклового синхросигнала MFAS (см. рис. 6).

Байт FTFL (Fault Type and Fault Location Reporting Communication Channel) в заголовке ODUk определен для транспортировки в сверхцикле из 256 байтов сообщений о типе повреждения и трансляции локального повреждения канала связи. Этот байт переносит сообщения в виде 128 байтовых полей прямого и обратного действия, структура которых показана на рисунке 11. Поле индикации повреждения используется только в трех состояниях: 00000000 – нет повреждения; 00000001 – сигнал повреждения; 00000010 – сигнал ухудшения качества.

  

Поле идентификации оператора строится в соответствии с международными стандартами: ISO 3166 (код страны) и МСЭ-Т М.1400. Остальные состояния байта FTFL не определены.

           

3.3. Структура нагрузочного блока OPUk

Блоки нагрузки оптических каналов OPUk (k = 1, 2, 3) предназначены для упаковки цифровых пользовательских данных. Ввод пользовательских данных может осуществляться бит синхронным способом или асинхронным с двусторонним согласованием скоростей по битам. Скорости передачи для блоков OPUk различных порядков приведены в табл. 3.

OPUk занимает поле нагрузки блока данных оптического канала ODUk и в свою очередь состоит из поля нагрузки пользовательских данных и заголовка (см. рис. 6). Структура заголовка OPUk показана на рисунке 12.

Байт заголовка PSI (Payload Structure Identifier) OPUk является идентификатором структуры нагрузки; он образует 256-и байтный сверхцикл, но только нулевой байт несет сообщение о типе нагрузки РТ (Payload Type), остальные байты резервные. Например, асинхронно введенной информации будет соответствовать комбинация 00000010, а ввод ячеек ATM – комбинация  00000100 и т.д.

Биты 7, 8 байтов JC (Justification Control) образуют трехкомандную систему двустороннего согласования скорости передачи, которая используется при асинхронном вводе информации пользователя[1].  Передача команд в трех байтах обеспечивает защиту от одиночных ошибок.

Байт NJO, (Negative Justification Opportunity), является информационным при отрицательном согласовании скорости передачи, а в байт PJO (Positive JO) вводится вставка при положительном согласовании.

Резервные байты и биты RES предназначаются для будущей стандартизации.

Заметим, что при асинхронной загрузке в OPUk модулей STM-N ввод осуществляется побитно без опознавания  байтов. При загрузке пакетов, например, ячеек АТМ, согласование скорости не применяется. При этом последний пакет (ячейка), не полностью поместившийся в поле нагрузки, переносится в следующий модуль OPUk.


Для передачи потоков информации, имеющих переменную скорость, используются виртуальные сцепки модулей OPUk. Виртуальная сцепка (конкатенация) в OPUk является единым блоком информации X параллельно передаваемых блоков OPUk. Виртуальная сцепка обозначается как OPUk-Xv, где k = 1, 2, 3, Х= 1, 2, ..., 256. Таким образом, одновременно может быть предоставлена емкость до Хх4х3810 байтов для переноса информации пользователя. На рис. 13 представлена структура блока OPUk-Xv. Входящие в ее состав нагрузочные блоки OPUk транспортируется через сеть OTN самостоятельно, а потому имеют случайную величину времени распространения. Поэтому все блоки OPUk имеют индивидуальные заголовки (см. рис. 14), с помощью которых на приемном конце восстанавливается структура виртуальной сцепки OPUk-Xv. Сравнивая рисунки 14 и 12, видим, что заголовки блоков OPUk, составляющих виртуальную сцепку, несут значительно больший объем информации, нежели заголовки блоков OPUk, не образующих сцепку. Во-первых, в циклическую структуру PSI, состоящую из 256 байтов,  вводится байт vcPT, который несет информацию о типе нагрузки сцепки, например, сцепка загружена модулями STM-N, ячейками АТМ и т.д.. При этом в байте РТ указывается, что данный блок входит в состав сцепки, то есть в нем передается код 06. Остальные байты PSI являются резервными.

Во-вторых, в заголовки OPUk вводятся циклические структуры VCOH1, VCOH2 и  VCOH3, содержащие по 32 байта. Первые два байта MFI 1 и MFI 2 (Multi Frame Indicator) структуры VCOH1 представляют собой двухступенный счетчик емкостью 216 = 65536 кадров. Таким образом, совместно со счетчиком кадров MFAS, емкостью 256 кадров, обеспечивается результирующая группа, размером 65536×256=16777216 кадров блока OPUk. Это позволяет на приемном конце выравнивать практически любое расхождение во времени задержки отдельных блоков.

Байт SQ (Sequence Indicator) указывает порядковый номер блока OPUk в сцепке.

Биты CTRL и CID (LCAS Control Word и Group Identification) служат для передачи команд, относящихся к LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) – схеме регулировки скорости канала, т.е. к технологии, позволяющей адаптировать пропускную способность канала к скорости передачи пользовательского сигнала путем изменения размеров сцепки (параметра Х).

Бит RSA (Re-Sequence Acknowledge) – восстановление последовательности передается на дальний конец для подтверждения правильности восстановления сцепки.

 

Остальные байты и биты VCOH1 являются резервными (RES).

Структура VCOH2 занята битами MSI (Member Status feld) – поля статуса участка (поля нагрузки блока OPUk-Xv).  Для каждого блока OPUk сцепки в этом поле отводится один бит, указывающий на присутствие или отсутствие данного блока в сцепке.

Структура VCOH3 несет проверочные байты избыточного циклического кода CRC-8. Контрольная сумма вычисляется по байтам VCOH1 и VCOH2 от кадра к кадру и вводится в байт VCOH3. Порождающим полиномом для этого кода является полином вида х82+х+1.


Байты, входящие в 16-й столбец блока OPUk, определяются типом нагрузки блока. Так, на рис.15 приведена структура блока OPUk-4v, при переносе сигналов синхронной ЦТС STM-16 или STM-64, которые, как указывалось ранее, загружаются в блок OPUk асинхронно. Из рисунка видно (ср. с рис.12), что в каждой строке блока содержится по три байта JC, несущих команду согласования скоростей, байт PJO, занимаемый вставкой при положительном согласовании, и байт NJO, занимаемой пользовательской информацией, при отрицательном согласовании скоростей. При переносе ячеек АТМ эти байты заполняются нулевыми символами.

Как и блоки OPUk блоки OPUk-Xv имеют определенные номинальные скорости, значения которых приведены в табл.4.

3.4. Мультиплексирование блоков ODUk

В разделе 2 указывалось, что блоки данных ODUk нижних уровней можно асинхронно мультиплексировать в блоки данных более высокого уровня. При этом следует иметь в виду, что информационное поле блоков ODU2 и ODU3 подразделяется соответственно на группы из четырех и шестнадцати компонентных интервалов TS (Tributary Slot). При этом второй столбец указателя (16-й столбец OTU) используется поочередно для групп компонентных интервалов. На рисунке 16 показано размещение компонентных интервалов блока ODU2. Очевидно, что в этом случае блоки ODU2 образуют сверхцикл, состоящий из четырех циклов. Аналогично формируется и сверхцикл ODU3, но состоящий из 16 циклов. Эти сверхциклы привязаны к сверхцикловому сигналу MFAS OTUk (в первом случае используются биты 7 и 8 байта MFAS, а во втором – биты 5, 6, 7 и 8).

При мультиплексировании блока ODU1 в блок ODU2 предварительно образуют компонентный блок ODTU12, представляющий собой структуру из 952 столбцов и 4х4=16 строк плюс один столбец указателя JOH. Четыре таких блока образуют группу компонентных блоков ODTUG2, которая вводится в блок OPU2 и далее в ODU2. При этом один блок ODTU12 вводится в первые компонентные интервалы TS1, другой – в TS2 и так далее. Мультиплексирование блока ODU1 в блок ODU3 происходит аналогично, но сопровождается образованием компонентного блока ODTU13, состоящего из 238 столбцов и 16х4=64 строк плюс один столбец указателя JOH. Из 16–и блоков ODTU13 образуется группа ODTUG3, которая вводится в блок OPU3 и далее в ODU3. Наконец, при мультиплексировании блока ODU2 в блок ODU3 предварительно образуют компонентный блок ODTU23, состоящий из 952 столбцов и 4х4=16 строк и повторенный четыре раза один столбец указателя JOH.


 Особо следует отметить, что при мультиплексировании блоков ODUk нижних уровней в блоки данных более высокого уровня происходит многократное пересечение границ блока высокого уровня блоком низкого уровня. Так, блок ODU1 перемещается в ¼ области полезной нагрузки блока ODU2. Но для передачи полного блока ODU1 (15296 байтов) требуется 15296/3808≈4,017 блока ODU2, что и вызывает изменяющееся во времени относительное смещение их границ.

3.5. Оптические блоки OCh, OCC и OTM

Блок оптического канала OCh транспортирует цифровой сигнал пользователя между пунктами регенерации 3R. Сигналы пользователя канала являются сигналами блока OTUk. Другие цифровые сигналы пользователя (например, STM-N, GbE) могут обеспечиваться модулем OTM. Структура оптического канала с полной функциональностью (OCh) включает в себя две части: служебную нагрузку канала OCh и полезную нагрузку канала OCh. Канал OCh с ограниченной функциональностью (OChr) содержит только полезную нагрузку канала OChr.

Блок переноса оптического канала ОСС (Optical Channel Carrier) предназначен для модуляции/демодуляции оптического сигнала. Он может исполнять функции в двух вариантах: ОCС и ОССr. Вариант блока ОСС используется в полнофункциональной схеме оптического мультиплексирования с формированием заголовка ОССo в секции мультиплексирования OMS и поля нагрузки ОССр, что будет рассмотрено далее. Вариант блока ОССr используется в упрощенной схеме оптического мультиплексирования без заголовка. Каждому блоку ОСС придается точно определенная оптическая частота, соответствующая стандарту DWDM или CWDM.

Блок группирования оптических несущих частот порядка n OCG-n, (Optical Carrier Group) предназначен для мультиплексирования/демультиплексирования до n частот. Предусмотрено две разновидности группирования: OCG-n.m и OCG-nr.m.

Группирование OCG-n.m состоит в объединении/разделении n оптических несущих частот с каналами нагрузки OTU-m в любом сочетании m (OTU1, OTU2, OTU3) и канала обслуживания с заголовком ОСС OH. Число оптических несущих n для блоков с полной функциональностью OCG-n.m в настоящее время не определено.

Группирование OCG-nr.m состоит в объединении/делении n оптических несущих частот с каналами нагрузки OTU-m в любом сочетании m (OTU1, OTU2, OTU3). В этом варианте группирования не предусмотрено заголовка в оптическом сервисном канале. Число оптических несущих n в блоках с ограниченной функциональностью OCG-nr.m не должно превышать 16-и.

Благодаря группированию OCG-n создается оптическая секция мультиплексирования OMS-n, в которой образуются блоки оптического мультиплексирования OMU-n, n > 1 (Optical Multiplex Union).

Для поддержки уровня оптической секции мультиплексирования создается заголовок секции мультиплексирования OMS-n OH, транспортируемый в сервисном канале OOS.

Блок оптического транспортного модуля OTM-n.m поддерживает оптическую секцию передачи OTS-n в оптической транспортной сети OTN. Модуль OTM-n.m создается в OTS-n и состоит из оптических сигналов нагрузки OMS-n и отдельного заголовка OTS-n ОН, передаваемого в OOS.

3.6. Сигналы служебной нагрузки модуля OTM

Сигналы служебной нагрузки модуля ОТМ полной функциональности (OOS – OTM Overhead Signal) состоит из служебной нагрузки секций OTS, OMS и канала OCh (см. рис. 17). Формат, структура и скорость передачи битов сигнала OOS в настоящее время разрабатывается. Сигнал OOS транспортируется в модуле OTM на отдельной оптической несущей – образует самостоятельный канал OSC (Optical Supervisory Channel). Модули ограниченной функциональности не имеют канала OSC.

При определенной структуре сети управления оператора в сигнале OOS можно передавать также общую информацию администрирования. Сообщения управления могут включать в себя сигнализацию, передачу речи и связь в звуковом диапазоне, загрузку программного обеспечения, специфические сообщения оператора и т. п.

Информация ОН канала OCh добавляется к каждому из n блоков OTUk для создания канала OCh. Она включает в себя информацию для функций технического обслуживания, к которым относится.

Сигнал FDI-0 – повреждения в OOS.

Сигнал FDI-P – индикации неисправности оптического канала  на уровне оптической секции мультиплексирования OMS. Когда завершается OTUk, сигнал FDI передается как сигнал аварии ODUk-AIS.

Сигнал OCI – индикации открытого соединения канала OCh представляет собой сигнал, посылаемый в нисходящем направлении и указывающий на то, что в восходящем направлении матричное соединение разорвано действием команды управления.

К сигналам технического обслуживания мультиплексной секции OH OMS, кроме сигналов OH OCh, добавлены сигналы BDI – соответствующей индикации во встречном направлении, а также сигнал PMI – сигнал, посылаемый в нисходящем направлении. Последний указывает на то, что в восходящем направлении в пункте источника сигнала участка OMS ни одна из оптических несущих OCC не содержит сигнала оптического канала. Таким образом, подавляется возникающее в результате этого сообщение о потере сигнала.

К сигналам оптической секции OH OTS добавлен сигнал TTI – идентификатор маршрута тракта, передаваемый 64 байтами, содержание которых аналогично рассмотренным в §3.1.

В заключение еще раз отметим, что блоки с ограниченной функциональностью используются внутри доменов – ограниченных участков фотонной сети. Модуль OTM-nr обеспечивает n оптических каналов на одном оптическом промежутке с полной регенерацией сигнала 3R и завершением OTUk[V] на каждом окончании. При выполнении регенерации 3R на обеих сторонах интерфейсов модулей OTM-0.m и OTM-nr.m имеется доступ к служебной нагрузке блока OTUk[V], и с помощью этой служебной нагрузки осуществляется техническое обслуживание и контроль интерфейса. Поэтому на интерфейсах модулей OTM-0.m и OTM-nr.m не требуется использования отдельного сервисного канала OSC.