Технология PDH была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Линии связи FDM, применяемые ранее для решения этой задачи, исчерпали свои возможности в плане организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для одновременной передачи данных 12 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с большим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Об оптических кабелях на данный момент речи и не шло.
Иерархия скоростей PDH
Начало технологии PDH было положено разработкой мультиплексора Т1, который позволял в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) голосовой трафик 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обычными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровку голоса с частотой 8000 Гц и кодирование голоса методом импульсно-кодовой модуляции. В результате каждый абонентский канал образовывал цифровой поток данных 64 Кбит/с, а мультиплексор Т1 обеспечивал передачу 1,544 Мбит/с.
Каналы Т1 сами по себе были негибки и слишком медленны для передачи больших объемов информации, поэтому была реализована идея мультиплексирования большого числа каналов T1 на основе иерархии скоростей.
- Канал Т1 – 1,544 Мбит/с
- Канал Т2 – 6,312 Мбит/с (Образован объединением 4-х каналов Т1)
- Канал Т3 – 44,736 Мбит/с (7 каналов Т2)
- Канал Т4 – 274 Мбит/с (6 каналов Т3)
Технология систем Т-каналов была стандартизована Американским национальным институтом стандартов (ANSI), а позже — международной организацией ITU-T, с тем отличием, что европейский вариант иерархии скоростей имел обозначение E-каналов, а также E1 канал включал в себя не 24 элементарных голосовых канала, а 30 каналов. Таким образом начальная скорость передачи данных была на 1,544 Мбит/с, а 2,048 Мбит/с.
Иерархия скоростей PDH
Формирование кадра
При организации потока данных T1, кадр состоит из 24 байт, каждый из которых относится к своему канал, а также присутствует бит синхронизации.
Американский вариант кадра PDH
1 – 24 – байты информации каждого из 24 абонентов
С – бит синхронизации
24 х 64 = 1,536 Мбит/с – пользовательская информация + 8 Кбит/с (биты синхронизации)
В итоге получаем:
1,544 Мбит/с
Байт пользовательской информации состоит из 7 бит, использующихся для реальной передачи голосового трафика, а восьмой бит применяется для служебной информации, что в телефонии называется сигнальным протоколом. Следовательно скорость пользовательских данных равна 56 Кбит/с. Техника применения восьмого бита для служебных целей получила название «кражи» бита.
При передаче компьютерных данных канал Т-1 предоставляет для пользовательских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей, в основном — для восстановления искаженных кадров. Компьютерные данные передаются со скоростью 64 Кбит/с, так как восьмой бит не «крадется». При одновременной передаче как голосовых, так и компьютерных данных используются все 24 канала, причем и компьютерные, и голосовые данные передаются со скоростью 56 Кбит/с.
В Европейском варианте отсутствует механизм «кражи» бита.
Европейский вариант кадра PDH
Вместо этого для служебных целей используются нулевой и 16-й канальные интервалы
0 – используется для целей синхронизации приемника и передатчика
16 – используется для служебной информации
Бит-стаффинг
При мультиплексировании нескольких пользовательских потоков в мультиплексорах PDH применяется техника, называемая бит-стаффингом. К этой технике прибегают, когда скорость пользовательского потока оказывается несколько меньше, чем скорость объединенного потока. В результате мультиплексор PDH периодически сталкивается с ситуацией, когда ему «не хватает» бита для представления в объединенном потоке того или иного пользовательского потока. В этом случае мультиплексор просто вставляет в объединенный поток бит-вставку и отмечает этот факт в служебных битах объединенного кадра. Отсутствие полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в высокоскоростные и дало название технологии PDH («плезиохронный» означает «почти синхронный»).
Физический уровень
Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель. Основным вариантом абонентского доступа к каналам Т-1/Е-1 является кабель из двух витых пар с разъемами RJ-45. Две пары требуются для организации дуплексного режима передачи данных со скоростью 1,544/2,048 Мбит/с. Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает один канал Т-2/Е-2 или 4 канала Т-1/Е-1. Для работы каналов Т-З/Е-З обычно используется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.
Синхронизация сетей PDH
Синхронизация сетей PDH
В случае небольшой сети PDH, например сети города, синхронизация всех устройств сети из одной точки представляется достаточно простым делом. Однако для более крупных сетей, например сетей масштаба страны, которые состоят из некоторого количества региональных сетей, синхронизация всех устройств сети представляет собой проблему. Общий подход к решению этой проблемы описан в стандарте ITU-T G.810. Он заключается в организации в сети иерархии эталонных источников синхросигналов, а также системы распределения синхросигналов по всем узлам сети.
Каждая крупная сеть должна иметь, по крайней мере, один первичный эталонный генератор (ПЭГ) синхросигналов. Это очень точный источник синхросигналов, способный вырабатывать синхросигналы с относительной точностью частоты не хуже 10-11 (такую точность требуют стандарты ITU-T G.811 и ANSI Т1.101). На практике в качестве ПЭГ используют либо автономные атомные (водородные или цезиевые) часы, либо часы, синхронизирующиеся от спутниковых систем точного мирового времени, таких как GPS или ГЛОНАСС. Обычно точность ПЭГ достигает 10-13 . Стандартным синхросигналом является сигнал тактовой частоты уровня DS1, то есть частоты 2048 кГц для международного варианта стандартов PDH и 1544 кГц для американского варианта этих стандартов.
Вторичные задающие генераторы синхронизируются от Первичных эталонных генераторов и передают синхросигнал в нижележащие по иерархии источники синхросигналов.
Недостатки
В американском и международном европейском вариантах систем PDH присутствуют сходные недостатки, заключающиеся в сложности мультиплексирования и демультиплексирования потоков данных, а также операций ввода-вывода данных из каналов связи. А применение бит-стаффинга приводит к необходимости полного демультиплексирования кадров объединённого канала передачи данных. При этом выстраивается большая гирлянда мультиплексоров-демультиплексоров, которые значительно увеличивают стоимость строительства и эксплуатации линии связи, построенной на системе PDH.
Мультиплексирование-демультиплексирование канала PDH
Также в сетях PDH не предусмотрено средств обеспечения администрирования сети и её отказоустойчивости. Также на сегодняшний день данная технология обладает крайне низкой скоростью передачи данных.
Следовательно данная технология является вымирающей и изучается в качестве исторической технологии, заложившей начало развития синхронных сетей передачи данных.
