هرآنچه باید از SDH و PDH بدانید

SDH و PDH دو فناوری مهم در تاریخ شبکه های انتقال مخابراتی هستند که برای انتقال همزمان چندین سیگنال دیجیتال روی یک بستر ارتباطی توسعه پیدا کردند. اگرچه امروزه فناوری های مبتنی بر اترنت، فیبر نوری پرظرفیت و شبکه های نوری پیشرفته بخش زیادی از نیازهای انتقال داده را پوشش می دهند، SDH و PDH همچنان در برخی شبکه های مخابراتی، زیرساخت های قدیمی و سامانه های انتقال مورد استفاده قرار می گیرند. PDH مخفف Plesiochronous Digital Hierarchy و به معنی «سلسله مراتب دیجیتال شبه همزمان» است، در حالی که SDH مخفف Synchronous Digital Hierarchy یا «سلسله مراتب دیجیتال همزمان» است.

تفاوت اصلی این دو فناوری در روش همزمان سازی، ساختار مالتی پلکسینگ، دسترسی به سیگنال های سطح پایین و امکانات مدیریت شبکه است. SDH برای رفع بخشی از محدودیت های PDH توسعه پیدا کرد و امکان ایجاد شبکه ای با ساختار منظم تر، مدیریت ساده تر و ظرفیت بالاتر را فراهم کرد. در این مقاله از تکان انرژی کوشا به بررسی ساختار و کاربردهای این شبکه ها خوایم پرداخت.

PDH چیست؟

PDH یا Plesiochronous Digital Hierarchy یکی از فناوری های قدیمی انتقال دیجیتال است که برای انتقال همزمان چندین کانال دیجیتال از طریق یک مسیر ارتباطی توسعه یافت. واژه Plesiochronous به این موضوع اشاره دارد که تجهیزات شبکه کاملا با یک ساعت مشترک و دقیق کار نمی کنند، بلکه کلاک تجهیزات بسیار نزدیک به یکدیگر است. همین اختلاف های جزئی در زمان بندی باعث شد سیستم های PDH برای هماهنگ کردن جریان های داده به روش هایی مانند Bit Stuffing نیاز داشته باشند. در یک شبکه PDH، چند سیگنال با نرخ پایین تر با استفاده از Multiplexer با یکدیگر ترکیب می شوند تا یک جریان داده با نرخ بالاتر ایجاد شود. در سمت دریافت نیز Demultiplexer وظیفه جدا کردن این سیگنال ها را بر عهده دارد. این ساختار در زمان توسعه خود نقش مهمی در گسترش شبکه های تلفنی دیجیتال داشت، اما با افزایش نیاز به ظرفیت انتقال، مدیریت بهتر و انعطاف پذیری بیشتر، محدودیت های آن بیشتر نمایان شد.

SDH چیست؟

SDH یا Synchronous Digital Hierarchy یک فناوری استاندارد انتقال دیجیتال است که برای انتقال حجم بالای اطلاعات روی شبکه های مخابراتی و به ویژه بسترهای فیبر نوری توسعه پیدا کرد. در شبکه SDH، تجهیزات از یک ساختار همزمان سازی منظم استفاده می کنند. همین هماهنگی باعث می شود مدیریت جریان های داده و استخراج سیگنال های سطح پایین از جریان های با ظرفیت بالاتر آسان تر شود.
SDH در واقع استاندارد بین المللی ITU برای شبکه های انتقال همزمان است و از نظر هدف و معماری با SONET در آمریکای شمالی ارتباط نزدیکی دارد. واحد پایه در SDH، STM-1 است که نرخ انتقال آن 155.52 مگابیت بر ثانیه است. سطوح بالاتر مانند STM-4، STM-16 و STM-64 نیز به ترتیب ظرفیت های بالاتری ارائه می کنند.

SDH چگونه کار می کند؟

برای درک عملکرد SDH ابتدا باید مفهوم Multiplexing را بشناسیم. مالتی پلکسینگ روشی است که در آن چند جریان اطلاعاتی روی یک مسیر مشترک ترکیب می شوند تا بتوان از ظرفیت یک لینک ارتباطی به شکل موثرتری استفاده کرد. در مقصد، فرآیند Demultiplexing جریان ترکیبی را دوباره به جریان های مستقل تقسیم می کند. در SDH، سیگنال های ورودی پس از آماده سازی و Mapping در ساختارهایی مانند Container و Virtual Container قرار می گیرند. سپس این اطلاعات در چارچوب SDH قرار گرفته و از طریق شبکه منتقل می شوند.
یکی از ویژگی های مهم SDH این است که اطلاعات مدیریتی و کنترلی نیز در ساختار فریم آن وجود دارد. به همین دلیل اپراتور شبکه می تواند وضعیت لینک ها و تجهیزات را بهتر کنترل کند. این ساختار باعث شده SDH علاوه بر انتقال اطلاعات، برای مدیریت، عیب یابی و حفاظت شبکه نیز امکانات مناسبی داشته باشد.

 جهت دریافت اطلاعات و خرید تجهیزات مخابراتی از تکان انرژی کوشا کلیک کنید.

تفاوت اصلی SDH و PDH چیست؟

مهم ترین تفاوت SDH و PDH به نحوه همزمان سازی و ساختار انتقال اطلاعات مربوط می شود. در PDH، کلاک تجهیزات کاملا یکسان نیست و اختلاف های جزئی در نرخ ارسال وجود دارد. برای جبران این اختلاف ها، روش هایی مانند Bit Stuffing مورد استفاده قرار می گیرد. در SDH، شبکه بر پایه یک ساختار همزمان طراحی شده است. همین موضوع باعث می شود ترکیب و استخراج سیگنال ها ساده تر و انعطاف پذیرتر باشد. همچنین SDH امکانات مدیریتی و حفاظتی بیشتری در اختیار اپراتور قرار می دهد.

چرا SDH جایگزین PDH شد؟

یکی از مهم ترین دلایل توسعه SDH، محدودیت های موجود در ساختار PDH بود. در شبکه های PDH، برای رسیدن به یک سیگنال با نرخ بالاتر باید چند مرحله Multiplexing انجام می شد. اگر اپراتور نیاز داشت یک کانال با نرخ پایین را از جریان با ظرفیت بالا استخراج کند، معمولا باید  مراحل مختلف Demultiplexing را طی می کرد. این فرآیند باعث افزایش پیچیدگی تجهیزات و عملیات شبکه می شد.

در SDH ساختار به گونه ای طراحی شد که دسترسی به سیگنال های سطح پایین ساده تر باشد. علاوه بر این، استانداردهای SDH ظرفیت های بالاتری را در اختیار شبکه قرار دادند و امکان توسعه مرحله ای شبکه نیز بهتر شد.

نرخ های انتقال در SDH

یکی از نکات مهم در شناخت SDH، آشنایی با خانواده STM است. STM یا Synchronous Transport Module واحدهای انتقال در ساختار SDH هستند. مهم ترین سطوح رایج عبارتند از:

•  STM-1: حدود 155 Mbps
• STM-4: حدود 622 Mbps
• STM-16: حدود 2.5 Gbps
• STM-64: حدود 10 Gbps

در این ساختار، با افزایش سطح STM ظرفیت انتقال نیز افزایش پیدا می کند. به عنوان نمونه STM-4 چهار برابر STM-1 و STM-16 شانزده برابر STM-1 ظرفیت اسمی دارد.

Multiplexer در SDH و PDH چه نقشی دارد؟

Multiplexer یا MUX یکی از تجهیزات مهم در شبکه های انتقال است. وظیفه اصلی آن ترکیب چند سیگنال ورودی و تبدیل آنها به یک جریان با ظرفیت بالاتر است. فرض کنید چند جریان داده جداگانه داریم که هر کدام باید از یک مسیر مشترک عبور کنند. MUX این جریان ها را ترکیب می کند تا یک لینک مشترک بتواند آنها را منتقل کند. در سمت گیرنده، Demultiplexer یا DEMUX این جریان را دوباره تفکیک می کند.
در PDH، این فرآیند به دلیل ساختار سلسله مراتبی و اختلاف های کلاک، پیچیدگی بیشتری دارد. در SDH، ساختار همزمان و استانداردسازی فریم ها باعث شده فرآیند ترکیب و استخراج اطلاعات انعطاف پذیرتر باشد.

تجهیزات SDH چه وظایفی دارند؟

شبکه SDH فقط از یک نوع تجهیز تشکیل نشده است. بسته به معماری شبکه، تجهیزات مختلفی برای انتقال، Multiplexing، بازتولید سیگنال و مدیریت ارتباطات استفاده می شوند. یکی از تجهیزات مهم Terminal Multiplexer است که برای جمع آوری و ترکیب سیگنال های ورودی استفاده می شود. Add-Drop Multiplexer یا ADM نیز امکان اضافه کردن یا استخراج بخشی از ترافیک را بدون نیاز به باز کردن کامل جریان اصلی فراهم می کند. این ویژگی یکی از مزایای مهم SDH در شبکه های انتقال است. Regenerator نیز در مسیرهای طولانی برای بازسازی و تقویت ساختار سیگنال استفاده می شود تا کیفیت انتقال حفظ شود.

شبکه Ring در SDH چیست؟

یکی از ویژگی های مهم شبکه های SDH امکان استفاده از توپولوژی Ring یا حلقه است. در چنین ساختاری تجهیزات در قالب یک حلقه به یکدیگر متصل می شوند. استفاده از Ring می تواند قابلیت حفاظت و بازیابی ارتباط را افزایش دهد. در صورت بروز مشکل در بخشی از مسیر، ترافیک می تواند با استفاده از مسیر جایگزین در حلقه منتقل شود.
این ویژگی باعث شده SDH برای شبکه هایی که پایداری و تداوم سرویس اهمیت زیادی دارد، گزینه مناسبی باشد. منابع تخصصی نیز قابلیت Protection Switching و بازیابی سریع ترافیک را از مزایای مهم SDH معرفی می کنند.

مزایای SDH چیست؟

SDH نسبت به معماری های قدیمی تر انتقال دیجیتال، مجموعه ای از قابلیت های فنی و مدیریتی را ارائه می دهد.
از مهم ترین مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ظرفیت انتقال بالاتر
• ساختار استاندارد و منظم
• مدیریت ساده تر شبکه
• امکان مانیتورینگ بهتر
• پشتیبانی از حفاظت مسیر
• امکان Add و Drop کردن ترافیک
• قابلیت توسعه به نرخ های بالاتر
• پشتیبانی از انواع مختلف ترافیک
• امکان استفاده در شبکه های فیبر نوری
• افزایش قابلیت اطمینان شبکه

SDH همچنین می تواند انواع مختلف سیگنال ها از جمله ترافیک های PDH و برخی سرویس های داده را حمل کند و به همین دلیل در دوره گذار از شبکه های قدیمی به زیرساخت های جدید نیز اهمیت داشته است.

کاربردهای SDH و PDH

PDH بیشتر در نسل های قدیمی شبکه های مخابراتی و سیستم های انتقال دیجیتال مورد استفاده قرار گرفته است. بسیاری از شبکه های سنتی تلفن و ارتباطات دیجیتال اولیه بر پایه این فناوری ساخته شدند. SDH نیز برای شبکه های انتقال اپراتورها، شبکه های تلفنی، انتقال ترافیک داده و ارتباطات مبتنی بر فیبر نوری مورد استفاده قرار گرفته است. SDH می تواند ترافیک های مختلفی مانند سیگنال های PDH، Ethernet aggregation، ATM و برخی سرویس های ذخیره سازی و ارتباطی را منتقل کند.

در برخی زیرساخت های قدیمی، همچنان تجهیزاتی وجود دارند که برای انتقال سرویس های سنتی به کار گرفته می شوند. در چنین شرایطی ممکن است SDH به عنوان یک لایه انتقال و PDH به عنوان بخشی از سرویس یا تجهیزات قدیمی در کنار یکدیگر دیده شوند.

آیا PDH هنوز استفاده می شود؟

اگرچه SDH از نظر معماری و امکانات نسبت به PDH پیشرفته تر است، اما این موضوع به معنی حذف کامل تجهیزات PDH از تمام شبکه ها نیست. سازمان ها و اپراتورهایی که سال ها قبل زیرساخت های PDH ایجاد کرده اند، ممکن است هنوز بخشی از تجهیزات یا سرویس های مبتنی بر آن را در شبکه خود داشته باشند. هزینه جایگزینی کامل تجهیزات قدیمی و همچنین نیاز به حفظ سرویس های سنتی می تواند باعث ادامه فعالیت این تجهیزات شود. از طرف دیگر، SDH نیز در بسیاری از شبکه های مدرن به عنوان فناوری اصلی توسعه جدید در نظر گرفته نمی شود و در برخی محیط ها فناوری های Packet و Optical Transport جایگزین آن شده اند.
بنابراین هنگام بررسی یک شبکه قدیمی، شناخت PDH و SDH همچنان اهمیت دارد.

SDH بهتر است یا PDH؟

نمی توان بدون توجه به شرایط شبکه گفت که یک فناوری در همه شرایط مناسب تر است. اگر هدف مقایسه از نظر قابلیت های فنی باشد، SDH برای شبکه های انتقال با نیاز به همزمان سازی دقیق، ظرفیت بالاتر، مدیریت شبکه، حفاظت و انعطاف پذیری بیشتر طراحی شده است.
PDH بیشتر برای معماری های قدیمی و سرویس هایی که از این فناوری پشتیبانی می کنند اهمیت دارد. در شبکه هایی که تجهیزات PDH هنوز فعال هستند، ممکن است استفاده از تجهیزات SDH برای انتقال یا تجمیع ترافیک قدیمی راهکاری عملی برای مدیریت زیرساخت موجود باشد. بنابراین انتخاب تجهیزات باید بر اساس نوع سرویس، ظرفیت مورد نیاز، توپولوژی شبکه، تجهیزات موجود و برنامه توسعه آینده انجام شود.

تفاوت SDH با SONET چیست؟

SDH و SONET فناوری های بسیار نزدیک به یکدیگر هستند و هر دو برای انتقال دیجیتال همزمان طراحی شده اند. تفاوت اصلی آنها در استاندارد و بازار هدف است. SDH استاندارد بین المللی مرتبط با ITU-T است، در حالی که SONET در آمریکای شمالی توسعه و استانداردسازی شد. واحد پایه SDH، STM-1 با نرخ 155.52 Mbps است، در حالی که SONET از ساختار OC استفاده می کند و نرخ پایه آن OC-1 برابر 51.84 Mbps است. هر دو فناوری از نظر مفاهیم اصلی مانند انتقال همزمان، Multiplexing و حفاظت شبکه شباهت های زیادی دارند.

نقش SDH و PDH در شبکه های مخابراتی

SDH و PDH را می توان بخشی از مسیر تکامل شبکه های انتقال دیجیتال دانست. PDH در دوره ای که نیاز به انتقال دیجیتال چندین کانال تلفنی مطرح بود، راهکاری مهم محسوب می شد. اما افزایش حجم داده، نیاز به مدیریت بهتر و ضرورت ایجاد ظرفیت های بالاتر باعث توسعه فناوری های جدیدتر مانند SDH شد. SDH با ایجاد یک ساختار همزمان و استاندارد، بسیاری از محدودیت های موجود در PDH را کاهش داد و امکان مدیریت بهتر شبکه های انتقال را فراهم کرد. با این حال، توسعه شبکه های مبتنی بر Ethernet، IP و فناوری های انتقال نوری جدید باعث شده معماری شبکه های مخابراتی به سمت زیرساخت های Packet-Based و ظرفیت های بسیار بالاتر حرکت کند. با وجود این، شناخت SDH و PDH برای مهندسان مخابرات، کارشناسان نگهداری شبکه و افرادی که با زیرساخت های Legacy کار می کنند همچنان اهمیت دارد.

سوالات متداول در استفاده از SDH و PDH