Технической основой построения транспортных сетей являются телекоммуникационные системы передачи синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy – SDH). Их внедрение на сетях связи началось в 80-е годы XX в. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются «производителями» информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков, формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), так и в новых телекоммуникационных технологиях – ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container – VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заголовками (Path Overheard – РОН). В общем случае дополнительные каналы предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Maintenance, ОАМ). Это обеспечивает высокие функциональные возможности и высокую надежность сети связи.
Группы однотипных или разнотипных виртуальных контейнеров VC передаются между элементами транспортной сети (от отправителя информации к получателю) по линиям передачи в виде информационных структур, называемых синхронными транспортными модулями Synchronous Transport Module – STM). «Транспортирование» STM осуществляется с разными скоростями передачи соответствующим различным порядком STM-1, 4, 16, 64. STM-N оснащаются соответствующими заголовками, обеспечивающими передачу STM с полной функцией ОАМ в пределах регенерационной секции (Regeneration Section OH – RSOH) и мультиплексорной секции (Multiplex Section ОН-MSOH). Упрощенная функциональная схема системы передачи SDH, которая является основным структурным звеном транспортной сети, приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Функциональная схема системы передачи SDH
На рисунке приведены два вида секций, которые называются «Регенерационная секция» и «Мультиплексорная секция».
«Регенерационная секция» представляет собой сегмент системы передачи между оконечным оборудованием сетевого элемента, в котором сигнал STM-N передается или принимается и регенератором, или между двумя смежными регенераторами.
«Мультиплексорная секция» – это средство передачи информации между двумя сетевыми элементами, в одном из которых формируется (собирается) сигнал STM-N, а в другом «разбирается» до компонентных потоков. В общем случае транспортная сеть SDH состоит из мультиплексорных секций, для которых уровень SDH-сигнала может быть разным в зависимости от требуемой емкости канала передачи для каждой секции.
«Тракт» – означает логическое соединение между точкой системы передач SDH, в которой производится «сборка» виртуального контейнера VC (например, из компонентных потоков PDH) и точкой, в которой VC «разбирается». Тракт можно представить себе как трубку, проложенную через мультиплексорные секции, непосредственно соединяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для «транспортировки» различных объемов цифровой информации разработаны виртуальные контейнеры различного типа. Для европейских потоков PDH таковыми являются:
VC низшего порядка (Low order VC, LOVC);
VC-12 для «транспортировки» Е1 = 2048 Кбит/с (2 М);
VC-22 для «транспортировки» Е2 = 8448 Кбит/с (8 М);
VC высшего порядка (High order VC, HOVC);
VC-3 для «транспортировки» ЕЗ = 34368 Кбит/с (34 М);
VC-4 для «транспортировки» Е4 = 139264 Кбит/с (140 М).
В зависимости от «емкости» виртуального контейнера различают тракты VC-12, VC-22 (низшего порядка) и тракты виртуальных контейнеров VC-3, VC-4 (высшего порядка).
Виртуальный контейнер является элементарной единицей обрабатываемой информации в транспортной системе SDH при мультиплексировании, перекрестных соединениях (кроссконнекция) и т.д. При этом нет необходимости доступа к «транспортируемой» информации, так как различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами (в то же время к VC добавляется информация, необходимая для его обработки в пути следования).
Как указывалось выше, виртуальные контейнеры передаются между элементами транспортной сети в виде STM различного порядка. Основной (первичной) структурой для получения потоков STM является STM-1 с нормализованной скоростью передачи 155,52 Мбит/с. При этом, в зависимости от потребности сети, в цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях:
STM более высокого порядка могут быть получены из цифрового потока STM-1 простым синхронным мультиплексированием согласно рекомендации G.707 сектора телекоммуникаций Международного Союза электросвязи (МСЭ-Т):
Причем мультиплексирование, начиная с STM-4, осуществляется в оптическом диапазоне.
Информационные структуры STM-N передаются между элементами транспортной сети по линиям передачи, организованным по волоконно-оптическим кабелям связи, спутниковым линиям или по цифровым радиорелейным линиям (учитывая особенности мультиплексирования, по ЦРРЛ можно передавать в электрическом виде только цифровой поток STM-1).
Характерной особенностью транспортных систем передачи SDH, показанных на рис. 2.1, является высокая степень резервирования как линейных трактов, так и основных узлов мультиплексорного оборудования. Так, линии передачи между элементами сети обычно полностью резервируются (рис. 2.1), что позволяет избежать потерь огромных потоков информации при авариях (например, даже в первичном потоке STM-1 может передаваться трафик 1920 каналов ТЧ в режиме «транспортирования» потока 140 М).
Пример построения фрагмента транспортной сети с использованием систем передачи SDH приведен на рис. 2.2. Как видно из рисунка, транспортная сеть предназначена для передачи любых информационных сообщений в цифровом виде. По своей сути транспортная сеть – это совокупность узлов коммутации, пунктов ввода отдельных цифровых потоков, линий передачи с регенераторами и мультиплексорами. Во всех узлах транспортной сети возможно переключение трактов для вывода и ввода информационных потоков. Кроме того, в узлах сети тракты могут переключаться в случае повреждений на линии передачи или в оборудовании.
Рис. 2.2. Фрагмент транспортной сети с использованием систем передачи SDH
Добрый день, уважаемое сообщество.
В данной статье хотелось бы немного рассказать о планировании Mobile Backhaul в нашем небольшом операторе связи. Возможно кому-то это покажется интересным, а может быть и полезным.
Начну с того, что наша компания предоставляет услуги мобильной связи 2G/3G и в ближайшее время планирует запуск в коммерцию сети LTE. Наша абонентская база составляет всего около 200 000 человек. Таким образом, по современным меркам, мы являемся довольно маленьким оператором.
И вот, не так давно, перед нами встала задача по модернизации опорной сети передачи данных.
Цель проекта
Как известно, в настоящее время многие операторы связи переводят свои опорные сети на IP.Это связано с увеличением объемов потребляемого трафика, внедрением новых технологий, таких как VoIP, IPTV, LTE и др.
Переход на IP делает оператора очень гибким, позволяет без проблем наращивать пропускную способность и предоставлять новые сервисы.
Наш оператор не явился исключением и мы также начали проект по строительству Mobile Backhaul.
Что же такое Mobile Backhaul?
Mobile Backhaul - это опорная сеть передачи данных связывающая базовые станции с функциональными элементами 2G/3G/LTE сети (контроллеры базовых станций и др.). А в случае LTE Mobile Backhaul также обеспечивает возможность соединения базовых станций напрямую между собой. Кроме этого Mobile Backhaul должен также обеспечивать возможность предоставления всех необходимых сервисов (синхронизация, качество обслуживания и др.).Анализ требований к опорной сети
На первом этапе необходимо было понять каким требованиям должна отвечать опорная сеть и какое оборудование для этого должно быть использовано.После анализа имеющихся у нас задач, было выяснено, что опорная сеть должна выполнять следующие функции:
1) Обеспечивать возможность изоляции различного типа трафика от базовой станции (сигнализация, управление, данные и др.)
2) Обеспечивать возможность подключения корпоративных клиентов с использованием услуги L2VPN/L3VPN
3) Обеспечивать необходимые показатели качества обслуживания (QoS)
4) Обеспечивать возможность синхронизации базовых станций по IP (IEEE 1588)
Таким образом, учитывая эти требования, в опорной сети было решено развернуть технологию MPLS, которая позволяет реализовать поверх себя все (и даже больше) перечисленные функции.
Для построения Mobile Backhaul было выбрано оборудование компании Cisco Systems.
Выбор был сделан с учетом следующих факторов:
1) Наш оператор имеет давние взаимоотношения с компанией Cisco Systems. Вся транспортная сеть построена на оборудовании данной компании.
2) В технологической сети используется оборудование Nokia, которая является партнером Cisco Systems в части построения сетей для операторов связи.
3) В последнее время Cisco выпускает достаточное количество интересного железа для операторов связи, которое очень хорошо вписывается в нашу концепцию.
Проектирование сети
В настоящее время как у Nokia так и у Cisco Systems существует множество вариантов дизайна сети операторов связи. Основной проблемой в нашем случае являлось то, что все эти варианты планировались для больших операторов и никак не соответствовали нашим требованиям.В частности Cisco предлагает для проектирования опорной сети Unified MPLS Mobile Transport Design Guide (находится в свободном доступе на сайте Cisco Community). В этом Design Guide есть несколько вариантов построения сети, минимальный из которых предусматривает ситуацию, в котором у Вас имеется «менее 1000 узлов доступа». И даже этот вариант оказался большим для нашего оператора (первоначально планируется перевести на IP около 50 базовых станций с дальнейшим увеличением до 300-400). При этом несколько близлежащих базовых станций могут подключаться в один узел доступа.
Таким образом в нашей сети можно рассчитывать максимум на 100-150 узлов доступа.
В связи с вышесказанным, мы приступили к упрощению предложенной Cisco схемой и адаптацией к нашим реалиям.
В итоге получилось следующее:
1) Опорная сеть будет состоять из трех уровней: доступ, агрегация и ядро (для больших решений Cisco использует 5 уровней).
2) На всей опорной сети будет настроен MPLS, вплоть до доступа. Это позволит реализовать весь необходимый нам функционал и обеспечить требуемый уровень обслуживания.
3) Маршрутизация также будет дотянута до узлов доступа, что позволит передавать трафик между соседними базовыми станциями напрямую, минуя агрегацию/ядро.
В качестве узлов доступа были выбраны маршрутизаторы Cisco ASR901, позиционирующиеся как Cell Site Gateway.
Преимуществами данных маршрутизаторов являются: относительно низкая цена, полный набор необходимых фунций, DC питание, низкое энергопотребление и большой набор сетевых интерфейсов.
В качестве узлов агрегации были выбраны коммутаторы Cisco ME3600X. На этих коммутаторах имеется по 24 оптических порта Gigabit Ethernet и два интерфейса 10 Gigabit, что позволяет передавать в ядро большие объемы трафика. Кроме этого эти коммутаторы хорошо поддерживают MPLS и все необходимые фунции.
В качестве ядра опорной сети выступают имеющиеся на данный момент Cisco 7609. Для них лишь были докуплены платы 10 Gigabit для обеспечения необходимой пропускной способности.
В итоге вырисовывается следующая схема:
Все узлы доступа подключаются полукольцом по 3-5 маршрутизаторов, что позволяет сэкономить дорогостоящие порты на коммутаторах агрегации и в то же время обеспечить резервирование в случае единичного отказа устройства или линка. Каждый из узлов агрегации подключается к каждому из узлов ядра, что также обеспечивает необходимый уровень резервированная.
Подключение базовых станций
В нашем случае существует два типа подключения: подключения 2G/3G станций и подключение LTE станцийВ случае с LTE все выглядит довольно просто. IP/MPLS протягивается вплоть до ASR901. На ASR 901 настраивается протокол маршрутизации OSPF и необходимые L3VPN (VRF) - в нашем случае это ControlPlane, UserPlane, O&M и SyncroPlane:
ControlPlane - Сигнализация
UserPlane - Данные
O&M - Управление
SyncroPlane - Синхронизация
Базовые станции включаются различными сабинтерфейсами в необходимые им L3VPN.
Эти же L3VPN присутствуют на узлах, к которым подключены MSS/RNC и др. Таким образом связь между базовой станцией и указанными сетевыми элементами осуществляется изолированно внутри L3VPN посредством протокола MP-BGP.
В случае с 2G/3G базовые станции подключаются с помощью TDM/ATM, по которым и передаются данные и служебный трафик. В связи с этим необходимо обеспечить передачу TDM/ATM трафика между базовой станцией и контроллером по IP-сети. Это достигается настройкой L2VPN (Pseudowire) между ASR901 и сайт-коммутаторами к которым подключен RNC. Таким образом все данные передаются по туннелю поверх IP-сети.
В итоге мы получаем единую архитектуру, позволяющую осуществлять подключение различных типов базовых станций, корпоративных клиентов и которая при этом легко масштабируется.
Эта схема в тестовом использовании зарекомендовала себя очень хорошо и готовится к вводу в коммерческую эксплуатацию.
Чтобы не перегружать статью, здесь не были глубоко затронуты вопросы QoS, синхронизации и т.д.
Возможно эти вопросы будут описаны в дальнейшем, если они кого-нибудь заинтересуют.
Современная транспортная сеть должна обеспечивать экономически эффективную агрегацию любого клиентского трафика и его надежную, высококачественную передачу по каналам связи. Этого можно достичь с помощью различных транспортных технологий, многие из которых разработаны совсем недавно.
Транспортные решения следующего поколенияШироко распространенные TDM-технологии, базирующиеся в основном на принципах синхронной иерархии SDH (STM-N, VC-n и т.п.), в настоящее время вытесняются:
На электрическом уровне - технологиями Carrier Ethernet (интерфейсы E/FE, GE, 10GE, 40GE и 100GE) и MPLS-Transport Profile. Эти технологии обеспечат широкие возможности для создания транспортных сетей с пакетной коммутацией операторского класса, ориентированных на установление соединений;
На фотонном уровне - технологиями оптической транспортной иерархии OTH/OTN, похожими на SDH, но в отличие от нее обеспечивающими прозрачность передачи и кросс-коммутации совокупности TDM- и пакетного трафика в любом сочетании с дальнейшей их передачей по каналам систем с разделением каналов по длине волны оптического излучения (систем со спектральным уплотнением каналов) - WDM.
Сервисные сети IP/MPLS могут предоставлять услуги, соединяясь между собой, с системами опорной сети операторов фиксированной и мобильной связи, с точками присутствия провайдеров услуг, а также с системами широкополосного доступа непосредственно или поверх транспортной сети операторского класса. Пакетные коммутаторы с функциональностью Carrier Ethernet/T-MPLS & MPLS-TP становятся важным элементом транспортного уровня сети, взаимодействуя поверх существующих сетей NG SDH/MSPP и/или прозрачного и гибкого фотонного уровня OTN/WDM. Гибкий автоматизированный WDM-фотонный уровень снабжается программно перестраиваемыми и реконфигурируемыми оптическими узлами ввода/вывода T&ROADM. Эти и другие решения, включая использование интеллектуальных транспортных технологий ASON/GMPLS (Intelligent Optical Core), должны быть масштабируемыми по производительности и открытыми для модернизации.
Конвергенция транспортных решений и технологий Ethernet: эволюция к 40G и 100G
Процессы IP-трансформации стимулировали исследования по увеличению пропускной способности транспортных сетей как для традиционного (TDM), так и для пакетного трафика.
Для существующих систем синхронной транспортной иерархии SDH стандартизованы скорости передачи от STM-1 (155 Мбит/с) до STM-256 (40 Гбит/с), увеличивающиеся от уровня к уровню с коэффициентом 4. Для систем оптической транспортной иерархии стандартизованы скорости передачи от OTU-1 (2,5/2,7 Гбит/с) до OTU-3 (40/43 Гбит/с), которые также увеличиваются от уровня к уровню с коэффициентом 4. Скорость передачи Ethernet (интерфейсы) росла с коэффициентом 10 и достигла на сегодняшний день 100 Гбит/с. Конвергенция этих технологий началась со скоростей передачи 10G. Исследования последних лет показали, что эта конвергенция развивается в направлении скоростей передачи 40G и 100G. Проходящая в настоящее время стандартизация поддерживает такую конвергенцию и закладывает перспективу для создания сетей следующих поколений.
Предложенные первоначально для центров сбора и обработки данных, а также для корпоративных компьютерных сетей системы 40GE, по всей вероятности, будут широко использоваться и на уровне транспортных сетей с внедрением непривычного для Ethernet-технологии коэффициента 4 (40GE по отношению к 10GE). На магистральном уровне сетей будет реализована скорость передачи 100GE/OTN с непривычным для транспортных сетей коэффициентом 2,5 по отношению к внедряемому сегодня уровню 40GE/OTN.
Удовлетворение поставленных сервис-провайдерами требований невозможно без освоения скоростей передачи данных в диапазоне до 100 Гбит/с и выше.
Для новых протоколов и интерфейсов 40G и 100G в настоящее время разрабатываются стандарты. Еще в июле 2006 г. рабочая группа IEEE 802.3 WG создала специальную группу High Speed Study Group (HSSG), утвердившую год спустя две MAC (Media Access Control) скорости передачи:
40GE для приложений, связанных с взаимодействием серверов (server-to-server), а также серверов и пакетных коммутаторов (server-to-switch);
100GE для приложений, связанных с взаимодействием пакетных коммутаторов (switch-to-switch), включая соединения «точка-точка» между сетевыми кластерами и т.п.
Главные усилия направлены на выбор новых технологий и решений, включая новые методы линейного кодирования, которые позволят наиболее эффективно передавать высокоскоростные цифровые потоки 40 Гбит/с и 100 Гбит/с по каналам систем WDM, работающих сегодня в основном на скоростях не выше 10 Гбит/с (из расчета на каждый оптический канал).
Для увеличения дальности передачи потоков 40 Гбит/с и 100 Гбит/с по каналам систем WDM будут использованы многоуровневые линейные коды (QAM и т.п.), улучшенные коды с исправлением ошибок (SFEC), а также методы когерентного приема вместо дифференциального детектирования сигналов. За новыми методами будущее, но на начальных этапах 100-гигабитные системы будут внедряться с определенными ограничениями по дальности передачи на WDM-системах, уже работающих на уровне 10 Гбит/с.
Транспортные решения OTN/OTH
Оптическая транспортная иерархия (Optical Transport Hierarchy, OTH), как определено в рекомендации МСЭ G.798 & G.709, предусматривает методы размещения, мультиплексирования и управления сетями, поддерживающими различные клиентские сигналы в их натуральном формате, независимо от типов используемых протоколов. В стандарте описана единая структура Optical Data Unit (ODU)/Digital wrapper, в которой можно разместить несколько существующих фреймов потоков данных, а затем объединить их с другими сигналами и далее передавать и управлять в едином стиле с единой функциональностью, аналогичной той, что принята в системах SDH.
Первая версия OTH была ориентирована преимущественно на клиентские сигналы SDH. Поэтому изначально в рекомендации G.709 были определены только 3 фиксированных типа ODU-контейнеров:
ODU 1 for CBR 2G 5 (STM -16);
ODU 2 for CBR 10G (STM -64);
ODU3 for CBR40G (STM-256).
В настоящее время структуры OTH рассматриваются с учетом передачи таких клиентских сигналов, как
Ethernet 1GE , 10GE WAN /LAN , 40GE , 100GE ;
OTH 2,5G , 10G , 40G , 100G ;
SDH 2,5G , 10G , 40G ;
FC 1G, 2G, 4G, 8G (10G).
Технология OTN является идеальным средством для создания конвергентных транспортных платформ, обеспечивающих прозрачность при передаче трафика, относящегося к любым услугам поверх оптических каналов WDM-систем, поскольку имеет собственный отдельный заголовок, похожий на заголовок в SDH и дающий возможность контролировать сеть и управлять ею. Поэтому поддерживается прозрачная совместная передача совокупности асинхронного (пакетного) и синхронного (TDM) трафика в любых сочетаниях.
Кроме того, системы OTN:
Очень эффективны при поддержке асинхронных пакетно ориентированных услуг, таких как GE, 10GE, различного уровня Fiber Channel (FC), ESCON & FICON, не имеющих собственных средств мониторинга на физическом уровне;
Позволяют обнаружить и локализовать отказы в WDM-сети, значительно повышая качество предоставляемых услуг;
Являются единственной технологией, которая может передавать широко распространенные в IP/Ethernet клиентские сигналы 10GE LAN PHY;
Обеспечивают совместную передачу синхронных и асинхронных сигналов поверх одного оптического lambda-канала системы WDM.
Следует, однако, отметить, что стандартизация OTN не закончена, в частности алгоритм размещения GE, FC и Video еще не до конца разработан, прозрачное размещение 10GE оговорено параллельно в нескольких различающихся стандартах, для группирования и коммутации сигналов со скоростями передачи ниже 2,5 Гбит/с на практике все еще используются системы SDH. Однако стандартизация продолжается, включая уровень ODU4/100GE и уровень ODUflex для сигналов со скоростями ниже, чем ODU-1 (sub-lambda-каналы).
Технология OTN имеет все шансы стать в перспективе универсальным прозрачным электрическим уровнем оптических магистральных сетей связи, расширяя хорошо отработанные в TDM/SDH методы OAM на пакетные интерфейсы типа Ethernet (включая 10GE LAN PHY), FC, ESCON, Digital Video и т.п.
Роль ROADM на фотонном уровне транспортной сети
Реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода/вывода ROADM упрощают процесс планирования и обслуживания сетей DWDM, обеспечивая автоматизацию (с минимальным участием обслуживающего персонала) процессов добавления, удаления или перенаправления оптических каналов. В существующих сетях эти процессы пока осуществляются вручную с затратой значительных усилий на адаптацию оборудования и переключение трафика и требуют высокой квалификации персонала. Основой ROADM стали оптические устройства нового класса, а именно селективные переключатели длин волн Wavelength Selective Switch (WSS) с одним входом (групповой сигнал) и многими выходами для групп и/или индивидуальных каналов или со многими входами для групп и/или индивидуальных каналов и одним выходом.
Следует отметить, что если в узле производится ввод, вывод или перемаршрутизация/коммутация канала на другое направление передачи, то все соединения между узлами сети, включая транзитные соединения через узел на фотонному уровне, должны выдерживать тонкий баланс между параметрами индивидуальных оптических каналов (длин волн) для достижения оптимальных параметров в системе передачи в целом. Поэтому в ROADM имеется функция динамической балансировки уровней оптической мощности различных оптических каналов.
Как только в системах WDM стали доступны транспондеры с возможностью перестройки длины волны излучения во всем C-диапазоне в соответствии с сеткой частот с шагом 100 ГГц и 50 ГГц (до 80-96 длин волн оптического излучения в C-band), в ROADM обнаружился новый ограничивающий фактор. Оптические каналы выводились на фиксированные порты ROADM, соответствующие конкретному значению длины волны оптического излучения. Поэтому, несмотря на гибкость транспондеров, избежать ручных операций для переключения канала на новые направления не удавалось.
В результате проведенных исследований для предотвращения блокирования оптического канала было предложено устройство colorless ROADM, в котором любой пользовательский порт может быть использован для организации канала с любой длиной волны оптического излучения. На следующем этапе были применены directionless ROADM, в которых к любому порту любого направления передачи может быть адресован оптический сигнал на любой длине волны. Ввод/вывод соответствующего канала по любому направлению осуществляется автоматически, без нарушения баланса в оставшихся оптических каналах, передаваемых через узел насквозь. Такая концепция в сетевых решениях Alcatel-Lucent получила название Zero Touch Photonic (ZTP) - сеть, перестраиваемая посредством системы управления, т.е. без «ручного» вмешательства персонала на узлах (рис. 1).
Наличие в узлах WDM-сети colorless & directionless T&ROADM-систем является обязательным условием реализации функциональности ASON/GMPLS на фотонном уровне сети.
Интеллектуальные транспортные решения ASON/GMPLS
Сети следующего поколения должны быть более динамичными, обеспечивать эффективное использование ресурсов и высокий уровень надежности и качества предоставления услуг по запросу. Иными словами, нужно обеспечить динамическое предоставление ресурсов сети (необходимой полосы) для доставки любых услуг в любое время любому пользователю. Именно поэтому IETF расширил сигнализационные и маршрутизирующие протоколы MPLS за пределы IP-сети, и на этой основе был разработан обобщенный протокол General MultiProtocol Label Switching (GMPLS).
Функциональность GMPLS с распределенным уровнем системы управления (Control Plane), отделенным от уровня передачи данных (Data Plaine), стала следующим этапом эволюции технологий MPLS для использования их в транспортных сетях. МСЭ-Т (ITU-T) более глубоко рассмотрел сетевые аспекты применения этой функциональности в ряде рекомендаций для Automatically Switched Optical Network (ASON). OIF завершил стандартизацию сетевых интерфейсов. Пользовательские интерфейсы UNI служат для доступа к сети ASON для запроса на предоставление услуг, контроля соединений, обеспечения QoS в соответствии со SLA, сбора сообщений об отказах и т.п. Сетевые интерфейсы NNI предназначены для связи между сетевыми элементами, сетевыми доменами и разными сетями. На этом уровне в рамках Control Plane ведутся обработка запросов на соединения, их организация и контроль, обмен в определенных объемах информацией о доступных ресурсах в сетевых элементах и соединениях, маршрутизация сервисов между сетевыми доменами и т.п.
Одно из основных достоинств интеллектуальной транспортной сети с функциональностью ASON - способность по требованию пользователей или запросу от системы централизованного управления сетью автоматически устанавливать:
Соединения внутри сети, построенной на оборудовании одного поставщика;
Сквозные соединения на сети, построенной не только на оборудовании разных поставщиков, но и с использованием разных функциональных и технологических уровней, ориентированных на установление соединений, например SONET/SDH (VC-N), WDM/OTN (OCH, ODU), T-MPLS/MPLS-TP (LSP, PW3) и т.п.
Для реализации ASON/GMPLS на фотонном уровне в узлах WDM-сети размещаются системы T&ROADM, обеспечивающие переключение оптических каналов без дополнительного O-E-O-преобразования. Если системы T&ROADM имеют коэффициент связности N до 6-10 (количество направлений, на которые можно переключить оптический канал из одного узла сети на фотонном уровне), то в этом случае отпадает необходимость сохранять свободной до 50% емкости сети для реализации защитных механизмов с полным дублированием каналов типа O-SNCP, OCP и т.п. Достаточно иметь 10-25% распределенной свободной емкости на соединениях в сети, чтобы обеспечить возможность обхода пораженных участков на основе ASON/GMPLS.
В этих же узлах могут размещаться системы автоматического переключения трактов, работающие в соответствии со стандартом OTH/OTN на электрическом уровне и обеспечивающие прозрачное переключение данных на уровне ODU и/или sub-lambda-каналов (ODUflex), включая GE, 10/100 Ethernet, Fiber Channel, FICON/ESCON, SONET/SDH и т.п. Технология ASON/GMPLS может быть реализована и на OTH/OTN-уровне сети (рис. 2).
Функциональность ASON/GMPLS на уровне SDH уже внедрена на многих сетях. Аналогичная функциональность на фотонном уровне, обеспечивающая при отказах сети автоматическое восстановление (без вмешательства в этот процесс оператора системы управления) оптических lambda-каналов, реализована в оборудовании 1626LM и начнет внедряться на сетях операторов в 2010 г. икс
6 Транспортные сети
Дается общее понятие о транспортной сети, сети на основе SDH , ATM и оптические сети; элементы транспортной сети, топологии и архитектура.
6.1 Модели и элементы транспортных сетей
Транспортная сеть (transport network ) – часть сети связи, охватывающая магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные, междугородные). В таблице 6.1.1 показаны структуры моделей транспортных сетей, имеющих функциональные уровни: физический, трактов и каналов .
Таблица 6.1.1 – Структуры многоуровневых моделей транспортных сетей
|
Оптическая сеть |
||||||
|
Уровень каналов |
Цифровые каналы Е1, Е3, Е4 |
Уровни АТМ |
Виртуальные каналы |
Уровень каналов |
||
|
Уровни трактов |
Виртуальные тракты |
Уровни трактов |
Другие электрические тракты |
Тракты SDH |
||
|
Тракты виртуальных контейнеров |
Физический уровень |
Цифровая секция (тракт) |
Оптические транспортные системы |
|||
|
Физический уровень |
Секции мультиплексирования и регенерации |
Уровни оптической сети |
Секции оптического мультиплексирования |
|||
|
Оптическая ретрансляция |
||||||
|
Физическая среда |
Физическая среда |
Оптоволоконная линия |
||||
Первичные сети, являющиеся базовыми транспортными или магистральными сетями, служат основой для построения всего многообразия современных мультисервисных сетей связи. Таким образом, первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи .
Главным требованием, предъявляемым к транспортным сетям, является выполнение сетью основной функции – обеспечения пользователям возможности доступа ко всем разделяемым ресурсам сети.
Основные информационно-технические характеристики цифровой первичной сети (ЦПС), которые существенно определяют ее возможности по предоставлению гарантированного качества обслуживания пользователей сети и возможности сети в целом, следующие: пропускная способность транспортных магистралей или базовые скорости передачи, определяемые уровнем транспортных модулей (STM-N, N=1, 4, 16,…); объем входящего и исходящего трафика в узлах сети; суммарный трафик в трактах и магистралях сети; надежность или коэффициент готовности сети в целом
К современным ЦПС и корпоративным сетям предъявляются требования, обеспечивающие возможность не только гарантировать необходимое качество обслуживания, но и дальнейшее развитие сети:
Для оценки надежности таких сложных систем, какими являются ЦПС, применяют понятие готовности , или коэффициента готовности , который определяется долей времени, в течение которого сеть может быть использована по назначению. Готовность сети может быть повышена путем аппаратного резервирования элементов (узлов) сети, резервирования трафика, трактов и каналов за счет соответствующей организации архитектуры всей сети, ее топологии, управления и синхронизации сети, включая сети доступа к ЦПС.
Расширяемость означает возможность сравнительно легкого (в ограниченных пределах) добавления отдельных элементов сети (пользователей, служб), наращивания сегментов сети доступа и замены существующей аппаратуры более мощной.
Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество сетевых узлов и протяженность трактов в очень широких пределах без снижения пропускной способности транспортных магистралей.
Управляемость сети подразумевает возможность централизованно осуществлять конфигурацию, наблюдение, контроль и управление, как каждым сетевым элементом, так и всей сетью в целом, включая управление трафиком и планированием развития сети , .
Современная транспортная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM).
Используется иерархия скоростей передачи каналов в соответствии с международными рекомендациями ITU-T и получившим наибольшее распространение европейским стандартом. При этом технологии плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ/PDH) и синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH) позволяют сформировать транспортную сеть с выделенными цифровыми каналами для всех пользователей первичной сети.
На основе ЦПС СЦИ/SDH можно создавать наложенные сети с коммутацией каналов, например цифровые сети интегрированного обслуживания (ЦСИО/ISDN), и коммутацией пакетов, например АТМ (асинхронный режим переноса (АРП/АТМ)). В ЦПС АТМ–сеть интегрируется поверх сети СЦИ/SDH, как наложенная сеть, представляя собой одновременно и транспортную, и вторичную сети и одновременно являясь сетью доступа.
Технология АТМ или асинхронного режима передачи (АРП/АТМ) разработана как единая универсальная транспортная технология нового поколения сетей с интеграцией услуг, так называемых широкополосных цифровых сетей интегрированного обслуживания (Ш-ЦСИО или B-ISDN) .
Технология АТМ совместима со всеми базовыми сетевыми технологиями глобальных сетей – TCP/IP, SDH, PDH, Frame Relay – и сетевыми технологиями локальных сетей. Технология АТМ обеспечивает передачу в рамках одной транспортной сети различных видов трафика (голоса, видео, данных), иерархию скоростей передачи в большом диапазоне (от 25 Мбит/с до 622 Мбит/с) с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений .
Сети TCP/IP (протокол управления передачей/протокол сети Интернет) занимают особое положение среди сетевых технологий. Они играют роль сетевой технологии, объединяющей сети любых типов и технологий, включая глобальные транспортные сети всех известных технологий.
Транспортная сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров) , выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности, регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.
Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.
Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой «банк каналов», которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот «банк каналов» един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.
Физический уровень (таблица 6.1.1) образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями – участками, где происходит регенерация (ретрансляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (ретрансляции) удается «очистить» сигнал от искажений и помех. Организация секций мультиплексирования позволяет эффективно использовать физическую среду за счет временного разделения передачи каналов. При этом можно реализовать резервирование любой секции мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физическую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудование автоматического переключения. Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким способом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных – от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот от 2-х до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.
Уровень трактов (таблица 6.1.1). Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Тракты в сети ATM отличаются от трактов сети SDH тем, что они образуются только при наличии информационного сообщения, а в его отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для передачи других сигналов. По этой причине путь следования данных в сети ATM называют виртуальным.
Уровень каналов (таблица 6.1.1). Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса со вторичными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компьютерных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы.
Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.
Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH: предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными; предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода; опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей; позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, и так далее; обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.
Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.
Элементы транспортной сети . Опишем основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей – топологию, или архитектуру сети SDH .
Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью.
Мультиплексор . Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными и гибкими устройствами, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора – SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора.
Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рисунок 6.1.1). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса. Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 6.1.1). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах («восточный» и «западный») в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца .
Рисунок 6.1.1 – Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM
Регенератор представляет собой упрощенный мультиплексор, имеющий один входной канал – как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рисунок 6.1.2). Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15 – 40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40 – 80 км. – для 1500 нм.
Рисунок 6.1.2 – Мультиплексор в режиме регенератора
Коммутатор . Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рисунке 6.1.3, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рисунок 6.1.4), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами.
В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы – SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рисунок 6.1.5). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.
Рисунок 6.1.3 – Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.
Рисунок 6.1.4 – Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.
Рисунок 6.1.5 – Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.
Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором: маршрутизация виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера; консолидация или объединение виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора; трансляци я потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи «точка – мультиточка»; сортировка или перегруппировка виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор; доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования; ввод/вывод виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода;
6.2 Основы построения топологии цифровой первичной сети
При построении топологии планируемой транспортной сети необходимо предусматривать необходимое резервирование сетевых элементов на аппаратном и сетевом уровне, резервирование трафика, увязать топологию сети с организацией ее управления и синхронизации, предусмотреть организацию соответствующих сетей доступа и их подключение к ЦПС .
Существует базовый набор стандартных топологий:
Топология «точка-точка». Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология «точка – точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 6.2.1). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).
Рисунок 6.2.1 – Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ.
Топология «последовательная линейная цепь» . Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунок 6.2.2, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 6.2.3. Последний вариант топологии часто называют «уплощённым кольцом».
Рисунок 6.2.2 – Топология «последовательная линейная цепь», реализованная на ТМ и TDM.
Рисунок 6.2.3 – Топология «последовательная линейная цепь» типа «уплощённое кольцо» с защитой 1+1.
Топология «кольцо ». Эта топология (рисунок 6.2.4) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии – лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток – запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.
Рисунок 6.2.4 – Топология «кольцо» c защитой 1+1
Архитектура сети SDH . Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов. Например, радиально-кольцевая архитектура SDH сети фактически строится на базе использования двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь». Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение – соединение типа «кольцо-кольцо». Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH.
Линейная архитектура для сетей большой протяженности . Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рисунок 6.2.5) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.
Блоки MUX и LT (рисунок 6.2.5) конструктивно образуют единый модуль, основой которого является мультиплексор (МТ). Упрощённая структура трактов и секций сети SDH приведена на рисунке 6.2.5.
Рисунок 6.2.5 – Структура трактов и секций
Организация взаимодействия элементов транспортной сети, а также управления сетью достигается использованием определённых интерфейсов (рисунок 6.2.5)
SPI – физический интерфейс STM-N, точка подключения оптического волокна.
PI – физический интерфейс компонентных потоков в PDH, либо SDH, сюда же можно включать и неоктетные цифровые потоки, например, каналы цифрового ТВ, и так далее. Этот интерфейс может быть как электрическим, так и оптическим.
Т – интерфейс, предназначенный для передачи и приёма сигналов синхронизации.
Q – интерфейс сети управления, точка подключения соединительных линий для двухсторонней передачи информации от узлов управления.
F – интерфейс контроля. В эту точку подключается персональный компьютер (ПК), программное обеспечение которого позволяет контролировать состояние не только своей станции, но и станции своей сети .
В интерфейс Т включен сетевой элемент (СЭ), которым могут управлять или сигнал от первичного эталонного генератора (ПЭГ); или от ведомого задающего генератора (ВЗГ), или сигнал компонентного потока (КП), или линейный сигнал (ЛС). Кроме того, сигналы синхронизации могут быть поданы на сетевые элементы других систем. С выходов СЭ управляющие сигналы поступают в тракты передачи (Вых.2) и приёма (Вых.1).
Выводы по разделу
Кратко изложена информация о транспортных сетях, особенностях, преимуществах и тому подобное.
Контрольные вопросы
Дайте понятие первичной сети. Назовите основные функции транспортной сети связи. { информация }
Рассмотрев структуры многоуровневых моделей транспортных сетей, дайте сравнительную оценку сетей, указав их общие черты и отличия. { информация }
Каковы особенности технологии SDH? {информация}
Охарактеризуйте физический уровень транспортной сети. { информация }
Перечислите основные функциональные модули SDH. { информация }
В чём состоят функции мультиплексора ввода-вывода? { информация }
7.Выделите основные функции, выполняемые коммутатором. { информация }
Перечислите стандартные топологии транспортной сети. { информация }
Какие схемы построения транспортных сетей используются для повышения их надёжности и живучести? { информация }
Для чего используется интерфейс F? { информация }
Рассмотрение данной темы невозможно без четкого представления что же такое вообще протоколы и транспортные сети.
Данную статью, на мой взгляд, необходимо начать некоторых пояснений и определений.
Во-первых,протоколом называют набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Во-вторых, следует дать определение транспортным сетям и кратко описать их построения в соответствии с моделями (рис.1), предложенными в рекомендациях МСЭ-Т:
Транспортная сеть OTN-OTH (Optical Transport Network - Optical Transport Hierarchy, оптическая транспортная сеть – оптическая транспортная иерархия), рекомендации G.709, G.798, G.872, G873.1;
Итак, транспортная сеть связи (backhaul) - это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления. Но существует более тривиальное определение: транспортная сеть - это сеть, основной задачей которой является осуществление транспортной функции. Транспортная функция в свою очередь заключается в доставке информации по назначению, а именно: от одного порта данной сети к другому.
Как выше было сказано, основная функция транспортных сетей заключается в передаче, т.е. транспортировке информации между пунктами. Это может быть информация телефонных абонентов, пользователей Интернет, программы телевидения, различного рода управляющая информация для контроля и технологического обслуживания сети, сигналы взаимодействия между коммутационными станциями, информации учета и стоимости услуг – тарификация, выделение сигналов синхронизации и т.д.
Дав определение, мы можем перейти к моделям реализации транспортных сетей. Рассмотрение этих моделей не ставит целью доскональное исследование материала, это всего лишь даст лучшее представление о данном виде сетей.
Транспортная сеть SDH
Модель транспортной сети SDH представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень трактов (маршрутов передачи информации); уровень каналов.(см.рис.1)
Уровень среды передачи базируется преимущественно на оптоволоконных линиях (среда передачи), в которых создаются секции регенерации цифровых линейных сигналов и секции мультиплексирования цифровых данных, которые необходимы для устранения искажений линейных импульсных сигналов и восстановления их формы и мощности.
Уровни трактов сети SDH представлены двумя плоскостями: высокого и низкого уровней (порядков). Виртуальные контейнеры высокого и низкого уровней представляют собой циклические цифровые ёмкости, предоставляемые под загрузку информационными данными с подходящими скоростями. Понятие “виртуальности” этим цифровым блокам присвоено из-за специальных данных, называемых заголовками, в которых прописывается уникальный маршрутный идентификатор для адресного переноса каждого контейнера через транспортную сеть от источника информации до получателя. Благодаря непрерывной циклической передаче виртуальных контейнеров может поддерживаться однонаправленное и двунаправленное транспортное соединение – тракт или маршрут, рассчитываемое на различную пропускную способность в интересах потребителей транспортных услуг.
Уровень каналов сети SDH обеспечивает интерфейсы для пользователей транспортной сети. Учитывая, что транспортная сеть SDH является частью первичной сети связи, на уровне каналов производится согласование с вторичными сетями (пользователями), например, с телефонными сетями через потоки цифровых данных 2.048 Мбит/с (обозначается Е1), с компьютерными сетями Ethernet на скоростях передачи 10, 100 и 1000Мбит/с через сцепки виртуальных контейнеров и протоколы согласования (LAPS - Link Access Procedure SDH, GFP - Generic Framing Procedure). Все процедуры формирования цифровых блоков SDH происходят с использованием единого высокостабильного тактового механизма – тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Создание и поддержка всех соединений в сети SDH и контроль всех функций обеспечиваются системой управления, имеющей сеть выделенных каналов связи и средства протокольного взаимодействия через эти каналы.
Транспортная сеть АТМ
Модель транспортной сети АТМ представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень асинхронного режима передачи АТМ; уровень адаптации АТМ.(см.рис.1)
Уровень среды передачи в транспортной сети АТМ может быть реализован согласно стандартам АТМ (I.432) любой системой передачи, например, системой SDH. Допускается также использование любой среды и оборудования передачи (медные провода с модемами xDSL, радиоканалы с радиочастотными модемами, атмосферные оптические каналы, волоконно-оптические системы).
Уровень АТМ разбит на подуровни виртуального канала и виртуального пути. Эти подразделения уровня АТМ обусловлены форматом представления данных, называемых ячейками и имеющими ёмкость 53 байта, которая поделена на поле заголовка (5 байт) и поле нагрузки – сегмент пользователя (48 байт). Заголовок содержит идентификаторы ячеек, принадлежащих одному соединению, виртуальному пути VPI (Virtual Path Identifier) и виртуальному каналу VCI (Virtual Circuit Identifier).
Уровень адаптации АТМ выполняет функции интерфейса между транспортной сетью АТМ с её виртуальными соединениями и пользователями транспортных услуг (вторичными сетями связи), например, телефонными сетями, сетями Internet, локальными сетями Ethernet и т.д. При этом различным видам трафика определены различные типы уровневой адаптации AAL (AAL-1, AAL-2, AAL-3/4, AAL-5, ATM Adaptation Level), предусматривающие формирование различных по структуре сегментов для пользовательской нагрузки. Пользовательская информация, поступающая непрерывным потоком данных или случайными во времени пакетами, приспосабливается к процессу формирования сегментов, т.е. происходит согласование битовой скорости, исключаются неинформативные, т.е. пустые интервалы, формируются коды исправления ошибок для приёмной стороны и т.д.
Принципиальное отличие моделей транспортных сетей SDH и АТМ состоит в следующем:
Транспортный ресурс сети SDH – тракт высокого или низкого порядка предоставляется в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) постоянно, независимо от информационного потока и с фиксированной скоростью передачи, что часто является причиной низкой эффективности использования соединения, например, в телефонии с коммутацией каналов при активности канала от 0.1 до 1.0;
- транспортные ресурсы сети АТМ – виртуальный канал или виртуальный путь, поддерживаемые коммутаторами с маршрутными таблицами каждого соединения, предоставляются в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) только при наличии потока информационной нагрузки, т.е., когда ячейки АТМ формируются и следуют через физическую среду. В противном случае среда передачи предоставляется потокам ячеек других источников благодаря статистическому мультиплексированию на уровне АТМ. Это позволяет в несколько раз повысить эффективность использования физического соединения, например, тракта SDH.
Транспортная сеть OTN-OTH
Модель транспортной сети OTN-OTH представлена двумя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень сети OTN и уровень пользователя(см.рис.1).
Уровень сети OTN состоит из трёх физически и логически связанных подуровней: среды передачи сигналов с разделением по длине волны (WDM); оптических секций ретрансляции OTS (Optical Transmission Section) и мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section); оптических каналов OCh (Optical Channel) с нагрузкой в виде оптических транспортных блоков OTUk (Optical Transport Unit k) с включением в них блоков данных оптических каналов ODUk (Optical Data Unit k), которые, в свою очередь, включают блоки полезной нагрузки оптических каналов OPUk (Optical Channel Payload Unit k) . Индекс k соответствует иерархической ступени OTH (k=1,2,3,4) и указывает на циклы различные по длительности и скорости передачи.
Технология WDM, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.
WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2003 году достигнута скорость 10,72 Тбит/с , а к 2009 - 15,5 Тбит/с ) , причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон - для передачи в прямом и обратном направлениях).
Оптические секции ретрансляции OTS организуются внутри оптической секции мультиплексирования OMS для компенсации потерь оптической мощности в стекловолокне и компенсации дисперсионных искажений.
В оптической секции мультиплексирования формируются, передаются, обслуживаются и расформировываются отдельные оптические каналы, оптические волновые модули OTM с числом каналов до 16 (называемые также оптическими транспортными модулями), группы оптических модулей. Каждый оптический модуль может иметь отдельный оптический сервисный канал, в который включаются служебные данные для каждого OCh.
Оптический канал OCh выполняет функции регенерации цифрового сигнала, т.е. восстанавливает амплитуду импульсов, их форму и устраняет накопленные фазовые дрожания. Также производится оптическая модуляция и детектирование, контроль качества передачи цифровых данных в блоках OTUk и ODUk, и т.д.
Уровень сети OTN может поддерживать полностью оптическую сеть с оптической коммутацией, маршрутизацией, конвертацией оптических волн и защитой соединений.
Уровень пользователя оптической транспортной сети OTN-OTH выполняет функции интерфейса между транспортной сетью и сетями пользователей транспортных услуг, к которым относятся сети SDH, АТМ, Ethernet и др. Для эффективного согласования между сетями применяются различные протокольные решения по размещению данных пользователей в оптических каналах.
Это протоколы: общей процедуры формирования кадра GFP; протокол защищаемого пакетного кольца или пакетного кольца с самовосстановлением RPR (Resilient Packet Ring) и др. Протоколы позволяют согласовать циклическую передачу данных в оптических каналах со случайной во времени передачей пакетов данных различной емкости от пользователей, например, пакеты IP, MPLS или Ethernet.
Если сравнить три рассмотренные модели транспортных сетей, то можно отметить, что наибольший транспортный ресурс может обеспечить только модель сети OTN-OTH. При этом она поддерживает трансляцию данных сетей SDH и АТМ. Очевидно, что модель сети OTN-OTH предназначена для глобального масштаба, т.е. магистральных сетей связи с большим объёмом трафика и для сетей связи крупных городов-мегаполисов с развитой телекоммуникационной инфраструктурой.
Транспортная сеть Ethernet
Модель транспортной сети Ethernet состоит из двух уровней: уровень среды передачи кадров Ethernet и уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet.(см.рис.1)
Уровень среды передачи Ethernet может быть реализован на базе медных проводов, волоконных световодов, радиоканалов и атмосферных оптических каналов с использованием соответствующих конверторов сигналов (приёмопередатчиков), что характерно для локальных и городских сетей связи и это наиболее экономичное решение относительно других моделей транспортных сетей. При организации связи на большие расстояния (более 100км) уровень среды передачи может быть представлен транспортными сетями SDH, АТМ и OTN
Уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet состоит из двух подуровней: управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и управления доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Эти подуровни протокольные, т.е. их функции предписаны определенными алгоритмами для процессоров, которые формируют кадры с информационными данными и служебными сообщениями. Кадры с информационными данными создаются и отправляются случайно во времени, т.е. в зависимости от потока информационной нагрузки, или в потоковом режиме, когда нагрузка поступает непрерывно. Мультиплексирование кадров, управление их потоком, коммутация их в узлах, наблюдение соединений по потоку кадров из конца в конец или по участкам сети – всё это исполняет уровень формирования кадров. Также он обеспечивает интерфейс с источниками информационных данных (вторичными сетями, например, сетями IP, MPLS и т. д.).
Транспортные сети используют различные протоколы , например, такие, как
ISCSI, internet Small Computer System Interface – протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;
PPP, Point-to-Point Protocol – протокол “точка-точка”;
HDLC, High-level Data Link Control – высокоуровневый протокол управления на уровне звена передачи данных;
IP- протокол негарантированной доставки данных;
ATM- пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения
Использование каждого протокола можно рассматривать с учетом разных моделей построение сетей. Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур, например, виртуальных контейнеров в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet.
Более подробное описание видов и функций стандартов транспортных сетей будет изложено в следующих выступлениях.
Список литературы:
3. Транспортные сети и системы электросвязи. Под ред. Стеклова В.К.
