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
Транспортная сеть связи – это сеть, обеспечивающая перенос разных видов информации с использованием различных протоколов передачи.
Транспортные сети можно разделить на три уровня . Сети первого уровня – локальные или местные. Они организуются в городских или сельских местностях. Сети второго уровня – региональные или внутризоновые . Третий уровень – глобальная (магистральная) сеть. При построении транспортных сетей разных уровней сохраняется единообразие в способах транспортировки информации, методах управления сетями и организации синхронизации. Различия в сетях разного уровня состоят лишь в иерархии используемых скоростей, архитектуре сетей (кольцевая, звездообразная, линейная и др.), мощности узлов кросс-коммутации. В качестве линии передачи в транспортных сетях используются волоконно-оптические линии передачи, радиорелейные и спутниковые стволы, коаксиальные кабели.
На рисунке 2.8 показана структура местной (города) транспортной сети на базе технологии SDH.
Рис. 2.8 Структура транспортной сети города на базе технологии SDH
Для построения современных транспортных и корпоративных сетей любого уровня наибольшее применение находят сетевые технологии ПЦИ/ PDH, СЦИ/SDH и ATM. Технология ATM , в отличие от технологий PDH и SDH, охватывает не только уровень первичной или транспортной сети, но и объединяет уровни вторичных сетей и сетей доступа с первичной сетью. В последние годы получили развитие такие технологии как DWDM, IP поверх ATM и IP поверх SDH. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в создании магистральных сетей на основе вышеназванных технологий. Появились новые технологии передачи IP-трафика с унифицированными соединениями IP-маршрутизаторов, использующими в качестве канальной среды такие технологии, как WDM, DWDM, SDH и ОВ в виде «темных волокон». В транспортных сетях используется иерархия скоростей передачи в соответствии с международными рекомендациями ITU-T и получившим наибольшее распространение, европейским стандартом, который применяют на сетях связи России. Технология PDH поддерживает следующие уровни иерархии цифровых каналов: абонентский или основной канал Е0 (64 кбит/с) и пользовательские каналы уровней Е1 (2,048 Мбит/с), Е2 (8,448 Мбит/с), Е3 (34,368 Мбит/с), Е4 (139,264 Мбит/с). Уровень цифрового канала Е5 (564,992 Мбит/с) определен в рекомендациях ITU-T, но на практике его обычно не используют. Цифровые каналы PDH являются входными (полезной нагрузкой) для пользовательских интерфейсов сетей SDH.
Современная цифровая первичная или транспортная сеть, как правило, строится на основе совокупности аппаратуры PDH и SDH. Цифровые каналы транспортной сети с пропускной способностью (скоростью передачи) от 64 кбит/с до 39813,12 Мбит/с создаются на основе технологий PDH и SDH (табл.8.4.1, табл.8.4.2). Технологии PDH и SDH взаимодействуют друг с другом через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования цифровых потоков Е1, Е3 и Е4 PDH в аппаратуре SDH. В табл.8.4.1 приведены общие характеристики основного цифрового канала Е0 и сетевых трактов Е1, Е2, Е3 и Е4 PDH.
Технология SDH по сравнению с PDH имеет следующие особенности и преимущества:
предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование, что приводит к необходимости построения систем синхронизации сети;
предусматривает прямое мультиплексирование и прямое демультиплексирование (ввод-вывод) цифровых потоков PDH;
основана на стандартных оптических и электрических интерфейсах, что обеспечивает совместимость аппаратуры различных производителей;
позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии;
обеспечивает полную совместимость с аппаратурой PDH, ATM и IP;
обеспечивает многоуровневое управление и самодиагностику транспортной сети.
Технология ATM , основанная на статистическом мультиплексировании различных входных сигналов, разрабатывалась сначала как часть широкополосной технологии B-ISDN. Она предназначена для высоко-скоростной передачи разнородного трафика: голоса, данных, видео и мультмедиа, и ориентирована на использование физического уровня высокоскоростных сетевых технологий, таких как SDH, FDDI и др. В технологии ATM базовые значения скоростей передачи для интерфейсов доступа (пользовательских интерфейсов) соответствуют цифровым каналам Е1 (2 Мбит/с), Е3 (34 Мбит/с), Е4 (140 Мбит/с) PDH, ATM (25 Мбит/с), Fast Ethernet, FDDI (100 Мбит/с) и некоторым другим. Базовые скорости линейных интерфейсов передачи соответствуют скоростям передачи цифровых каналов STM-N (N=1, 4, 16, 64 (табл.2)) системы SDH.
Технология ATM была первой технологией, на основе которой вместо стандартных и многочисленных сетей (телефонной, телеграфной, факсимильной связи и сетей передачи данных) предполагалось построить единую цифровую сеть на базе широкого использования ВОЛС. Однако из-за высокой стоимости аппаратуры ATM и широкого проникновения протокола IP в сети глобальных масштабов, не способствовали осуществлению этих планов в полной мере. Технология IP является основой сети Интернет и представляет собой набор протоколов, называемый стеком протоколов TCP/IP, а протокол управления передачей IP – протоколом сети Интернет. Именно он реализует межсетевой обмен. Главным достоинством является то, что стек протоколов TCP/IP обеспечивает надежную связь между сетевым оборудованием различных производителей. Протоколы стека TCP/IP описывают формат сообщений и указывают, каким образом следует обрабатывать ошибки, предоставляют механизм передачи сообщений в сети независимо от типа применяемого оборудования. Однако за время существования стека протоколов TCP/IP выявились слабости и недостатки архитектуры протоколов TCP/IP. Во многих случаях IP-технология не может удовлетворить требованиям новых приложений. Прежде всего, она должна обеспечивать более высокую пропускную способность. Однако этого не достаточно. Требуется дополнить IP-технологию средствами управления пропускной способностью, которые бы гарантировали приложениям нужное им качество обслуживания QoS.
Развитие инфотелекоммуникационных технологий постоянно стимулируется поиском возможностей и технологий, способных наиболее эффективно объединять сети, превращая их в мультисервисные широкополосные и сверхширокополосные. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в создании глобальных магистральных сетей на основе технологий IP поверх ATM и IP поверх SDH. Появились новые технологии передачи IP-трафика, предусматривающие унифицированные соединения маршрутизаторов через системы и среды, такие как WDM, DWDM, «темное волокно». Примером такой технологии может быть предложенный в 1999г. компанией Cisco Systems протокол SRP (Spatial Reuse Protocol)который впоследствии стал называться DPT (Dynamic Packet Transport). В технологии DPT воплотились лучшие качества таких технологий как SDH, FDDI и др. Технология DPT позволяет избежать промежуточных протоколов других сетевых технологий, например, SDH и ATM при передаче трафика IP по волокну. К основным преимуществам технологии DPT можно отнести следующие. Применение формата SDH (уровня STM-1) позволяет передавать трафик DPT по сетям SDH, благодаря чему обеспечивается их совместимость. При этом магистральные тракты занимают полосу пропускания лишь между точками передачи и приема сигналов, что позволяет более эффективно использовать пропускную способность кольцевой топологии сети DPT. Технологии DPT присущи развитые возможности резервирования трафика за счет реализации механизмов восстановления в кольцевой топологии сети. Применение протокола IP позволяет реализовать сквозной мониторинг всей сети DPT, начиная от магистральной (транспортной) и заканчивая сетями доступа.
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
Транспортные сети, формирующие проводные каналы связи между удаленными беспроводными сетями, представляют собой совокупность (рис. 1.5):
– проводных линий связи (links), по которым передаются цифровые электрические или оптические сигналы;
– сетевых узлов (network nodes), осуществляющих ретрансляцию сигналов (включая их мультиплексирование/ демультиплексирование) из одних проводных линий в другие посредством коммутаторов (на рис. 1.5 показана структура транспортной сети, содержащая 9 коммутаторов, соединенных между собой 15-ю линиями связи).
Современные транспортные сети представляют собой смежные технические системы, детальные сведения о которых составляют отдельную область знаний . Краткие сведения о характеристиках этих сетей, связанные с последующим изложением сведений о BWN, сводятся к следующему (рис. 1.6).
1. Иерархический уровень реализации сетей служит основанием для их разделения на две разновидности – первичные и наложенные сети.
Первичные сети (transmission system) обеспечивают физический перенос электрических сигналов от исходного до конечного узла транспортной сети. Одна из важных функций первичных сетей заключается в мультиплексировании/ демультиплексировании сигналов различных источников. Цифровой форме сигнала, которая используется в современных транспортных сетях, соответствует мультиплексирование с временным разделением (Time Division Multiplexing –
TDM). По способу синхронизации мультиплексируемых сигналов различают следующие разновидности первичных сетей:
– сети с плезиохронной цифровой иерархией (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), в которых мультиплексируемые сигналы близки к синхронным, но не строго синхронны; такие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 150 Мбит/с;
– сети с синхронной цифровой иерархией (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) в которых обеспечивается синхронность мультиплексируемых сигналов- такие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 10 Гбит/с.
Рис. 1.5. Структура транспортной сети
Очевидно, что скорости передачи информационных потоков в сетях обеих разновидностей позволяют создавать на их основе транспортную инфраструктуру, удовлетворяющую потребностям развертывания современных BWN.
Наложенные сети (Overlay Network) на основе первичных сетей обеспечивают формирование каналов проводной связи и перенос сообщений между входными и выходными узлами. Наложенные сети дополняют первичные сети всеми ресурсами, необходимыми для обеспечения проводного транспорта сигналов. Наиболее распространенные разновидности наложенных сетей: – коммутируемая телефонная сеть общего пользования (Public Switche Telephone Network – PSTN), рассчитанная на предоставление каналов со скоростью передачи цифровых потоков до 64 кбит/с; такие каналы называют базовыми цифровыми каналами (Digital Signal 0 – DS0 или Bearer channel – channel);
– цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network), рассчитанная на предоставление 23 базовых цифровых каналов в США, и 30 – в Европе (суммарные значения скоростей передачи данных соответственно равны 1.544 Мбит/с и 2.048 Мбит/с);
коммутируемая сеть передачи данных (Public Switched Data Network – PSDN) предназначенная для реализации пакетной передачи данных; примером такой сети является Internet.
Рис. 1.6. Критерии классификации транспортных сетей
2. Способ передачи сообщений. По способу передачи сообщений, все транспортные сети классифицируются по двум признакам: форма представления сообщений во временной области и способ взаимосвязи абонентов в процессе информационного обмена.
По форме представления во времени сообщение может быть непрерывным (circuit mode) или пакетным (packet mode). Непрерывная форма характеризуется неделимостью сообщения на протяжении сеанса связи, пакетная, напротив, его разделением на части, каждая из которых передается отдельно (с последующим восстановлением целостности сообщения посредством объединения всех частей в надлежащем порядке узлом получателя). Непрерывность сообщения эквивалентна установлению между исходным и конечным узлами транспортной сети замкнутой линии электрической связи (circuit),
что поясняет происхождение англоязычного термина для обозначения непп рывной передачи. Пакетирование сообщения сочетается с двумя способами передачи пакетов – либо по единой электрической линии, неизменной для всех пакетов сообщения, либо посредством независимой передачи транспортной сетью каждого пакета, которые в этом случае именуются дейта граммами (datagram).
Форма взаимосвязи абонентов при транспорте сообщений определяется по наличию/отсутствию предварительной договоренности контактирующих сторон об обмене сообщениями. Различают две разновидности взаимосвязи абонентов:
– связь с установлением соединения (connection oriented), соответствующая транспорту сообщений по пути, неизменному на протяжении сеанса связи- установление пути предшествует передаче сообщения (например, по линиям’, связывающим узлы 1 – 4 – 5 – 9 на рис. 1.5);
– связь без установления соединения (connectionless oriented), при которой транспорт сообщений сетью осуществляется без предварительного установления маршрута его передачи; подразумевается возможность прохождения различных пакетов/частей сообщения различными путями (например, в сети, показанной на рис. 1.5, при передаче сообщения между узлами 1-9 возможна передача одного пакета через узлы 4-5, другого – через узлы 7-8, третьего – через узлы 2-3).
Передача без установления соединения может осуществляться только в пакетной (дейтаграммной) форме; непрерывная передача сообщений – только при установлении в транспортной сети соединения; пакетная форма сообщений может подразумевать возможность установления соединения, однако осуществляться без такового. Примером пакетной передачи с установлением соединения является передача IP-пакетов по сетям PSTN и ISDN.
3. Каналы связи транспортной сети принято классифицировать, исходя из формы реализации соединения между конечными узлами линии и пропускной способности каналов.
Реализация соединения между узлами может быть как «физической», так и виртуальной.
Физическое соединение осуществляется путем формирования составной линии, включающей ряд межузловых линий типа «точка-точка» и соединяющие их коммутаторы с фиксированным направлением коммутации от входящей к исходящей межузловой линии. Например, физическое соединение узлов 3 и 7 на рис. 1.5 образуется путем создания составной линии, включающей узлы 3, 5, 6, 7 и три межузловых отрезка. Типовым примером транспортных сетей с физической реализацией соединения (circuit mode) могут служить сети PSTN и ISDN.
Виртуальная реализация соединения заключается в пакетной передаче сообщений при неизменном маршруте их следования в транспортной сети (т.е. при неизменном перечне узлов и соединительных линий). Постоянство маршрута обеспечивается запоминанием направления передачи пакетов (packet switching) в коммутаторах сети. Запоминание осуществляется либо только на время передачи сообщения, чему соответствуют понятие коммутируемого виртуального канала (switched virtual circuit), либо на длительное время, чему соответствуют понятие постоянного виртуального канала (permanent virtual channel).
Создание коммутируемых каналов осуществляется по запросу источника сообщения автоматически, создание постоянных каналов – администратором сети. Примерами виртуальных сетей являются сети PSDN.
Пропускная способность канала, под которой подразумевают возможности последнего по переносу информации за определенный промежуток времени, определяется разновидностью используемых кабельных линий и особенностями мультиплексирования сигналов в коммутаторах. В современных транспортных сетях используют кабели с двумя типами направляющих сред (проводные медные и оптоволоконные) и два упоминавшихся выше способа мультиплексирования – плезиохронный (PDH) и синхронный (SDH). Типовым (но не обязательным) является сочетание использования проводных медных линий с применением PDH и оптоволоконных линий с применением SDH. Первому сочетанию соответствует пропускная способность до 150 Мбит/с, второму – до 10 Гбит/с. Технология синхронного мультиплексирования допускает «надстройку» последнего над пле- зиохронным: таким образом, менее скоростные линии с плезиохронными цифровыми потоками могут подключаться к более скоростным линиям с синхронными потоками.
Цифровые потоки технологии плезиохронных сетей стандартизированы в трех вариантах стандартов: Европейском (Ех), Американском (Тх) и Японском (Jx). Несмотря на общие принципы, в каждом из них использованы различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Каждый из стандартов охватывает несколько уровней цифровой иерархии и имеет несколько символьных обозначений, описывающих технические характеристики интерфейса и соответствующую скорость передачи данных:
– стандарты Ех, в соответствии со значениями обеспечиваемых скоростей передачи данных, обозначаемые символами Е0, El, Е2, ЕЗ, Е4, Е5;
– стандарты Тх, обозначаемые Tl, Т2, ТЗ, Т4 и Т5 (приняты в США, Японии и Корее);
– стандарты Jx, обозначаемые Jl, J2, J3, J4, J5, хотя чаще встречается другое обозначение: DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, появившееся в результате согласования японской и американской версий стандартов ввиду близости их характеристик (фактическая схожесть имеет место для первых двух иерархических уровней).
Базовым цифровым потокам обоих стандартов – Е0 и DS0 – соответствуют одинаковые значения скоростей передачи данных – 64 кбит/с. Иерархия скоростей цифровых потоков Е- и Т-версий приведена в табл. 1.1. На практике наибольшее распространение получили цифровые линии El, Т1 и ЕЗ, ТЗ,
Системы SDH, соответствующие международным стандартам синхрс ных первичных транспортных сетей, и системы SONET (Synchronous Opti< Network), отвечающие стандартам США, обеспечивают мультиплексирован цифровых потоков со скоростями порядка сотен и тысяч Мбит/с, что на один-j порядка превышает значения скоростей в плезиохронных системах. Частичн перекрытие стандартизированных значений скорости цифровых потоков дв разновидностей соответствует верхним иерархическим уровням PDH и нижн иерархическим уровням SDH. Базовому значению STM-0 скорости синхроны транспортных систем (Synchronous Transport Mode – STM) соответствует ci рость битового потока 48,96 Мбит/с. Сведения о скоростях передачи данн более высоких уровней (STM-x) представлены в табл. 1.2.
Оптоволоконные кабели обеспечивают передачу информационных noroi со скоростями до 10 Гбит/с, что соответствует стандарту STM-64 (5-го уроЕ иерархии скоростей). Различия скоростей передачи полезной нагрузки (paylo; и общей скорости потока в линиях (line rate) связана с «накладными расходам] обусловленными необходимостью сопровождения полезной информации разнс рода служебными сообщениями, обеспечивающими синхронную передачу }
