Алексеев - centrosvyaz.ru

ЭВОЛЮЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ МИГРАЦИИ СЕТЕЙ
СВЯЗИ К NGN
Алексеев Е. Б., зам. зав. кафедры Инфокоммуникации
ИПК МТУСИ,
д.т.н., профессор
Тел. +7 499 1928485
Факс +7 499 1928517
E-mail alekseev@mtuci2.ru
•
В соответствии с определением МСЭ-Т сети связи нового поколения
(NGN)-это сети с коммутацией пакетов, в которых функции коммутации
отделены от функций предоставления услуг, причем они позволяют
предоставлять
обеспечивают
широкий
ассортимент
широкополосный
доступ
услуг,
и
добавлять
поддерживают
новые,
требуемое
качество обслуживания QoS.
•
Из этого следует, что транспортная платформа NGN должна являться
широкополосной мультисервисной сетью, обеспечивающей передачу
любых видов трафика на любое расстояние с требуемым качеством
передачи. Необходимыми предпосылками для создания такой платформы
является
постоянное
совершенствование
технологий
и
средств
электросвязи по трем направлениям: цифровизация, оптиковизация и
компьютеризация.
2
•
Процесс цифровизации сетей - это не только переход от аналоговых
систем передачи (АСП) к цифровым (ЦСП), но это и процесс
совершенствования методов и средств передачи сигналов по цифровым
каналам
и
трактам
и,
как
следствие,
появление
новых
телекоммуникационных технологий, поддерживающих эволюцию к NGN
через интеграцию трафика услуг и путь от транспортирования каналов к
транспортированию пакетов.
•
Динамика развития в направлении цифровизации, прежде всего, связана с
созданием
и
совершенствованием
транспортных
технологий
плезиохронной (ПЦИ) и синхронной (СЦИ) цифровых иерархий. Причем,
если ПЦИ (PDH) была ориентирована на передачу речи (каналы ОЦК), а
первые поколения оборудования СЦИ (SDH) на транспортирование
информационных структур ПЦИ, то современное оборудование СЦИ
позволяет транспортировать в том числе и данные, предварительно
размещаемые в ячейках АТМ и кадрах Ethernet.
3
Слои
каналов
Сети слоя каналов
Слой трактов
Нижнего ранга
Слои
трактов
Слой трактов
Верхнего ранга
ВК-12
ВК-2
ВК-3
ВК-3
ВК-4
Мультиплексные секции
Слои
среды
передачи
Слой секций
Регенерационные секции
Линии передачи
Послойное построение сети СЦИ
4
•
Возможности технологии СЦИ предопределили в дальнейшем и ее преимущественное
внедрение при создании высокоскоростных транспортных сетей различной конфигурации.
На североамериканском и других континентах развитие сетей СЦИ осуществлялось
одновременно на базе технологий SONET и SDH, отличающихся различным обозначением
уровней иерархических скоростей передачи агрегатных сигналов (синхронных
транспортных модулей ) STS-М, М=1,3,12,48,192,… и SТМ-N, N=0,1,4,16,64,…, а также
виртуальных потоков VT1.5, VT2, VT6 и виртуальных контейнеров VC-11, VC-12, VC-2, VC3, VC-4 - соответственно. Обе технологии СЦИ были ориентированы на транспортирование
информационных структур ПЦИ, что привело к экономичному совместному использованию
оборудования ЦСП СЦИ и ПЦИ при создании единых цифровых транспортных сетей.
•
Первые поколения средств СЦИ позволяли транспортировать и высокоскоростную
информационную нагрузку за пределами иерархии скоростей ПЦИ с помощью процедуры
непрерывной
сцепки (Contiguous Concatenation). Это процедура объединения N
виртуальных контейнеров ВК-4, в результате которой их совокупная емкость может быть
использована как один контейнер ВК-4-NC
(N =2…64) с одним трактовым заголовком и
с полезной нагрузкой, N кратной полезной нагрузке ВК-4, и переносимой как единое целое.
5
•
Отличительной особенностью оборудования нового поколения, NG SDH, ориентированного на
транспортирование мультисервисного пакетного трафика, является использование специально
для этого разработанных процедур:
•
GFP (Generic Framing Procedure) – обобщенная процедура образования цикла;
•
VCAT (Virtual Concatenation) – виртуальная сцепка;
•
LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) – схема регулировки пропускной способности линии.
•
GFP представляет собой механизм образования циклов для транспортирования пакетного трафика
данных, например Ethernet, в информационных структурах СЦИ.
•
VCAT в отличие от непрерывной сцепки логически связывает m индивидуальных виртуальных
контейнеров типа VC-12 (m=1…63), VC-3 (m=1…255) и VC-4 (m=1…255) в одно соединение ВК-n-mV,
образуя логический канал группы виртуальной сцепки VCG (Virtual Concatenated Group). Каждый из
контейнеров, входящих в сцепку, имеет свой трактовый заголовок, обрабатывается раздельно и
может иметь отличный от других маршрут в сети СЦИ.
•
LCAS в дополнении к VCAT позволяет динамически регулировать пропускную способность
(скорость передачи) для виртуального канала сцепки ВК-n-mV изменением размера группы VCG, а
также может использоваться для образования различных маршрутов для каждого ВК-n, что
обеспечивает защиту пакетной передачи при повреждении одного маршрута.
6
•
Определенный успех имеет место и в плане разработки и
внедрения принципов организации цифровой сети с интеграцией
служб (ISDN) в том числе и на основе транспортных технологий:
асинхронного способа переноса (АТМ), Ethernet, IP и других,
рассчитанных
на
соединение,
а
также
технологии
многопротокольной коммутации по меткам (MPLS).
•
Технология MPLS (MultiProtocol Label Switching) создана при
развитии сетей IP и направлена на
уменьшение времени
обработки пакетов
в маршрутизаторах. Использование этой
технологии в оборудовании NG SDH позволяет обеспечивать
требуемое качество обслуживания QoS трафика виртуального
канала ВК-n-mV.
7
•
Процесс оптиковизации сетей может быть разбит на несколько значимых
этапов.
•
Первый этап связан с появлением в середине 80-х годов оптических
волокон (ОВ) с затуханием единицы и десятые доли дБ/км при работе в
окнах прозрачности с первого по третий соответственно. Это позволило
при организации городских соединительных линий исключить НРП и их
дистанционное питание, так как протяженность участка регенерации ВОСП
перекрывала в большинстве случаев расстояние между двумя соседними
АТС в городе. А приемопередающая аппаратура в промежуточных и
оконечных пунктах соединительных линий реализовывалась в
унифицированных стоечных конструктивах, предназначенных для
размещения в отапливаемых помещениях ЛАЦ АТС.
•
Первый этап значим и тем, что появление ОВ на сетях связи привело к
процессу глобальной их цифровизации во всем мире, и первые
поколения ВОСП – это были ЦСП на оптическом кабеле (ОК).
8
•
Второй этап в динамике развития ВОСП можно связать с появлением
в конце 80-х годов одномодовых ОВ с нулевой, а затем со смещенной
дисперсией, параметры которых были определены в Рекомендациях
МСЭ-Т G.652 и G.653 соответственно. Это сразу же привело к штурму
скоростей передачи. Еще до появления на сетях связи синхронных
мультиплексоров появились ВОСП на базе ЦСП ПЦИ с
неиерархическими скоростями 565 Мбит/с (Е4х4) и 2,4 Гбит/с (Е4х16).
•
К особенностям одномодовых ОВ по сравнению с многомодовыми
относится и то, что предельная длина участка регенерации по скорости
передачи цифрового сигнала определялась уже не только
параметрами ОВ, но и параметрами аппаратуры.
•
Появление в начале 90-х годов на рынке средств связи эрбиевых
волоконно-оптических усилителей и пассивных компенсаторов
дисперсии значительно увеличило предельную длину по затуханию
участка регенерации ВОСП, что позволило в большинстве случаев
перекрыть расстояние между двумя соседними сетевыми узлами на
зоновых и магистральных соединительных линиях связи, т.е.
исключить НРП не только при проектировании новых, но и при
реконструкции существующих линий передачи.
9
•
Третий этап динамики развития и внедрения оптических технологий можно
связать с появлением в середине 90-х годов ВОСП со спектральным
разделением каналов (ВОСП-СР), или многоволновых (многоканальных) ВОСП
(технология WDM), востребованных проблемой «нехватки волокон».
•
Первые поколения ВОСП-СР продемонстрировали новые возможности для
операторов связи не только с точки зрения значительного увеличения
пропускной
способности
существующих
ВОЛП
без
существенных
дополнительных капитальных затрат, но и с точки зрения более гибкой
организации и развития сетей для транспортирования, например, различного
вида информационной нагрузки.
•
Малые габариты и вес ОК с одной стороны и резкое снижение цен на ОВ за
последнее время создают дополнительные возможности для увеличения
пропускной способности линии передачи за счет применения на сети
многоволоконных ОК (технология SDM).
•
Сегодня ресурс ОК по пропускной способности определяется произведением
числа волокон на число оптических каналов и на предельную скорость в каждом
канале при данной протяженности участка линии передачи.
10
III
СТМ-N
1
1
СТМ-N
ТР
2
ТР
АТМ
ОМ/
ОУ1
III
III
IP
m
ТР
ОУ2/
ОД
2
АТМ
…………
m
IP
• Общим для сетевых структур на основе ВОСП-СР является то,
что они включают: оптические мультиплексоры (ОМ) и
оптические демультиплексоры (ОД) , m транспондеров (ТР) для
каждого из m оптических каналов ВОСП-СР, оптические
усилители мощности на передающем конце оптического тракта
(ОУ1), оптические предусилители на приемном конце
оптического тракта (ОУ2) и линейные (промежуточные)
оптические усилители в оптическом тракте.
• Транспондер предназначен для преобразования оптического
сигнала с целью его передачи в оптическом канале с
требуемыми характеристиками.
11
•
В оборудовании ВОСП-СР могут применяться технологии:
•
- CWDM (Corse WDM) – неплотное спектральное разделение, при
котором канальный промежуток превышает 20 нм;
•
- DWDM (Dense WDM) – плотное спектральное, при котором
канальный промежуток равен 0,4; 0,8 или 1,6 нм;
•
- UWDM (Ultra Dense WDM) – сверхплотное спектральное
разделение, при котором канальный промежуток не превышает
0,2 нм.
•
Определены также спектральные диапазоны
используемых для передачи оптических сигналов:
- О (original band) - от 1260 до 1360 нм;
- Е (extended band) - от 1360 до 1460 нм;
- S (short wavelength band) – от 1460 до 1530 нм;
- С (conventional band) – от 1530 до 1565 нм;
- L (long wave length band) – от 1565 до 1625 нм;
- U (ultra long wave length band) – от 1625 до 1675 нм.
•
•
•
•
•
•
длин
волн,
12
•
Рамановское усиление позволяет увеличить длину пассивных (элементарных)
кабельных участков между промежуточными оптическими усилителями и тем
самым уменьшить количество этих усилителей.
•
Применение FEC (forward error correction) при передаче цифровых сигналов
существенно снижает допустимую величину отношения сигнала к шуму при
заданном коэффициенте ошибок, что дает возможность значительно увеличить
протяженность регенерационных секций (RS) магистральных ВОСП-СР и тем
самым уменьшить число регенерационных пунктов или даже совсем обойтись
без них.
•
Применение при прокладке кабеля на смежных строительных длинах
оптических волокон по Рекомендации
МСЭ-Т G.655 с различной по знаку и
одинаковой по величине крутизной коэффициента хроматической дисперсии. с
использованием кода передачи CRZ (RZ с чирпированием)
позволяет
значительно увеличить длину регенерационного участка по дисперсии без
применения компенсаторов дисперсии и, следовательно, дополнительного
усиления, т. е. без дополнительных затрат.
•
Практически, совместное использование выше отмеченных технических
решений позволяет увеличить длину регенерационного участка магистральной
ВОСП-СР до 5000 км.
13
•
Появление новых оптических технологий и средств и постоянное их
совершенствование
создает
предпосылки
для
создания
сетей
следующего поколения на чисто оптическом транспортном уровне, что
можно связать с четвертым этапом динамики развития и перспективами
внедрения ВОСП.
•
Сущность фотонизации заключается в том, что на физическом уровне во
всех звеньях цепи передачи исключается преобразование типа фотонэлектрон и электрон-фотон. Это дает возможность на несколько порядков
увеличить
скорость
передачи
сигнала,
значительно
увеличить
протяженность
участка
линии
передачи
между
соседними
промежуточными пунктами благодаря уменьшению шумов за счет
тепловой компоненты, а также существенно повысить техникоэкономические показатели оборудования и его надежность в результате
исключения электронно-оптических преобразователей.
•
Для реализации транспортной системы, которая выполняет функции
оптической кроссконнекции и оптического мультиплексирования вводавывода, предлагается маршрутизация по длине волны, многократное
использование длин волн, пакетное переключение с многократными
пересылками сигнала. При этом каждая станция доступа в оптической
транспортной сети (OTN) преобразует сигналы, полученные от
пользователей, в соответствующий оптический формат и передает эти
сигналы на транспортный узел.
14
ОСН-ОН
Заголовок
оптического
канала
•
•
•
•
OCH Payload
Информационная
нагрузка
оптического канала
(СЦИ, АТМ, IP,…)
Forward Error
correction (FEC)
Предкоррекция
ошибок (↑f на
7%, ↑L на
20…50%)
Уровни иерархии OTN (optical transport network)
1 2,5 Гб/с
2 10 Гб/с
3 40 Гб/с
Сетевые слои
OCH
OMS
OTS
OTN
↕
↕
↕
↕
VC-n
MS
RS
SDH
15
•
Компьютеризация на современном этапе развития-это не только
широкое
применение
микропроцессоров
в
устройствах
эксплуатационного
контроля
аппаратуры
и
программнотехнических комплексов в пунктах контроля и управления сетью,
но и применение непосредственно для автоматизации и
оперативного
управления
функциями
транспортирования
разнородного трафика (мультиплексирования, маршрутизации,
переключения на резерв и т. д.),
обработки передаваемой
информации при установлении соединения.
•
Это создает предпосылки для организации систем технической
эксплуатации и управления средств электросвязи и всей сети в
целом на новом качественном уровне, позволит обеспечить
требуемую надежность функционирования сети и, как следствие,
предоставление всех видов услуг в любом месте, в любое время,
с требуемым качеством и по приемлемым для пользователя
ценам, что, в конечном счете и является основной задачей NGN.
16
Спасибо за внимание
17