Волоконно-оптические системы передачи

Институт телекоммуникационных систем

 

Дисциплина

“Телекоммуникационные сети следующего поколения”

 

 

Реферат

1. На тему:«Общие принципы построения транспортной сети. Опорные сети на базе ВОСП, NGSDH.»

 

Выполнил: ст. гр. ТС-51с

Коломойцев Б.М.

 

Киев-2015

Содержание

 

1. Общие принципы построения транспортной сети NGN……..….…3

2. Опорные сети на базе ВОСП, NGSDH………………………….…..5

2.1 Волоконно-оптические системы передачи…………………….…..5

2.2 Системы SDH второго поколения — NGSDH…………….………6

 

Общие принципы построения транспортной сети NGN

 

После детального исследования технологий уровня доступа в модели SCTA. поднимемся на один уровень вверх, к технологиям транспортной сети.

1. Транспортная сеть является развитием первичной сети при пере-

ходе от коммутации каналов к коммутации пакетов.

2. Транспортная сеть является каркасом современной сети NGN. Она представляет собой средство для соединения пользователей и приложений.

3. В первичной сети основная функция сводилась к образованию стандартного аналогового или цифрового канала между двумя точками сети, а транспортная сеть формирует капал передачи данных между двумя точками подключения пользователей NGN. Аналогия между транспортной сетью и первичной сетью присутствует также в механизме связей между пользователями (см. рис. 1.3 и 1.6).

4. Несмотря на единство принципов работы транспортной сети и первичной сети. NGN привносит свою специфику:

* вместо типового канала первичной сети используется какал передачи данных, который может быть установлен на основе технологии «виртуального канала», или «виртуальной трубы» в случае использования принципа дейтаграммной передачи (см. пример 2.7): эти пока размытые понятия ниже будут уточнены;

• в сети могут присутствовать как соединения «точка-точка», что может трактоваться как канал, так и соединения «точка-многоточка» и даже «многоточка-многоточка», что нельзя уже рассматривать как каналу

 

• «виртуальные трубы» могут быть симметричными и ассиметрилшы-ми по объему передаваемого трафика; допускается также режим однонаправленной передачи (симплексный канал).

5. В отличие от сетей доступа, которые разворачиваются «по месту», транспортная сеть строится запланировано, в соответствии со стратегией развития оператора.

Перечисленные выводы могут быть дополнены. Напомним, что одна из возможных точек зрения на транспортную технологию состоит в том. чтобы понять, насколько эффективно она может собрать трафик широкополосного доступа. Отсюда следует зеркальный взгляд на технологию транспортных сетей: это технология, которая позволяет перераспределять по сети собранный сетями доступа трафик.

На рис. 4.1 представлена модель функционирования транспортной сети, согласно которой потребителями ресурсов транспортной сети являются сети доступа. Сети доступа собирают трафик от пользователей XGN и взаимодействуют друг с другом через транспортную сеть. Из этой модели мы получаем самый важный вывод, определяющий ценность технических решений в области транспотных сетей:

Основное назначение транспортной сети заключается в обслуживании трафика данных NGN.

Для обслуживания трафика транспортная сеть должна обеспечивать следующие процедуры, принятые в NGN: распределение трафика, выравнивание нагрузки, маршрутизацию трафика, по связям различной топологии («точка-точка», «точка-многоточка» и пр.), дублирование трафика, мультиплексирование (объединение) и демультиплексирование (разделение) и т.д. Чем успешнее обслуживает технология транспортной сети пакетный график, тем эффективнее техническое решение. Именно такой критерий эффективности будет принят в этой главе в качестве основного при сравнении различных технологий.

 

 

Опорные сети на базе ВОСП, NGSDH

Волоконно-оптические системы передачи

 

Большая часть опорных сетей построены на базе традиционных технологий цифровых систем связи, так или иначе адаптированных к условиям передачи пакетного трафика. Как уже говорилось, на физическом уровне транспортных сетей NGN должны находиться волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Несмотря на то что в современных системах связи для передачи сигналов широко используют металлические кабели и радиоэфир, эти среды не подходят для построения транспортных сетей NGN. Для передачи трафика, который собирают сети доступа, пропускная способность транспортной сети должна превышать

10 Гбит/с, а перспектива за терабитными магистральными каналами. При такой скорости передачи альтернативы оптоволоконным технологиям практически нет. Поэтому радиоэфир (радиорелейные и спутниковые каналы), а также любые системы на основе металлического кабеля (DSL. IIPNA, Ethernet и пр.)

 

Типовая система волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) представлена на рис. 4.4. Следует различать волоконно-оптические линии связи и волоконно- оптические системы передачи (ВОСП). ВОЛС включает в себя только оборудование для передачи оптического сигнала по оптическому кабелю, в ВОСП входят также система передачи, принимающая электрический сигнал, и аппаратура сопряжения, которая обеспечивает преобразование электрического сигнала в оптический.

Представленная схема ВОЛС традиционна и вошла во все учебники. Такие ВОЛС используются в системах связи (в первую очередь в первичной сети) более 30 лет. Переход от традиционной первичной сети к NGN не внес принципиальных изменений в структуру кабельной оптической сети. Увеличилась лишь эффективная полоса передачи сигнала, что связано с необходимостью передавать большие массивы информации. В результате для передачи данных стали важны не только амплитудно-частотная характеристика широкополосного канала (зату-хание на разных частотах), но и фазочастотная (дисперсия). Влияние поляризационной модовой дисперсии (PMD) или хроматической дисперсии (CD) на качество передачи широкополосного сигнала по оптическому кабелю проявляется на скорости более 10 Гбит/с, ниже этой скорости нелинейность дисперсии не влияет на качество передачи данных. Поэтому в традиционных сетях на физическом уровне параметры PMD и CD не учитываются, но в транспортной сети NGN они становятся достаточно критичными, что было показано в монографии [33].

 

2.2 Системы SDH второго поколения — NGSDH

Долгое время технология SDH доминировала в качестве основы построения цифровых первичных сетей, а позже стала основной технологией для магистральных сетей связи. Диапазон скоростей достиг 10 Гбит/с при высоком уровне надежности, управляемости и гибкости.

При переходе от традиционных цифровых сетей к NGN перед технологией SDH возникла задача существенного преобразования своей структуры, чтобы соответствовать требованиям времени. Сделать это оказалось непросто, так как изначально система SDH была ориентирована на коммутацию каналов в первичной сети и не была адаптирована к использованию в качестве системы передачи пакетного трафика.

Для адаптации технологии SDH к новым требованиям NGN было разработано несколько технологий: PoS, LAPS, ATM, GFP и другие. В демократичном мире NGN вес технологии нашли свое место, хотя некоторые из них существенно снизили эффективность использования ресурсов SDH. Они образовали семейство систем SDH второго поколения, или технологию NGSDH. Таким образом, в результате многолетней работы проблемы адаптации были решены, и технология NGSDH стала одной из распространенных технологий транспортных сетей NGN.

Здесь же рассмотрим несколько основных принципов, которые использованы в системах NGSDH.

Первым техническим решением для адаптации технологии SDH к условиям передачи пакетного трафика стала процедура виртуальной конкатенации (VCAT) и формирования в системе NGSDH виртуальных коридоров произвольной пропускной способности. Как известно, трафик, передаваемый в системах SDH, упаковывается в контейнеры разной пропускной способности. Всего в современных сетях SDH используются три типа контейнеров (С-12, С-3 и С-4) для передачи потоков данных соответственно Е1 (2 Мбит/с), ЕЗ (8 Мбит/с) и Е4 (140 Мбит/с). Такая пропускная способность не соответствует реалиям современных транспортных сетей NGN, в которых передаются более высокоскоростные потоки. Например, скорости передачи данных для некоторых технологий NGN представлены ниже.

Для передачи подобных потоков данных в SDH был разработан механизм конкатенации, в соответствии с которым контейнеры С-4 могут передаваться по сети SDH в виде сцепки. Содержимое контейнеров в таком случае считается объединенным, что и формирует единый поток данных, который передается с высокой скоростью. В результате применения процедуры конкатенации на разных скоростях на выходе системы SDH появляются не только стандартные контейнеры С-12, С-3 и С-4, но также и конкатенированные контейнеры С-4-4с, C-4-l6c, С-4-64с и С-4-256с. Буква «с» здесь обозначает метод последовательной конкатенации.

Однако решение проблемы передачи высокоскоростного трафика в системах SDH в виде конкатенации имело один важный недостаток: оно существенно снижает КПД системы передачи. Например, формирование коридора для передачи трафика Gigabit Ethernet (1,05 Гбит/с) методами конкатенации требует использование контейнера VC-4-16c, что соответствует скорости 2,5 Гбит/с. Таким образом, ресурс системы SDH используется только на 42 %. Эффективность использования ресурса SDH для других приложений также невысока. Такое положение вещей могло бы устроить операторов, если бы в технологии SDH не возникали проблемы с эффективностью использования ресурсов. Вспомним что в системах SDH используется резервирование передаваемого потока 1:1. Это означает, что КПД систем SDH уже в самой идее составляет 50 %. За счет использования заголовков, которые занимают место при передаче данных, КПД «классической» SDH становится еще меньше и достигает 42...45 %. Если теперь уменьшить КПД за счет использования процедур конкатенации, то мы получим для рассмотренного выше случая технологии GTC производительность системы 17,6 %. Это даже ниже КПД первых паровозов. И конечно, верные своему инженерному призванию, разработчики технологи транспортных сетей не могли мириться с таким положением вещей.

Решение было найдено в принципе виртуальной конкатенации (VСAT). Идея VCAT состоит в том, чтобы вместо прямого «слепливания» контейнеров использовать виртуальное «слепливание» (рис. 4.9).

На оконечном мультиплексоре поток GE разбирается (splitting) и упаковывается (mapping) в контейнеры VC-4. Затем контейнеры передаются по сети как обычные контейнеры SDH автономно. На другом конце мультиплексор демультиплексирует нагрузку (demapping) и объединяет контейнеры (recombining) в единый поток GK. Тем самым при формировании коридора можно устанавливать его размер кратным VC-4.

В данном случае для формирования коридора GE можно эффективно объединить семь контейнеров VC-4, в результате чего эффективность составит 85 %, что уже вполне приемлемо. Если рассмотреть другие технологии мулътисервисных сетей, то эффективность применения VCAT для них также не вызывает сомнений.

Процедура виртуальной конкатенации отличается тем, что позволяет более эффективно использовать план маршрутизации. Принятый в методе последовательной конкатенации принцип сцепки требует одного маршрута передачи контейнеров, тогда как для VCAT возможна передача каждого контейнера по своему пути (рис. 4.10).

Но в таком виде системе NGSDH не хватает гибкости. Нужно учесть, что трафик па те или иные направления может менять свою структуру. В результате желательно было бы не только создавать в рамках сети NGSDH виртуальные коридоры для передачи пакетного трафика, но и без отключения канала изменять размер виртуального коридора. Этот

 

механизм получил название LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme — схема регулирования размера капала). В основе LCAS лежит использование внутри системы NGSDH специальной системы сигнализации, которая позволяет расширять или сужать размер виртуального коридора по командам из центра управления сетью.

Таким образом, процедура VCAT была дополнена процедурой LCAS, что позволяет формировать в системе NGSDH «упругие» виртуальные коридоры, которые могут менять свой размер.

После создания виртуальных коридоров в сети NGSDH разработчики занялись вопросом оптимальной загрузки пакетного трафика в виртуальные коридоры. Система сигнализации LCAS позволяет управлять размером виртуального коридора, но не делает это оперативно, в режиме реального времени. В то же время характерной чертой пакетного трафика является его изменчивая структура, так что интенсивность передачи данных может существенно меняться. Для повышения эффективности использования ресурсов NGSDH необходимо предусмотреть механизм выравнивания интенсивности трафика, что и было сделано в несколько этапов.

Перечень ссылок:

 

1. http://ngnetwork.ru/articles-ngnetwork/obshhie-principy-postroeniya-transportnoj-seti-ngn/

2.И.Г. Бакланов «NGN: принципы построения и организации», с.194-197, с.207-208, с. 212-221