2.4.5. Топология "ячеистая сеть"

Рассмотренные выше базовые топологии, как более характерные для магистральных транспорт­ных сетей, широко используются при построении новых сетей SDH. Традиционные телефонные сети, основанные на использовании узлов коммутации, построены в большинстве своем на основе топологии смешанной сети, в которой, однако можно выделить базовую топологию ячеистой сети - сети, составленной из замкнутых ячеек или контуров, или технологических колец. На рис. 2-53 приведены схемы простых ячеистых сетей, связанных двумя узлами.

В них используется разная форма ячеек сети, например, треугольная (3 узла), четырехугольная (4 узла), пятиугольная (5 узлов), шестиугольная (6 узлов). Так треугольная ячейка позволяет позво­ляет сформировать минимальную сеть, состоящую из 4 узлов, четырехугольная ячейка - аналогич­ную сеть из 6 узлов, пятиугольная - из 8 узлов и шестиугольная - из 10, см. рис. 2-53.

Существенное отличие ячеистой топологии, например от кольцевой, в том, что потоки в звеньях щ, соединяющих узлы i и у, могут быть разными, зависящими от требуемой пропускной способности конкретного звена. При этом замкнутый контур ячейки формирует так называемое технологическое кольцо, потоки которого в разных сечениях - разные. Однако ячейка, если нуж­но, может играть и роль полноценного, а не только технологического кольца.

Характерная особенность ячеистой топологии - возможность расширения сети путем на­ращивания (мультиплицирования) однотипных ячеек без потери топологической однородности сети. Таким свойством обладают все сети, использующие перечисленные выше ячейки. Более то­го, указанные ячейки позволяют строить такие сети, где базовые ячейки могут контактировать с друг с другом ровно двумя узлами. Последнее свойство важно при использовании методов защиты подсетей в сетях SDH (см. ниже). ■

2.5. Архитектура реальных сетей sdh

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе ис­пользования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегмен­тов. Учитывая возможность и автономного использования отдельных элементарных топологий, мы рассмотрим ниже только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии.

2.5.1 Радиально-кольцевая архитектура

Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной топологий, где в качестве ради­альной выступает топология последовательной линейной цепи.

Пример радиально-кольцевой архитектуры сети SDH приведен на рис. 2-54. В этой сети вместо последовательной линейной цепи в радиальной части может быть использована и более простая топология "точка-точка". Число радиальных ветвей ограничивается только из соображе­ний допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на мультиплексор доступа (вво­да/вывода), установленный на кольце.

2.5.2 Архитектура типа "кольцо-кольцо"

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. На рис. 2-55 показана схема соединения двух колец одного уровня (STM-4) с помощью интерфейсных карт STM-1 через каналы доступа.

На рис. 2-56 показан другой вариант соединения колец - каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении можно использовать в качестве оптических трибов, агрегатные потоки предыдущего иерархиче­ского уровня при переходе от одного уровня иерархии к другому (например, оптический триб STM-1 при переходе на кольцо STM-4 и триб STM-4 при переходе на кольцо STM-16).

Указанные выше схемы соединения колец использовали для связи по одному мультиплек-сорному узлу в кольце. При требовании обеспечить большую надежность этого может оказаться недостаточно. В этом случае используют два мультиплексорных узла в каждом из взаимодейст­вующих колец. В этом случае связь между кольцами не будет потерена даже при выходе из строя одного из мультиплексорных узлов связи.

Архитектура взаимодействующих колец в силу особого интереса к ней рассмотрена более подробно в разд. 2.6. Здесь мы отметим лишь, что использование в ней двух узлов для связи колец приводит к двум кольцевым топологиям [388] - одна называется "взаимодействующее виртуальное кольцо", а другая - "взаимодействующее кольцо с выводом и продолжением" (см. рис. 2-68, разд. 2.6). Оба используют два узла связи между кольцами, но в первом эти узлы не связаны между со­бой по маршруту прохождения трафика, а во втором - связаны (см. рис. 2-68, разд. 2.6), благодаря реализованной функции "вывод с продолжением".

Схема взаимодействующих колец с двумя мультиплексорами связи используется рядом российских компаний, например, "МТУ-Информ", "Совинтел", "Мосэнерго". На рис. 2-57 (см. след. стр) приведена схема сети SDH АО "Мосэнерго", использующая такие соединения [405].

Все три предыдущих архитектурных решения использовали связь колец с помощью трибов через интерфейсы каналов доступа. Существенно более гибкую (с точки зрения номенклатуры коммутируемых устройств) и мощную (с точки зрения коммутируемых емкостей) связь колец SDH, а также другого коммутационного оборудования можно получить с помощью кросс-коммутаторов SDH типа 4/4 или 4/3/1. Пример такой связи колец на уровне ОС-48 SONET и STM-16 SDH показан на рис. 2-62, приведенном в разд. 2.5. Кроме большой емкости и гибкости такой связи, кросс-коммутаторы в этом конкретном примере связи колец SONET и SDH, дают возмож­ность конвертации трибов АС иерархии (например, ТЗ) в трибы ЕС иерархии - ЕЗ.

Наконец последние достижения в области технологии WDM сделали возможным осущест­вить еще один вариант связи колец SDH с помощью мультиплексоров WDM. В этом случае опти­ческие трибы SDH, на уровне которых происходит связь, модулируют оптическую несущую (не­сущие), которая коммутируется (маршрутизируется) оптическим (или электрическим) кросс-коммутатором и передается на узел WDM на дальнем конце (в рамках модельного уровня WDM), а затем преобразуется транспондером WDM и поступает на кольцо SDH (расстояние между связы-вемым кольцами может быть равно длине пролета или длине регенерационной секции).

2.5.3. Линейная архитектура для сети большой протяженности

Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексора­ми ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте (в линейном тракте) между ТМ (рис. 2-58) должны быть установлены кроме мультип­лексоров и проходного коммутатора еще и регенераторы для восстановления (регенерации) зату­хающего оптического сигнала.

Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, определенных в стандартах ITU-T G.957 и G.958 [24, 25].

Принято различать три типа стандартизованных участков - секций (использование линей­ных ОУ на них не предполагается):

• оптическая секция (участок от точки электронно-оптического до точки оптоэлектронного пре­ образований сигнала), которая по сути являются участком ВОК между элементами сети SDH (на рис. 2-58 не показано);

• регенераторная секция (см. на рис. 2-58);

• мультиплексная секция (см. на рис. 2-58).

Оптические секции нормируются подлине [24], при этом выделяют три категории:

• I - внутристанционная секция, длиной до 2-х км;

• S - короткая межстанционная секция, длиной порядка 15 км;

• L - длинная межстанционная секция, длиной порядка 40 км (при длине волны 1310 нм) и 80 км (при длине волны 1550 нм).

Указанные длины секций используются только для классификации (см. ниже) и не могут рассматриваться как рекомендуемые значения используемых техничеких параметров. Общая дли­на маршрута может составлять при этом сотни или же тысячи километров. Маршрут в [47] рас­сматривается как участок тракта между терминальными мультиплексорами, допускающий авто­матическое поддержание функционирования сети с номинальной производительностью.

Мультиплексная секция рассматривается как участок тракта между транспортными уз­лами (мультиплексорами и коммутаторами), допускающий аналогичное автоматическое под­держание функционирования.

Регенераторная секция рассматривается как участок тракта между двумя регенераторами или между регенератором и другим узлом сети SDH. В [24] для аналогичных определений исполь­зуются эталонные точки А (вход/выход волокна) и С (источник/сток окончания регенератор­ной секции RST) в схеме представления регенераторной секции, определенные в стандарте ITU-T G.783 [22]. Более подробно см. изложение в стандартах ITU-T G.957, G.958 [24, 25], или в работах [6,47].

Описанный выше секционный заголовок SOH фрейма STM-N, содержащий управляющую информацию, делится как указывалось выше на две части: RSOH - заголовок регенераторной сек­ции - 27 байтов (строки 1-3, столбцы 1-9) и MSOH - заголовок мультиплексной секции - 47 байтов (строки 5-9, столбцы 1-9) [16]. Регенераторная секция обрабатывает RSOH, который содержит синхросигнал, а также управляющую и контрольную информацию, позволяющую локализовать поврежденную секцию. Этот заголовок, будучи сформированным и записанным в фрейм на входе RST, считывается каждым регенератором и окончательно терминируется на выходе RST, что бо­лее подробно описано выше и в [16].

Классификация секций приведена в таб. 2-2. Она дает стандартное обозначение секций в зависимости от уровня STM (1,4, 16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри станции (код использования I), между станциями - короткая секция (код использования S), ме­жду станциями - длинная секция (код использования L). В общем случае кодировка типов исполь­зования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и имеет формат:

<код использования> - <уровень STM> . <индекс источника>

Здесь "код использования" и "уровни STM" приведены выше, а "индекс источника" имеет следующие значения и смысл:

• 1 или без индекса - указывает на источник излучения с длиной волны 1310 нм;

• 2 - указывает на источник излучения с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего стандартам ITU-T G.652 (секции S) и G.652, G.654 (секции L);

• 3 - указывает на источник излучения с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего стандарту G.653.

Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регене­раторная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник излучения (света) с длиной волны 1550 нм.

2.5.4. Архитектура разветвленной сети общего вида

В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для глобальных сетей, таких как формирование "остова" сети (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mash) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршру­ты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному пути.

Наряду с присущим сетям SDH внутренним резервированием, такой путь позволяет повы­сить надежность всей сети в целом. Причем при таком резервировании на альтернативных мар­шрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, ес­ли на основном маршруте используется водоконно-оптический кабель (ВОК), то на резервном -радиорелейная линия (РРЛ) или спутниковая линия, или наоборот.

Ниже приведены примеры архитектур (как модельных, так и реально существующих), дающих возможность продемонстрировать ряд используемых типовых решений.

Модельная глобальная сеть SDH смешанной архитектуры

На рис. 2-59 представлена смешанная архитектура такой разветвленной (глобальной) сети, остов (или опорная/магистральная сеть) которой сформирован для простоты в виде одной сете­вой ячейки, узлами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу "каждый с ка­ждым".

Глобальная сеть смешанной архитектуры на основе технологий PDH и SDH

Еще один пример сети SDH общего вида приведен на рис. 2-60. Эта сеть рассматривается в [55] как пример законченного решения сети, связывающей сегменты, использующие как тополо­гии SDH, так и PDH.

Схема сети (рис. 2-60) состоит из трех колец SDH, связанных между собой тремя сегмен­тами. Два верхних кольца уровня STM-4 связаны последовательной линейной SDH цепью уровня STM-16, состоящей из 2 ТМ типа SDM-16 с 2 промежуточными регенераторами SLR-16. Два ле­вых (верхнее - STM-4 и нижнее - STM-1) кольца связаны линией Е4 PDH (140 Мбит/с), терми­нальные мультиплексоры PDH которой PSM-1 на уровне триба Е4 непосредственно связаны с SDH мультиплексорами SDM-1. Замыкающее звено между правым верхним и левым нижним кольцами SDH использует кросс-коммутатор T::DAX, связанный на уровне PDH трибов с двумя мультиплексорами SDM-1 нижнего кольца STM-1 с одной стороны и промежуточным мультип­лексором SDM-1 с другой. Последний выполняет несколько функций:

• терминального мультиплексора последовательной линейной цепи, составленной из нескольких мультиплексоров SDM-1;

• мультиплексора ввода/вывода для сети доступа, организуемой через РСМ-2, и потоков от кросс-коммутатора T::DAX;

• концентратора-коммутатора потоков между T::DAX, верхним кольцом STM-4, линейной цепью SDM-1 и PDH мультиплексором РСМ-2 в сети первичного доступа.

Наконец, сети SDH общего вида можно рассматривать как транспортную сеть для ATM трафика, учитывая, что виртуальные контейнеры VC-n могут нести в упакованном (например, в виртуальные контейнеры VC-4 и VC-4-Xc) виде поток ATM ячеек в качестве полезной нагрузки (более подробно см. ниже гл. 8 или стандарт ITU-T G.707 [16]).

Глобальная сеть смешанной архитектуры на основе технологий ATM и SDH

Для сопряжения транспортных сетей SDH и ATM сетей, рассматриваемых как сети досту­па, уже сейчас существуют коммутаторы доступа ATM, осуществляющие упаковку ячеек ATM в виртуальные контейнеры SDH или в виртуальные трибы SONET (в рамках технологий ATM Over SDH и ATM Over SONET). Одним из них является, например, коммутатор АТоМ компании ECI. Схема общей транспортной сети SDH и сети доступа ATM приведена на рис. 2-61.

Глобальная трансатлантическая сеть Gemini на основе технологий SDH и WDM

Еще одним примером архитектуры глобальной сети может служить трансатлантическая сеть, построенная по проекту "Gemini" (см. рис. 2-62 на след. стр.) компаниями WorldCom и Cable & Wireless (с помощью единого поставщика компании Alcatel) в 1998 г. [384].

Сеть общей пропускной способностью 60 Гбит/с состоит из двух полуколец (северного и южного емкостью по 30 Гбит/с каждое). Сеть использует технологии SDH и WDM (8 информаци­онных несущих на одно волокно). Эта сеть, фактически состоит из трех колец - два наземных кольца SDH (левое кольцо уровня ОС-48 в США и правое - уровня STM-16 в Великобритании) и одно подводное кольцо WDM (трансатлантическое). Кольца соединены между собой кросс-коммутаторами DXC 4/3/1. Через такие же кросс-коммутаторы на европейской части сети осуще­ствляется выход на сети доступа (справа внизу) и на основное кольцо Ulysses Core, дающее выход на Пан-европейскую сеть SDH-WDM.

Отличительной особенностью сети является не только использование технологии WDM и высокая пропускная способность сети, но и схема защиты трафика трансатлантического кольца, сочетающая двухузловую схему стыковки колец с характером аварийного терминирования трафи­ка по типу "вывод с продолжением" (drop & continue), см. ниже. Сеть управляется системами Al­catel 1353 SH/WX и Alcatel 1354 RM/SN компании Alcatel.

Глобальная интегрированная сеть ATM, SDH и WDM и оптической магистралью

Существенное развитие технологии WDM за последнее время и ее интеграция с другими технологиями связи (в первую очередь с ATM, IP и SDH) привела к тому, что приходится пере­сматривать ряд стратегий развития глобальных сетей и в первую очередь сетей, рассчитанных на перспективу.

Одна из таких стратегий последнего времени - использование технологии SDH в качестве основной транспортной технологии для магистральных сетей связи и использование ее в качестве переносчика трафика других сетевых технологий - ATM и IP. Эффективность такой стратегии бы­ла поставлена под сомнение развитием технологии WDM, которая (в силу ряда особенностей, ко­торые мы обсуждаем ниже в разд. 11.1) в стратегическом плане предложила более гибкие и эко­номически эффективные решения для ее использования в качестве основной транспортной техно­логии для магистральных сетей связи вместо технологии SDH.

На рис. 2-63 (см. стр. 109) приведена архитектура модельной сети [385], использующей оп­тическую маршрутизацию трафика WDM (основанный на коммутвции оптических несущих), ко­торая создает некий новый "оптический" уровень передачи магистрального трафика по физически существующей сети на основе ВОК. Эта же технология предлагает себя в качестве более простой и эффективной альтернативы SDH как переносчика трафика других сетевых технологий.

Интегрированная сеть, представленная на рис. 2-63 состоит из нескольких уровней. На са­мом нижнем представлены две сети кольцевой топологии, одна - традиционное кольцо SDH с мультиплексорами ввода-вывода ADM, другая - кольцо SDH с мультиплексорами ISA SDH, до­пускающими упаковку трафика (пакетов/ячеек) технологий IP и ATM, и традиционным узлом дос­тупа к сети SDH - SDH AN. Эти сети связаны с оптической сетью (кольцом) следующего (верхне­го) уровня, использующей технологию WDM либо непосредственно на уровне мультиплексоров обычного ADM и оптического ADM (OADM), либо с помощью цифрового кросс-коммутатора ISA DXC (префикс ISA позволяет обрабатывать ISA трафик с коммутацией пакетов/ячеек на коммута­торы ЛВС NB SW (узкополосный) и ВВ SW (широкополосный). Мультиплексоры этого уровня OADM могут служить мультиплексорами доступа для оптических ЛВС технологий, таких как GE и FDDI, также как и для других оптических потоков. Кроме мультиплексоров OADM на оптиче­ском кольце показаны оптический кросс-коммутатор ОХС и оптический шлюз (optical gateway). Первый может быть связан с оптическими потоками от ЛВС или других источников, второй - ве­дет нас на верхний уровень оптической маршрутизации, осуществляемой в зависимости от длины волны с помощью оптических кросс-коммутаторов ОХС, объединеных в ячеистую сеть и связан­ных между собой по типу "каждый с каждым".

2.5.5. Сравнительный анализ эффективности архитектурных решений

Выше мы рассмотрели ряд топологий и архитектурных решений, используемых в практике фор­мирования сетей SDH. Каждая из этих архитектур и топологий имеет свои достоинства и недос­татки, которые мы хотели бы кратко подытожить.

Архитектуры "точка-точка" и "линейная цепь" (с защитой и без нее) имеют свою ярко вы­раженную специфику и будут использоваться в любой архитектуре смешанного типа.

Радиально кольцевая архитектура имеет свои плюсы и минусы. Безусловный плюс - воз­можность использовать защиту 1 + 1 для двухволоконной схемы без дополнительного оборудова­ния, возможность использования всех возможных для SDH схем защиты для четырехволоконной схемы с дополнительным комплектом оборудования. Минусом является недостаточная гибкость, вызванная, во-первых, отсутствием альтернативных маршрутов (не считая резервного), постоянст­во числа каналов в "сечении" сети на любом участке, необходимость резервирования потоков для всех каналов радиальных ветвей и вызванное этим быстрое насыщение кольца (например, при ре­зервировании 5 каналов Е1 в каждом радиусе и 10 радиусах на нужды собственного трафика меж­ду узлами кольца в мультиплексоре STM-1 остается только 13 каналов Е1) и низкая эффектив­ность использования трафика. Кроме того число узлов на кольце обычно ограничено (в том числе и приведенными выше соображениями), а значит для обслуживания определенной области прихо-

дится организовывать несколько колец с неизбежной дополнительной потерей емкости колец, ре­зервируемой для целей перегрузки контейнеров из одного кольца в другое в соответствии с картой проложенных при конфигурации маршрутов потоков данных. Ситуация в этом плане еще более усугубляется при использовании двух узлов для связи колец с целью повышения надежности.

Смешанная радиально-кольцевая архитектура, использующая кросс-коммутаторы для свя­зи нескольких колец позволяет избавиться от ряда недостатков радиально-кольцевой архитектуры, однако это стоит определенных финансовых затрат.

Как показывает практика развития сетей SDH в европейских странах наиболее оптималь­ной с точки знеия оптимизации затрат на сеть в целом и наиболее гибкой на наш взгляд является ячеистая архитектура. Даже если вы начали строительство сети с одного кольца SDH, вы анализи­руете потоки на различных его сегментах и пытаетесь увеличить пропускную способность ряда из них путем прокладки параллельных линий, на которых впоследствии организуете дополнительные узлы по мере накопления клиентов. В результате оказывается что вы построили на базе этого сег­мента некую ячейку. Аналогичный процесс повторяется на других сегментах. В результате сеть все более и более превращается в классическую ячеистую сеть с различными потоками в разных ее сегментах, диктуемыми потребителями трафика [386]. Аналогичная ситуация происходит, когда имеются первоначально несколько колец SDH и их пытаетесь впоследствии соединить некоторые узлы колец звеньями для придания сети большей гибкости [387].

С учетом этого опыта можно считать, что сеть SDH в целом будет достаточно оптималь­ной, если она будет состоять из нескольких уровней, например, сети доступа, основной транс­портной сети и магистрально-распределительной сети. Сеть первого уровня должна представлять собой сеть радиально-кольцевой архитектуры, узловые мультиплексоры которой (уровня STM-1 -STM-4) играют роль концентраторов трафика. Сеть второго уровня должна быть ячеистой сетью, в том числе и состоящей из отдельных колец-ячеек (уровня STM-16). Сеть третьего уровня должна быть ячеистой сетью, состоящей из кросс-коммутаторов (уровня DXC 4/3/1), соединенных с сетью второго уровня в опорных узлах. Между собой коммутаторы должны быть соединены по типу "каждый с каждым" звеньями уровня nxSTM-16, использующими технологию WDM с п несущими (где п = 4-32 в зависимости от уровня сети SDH в целом).