Глава 5

СТРУКТУРЫ, ЗАЩИТА, СИНХРОНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ В ОПТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЯХ

Под структурами транспортных сетей принято понимать включение сетевых эле­ментов, как удаленных друг от друга, так и близко расположенных, в определенные физические схемы (точка-точка, линейная цепочка, кольцо, ячейки и т.д.) и органи­зацию в этих схемах соединений в интересах потребителей ресурсов транспортной сети. Кроме того, к понятию структур транспортных сетей относится и возможное резервирование соединений сетевых элементов и соединений в интересах потреби­телей. В структурах транспортных сетей предусматриваются схемы синхронизации и управления.

5.1. Структуры транспортных сетей

Структура «точка-точка» соединяет два сетевых элемента, образованных тер­минальными мультиплексорами. Если это соединение протяженное, то оно может включать промежуточные регенераторы (рис. 5.1). Основной и резервный агрегат­ные выходы формируют систему защиты типа 1+1 (1:1), в этом случае в резервной линии возможен пропуск дополнительной нагрузки. При отказе основного физиче­ского соединения сеть автоматически за время не более 50 мс переходит на резерв­ное физическое соединение. Благодаря своей простоте эта топология широко ис­пользуется на магистральных сетях со скоростями 2,5, 10 Гбит/с и в режиме WDM (рис. 5.2). При этом защитные функции могут реализоваться как мультиплексорами WDM (ОМХ, Optical Multiplexer), так и средствами мультиплексоров SDH.

В структуре с оптическими мультиплексорами может применяться промежуточ­ное усиление и коррекция оптических многоволновых сигналов. Для этого устанав­ливают оптические усилители, которые заменяют 2п (п = 2.. .32 и более) регенера­торов. Преимущество этого решения состоит в возможности наращивания емкости транспортной сети постепенно по мере необходимости введением новых волновых каналов без изменения промежуточных усилителей и с сохранением гарантирован­ной защиты в секции оптического мультиплексирования между ОМХ.

Структура «линейная цепь» соединяет терминальные сетевые элементы и промежуточные сетевые элементы с каналами доступа (рис. 5.3). Она применяется при ограниченной дальности передачи и не очень интенсивном трафике, например, в технологической транспортной сети. При этом формируется частый доступ к ка­налам в промежуточных мультиплексорах вывода/ввода ADM. Схема не имеет ли­нейной защиты и отличается простотой построения и относительно низкой стоимо­стью реализации.

При необходимости введения линейной защиты в структуре «линейная цепь» вводится резервная линия между терминальными мультиплексорами ТМ, и в этом случае топология преобразуется в плоское (уплощенное) кольцо (рис. 5.4).

Для повышения эффективности использования «линейной цепи» возможно при­менение режима передачи с WDM и оборудования OADM (рис. 5.5).

В структуре «оптическая линейная цепь» промежуточные оптические мульти­плексоры выполняют на основе волоконных брэгговских решеток — оптических фильтров, т.е. пассивных устройств, настроенных на фиксированные волны для их выделения и ввода. При этом число волн выделения и ввода ограничено (2, 4, 8). В приведенном примере (рис. 5.5) мультиплексоры SDH в составе сетевых элементов выполняют функции терминирования. Однако возможно реализовать и функции вывода/ввода ADM (рис. 5.6).

Платформенный принцип построения сетевых элементов транспортной сети по­зволяет реализовать структуру типа «звезда». В этом случае терминалы сети позво­ляют концентрировать трафик для ввода в магистральную сеть (рис. 5.7).

Структура «звезда» также может быть выполнена в оптической сети с WDM. При этом мультиплексоры SDH оснащают «цветными» агрегатными интерфейсами (рис. 5.8).

В структуре «кольцо» все сетевые элементы идентичны в агрегатной части и объединены в непрерывную замкнутую физическую сеть. Различают две топологии в этой структуре: 2-волоконное кольцо; 4-волоконное кольцо. Эти топологии приведены на рис. 5.9 и 5.10,

Структура «кольцо» отличается высокой живучестью, реализуемой через разви­тые схемы защиты. Физическая защита участка передачи между парой соседних мультиплексоров гарантирована в топологии «четырехволоконное кольцо» благо­даря использованию двух отдельных кабельных линий и независимых агрегатных портов, количество которых в каждом мультиплексоре — 4. В топологии «двухво­локонное кольцо» защита реализуется за счет использования внутренней емкости передачи в кольце, то есть емкости STM-N. Варианты организации передачи в кольце и защиты соединений рассматриваются ниже в отдельном разделе.

Более эффективное, с точки зрения возможностей волокна, использование ре­сурсов структуры «кольцо» может быть достигнуто в оптической сети с примене­нием WDM (рис. 5.11, 5.12).

На рис. 5.11 представлен пример соединения секций мультиплексирования WDM типа «точка-точка» в кольцевую топологию через мультиплексоры SDH. Схема эквивалентна схеме, представленной на рис. 5.9. При этом все защитные функции возложены на мультиплексоры SDH. Режим передачи WDM обеспечивает только эффективное использование ресурсов стекловолокна. Эта структура отлича­ется большой избыточностью электрического и оптического оборудования (оптиче­ских интерфейсов, транспондеров в ОМХ), сложностью построения систем управ­ления оборудованием SDH и WDM, ограниченной масштабируемостью. От ряда проблем существенно избавлена топология оптического кольца с мультиплексора­ми ROADM (рис. 5.12). В этой топологии средствами ROADM обеспечиваются жи­вучесть, гибкость, масштабируемость и экономичность сети. Транспортная среда на основе оптических волн пригодна для загрузки трафика особых услуг (SDH, ОТН, ATM, Ethernet, MPLS и т.д.).

Кольцевые транспортные сети применяются на городских и внутризоновых се­тях. На магистральных сетях выстраивается структура «ячейка». В этой структу­ре крупные сетевые узлы соединяются защищенными магистралями топологии «точка-точка». При этом узлы связаны по принципу «каждый с каждым» (рис. 5.13).

На этом рисунке представлен пример двухячеистой структуры транспортной сети. Узлы этой сети представляют собой синхронные цифровые кроссовые коммутато­ры (SDXC) или оптические кроссовые коммутаторы (ОХС), которые могут вклю­чаться в автоматически коммутируемую оптическую сеть (ASON). На практике транспортные сети строятся как смешанные структуры: «кольцо-линейная цепь», «пересекающиеся кольца», «цепочки колец» и т.д. При этом на стыке различных топологий устанавливают, как правило, узлы кроссовой коммутации электрических и оптических каналов. Такие узлы позволяют поддерживать физические соединения каналов и логические связи (маршруты, виртуальные пути, виртуальные каналы).

Необходимо отметить, что кольцевые структуры поддерживаются и технологи­ей ЕоТ (Ethernet) в транспортной сети через протокол RPR, сеть SDH, оптическую сеть WDM, собственную протокольную организацию STP (Spanning Tree Protocol), благодаря которой существует несколько параллельных путей, гарантирующих ре­зервные маршруты прохождения трафика при нормальном функционировании ос­новного пути и активизацию одного из резервных путей при нарушении основного пути.

Соединения пользователей в транспортной сети различаются на защищенные и незащищенные. Защищенность соединений может определяться как физическим построением сети (структурой физических связей сетевых элементов), так и логи­ческой организацией соединений.

Соединение пользователей транспортной сети может проходить через ряд уча­стков: секцию мультиплексирования, подсеть, тракт (рис. 5.14).

Маршрут передачи называется трактом, если на его концах находятся две точки терминирования (ТТ) тракта. Например, точка окончания тракта в сети SDH выполняет функции окончания тракта для получения виртуального контейнера (VC-n/m) с заголовком тракта (РОН). Тракт может проходить через другие сетевые элементы в составе других соединений и при этом контролироваться через встроен­ные функции тандемных соединений (ТСМ).

Соединение подсети (SNC) является частью тракта, завершаемого двумя точ­ками окончания соединения, рассчитанными на функцию контроля соединения. В точке окончания соединения осуществляется только мониторинг сигналов. Напри­мер, эти точки реализуются в сетевых элементах с интерфейсами SDH. На SNC ме­жду двумя точками могут быть установлены другие сетевые элементы (регенерато­ры, мультиплексоры).

Секцией мультиплексирования (MS) является участок соединения (линии) ме­жду двумя мультиплексорами SDH, наделенный функциями окончания секции мультиплексирования (MST, Multiplex Section Termination), используемыми для об­мена сигналами STM-N. На таком пути передачи могут быть установлены регене­раторы и оптические усилители.

Соединения в транспортной сети подразделяют на однонаправленные и двуна­правленные. Кроме того, двухсторонние соединения, в свою очередь, подразделяют на соединения в одном маршруте и в различных маршрутах. Все виды соединений представлены на рис. 5.15 (а, б, в).

Принцип однонаправленного и двунаправленного соединения широко применя­ется в кольцевых сетях. На рис. 5.16 (а, б) представлены примеры схем однонаправ­ленного и двунаправленного соединений в кольцевой транспортной сети. Как видно из рисунков, в кольцевой сети при любом из видов передачи существует потен­циальный резерв соединения, который может быть использован для его защиты.

Приведенные способы организации соединений в транспортных сетях примени­мы не только для передачи и защиты электрических сигналов, но используются и для оптических сигналов в многоволновой сети WDM. Эти общие принципы рас­смотрены в стандартах МСЭ-Т G.841, G.842, G.784, G.803, G.8131, G.8031,1.630.