Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

Список литературы

1.Крук Б.И., Попов Г.Н. …И мир загадочный за занавесом цифр: Цифровая связь. – 2-е изд., испр. – Новосибирск: ЦЭРИС, 2001. – 264 с.

2.Белоруссов Н.И. Электрические кабели, шнуры и провода. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 536 с.

3.Семенов А.Б. и др. Структурированные кабельные системы. – М.: Компьютер Пресс, 1999. – 421 с.

4.Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: ЭКО-Трендз, 1998. – 266 с.

5.Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи. – М.: СО-

ЛОН-Р, 2001. – 237 с.

6.Гринфилд Д. Оптические сети. К.: ООО «ТИД «ДС», 2002. – 256 с.

7.Гордиенко В. Н., Крухмалев В. В., Моченов А. Д., Шарафутдинов Р. М. Оптиче-

ские телекоммуникационные системы. Учебник для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2011. – 368 с.

8.Портнов Э. Л. Оптические кабели связи, их монтаж и измерения: Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2011. – 448 с.

9.Портнов Э.Л., Зубилевич А.Л. Электрические кабели связи и их монтаж. Учебное пособие для вузов. 2-е изд., стереотип. – М.: Горячая линия – Телеком, 2010. – 364 с.

Глава 8. Транспортные сети

8.1. Предпосылки создания транспортных сетей

В XXI в. мировое сообщество вступило в новую эру своего развития, названную глобальным информационным обществом (ГИО). Отличительной чертой ГИО является то, что в нем знания и информация приобретают роль внешних производственных факторов, становятся материальной основой существования общества.

Формируются целые отрасли, специализирующиеся на использовании высоких технологий, к которым в первую очередь относятся производство «информационных продуктов» (в том числе программных) и эффективное их распределение в среде инфокоммуникаций.

По существу мировое сообщество сейчас переживает третью революцию. Если в первой – сельскохозяйственной – главным действующим лицом был землевладелец и главным ресурсом – земля, во второй – индустриальной – собственник капитала и главным ресурсом – капитал, то в третьей – информационной – господствующей социальной группой становится собственник информации, а главным ресурсом – знания, информация.

Для эффективной передачи и распределения всех видов информации в структуре ГИО создана и непрерывно развивается Всемир-

ная сеть связи (World wide communication network), представляющая из себя совокупность всех взаимосвязанных национальных сетей связи на земном шаре. Технической же основой любой современной сети связи являются информационные транспортные сети, пред-

назначенные для высококачественной и безаварийной (бесперебойной) передачи (транспортировки) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков от производителя к потребителю.

В заключение раздела приведем определение транспортной сети. Сеть транспортная – это совокупность ресурсов систем передачи (каналов, трактов, секций) и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования и управления, предназначенные для переноса информации между заданными

пунктами сети.

8.2. Системы передачи для транспортной сети

Изначально технической основой построения транспортных сетей являются системы SDH. Их внедрение на сетях связи началось в конце 80-х годов 20 века и продолжается сегодня с рядом изменений. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются «источниками» информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи или транспортировки и распределения цифровых потоков, формируемых как в системах PDH, так и в сетях АТМ, Ethernet и т.д. Все известные цифровые потоки транспортируются в системах SDH в виде цифровых информационных структур, называемых виртуальными контейнерами VC. Виртуальные контейнеры имеют различную емкость, что позволяет обеспечить различную скорость транспортировки информационных потоков. При этом VC предоставляются для загрузки информационных потоков со строгой периодичностью в 500 мкс (VC-12) или 125 мкс (VC-3/4). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная информация, дополненная трактовыми заголовками (Path Overhead, POH). Эти заголовки предназначены для эффективного управления трактами транспортной сети и выполняют функции передачи оперативной, административной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Maintenance, OAM), что обеспечивает высокие функциональные возможности, гибкость и надежность сети связи.

Группы однотипных (отдельных или объединенных сцепкой) или разнотипных VC передаются между элементами транспортной сети (от отправителя информации к получателю) по линиям передачи в виде цифровых структур STM-N, где N обозначает иерархический скоростной режим передачи: 0, 1, 4, 16, 64, 256 (табл. 6.1). Модули STM-N имеют цикличность в 125 мкс и оснащаются заголовками сек-

ций передачи – секции регенерации (Regeneration Section Overhead, RSOH) и секции мультиплексирования (Multiplex Section Overhead, MSOH), поддерживающих функции OAM в соответствующих секциях. Упрощенная структурная схема системы передачи SDH, которая является основой транспортной сети, приведена на рис. 8.1.

Секция мультиплексирования обеспечивает передачу информации между двумя соседними сетевыми элементами, т.е. терминальными мультиплексорами (Terminal Multiplexer – ТМ) и мультиплексорами выделения/ввода (Add/Drop Multiplexer – ADM), в одном из которых формируется (объединяется) сигнал STM-N, а в другом разделяется до компонентных потоков (каналы передачи E1, E3, E4, Ethernet 10, 100,1000 и т.д.). В общем случае транспортная сеть SDH состоит из секций мультиплексирования, для которых уровень сигнала STM-N может быть разным в зависимости от требуемой скорости информационных каналов в каждой секции.

Секция регенерации обеспечивает возможность передачи информации на протяженных участках, где требуется поддерживать высокое качество цифрового сигнала STM-N, которое оценивается коэффициентом ошибок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для систем SDH составляет 10–10. Регенерация цифрового сигнала необходима для устранения искажений фронтов и срезов импульсов, образующихся в линии передачи из-за дисперсионных искажений, что, как известно, приводит к межсимвольным помехам и увеличению частоты ошибок. При регенерации восстанавливаются амплитуда и длительность импульсов.

Тракт транспортной сети обозначает логическое соединение между точкой системы передачи SDH, в которой производится «сборка» виртуального контейнера VC (например, загрузкой потока Е1 на скорости 2,048 Мбит/с) и точкой, в которой VC «разбирается» (например, из VC восстанавливается поток Е1 с высокой стабильностью временных тактов). Тракт транспортной сети можно также представить себе как трубу, проложенную через секции регенерации и мультиплексирования, непосредственно соединяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для транспортировки различных объемов информации разработаны виртуальные контейнеры различной емкости, которые условно разделены на контейнеры низкого и высокого порядков.

Контейнеры низкого порядка обозначены VC-12 и они поддерживают скорость передачи информационного потока до 2176 кбит/с, т.е. поддерживают передачу первичных цифровых потоков Е1 на скорости 2048 кбит/с. Контейнеры высокого порядка обозначены VC-3 и VC-4 и они поддерживают скорости передачи 48 384 кбит/с и 149 760 кбит/с соответственно, что позволяет транспортировать в них цифровые потоки PDH Е3 на скорости 34 368 кбит/с и Е4 на скорости 139 264 кбит/с. Избыточность VC по скорости необходима для выравнивания скоростей при сборке и разборке. Кроме того, повышенная избыточность VC-3 относительно Е3 обусловлена существенными различиями стандартов Северной Америки, где разрабатывалась технология SDH, и Европейских стандартов, где предусмотрен поток Е3.

Виртуальные контейнеры также могут сцепляться для передачи цифровых потоков не согласованных со скоростями отдельных контейнеров. Например, 5 VC-12 сцепляются в единый блок для передачи данных сети Ethernet на скорости 10 Мбит/с или 7 VC-4 сцепляются в единый блок для передачи данных сети Ethernet на скорости 1000 Мбит/с. Сцепленные контейнеры обозначаются: VC-12-XV (X = 2…64) и VC-4-XV (X = 2….256). Аналогично обозначаются сцепленные VC-3, т.е. VC-3-XV (X = 2…256). Количество сцепляемых виртуальных контейнеров, в общем, не является строго постоянной величиной, что обозначается индексом v. Благодаря известному алгоритму схемы управления емкостно сцепленных контейнеров (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS) возможно динамическое изменение числа сцепляемых контейнеров, что позволяет гибко предоставлять транспортные ресурсы под потоки информационной нагрузки.

Виртуальный контейнер является элементарной цифровой структурой обрабатываемой информации в транспортной сети SDH при мультиплексировании, перекрестных соединениях (кросс-коммутации) и т.д. При этом нет необходимости доступа к транспортируемой информации, т.к. различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами, но всегда к VC добавляется служебная информация для обработки контейнера в пути следования. К служебной информации относятся: данные о качестве передачи по количеству ошибок; сообщения о неисправностях в пути; вид загрузки контейнера; сообщения о сцепке контейнеров и т.д.

Информационные структуры STM-N передаются между элементами транспортной сети по линиям передачи, организованным преимущественно через волоконно-оптические кабели с одномодовыми волокнами. Однако возможна передача STM-0 и STM-1 через стволы радиорелейных и спутниковых линий. Для организации передачи оптических сигналов SDH в стекловолоконных линиях используются компактные приемо-передающие модули (Small Form-factor Pluggable, SFP), в кото-

рые входят оптические передатчики – лазеры различной мощности и спектра излучения (в диапазоне волн 1260нм – 1625 нм) и приемники – фотодетекторы различной спектральной чувствительности. Такие модули позволяют строить секции регенерации и мультиплексирования на длины до 120 км на скорости передачи STM-1…STM-16 и секции меньшей длины (до 40 км) на скоростях STM-64 и STM-256.

Характерной особенностью транспортных систем передачи SDH является высокая степень резервирования секций мультиплексирования, трактов и основных узлов аппаратуры, например, кросс-комму- тационной матрицы, плат линейных интерфейсов и т.д. Это позволяет избежать потери огромных потоков информации при отказах оборудования станций и линий передачи.

8.3. Модели транспортных сетей

Транспортные сети строятся в соответствии с моделями (рис. 8.3), предложенными в рекомендациях Сектора Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т):

–транспортная сеть SDH, рекомендации G.707,G.783, G.803, G.841 и др.;

–транспортная сеть АТМ (асинхронный режим передачи), реко-

мендации I.311, I.326, I.432, I.630 и др.;

–транспортная сеть OTN-OTH (Optical Transport Network оптическая транспортная сеть – Optical Transport Hierarchy оптическая транспорт-

ная иерархия), рекомендации G.709, G.798, G.872, G873.1 и др.;

–транспортная сеть Ethernet – EoT (Ethernet over Transport), рекомендации G.8010, G.8011, G.8012 и др.

Рис. 8.3. Модели транспортных сетей

Все эти модели имеют общие черты: иерархическое уровневое построение, где каждый уровень имеет самостоятельный и независимый от других уровней набор функций.

Что дает модельное уровневое построение транспортных сетей при проектировании? Скорее всего четкое представление об аппаратных, алгоритмических и сетевых возможностях по организации взаимодействий при передаче информации, т.е. о транспортной технологии, например, поперечной совместимости оборудования различных производителей и оборудования различных стандартов мультиплексирования и передачи.

Ниже рассматриваются две сетевые модели (SDH и ATM). Модели сетей OTN-OTH и Ethernet представлены в приложении 1.

Физический уровень. Данный уровень образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями – участками, где происходит регенерация (ретрансляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (ретрансляции) удается «очистить» сигнал от искажений и помех. Организация секций мультиплексирования позволяет эффективно использовать физическую среду за счет временного разделения передачи каналов. При этом можно реализовать резервирование любой секции

мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физическую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудование автоматического переключения.

Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким способом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных – от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот (от 2 до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.

Уровень трактов. Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Их можно сравнить с маршрутами движения поездов на железной дороге (железнодорожные пути – это физическая среда, а крупные узловые станции подобно мультиплексорам объединяют и разделяют транспортные потоки). По маршрутам железных дорог могут следовать различные поезда и перевозить различные грузы. Аналогично в транспортной телекоммуникационной сети через физические цепи могут передаваться строго циклически цифровые потоки в виде двоичных импульсных последовательностей, сформированных из различных сигналов. Каждому сигналу отведены в циклах временные позиции. Эти позиции могут быть закреплены за соединениями – маршрутами в сети. В сети SDH маршруты прописываются в заголовках циклически передаваемых виртуальных контейнеров (VC-12, VC-3, VC-4), которые содержат передаваемые данные. При этом виртуальные контейнеры VC-12 могут быть объединены в блоки данных и помещены в виртуальные контейнеры VC-3, VC-4, имеющие большую емкость, но отправляемые также циклически, как VC-12. Это совмещение данных VC-12 и VC-3, VC-4 можно сравнить с размещением железнодорожных контейнеров на специальных платформах, которые перемещаются по железной дороге от станции формирования состава до станции его расформирования.

Тракты в сети АТМ отличаются от трактов сети SDH тем, что они образуются только при наличии информационного сообщения, а в его отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для передачи других сигналов. Сравните, на место ожидавшего пассажира, в пассажирском вагоне поезда может быть посажен на любой станции пассажир, следующий своим маршрутом. По этой причине путь следования данных в сети АТМ называют виртуальным. Он прописывается в специальных таблицах коммутатором АТМ и ячейках, переносящих информационные сообщения. По данным таблиц считываются

заголовки ячеек АТМ для каждого участка сети, и происходит маршрутизация групповых информационных потоков.

Маршруты в оптической транспортной сети определяются номиналами несущих частот оптического диапазона. При этом частота может быть одной и той же или изменяться на разных участках сети, однако маршрут следования информационных данных сохраняется.

Уровень каналов. Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса со вторичными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компьютерных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы. Примеры этих каналов: Е1 для скорости передачи 2,048 Мбит/с; Е2 для скорости передачи 8,448 Мбит/с; Е3 для скорости передачи 34,368 Мбит/с; Е4 для скорости передачи 139,264 Мбит/с; STM-1 для скорости передачи 155,520 Мбит/с.

Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

8.4. Элементы транспортной сети

В качестве элементов в транспортных сетях принято рассматривать следующие устройства: терминальные мультиплексоры; мультиплексоры вывода/ввода; кроссовые коммутаторы; регенераторы. На рис. 8.4–8.6 показаны фрагменты транспортной сети, приведенной на рис. 8.2, с пояснением функций указанных элементов на примере передачи цифровых компонентных сигналов 2М в транспортном потоке STM-1.

Терминальный мультиплексор (Terminal Multiplexer – TM). Пред-

ставляет собой оконечное устройство сети с определенным числом каналов доступа (электрических и оптических) и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами. При использовании двух агрегатных портов возможна реализация защиты линейных сигналов от повреждений линии или аппаратуры. В случае аварии происходит автоматическое переключение на резервную линию. Обычно эта линия образует секцию мультиплексирования.

Мультиплексор ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer – ADM). Предна-

значен для добавления и извлечения отдельных цифровых компонентных сигналов 2, 34, 140 Мбит/с или 155 Мбит/с. Мультиплексор имеет два или четыре агрегатных порта, к которым подключаются во- локонно-оптические линии связи, и ограниченное число портов компонентных сигналов. В состав ADM входит коммутационный узел, создающий возможность вывода/ввода, транзита и автоматического резервирования поврежденных трактов и секций.