Передача пакетного трафика по транспортным сетям последующих поколений

Channel Payload Unit-k) порядка k (k = 1, 2, 3) соответственно. Информация клиента может вводиться или синхронно, или асинхронно с побитным двусторонним согласованием скоростей. Блоки OPUk преобразуются в блоки данных оптического канала ODUk (Optical Channel Data Unit-k) путем присоединения к OPUk заголовка, содержащего сервисную информацию для поддержки оптического канала. Эта информация несколько различна для каналов типа «точка – точка» (ODUkP) и каналов, поддерживающих транзитные соединения (ODUkТ). Далее информация преобразуется в транспортные блоки оптического канала OTUk (Optical Channel Transport Unit-k) также путем присоединения соответствующего заголовка. Эти блоки являются основными транспортными структурами, передаваемыми по ОТС. Транспортные блоки имеют две версии: полностью (OTUk) и частично стандартизованную (OTUkV). Последняя версия в настоящее время используется относительно часто4, так как идет процесс оптимизации технологических решений OTN на практике

В интерфейсах с ограниченной функциональностью блоки OTUk тождественны блокам оптического канала OCh. Если интерфейс полнофункциональный, эти блоки сопровождаются блоками отдельного оптического сервисного канала

OSC (Optical Supervisory Channel). Блоки OCh могут передаваться по оптическим волокнам как с применением мультиплексирования по длинам волн (модули ОТМ-n.m, OTM-nr.m), так и без него (OTM-0.m). Заметим, что в последнем случае, а также при использовании модулей OTM-nr.m сервисный канал не организуется. Открытые оптические интерфейсы будут создаваться на уровне соединения блоков ОТМ-n.m или OTM-nr.m со структурами OTSn или OPSn соответственно.

Для передачи потоков информации, имеющих нестандартную или переменную скорость, используются виртуальные сцепки модулей OPUk. Виртуальная сцепка (конкатенация) в OPUk является единым блоком информации X параллельно передаваемых независимых блоков OPUk. Виртуальная сцепка обозначается как OPUk-Xv, где k = 1, 2, 3, Х= 1, 2, ..., 256. В табл. 9 приведены номинальные скорости передачи блоков OPUk-Xv.

Заметим, что в организации виртуальных сцепок ОТN и SDH много общего. Поэтому читателю рекомендуется внимательно ознакомиться с материалами предыдущего раздела.

4 Частичная стандартизация заключается в некоторых упрощениях структуры транспортного модуля, например, в отсутствии поля FEC (Forward Error Correction) – упреждающего исправления ошибок. В дальнейшем будут рассматриваться полностью стандартизованные структуры.

31

На рисунке 13 представлена структура блока OPUk-Xv. Входящие в ее состав нагрузочные блоки OPUk имеют информационные поля, состоящие из четырех строк и 3808-и столбцов байтов (с номерами 15…3824), то есть сцепка предоставляет емкость до Х×4×3808 байтов для переноса информации клиента.

Поскольку блоки сцепки транспортируются через сеть OTN независимо, их

Рис. 13 Структура блока OPUk-Хv

время распространения случайно. Поэтому все блоки OPUk снабжаются индивидуальными заголовками (см. рисунок 14), с помощью которых на приемном конце восстанавливается структура виртуальной сцепки OPUk-Xv. Здесь мы сосредоточим внимание только на элементах заголовка, играющих определенную роль в технологии VCAT. Значение других элементов подробно рассмотрено в [9, 12].

32

Рис. 14 Структура заголовка блока OPUk-Xv

Следует отметить вначале, что каждый блок OPUk входит в сверхцикловую структуру, достигающую размера 256 циклов. Сверхцикловая структура организуется посредством байтов сверхцикловой синхронизации MFAS, входящих в заголовки блоков OТUk (см.[9] или [12]). Таким образом, каждый байт заголовка OPUk может рассматриваться как циклический.

Байт PSI является идентификатором структуры нагрузки; он образует 256-и байтный сверхцикл, в нулевом байте РТ указывается, что данный блок принадлежит сцепке (код 06), в первом байте vcPT содержится информация о типе нагрузки сцепки (например, сцепка загружена модулями STM-N, ячейками АТМ и т.д.), остальные байты циклического байта PSI резервные.

Циклические структуры VCOH1, VCOH2 и VCOH3, содержат по 32 байта. Первые два байта MFI 1 и MFI 2 структуры VCOH1 представляют собой двухуровневой счетчик емкостью 28+8 = 65536 кадров. Таким образом, совместно со

33

счетчиком кадров MFAS, емкостью 256 кадров, обеспечивается результирующая группа, размером 65536×256=16777216 кадров блока OPUk. Это позволяет на приемном конце выравнивать практически любое расхождение во времени задержки отдельных блоков До нескольких десятков секунд).

Байт SQ указывает порядковый номер блока OPUk в сцепке.

Биты CTRL служат для передачи команд, относящихся к LCAS – схеме регулировки скорости канала. Эта технология, позволяет адаптировать пропускную способность канала к скорости передачи клиентского сигнала путем изменения размеров сцепки (параметра Х); она будет рассмотрена в следующем разделе.

Бит GID является индикатором сцепки.

Бит RSA – восстановление последовательности, передается на дальний конец для подтверждения правильности восстановления сцепки.

Остальные байты и биты VCOH1 являются резервными (RES).

Структура VCOH2 занята битами MSТ – полем статуса элементов. Для каждого блока OPUk сцепки в этом поле отводится один бит, указывающий на присутствие данного блока из возможных 256-и блоков в сцепке.

Структура VCOH3 несет проверочные байты избыточного циклического кода CRC-8. Контрольная сумма вычисляется по байтам VCOH1 и VCOH2 от кадра к кадру и вводится в байт VCOH3. Порождающим полиномом для этого кода является полином вида х8+х2+х+1.

Байты, входящие в 16-й столбец блока OPUk, определяются типом нагрузки блока. Так, на рисунке 15 приведена структура блока OPUk-4v, при переносе синхронных модулей SDH STM-16 или STM-64, которые загружаются в блок OPUk асинхронно. Из рисунка видно, что в каждой строке блока содержится по три бай-

Заголовок OPUk-4v

Рис. 15 Структура блока OPUk-4v при переносе сигнала STM-16 или STM-64

34

та JC, несущих команду согласования скоростей, байт PJO, занимаемый вставкой при положительном согласовании, и байт NJO, занимаемой клиентской информацией, при отрицательном согласовании скоростей. При переносе блоков GFP, ячеек АТМ или другой синхронной нагрузки эти байты заполняются нулевыми символами.

6. СТРУКТУРА ВИРТУАЛЬНЫХ СЦЕПОК PDH

Сети плезиохронной цифровой иерархии (PDH) заняли определѐнную нишу в современной телекоммуникационной сети; они обеспечивают организацию цифровых трактов с октетной синхронизацией и относительно невысокими скоростями. Очевидно, что эти тракты также должны вписываться в стратегию сетей с пакетной коммутацией, а потому обеспечивать поддержку технологии виртуальной конкатенации VCAT. В связи с этим, в 2004 году была принята рекомендация МСЭ-Т [10] (с последующими уточнениями). Эта рекомендация определила порядок создания виртуальных сцепок (виртуальной конкатенации) для потоков со скоростями 1544, 2048, 34368 и 44736 кбит/с. Поскольку на европейских и отечественных сетях используются потоки 2048 и 34368 кбит/с, для них и будет рассмотрено создание виртуальных сцепок.

Для создания группы виртуальной конкатенации со скоростью передачи N×2048 кбит/с объединяется N циклов передачи, каждый из которых состоит из 16-и базовых стандартных циклов, длительностью по 125 мкс. Таким образом, время передачи сверхцикла равна 125×16=2000 мкс или частота их передачи 0,5 кГц. Канальный интервал КИ1 первого цикла каждого сверхцикла используется для передачи заголовка конкатенации, как показано на рис. 16. Этот байт резервируется в каждом из N объединяемых сверхциклов, которые образуют группу вир-

туальной конкатенации VCG (Virtual Concatenation Group).

Пропускная способность для клиентской нагрузки группы VCG будет равна N×(8×31×16 - 8)×0,5 = N×1980 кбит/с. В этой формуле величина в скобках соответствует числу битов клиентской нагрузки в сверхцикле, а 0,5 – частоте передачи сверхциклов в килогерцах. Клиентские сигналы отображаются последовательно в элементах VCG с восходящими номерами, которые определены байтами заголовка конкатенации. Например, если первый объединяемый байт расположен в элементе VCG с номером 0, то следующий объединяемый байт будет располагаться в элементе с номером 1, и так далее. В одну группу VCG может быть объединено до

35

16 сверхциклов потоков, имеющих скорость передачи 2048 кбит/с (N= 1…16). Заметим, что порядок объединения байтов клиентской нагрузки аналогичен порядку объединения в контейнеры VC-12-Xv синхронной иерархии (ср., например, с рис. 9).

Рис. 16 Расположение заголовка конкатенации для сигнала N × 2048 кбит/с

Структура заголовка виртуальной сцепки N×2048 представлена в табл. 10.

Maintenance and Adaptation Таблица 10

Определение байта заголовка конкатенации

Байты заголовка конкатенации содержат мультиплексированный во времени управляющий пакет VLI. Такой пакет имеет 16 полубайтную форму, которая

36

передается в виде одного полубайта в каждом байте заголовка конкатенации. Байт заголовка конкатенации содержит один полубайт для VLI и один полубайт для MFI1 – указателя сверхцикла. Байты заголовка конкатенации потоков 2048 кбит/с аналогичны байтам заголовков виртуальных сцепок SDH (байты Н4, К2 виртуальных контейнеров) и ОТС (байты VCOH блоков нагрузки оптических каналов

OPUk).

Так же, как и в технологиях SDH и ОТС, номер сверхцикла в сцепке содержится в полубайте SQ, передаваемом в каждом шестом байте заголовка виртуальной конкатенации. Обратим внимание, что байты заголовка объединяются по 16 в циклы, а циклы – по 8 в сверхциклы, не связанные нумерацией с циклами и сверхциклами потоков 2048 кбит/с. Номера циклов и сверхциклов определяются битами MFI1 и MFI2 LSB соответственно. Биты MFI2 MSB в нумерации не используются.

Поскольку при виртуальной конкатенации элементы одной группы передаются по сети независимо, неизбежно возникают флуктуации их времени распространения. Компенсировать эти флуктуации можно посредством буферизации принимаемых элементов и считывании их в последовательности, определяемой битами MFI1 и MFI2 LSB. Чтобы определить максимальную величину компенсируемых флуктуаций, следует перемножить длительность кадра 125 мкс, число циклов в сверхцикле 16 и число позиций, определяемое счѐтчиком MFI – 24+4. Полученное значение надо разделить на 2 с учѐтом того, что компенсация может быть как положительной, так и отрицательной. Таким образом, получаем

±125·10-6×16×24+4/2= ±256 мс.

Cn биты являются проверочными для кода CRC-8 по управляющему пакету. При этом C1 является старшим битом (MSB) для CRC. Образующий полином кода имеет вид x8+x2+x+1. Метод расчета поверочных битов приведен в [10].

Как уже отмечалось выше, другие биты заголовка конкатенации служат для передачи специальных команд, относящихся к LCAS. К ним относятся биты команд CTRL, бит CID, который является индикатором сцепки, бит RSA, передаваемый на дальний конец для подтверждения правильности восстановления сцепки и биты MSТ, указывающие на присутствие данного элемента (из возможных 16) в сцепке. Значение соответствующего бита MST, равное «1», говорит о присутствии элемента с соответствующим номером в группе конкатенации. Посколь-

37

ку поле MST содержит только 8 битов, их соответствие одному из 16 возможных элементов определяется восьмым битом MFI2, как это указано в табл. 11

Таким образом, для передачи статуса всех 16-и элементов потребуется два управляющих пакета, каждый из которых передается в течение 125·10-6×16×16 = 32 мс. Следовательно, при наличии только одного обратного канала (см. раздел 7), статус элементов группы конкатенации будет обновляться через 64 мс.

Резервные байты заголовка конкатенации заполняются символами «0».

Рис.17 Формат кадра потока 34368 кбит/с

Потоки со скоростью передачи 34 368 кбит/с объединяются в виртуальные каналы в том случае, если они предназначены для передачи транспортных структур SDH по сети PDH [11]. При этом используются циклы со структурой, показанной на рисунке 17. В этом кадре байт, следующий за вторым байтом кадровой синхронизации (FA2) занят байтом заголовка виртуальной конкатенации VLI. Остальные 529 байтов занимаются клиентской нагрузкой. Скорость передачи цикла равна 125 мкс.

Заметим, что байты заголовка цикла несут информацию, аналогичную заголовкам транспортных структур SDH. Байты FA являются байтами кадровой синхронизации. Байт ЕМ содержит проверочное слово кода BIP-8, определенное для всего кадра (кроме байтов синхронизации). В байте TR передаѐтся 16-и байтный

38

адрес передатчика, что позволяет контролировать правильность трассировки. Байт МА служит для передачи сообщения об аварийном состоянии на дальнем конце (бит 1), о наличии ошибок, определенных кодом BIP-8 (бит 2), и о типе клиентской нагрузки (биты 3 – 5). Биты 6 – 8 заняты индикатором образования сверхцикла из четырех циклов, необходимого для идентификации байтов заголовков виртуальных контейнеров SDH низших уровней.

Байты заголовка виртуальной сцепки, которая может содержать до восьми элементов (N = 1 … 8), позволяют образовать единый канал с пропускной способ-

ностью, равной N×529×8/(125·10-6) = N×33 856 кбит/с.

Байты VLI циклов каждого потока мультиплексируются во времени, образуя заголовок конкатенации данного потока. Структура этого заголовка практически совпадает с соответствующей структурой заголовка конкатенации потока 2048 кбит/с (см. табл. 9). Отличия заключаются, во-первых, в том, что для поля SQ отводится не 4, а 3 бита (биты 2 … 3), и, во-вторых, в том, что в полях MST биты 1 … 4 не используются. Эти отличия определены тем, что в группе конкатенации данного потока N ≤ 8, а в группе N×2048 − N ≤ 16. Структура полей MST представлена в табл. 12.

Так же, как и при объединении потоков 2048 кбит/с, клиентские сигналы отображаются последовательно в элементах VCG с восходящими номерами, которые определены байтами заголовка конкатенации. Например, если первый объединяемый байт расположен в элементе VCG с номером 0, то следующий объединяемый байт будет располагаться в элементе с номером 1, и так далее.

Аналогично, как и для элементов сцепки потоков 2048 кбит/с, здесь предусматривается компенсация неравномерности времени распространения элементов сцепки по сети. Для этого принимаемые элементы записываются в буфер, а затем считываются в порядке, определяемом счетчиком MFI. Максимальная величина выравнивания составляет , ±125·10-6×24+8/2= ±256 мс.

39

7. ПРИНЦИПЫ РЕГУЛИРОВКИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛА Если канал используется для передачи клиентской нагрузки с переменной

скоростью, то для регулировки его пропускной способности предназначается технология LCAS [7],. Под каналом в данном случае подразумевается пучок трактов, по которым проходят элементы виртуальной сцепки: виртуальные контейнеры VC-n в транспортных сетях SDH или блоки нагрузки оптического канала OPUk в транспортных сетях ОTС. В дальнейшем виртуальная сцепка вне зависимости от вида транспортной сети будет обозначаться как VCG (Virtual Concatenation Group). Пропускная способность такого канала регулируется удалением из него или прибавлением к нему трактов передачи – элементов VCG (виртуальных контейнеров или блоков нагрузки).

Особенно следует подчеркнуть, что технология LCAS не предназначена ни для определения потребного числа элементов VCG, ни для определения путей их прохождения. Эти задачи решает система управления сетью NMS (Network Management Station). По командам от NMS оборудование LCAS лишь изменяет число элементов в очередной группе VCG.

Очевидно, что при уменьшении числа элементов в сцепке уменьшается и число трактов, необходимых для еѐ передачи. Высвободившиеся тракты могут быть использованы для передачи каких-то других сигналов, например, элементов других VCG. Это также является прерогативой NMS и ни в коей мере не может решаться процедурами LCAS, VCAT или GFP. Таким образом, технология LCAS представляет собой ряд процедур, необходимых только для изменения количества элементов в VCG. Эти процедуры реализуются в результате обмена служебной информацией между приемником и передатчиком виртуальной сцепки. Порядок обмена и содержание служебных посылок регламентирован рядом стандартных протоколов, подробно рассмотренных в [7]. Очень важно, что процедуры LCAS осуществляются без прекращения передачи клиентской информации.

В общем случае протокол LCAS может быть представлен схемой, показанной на рисунке 18. Из рисунка видно, что часть протокола реализуется на стороне передатчика, а часть – на стороне приемника. Поток информации от передатчика к приемнику осуществляется для каждого элемента сцепки VCG индивидуально. Информация этого потока вводится в поля SQ, CTRL, CRC и MFI. На стороне передатчика осуществляется обмен информацией SQ между элементами VGA. Эта информация передается приемнику для управления полем статуса элементов

40