Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пакетно-оптические транспортные сети. Технологии оптических транспортных сетей. Ч. 2. Учебное пособие
.pdf
для k = 1, 2, 3. В заголовке ODU помещается информация о функциях
эксплуатации и управления при поддержке оптического канала OCh. Байты
наблюдения тракта PM (Path Monitoring) и тандемного соединения ТСМ ODUk
имеют следующее назначение:
– TTI, Trail Trace Identifier — идентификатор маршрута тракта; байт
используется в 64 последовательных циклах, организуемых в сверхцикле ODUk
из 256 циклов, где размещается четыре группы байтов по 64. В подгруппе
идентификатора точки доступа источника SAPI (Source Access Point Identifier)
может помещаться уникальный глобальный идентификатор соответствующего
уровня сети, или подгруппа имеет заполнение «0». В подгруппе
идентификатора удаленной точки доступа DAPI (Distantion Access Point
Identifier) также может применяться уникальный глобальный идентификатор,
или подгруппа имеет заполнение «0»;
– BIP-8, Bit Interleaved Parity-8 — контроль ошибок методом битового
паритетного сравнения восьми битов, производимый аналогично в SDH, но с
передачей контрольного слова через цикл.
Байт сообщения обратного канала представлен тремя группами
функциональных битов:
– BEI/BIAE, Backward Error Indication/Backward Incoming Alignment Error —
индикация ошибки в обратное направление; используется с системой контроля
BIP-8 для оповещения удаленной стороны об ошибках / индикация ошибки
выравнивания входящего сигнала в обратное направление (используется только
в полях ТСМ1–ТСМ6);
– BDI, Backward Defect Indication — индикация дефекта (повреждения) в
обратное направление. Информация передается одним битом, если число
обнаруженных ошибок BIP-8 превысит восемь;
– STAT, Status — состояние тракта ODUk [17].
Для наблюдения тандемного соединения ТСМ в сети OTN в заголовке
ODUk предусмотрено шесть полей. Через эти поля могут быть соединены пары
пользовательских интерфейсов в сети общего пользования. Например, это
могут быть соединения пары оптических сетевых интерфейсов между узлами
сети. Кроме того, ТСМ позволяют контролировать защитные переключения в
подсети OTN для линейных трактов (режимы 1+1, 1:1) и трактов оптических
каналов (режим 1:n) по сигналам повреждения и ухудшения качества передачи.
На уровне оптического канала возможна поддержка наблюдения за защитным
переключением в кольцевой сети. Структура поля ТСМi, где i = 1, 2, …, 6
аналогична полю РМ, но отличается возможностями поля третьего байта, в
котором предусмотрено сообщение BIAE. Сигнал BIAE используется для
передачи в обратное направление результатов подсчета блоков с чередованием
52
по битам, в которых была обнаружена ошибка соответствующим приемником
контроля участка ТСМ с использованием BIP-8. Когда имеет место состояние
ошибки, код 1011 вводится в поле BEI/BIAE и счет ошибок игнорируется.
ODU OH является крупнейшим заголовком. Основная его задача
заключается в проведении наблюдения за мониторингом тандемного
соединения и мониторингом маршрута. Информация для автоматического
защитного переключения (APS) передается по каналу APS и каналу защиты
соединения (PCC). Экспериментальный заголовок (EXP) не стандартизирован и
может свободно использоваться. На уровне ODU существуют два общих канала
связи (GCC). Байт измерения задержки измеряет задержку в обе стороны
маршрута, а не только в одном направлении. До восьми уровней встроенных
APS / PCC сигналов могут быть использованы для маршрута, секции и TCM
мониторинга.
Поля двух байтов в заголовке ODUk предназначены для поддержки
общих каналов связи GCC (General Communications Channels) между двумя
элементами сети с доступом к циклу ODUk (т.е. в точках с регенерацией типа
3R). Это пользовательские (операторские) каналы и их формат
специфицируется отдельно по соглашению, например, для сети сигнализации
при построении автоматически коммутируемой оптической транспортной сети
ASON/ASTN. Четыре байта заголовка ODUk (APS/PCC) занимают столбцы с
пятого по восьмой и предназначены для автоматического защитного
переключения ODUk, обеспечивая защиту оптического канала.
Рисунок 2.19 - Структура заголовка OPUk
53
OPU ОН используется, чтобы различать разные сигналы полезной
нагрузки и предлагает контроль подтверждения в зависимости от типа полезной
нагрузки (рисунок 2.19). Идентификатор структуры нагрузки (PSI) содержит
следующую информацию: тип полезной нагрузки определяет порядок
расположения, который используется для сигнала клиента (PT). Повреждение
сигнала пользователя обеспечивает информацию для местного управления в
случае повреждения входящего клиентского сигнала (CSF).
2.8. Уровни контроля парных соединений ТСМ
Рисунок 2.20 - Уровни контроля парных соединений ТСМ
Клиентский сигнал, например, сигнал SDH передается от клиента 1 к
клиенту 2 через сеть, пересекая несколько доменов. Путь из конца в конец
контролируется в SDH. Чтобы проверить качество услуг из конца в конец (QoS)
OTH сигнала, клиент 1 вставляет информацию TCM1, содержащуюся на
первом уровне. Эта информация передается прозрачно через сети и поступает к
клиенту 2. Интерфейс между клиентом и сетью называется Интерфейс
пользователь-сеть (UNI). UNI-to-UNI связь между двумя пользовательскими
интерфейсами сети на каждой стороне сети отслеживается с помощью TCM2.
Внутри сети связи между различными сетевыми элементами также можно
контролировать. Это называется наблюдение связи между интерфейсами сетей.
В OTN шесть независимых уровней мониторинга соединения предлагают много
54
возможностей для контроля связи. Кроме того, несколько уровней TCM
могут быть встроенными и накладываться, как можно увидеть на примере
(рисунок 2.20). В случае защиты сети и в рабочем, и защитном подключении
мониторинг может быть использован для контроля.
2.9. Проверочное поле FEC
Рисунок 2.21 - Проверочное поле FEC
За пределами от первого до 3824 столбца и строк с первой по четвертую
создается и передается в оставшихся байтах кадра специальная кодированная
проверка четности. Кодирование Рида-Соломона (RS) используется для
создания избыточной информации. FEC байты используются для выявления и
исправления ошибок передачи. До 32 бит ошибок могут быть исправлены в
кадре. Благодаря использованию FEC количество ошибок из-за шумов и других
оптических явлений значительно уменьшается. Это приводит к улучшению
качества сигнала, количество регенераторов в сети может быть уменьшено
(рисунок 2.21). Существующие связи могут быть использованы для передачи
трафика с высокой пропускной способностью. Достигается выигрыш в уровне
передаваемой мощности.
55
Рисунок 2.22 - Размещение кодовых слов RS в кадре OTH
В технике OTN нашли широкое применение коды Рида-Соломона. При
использовании этих кодов данные обрабатываются порциями по m бит,
которые именуют символами. Код RS(n, k) характеризуется следующими
параметрами:
– длина символа — m бит;
– длина блока — n = (2m – 1) символов = m(2m – 1) бит;
– длина блока данных — k символов;
– n – k = 2t символов = m(2t) бит;
– минимальное расстояние Хэмминга — dmin = (2t + 1);
– число ошибок, требующих исправления — t.
Алгоритм кодирования RS(n, k) расширяет блок k символов до размера n,
добавляя (n – k) избыточных контрольных символов. Как правило, длина
символа является степенью 2, и широко используется значение m = 8, т.е.
символ равен одному байту. Для исправления ошибок в OTUk применяется
16-символьный код RS(255, 239), который относится к классу линейных
циклических блочных кодов. Каждый OTUk разбивается на блоки символов
данных по 239 байт [17]. Для каждого такого блока вычисляется контрольный
блок из 16 символов-байт и присоединяется к 239 байтам. Таким образом,
n = 255, k = 239, т.е. RS(255, 239). Объединенный блок k и n – k образуют
подстроку OTU. Синхронное побайтовое мультиплексирование подстрок
образует одну строку OTUk (рисунок 2.22). Порядок передачи строки
56
OTUk - слева направо. При формировании блока (n – k) блок данных k сдвигается на n – k и делится на производящий полином: Р = х8 + х4 + х3 + х2 + 1. В
результате получается частное от деления и остаток деления длиной n – k. Блок
данных k и остаток от деления объединяются, образуя подстроку. После
передачи подстроки на приемной стороне производится ее деление на
производящий полином Р, аналогичный тому, что был на передаче. Если после
деления остаток равен нулю, то передача прошла без ошибок. Если после
деления остаток не равен нулю, то это признак ошибки. Место положения
ошибки в блоке k обнаруживается по остатку, например табличным методом.
Исправлению подлежит заданное количество ошибок в символе (один-два или
более в байте). Благодаря тому, что RS(255, 239) имеет расстояние Хэмминга
dmin = 17 можно корректировать до восьми символьных ошибок. При этом
число обнаруживаемых ошибок составляет 16 в подстроке с FEC. Практическая
эффективность кодирования RS(255, 239) может составить от 5 до 8 дБ, т.е.
FEC позволяет увеличивать длины участков передачи по сравнению с
системами без FEC.
Контрольные вопросы
1. С какой целью создана технология OTN-OTH?
2. Какие преимущества имеет OTN-OTH перед другими транспортными
технологиями?
3. Какие транспортные структуры предусмотрены в OTN-OTH?
4. Сколько оптических каналов OCh может объединить оптический
транспортный модуль OTM?
5. Какое значение имеет упреждающая коррекция ошибок FEC в
транспортной сети OTN?
57
Глава 3
ГОТОВНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ К ВНЕДРЕНИЮ
ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЕЙ-SDN
3.1. Состояние транспортных сетей
Принципы архитектуры существующих сетей были определены более
полувека назад, и в настоящее время сети связи часто не способны максимально
эффективно и в полной мере удовлетворять возрастающие потребности рынка.
До недавнего времени сети строились с использованием проприетарного
оборудования, функционал которого реализовывался аппаратно и был закрыт
для внесения изменений владельцем сети. Основными поставщиками такого
оборудования являются компании Cisco, Juniper Networks, NEC и др. С ростом
количества и с увеличением разнородности передаваемых данных, а также с
развитием сервисов произошло изменение парадигмы построения сетей и
организации вычислений. Все большее распространение получают ЦОДы
(Центры обработки данных), облачные технологии и сети хранения данных,
при этом количество мобильных пользователей превышает число
фиксированных пользователей. Общий объем трафика в сети Интернет растет
значительно быстрее, чем пропускная способность современных систем
передачи при используемых методах и средствах управления передаваемым
трафиком (рисунок 3.1) [12]. В России рост интернет-трафика составляет
30-40% в год по данным Минкомсвязи.
Рисунок 3.1 - Рост объема трафика в сети Интернет
58
Необходимо отметить, что одновременно с увеличением объема трафика
значительно усложняются и задачи по управлению сетями. Причем возрастает
их количество, значимость, и все это необходимо учитывать совместно с
повышением безопасности и надежности сети. Устройства, используемые до
недавнего времени для построения сетей, постоянно усложнялись, так как им
необходимо было поддерживать увеличивающееся количество стандартных
протоколов. Важно и то, что устройства являлись проприетарными
разработками с закрытыми интерфейсами. Также применение сетей
Синхронной цифровой иерархии (SDH - Synchronous Digital Hierarchy)
накладывает значительные ограничения на передачу пакетного трафика
(Ethernet), особенно при необходимости динамичного изменения скорости
передачи пакетных потоков. Все это приводило к тому, что провайдеры
испытывали значительные проблемы при вводе новых сервисов, а для
компаний-производителей устройств было сложно проводить модернизацию
своего оборудования под требования провайдеров, также было много вопросов
к обеспечению необходимой безопасности в сети.
В настоящее время актуален и вопрос импортозамещения. При
вышеописанной ситуации большая часть отечественной
телекоммуникационной инфраструктуры основана на иностранном
оборудовании, следовательно, управление сетями ограничено возможностями
такого оборудования.
Для решения вышеописанных проблем была разработана принципиально
новая технология – SDN (Software Defined Networks) – программноконфигурируемых сетей [12; 13]. Согласно концепции технологии SDN:
1) имеется разделение уровней управления и передачи данных,
применяется виртуализация физических ресурсов сети;
2) используется контроллер, на котором установлена сетевая
операционная система (СОС) и работают сетевые приложения для
централизации управления сетью;
3) возможно использование унифицированного интерфейса между
уровнем управления сетью и уровнем передачи данных, который бы не зависел
от поставщика сетевого оборудования, что снижало бы как сложность в
настройке оборудования от разных поставщиков, так и расходы на
обслуживание.
Таким образом, для внедрения в полной мере технологии SDN
необходимо обеспечить сетевую транспортную инфраструктуру, которая
позволяла бы динамически использовать все сетевые ресурсы как оптической
сети, так и сети IP/MPLS для организации потоков данных из конца в конец без
изменения аппаратной части.
59
3.2. Существующие технические возможности и перспективные
решения для внедрения технологии SDN
Для технической реализации SDN на транспортном уровне (T-SDN,
Transport SDN) необходимо рассмотреть технические решения и возможности
современных транспортных сетей на всех уровнях. Всего выделяют четыре
уровня транспортных сетей:
1) уровень оптической кабельной структуры;
2) уровень DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) – волоконно-
оптических систем передачи с мультиплексированием по длине волны;
3) уровень OTN (Optical Transport Network) – оптических транспортных
сетей;
4) уровень IP/MPLS – технологии многопротокольной коммутации по
меткам.
Рассмотрим существующие технические возможности и перспективные
решения для внедрения технологии SDN на каждом из этих уровней.
На первом уровне определяют количество кабелей и оптических волокон
в каждом кабеле. Также важно отметить, что не все волокна в кабеле
используются для передачи данных, некоторое количество волокон
резервируют. Чаще всего используются оптические волокна (ОВ)
рекомендаций G.652, G.653 и G.655. В настоящее время они почти достигли
предельных показателей по пропускной способности. Это связано с
ограничениями по широкополосности оптических усилителей (ОУ) – около
165 нм – 20.9 ТГц. Также налагаются ограничения на уровень вводимой
оптической мощности, при котором волокно может начать плавиться (порядка
1-2 Вт). Считается, что уровень мощности в 17 дБ является предельным, иначе
начинают значительно влиять нелинейные эффекты в ОВ. Эти ограничения не
позволяют в полной мере реализовать технологию SDN. Однако существуют
возможности по устранению этих проблем. Для увеличения широкополосности
ОУ предлагается использовать EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) или
гибридных EDFA – рамановских ОУ, работающих в C, L и S диапазонах. Такой
подход рассматривается, например, для реализации волоконно-оптической
системы передачи (ВОСП) с пропускной способностью 25 Тбит/с [15].
Увеличения длины регенерационного участка можно достичь внедрением
рамановских предусилителей, поднимающих мощность сигнала на 14 дБ на
приеме. В межматериковых ВОСП проблема ограничения вводимого в ОВ
оптического излучения особенно актуальна. В настоящее время пропускная
способность оптических волокон менее 100 Тбит/с. Однако не все ресурсы
оптических волокон уже задействованы. Увеличить пропускную способность
60
ОВ можно, применяя различные технические решения на уровне DWDM. Для
перехода на Петабитовые скорости создаются новые типы оптических волокон,
например, многосердцевинные или маломодовые (с увеличенным диаметром
сердцевины), что позволит применять пространственное или модовое
мультиплексирование соответственно. Таким образом, уже сейчас пропускная
способность оптических волокон может достигать десятков Тбит/с, а
перспективные разработки и решения позволят перейти на Петабитовые
скорости, что создаст основания для внедрения технологии SDN.
На втором уровне (DWDM), согласно рекомендациям МСЭ (G.694.1),
выбирается шаг между оптическими несущими, их количество, а также
форматы модуляции. До настоящего времени на многих волоконно-оптических
системах передачи (ВОСП) применяется стандартный, фиксированный шаг
сетки частот в 50 ГГц и форматы модуляции NRZ и RZ, а также их
модификации. При этом канальная скорость передачи информации на одну
несущую достигает 10 Гбит/с (формат модуляции NRZ или RZ) или максимум
40 Гбит/с (формат модуляции NRZ ADPSK) [14]. Данные в сети SDH могут
быть переданы, например, с использованием синхронных транспортных
модулей уровней STM-16 и STM-64 на оптических несущих со скоростями
10 Гбит/с и 40 Гбит/с соответственно. Количество оптических несущих
неизменно, вследствие чего возникают проблемы при передаче пакетного
трафика поверх SDH [4]. Также используются мультиплексоры с цветными и
направленными портами ROADM (Colored & Directional), когда к каждому
порту мультиплексора привязана определенная фиксированная частота и его
порты жестко привязаны к определенному оптическому направлению. Все это
не позволяет гибко изменять пропускную способность канала для пользователя.
Для внедрения технологии SDN необходимо иметь возможность динамически
изменять выделяемую пользователю полосу пропускания, т.е. должен иметься
резерв для изменения скорости передачи пользовательского сигнала. Этот
резерв перераспределяется с использованием специального программного
обеспечения, установленного на контроллере [12]. На уровне транспондеров
пропускную способность оптического канала можно изменять, применяя
различные форматы модуляции. Так, переход от бинарных форматов
модуляции (NRZ, RZ и их модификаций [14]) с максимальной канальной
скоростью 40 Гбит/с к многоуровневым форматам модуляции (QPSK, 8-QAM,
16-QAM и даже 256-QAM) и использованию двух поляризаций позволяет уже
сейчас достичь скорости передачи на одну оптическую несущую в 200 Гбит/с.
На настоящий момент оптимальным считается формат модуляции DP-QPSK с
канальной скоростью передачи 100 Гбит/с и длиной регенерационного участка
порядка 5000 км. Важно отметить, что применение таких сложных форматов
61
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]