l_472_12078122

Телефонні станції – це ті місця, де ще до сьогодні працюють комутатори каналів.

У транспортних територіальних мережах з пакетною комутацією функції комутації виконують магістральні комутатори, які працюють на основі технологій віртуальних каналів і підтримують два або три нижніх рівні протоколів моделі OSI/ISO. Топологія фізичних зв'язків територіальних мереж може містити петлі, в цьому випадку для автоматичного налаштування віртуального каналу необхідним є протокол мережевого рівня. Нагадаємо, в топологіях типу “дерево” комутаторам достатньо підтримувати всього два рівні протоколів (фізичний та канальний).

Магістральні комутатори можуть оперувати не тільки інформаційними потоками, які надходять із мереж доступу, але і агрегованими інформаційними потоками, які надходять із первинної мережі. Вони відрізняються наявністю різнотипних інтерфейсів для під’єднання комунікацій. Якщо пристрої інтерфейсних блоків магістральних комутаторів визначено специфікою телекомунікаційних технологій, для яких вони призначені, то побудова комутаційних блоків для всіх типів комутаторів стає відносно незалежною.

Розрізняють комутатори з електронними й оптичними комутаційними блоками. Незалежно від цього комутаційні блоки поділяються на три типи:

•комутаційні блоки з колективною пам'яттю;

•комутаційні блоки зі спільним середовищем;

•комутаційні блоки з просторовим розділенням.

341

Високошвидкісний комутатор з колективною пам'яттю є найбільш простим типом комутаторів. Структуру такого комутатора наведено на рисунку 9.14.

ВхК ВхК

Колективна пам’ять

Рисунок 9.14. Комутатор з колективною пам’яттю

Усі вхідні та вихідні контролери (ВХК і ВихК) безпосередньо з’єднано із загальним запам’ятуючим пристроєм, доступним для запису з усіх вхідних контролерів і читання для всіх вихідних контролерів. Швидкість запису/читання для колективної пам'яті має бути досить високою, щоб можна було обслуговувати одночасно вхідний та вихідний трафіки. Швидкість запису/читання визначається як 2NV, де 2N – кількість портів (входів і виходів), V – швидкість обміну через один порт. Так, для 32-канального комутатора з канальною швидкістю 150 Мбіт/с швидкість запису/читання має становити не менше 9,6 Гбіт/с.

У комутаторі зі спільним середовищем усі пакети, які

швидкістю передавання, яким може виступати “загальна шина” з розділенням за часом (рис.9.15) або “кільце”

(рис. 9.16).

ВхК ВхК

Відмінність комутаторів зі спільним середовищем від комутаторів із колективною пам'яттю полягає в тому, що в перших здійснюється роздільне використання пам'яті вихідними чергами, яке реалізовується у вигляді великого пристрою пам’яті вихідних контролерів. Це призводить до незалежного формування вихідних черг пакетів з дисципліною обслуговування "першим прийшов – першим обслугован" (Fi-Fo).

На відміну від варіантів архітектури зі спільною пам'яттю й спільним середовищем, для яких характерним є мультиплексування вхідного трафіку всіх вхідних каналів в єдиний швидкісний потік із наступним розподілом його за виходами, в комутаторі з просторовим розділенням від входів до виходів налаштовується декілька з'єднань усередині комутаційної системи, швидкість передавання по кожному з яких може дорівнювати швидкості передавання з одного вхідного каналу.

343

Передавання пакетів усередині комутаційної системи відбувається по віртуальних каналах, аналогічно до того, як це виконується в мережі. Комутація пакетів здійснюється в комутаторі на основі аналізу керувальної інформації, розміщеної в заголовку пакета. Керування комутатора може бути як централізованим, так і розподіленим.

Комутатори з даним типом архітектури мають певні недоліки. Для деяких конкретніх внутрішніх структур іноді неможливо налаштувати всі необхідні з’єднання. Цю особливість названо внутрішнім блокування, що обмежує пропускну здатність комутатора та становить серйозну проблему для створення комутаторів з просторовим розділенням.

Комутатори з просторовим розділенням розподіляють на дві групи: матричні та типу “баньян”.

Розглянемо принципи реалізації кожної з груп комутаторів.

Матричні комутатори. Основою комутаційної структури матричного типу є квадратний масив з N2 елементів комутації (ЕК), по одному на кожну пару "вхід-вихід" (рис. 9.17). Замикання ЕК, яке знаходиться в точці перемикання, утворює фізичне з'єднання i-го входу з j-м виходом. ЕК можуть перебувати в двох станах: наскрізному або перехресному. Припустимо, що спочатку всі ЕК перебувають у наскрізному стані. Для з'єднання i-го входу з j-м виходом досить перевести (i, j)-й ЕК в перехресний стан, а інші ключі залишити в наскрізному стані. Необхідне перемикання ЕК у перехресний стан може бути здійснено найшвидшим пакетом індивідуально, якщо в ньому міститься номер потрібного

344

виходу. Глобальної інформації щодо всіх пакетів і необхідних для них виходів при цьому не вимагається. Цю властивість називають самомаршрутизацією, що дає змогу суттєво спростити керування комутаційною структурою за рахунок розподілу керувальних функцій по всіх ЕК.

Збільшення N (понад двох десятків) значно ускладнює роботу комутатора матричного типу.

Рисунок 9.17. Комутатори матричної структури

Комутатори типу “баньян”. (Назва типу походить від назви видів дерев роду фікусових (фікус бенгальський, фікус священний), що ростуть в Індії. Це велетенські дерева з повітряним корінням, яке утворюється з стовбура і гілок і, вкорінюючись, підтримує крону). Комутатори типу “баньян” є альтернативою матричних комутаторів і ґрунтуються на багатокаскадних мережах. Основними структурними компонентами багатокаскадної мереж є розгалужувачі та концентратори, реалізовані за допомогою елементарних (2×2)

345

перемикачів, які можуть перебувати в двох станах – наскрізному й перехресному.

Розгалужувач (рис. 9.18) на N = 2k виходів можна побудувати у вигляді двійкового дерева з k розгалуженнями на N-1 перемикачі. У цьому “дереві” існує єдиний шлях від “кореня” (входу) до кожного з “листків” (виходів). Очевидно, що такий розгалужувач має властивість самомаршрутизаціі.

Конструкція концентратора є такою ж, як у розгалужувача, тільки “коренем” є вихідний канал, і налаштування перемикачів починається з “кореня” (вихідного каналу).

Можливим є спільне використання перемикачів кількома розгалужувачами та концентраторами. Шляхом долучення пар вхідних каналів до вже наявної структури можна з'єднати між собою N входів та N виходів, використовуючи всього лише

(N/2) log2N перемикачів (рис. 9.19).

Рисунок 9.18 - Двійкове “дерево”, яке з'єднує вхідний канал з вихідними за допомогою перемикачів

346

Рис. 9.19 - Коммутатор типу „баньян” на 8 входів і 8 виходів

Однак незалежно від конкретного різновиду, всі NxN багатокаскадні КС мають такі основні властивості:

•снує єдиний шлях до КС, який з'єднує вхідний канал з вихідним;

•налаштування з'єднання може здійснюватися децентралізовано з використанням процедури самомаршрутизаціі;

•в усіх структурах можливим є одночасне налаштування не більше від N з'єднань;

•структура КС є регулярною, що забезпечує зручність

їїреалізації на НВІС;

•структура КС є модульною, що дає змогу нарощувати

їїбез необхідності модифікувати фізичне компонування або алгоритми.

Існує велика кількість різноманітних багатокаскадних структур. Фахівці різних країн, досліджуючи багатокаскадні комутаційні системи (КС), виробили комплекс типових рішень, реалізованих провідними фірмами-виробниками, наприклад у обладнанні мереж АТМ.

347

Використання технології АТМ у транспортних мережах METRO дало змогу створити перші мультисервісні мережі, які працюють у асинхронному режимі. Це вирішувало чимало телекомунікаційних проблем практично відразу, без особливого зосередження на таких важливих аспектах, як сигналізація, маршрутизація, адресація та ін. Однак висока вартість реалізації технології АТМ стримала її широке впровадження.

Перспективним напрямком у побудові транспортних мереж METRO є використання обладнання мереж Ethernet (GE, 10 GE). Воно презентовано на ринку комутаторами 3-го рівня (маршрутизувальними комутаторами), що успішно застосовують для побудови високошвидкісних магістралей з використанням волоконно-оптичного кабелю. Інтерфейс комутатора 3-го рівня GE 1000Base-X ґрунтується на стандарті фізичного рівня Fiber Chennel (FC). Устатковання Ethernet усіх поколінь є сумісним і використовує відкриті стандарти. Це забезпечує можливість повної сумісності транспортних мереж та мереж доступу. Поверх Ethernet можна передавати голос, відео й дані. Трафік Ethernet може інкапсулюватися в контейнери SDH і передаватися поверх WDM.

9.4. Транспортні мережі METRO на основі обладнання повністю оптичних мереж

При зростанні обсягу інформації, яка передається в мережі, з часом постає завдання нарощування її ємності. Це може бути вирішено за допомогою заміни комутаційного електронного обладнання в центральних вузлах на більш

348

потужне, розраховане на швидкості передавання 1; 2,5 або до 10 Гбіт/с, а також таке, яке матиме можливість варіювати механізми комутації, та за допомогою залучення резервних (раніше не використовуваних) волокон у прокладених кабелях. Якщо всі резервні волокна використано, вихід один – прокладання нового кабелю (якщо це можливо) в наявній каналізації, але таке рішення може виявитися негнучким і не завжди швидким. Інший шлях – упровадження фотонних технологій та побудова нових магістралей на основі технологій повністю оптичних мереж (AON), що дозволяє значно підвищити пропускну здатність мережі, її гнучкість і надійність без переобладнання вже створеної її частини.

Розрізняють три категорії AON:

•AON, які використовують прості багатомодові лінії;

•AON із комутацією каналів;

•AON із комутацією пакетів.

Перші дві категорії мають одну важливу особливість – прозорість мережі відносно застосовання. Оптична прозорість (передавання оптичного сигналу у форматі застосовання – коду, частоти модуляції та ін.) забезпечується з будь-якого з оптичних WDМ каналів від вузла-джерела до вузлапризначення без використання проміжних пристроїв перетворення сигналу. Прозорі AON, крім суто пасивних компонентів (мультиплексорів, відгалужувачів), можуть містити активні елементи, такі, як конфігуровані хвильові маршрутизатори, комутатори, перетворювачі. Навіть якщо керування цими пристроями – електронне, весь шлях

349

поширення сигналу залишається оптичним. Електронне керування й контроль потребують меншої смуги пропускання й використовується головним чином для керування конфігурацією вузлів, WDM каналів при задоволенні різноманітних вимог користувачів.

Оптичним термінальним обладнанням у прозорій AON у загальному випадку є переналаштовувані лазерні передавачи, переналаштовувані фільтри. Дві кінцеві системи мережі можуть організувати канал зв'язку через таку мережу за допомогою налаштування на певні дві хвилі (прийому та передачі), які їм надає мережевий контролер оптичного терміналу (доступу в AON), опрацювавши відповідний попередній запит. Після налаштування з'єднання магістральний канал стає прозорим відносно застосовання.

Допускається й більш цікавий варіант, коли вся група користувачів може отримати відповідний набір довжин хвиль від прозорої АОN та організувати свою віртуальну мережу. Таким чином, прозора АОN має необмежені можливості під’єднувати користувачів.

Проста багатохвильова лінія зв'язку

Проста багатохвильова лінія зв'язку (Simple Multi – Wavelength Link, SMWL) – це тип АОN, найпростіший спосіб організації мережі, яка забезпечує множини з'єднань "точкаточка" між однотипними кінцевими системами, які взаємодіють на певних, призначених тільки для них, довжинах хвиль.

350