Рассмотрение данной темы невозможно без четкого представления что же такое вообще протоколы и транспортные сети.

Данную статью, на мой взгляд, необходимо начать некоторых пояснений и определений.

Во-первых,протоколом называют набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Во-вторых, следует дать определение транспортным сетям и кратко описать их построения в соответствии с моделями (рис.1), предложенными в рекомендациях МСЭ-Т:

Транспортная сеть OTN-OTH (Optical Transport Network - Optical Transport Hierarchy, оптическая транспортная сеть – оптическая транспортная иерархия), рекомендации G.709, G.798, G.872, G873.1;

Итак, транспортная сеть связи (backhaul) - это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления. Но существует более тривиальное определение: транспортная сеть - это сеть, основной задачей которой является осуществление транспортной функции. Транспортная функция в свою очередь заключается в доставке информации по назначению, а именно: от одного порта данной сети к другому.

Как выше было сказано, основная функция транспортных сетей заключается в передаче, т.е. транспортировке информации между пунктами. Это может быть информация телефонных абонентов, пользователей Интернет, программы телевидения, различного рода управляющая информация для контроля и технологического обслуживания сети, сигналы взаимодействия между коммутационными станциями, информации учета и стоимости услуг – тарификация, выделение сигналов синхронизации и т.д.

Дав определение, мы можем перейти к моделям реализации транспортных сетей. Рассмотрение этих моделей не ставит целью доскональное исследование материала, это всего лишь даст лучшее представление о данном виде сетей.

Транспортная сеть SDH

Модель транспортной сети SDH представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень трактов (маршрутов передачи информации); уровень каналов.(см.рис.1)

Уровень среды передачи базируется преимущественно на оптоволоконных линиях (среда передачи), в которых создаются секции регенерации цифровых линейных сигналов и секции мультиплексирования цифровых данных, которые необходимы для устранения искажений линейных импульсных сигналов и восстановления их формы и мощности.

Уровни трактов сети SDH представлены двумя плоскостями: высокого и низкого уровней (порядков). Виртуальные контейнеры высокого и низкого уровней представляют собой циклические цифровые ёмкости, предоставляемые под загрузку информационными данными с подходящими скоростями. Понятие “виртуальности” этим цифровым блокам присвоено из-за специальных данных, называемых заголовками, в которых прописывается уникальный маршрутный идентификатор для адресного переноса каждого контейнера через транспортную сеть от источника информации до получателя. Благодаря непрерывной циклической передаче виртуальных контейнеров может поддерживаться однонаправленное и двунаправленное транспортное соединение – тракт или маршрут, рассчитываемое на различную пропускную способность в интересах потребителей транспортных услуг.

Уровень каналов сети SDH обеспечивает интерфейсы для пользователей транспортной сети. Учитывая, что транспортная сеть SDH является частью первичной сети связи, на уровне каналов производится согласование с вторичными сетями (пользователями), например, с телефонными сетями через потоки цифровых данных 2.048 Мбит/с (обозначается Е1), с компьютерными сетями Ethernet на скоростях передачи 10, 100 и 1000Мбит/с через сцепки виртуальных контейнеров и протоколы согласования (LAPS - Link Access Procedure SDH, GFP - Generic Framing Procedure). Все процедуры формирования цифровых блоков SDH происходят с использованием единого высокостабильного тактового механизма – тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Создание и поддержка всех соединений в сети SDH и контроль всех функций обеспечиваются системой управления, имеющей сеть выделенных каналов связи и средства протокольного взаимодействия через эти каналы.

Транспортная сеть АТМ

Модель транспортной сети АТМ представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень асинхронного режима передачи АТМ; уровень адаптации АТМ.(см.рис.1)

Уровень среды передачи в транспортной сети АТМ может быть реализован согласно стандартам АТМ (I.432) любой системой передачи, например, системой SDH. Допускается также использование любой среды и оборудования передачи (медные провода с модемами xDSL, радиоканалы с радиочастотными модемами, атмосферные оптические каналы, волоконно-оптические системы).

Уровень АТМ разбит на подуровни виртуального канала и виртуального пути. Эти подразделения уровня АТМ обусловлены форматом представления данных, называемых ячейками и имеющими ёмкость 53 байта, которая поделена на поле заголовка (5 байт) и поле нагрузки – сегмент пользователя (48 байт). Заголовок содержит идентификаторы ячеек, принадлежащих одному соединению, виртуальному пути VPI (Virtual Path Identifier) и виртуальному каналу VCI (Virtual Circuit Identifier).

Уровень адаптации АТМ выполняет функции интерфейса между транспортной сетью АТМ с её виртуальными соединениями и пользователями транспортных услуг (вторичными сетями связи), например, телефонными сетями, сетями Internet, локальными сетями Ethernet и т.д. При этом различным видам трафика определены различные типы уровневой адаптации AAL (AAL-1, AAL-2, AAL-3/4, AAL-5, ATM Adaptation Level), предусматривающие формирование различных по структуре сегментов для пользовательской нагрузки. Пользовательская информация, поступающая непрерывным потоком данных или случайными во времени пакетами, приспосабливается к процессу формирования сегментов, т.е. происходит согласование битовой скорости, исключаются неинформативные, т.е. пустые интервалы, формируются коды исправления ошибок для приёмной стороны и т.д.

Принципиальное отличие моделей транспортных сетей SDH и АТМ состоит в следующем:

Транспортный ресурс сети SDH – тракт высокого или низкого порядка предоставляется в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) постоянно, независимо от информационного потока и с фиксированной скоростью передачи, что часто является причиной низкой эффективности использования соединения, например, в телефонии с коммутацией каналов при активности канала от 0.1 до 1.0;

- транспортные ресурсы сети АТМ – виртуальный канал или виртуальный путь, поддерживаемые коммутаторами с маршрутными таблицами каждого соединения, предоставляются в распоряжение пользователя (вторичной сети связи) только при наличии потока информационной нагрузки, т.е., когда ячейки АТМ формируются и следуют через физическую среду. В противном случае среда передачи предоставляется потокам ячеек других источников благодаря статистическому мультиплексированию на уровне АТМ. Это позволяет в несколько раз повысить эффективность использования физического соединения, например, тракта SDH.

Транспортная сеть OTN-OTH

Модель транспортной сети OTN-OTH представлена двумя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень сети OTN и уровень пользователя(см.рис.1).

Уровень сети OTN состоит из трёх физически и логически связанных подуровней: среды передачи сигналов с разделением по длине волны (WDM); оптических секций ретрансляции OTS (Optical Transmission Section) и мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section); оптических каналов OCh (Optical Channel) с нагрузкой в виде оптических транспортных блоков OTUk (Optical Transport Unit k) с включением в них блоков данных оптических каналов ODUk (Optical Data Unit k), которые, в свою очередь, включают блоки полезной нагрузки оптических каналов OPUk (Optical Channel Payload Unit k) . Индекс k соответствует иерархической ступени OTH (k=1,2,3,4) и указывает на циклы различные по длительности и скорости передачи.

Технология WDM, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2003 году достигнута скорость 10,72 Тбит/с , а к 2009 - 15,5 Тбит/с ) , причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон - для передачи в прямом и обратном направлениях).

Оптические секции ретрансляции OTS организуются внутри оптической секции мультиплексирования OMS для компенсации потерь оптической мощности в стекловолокне и компенсации дисперсионных искажений.

В оптической секции мультиплексирования формируются, передаются, обслуживаются и расформировываются отдельные оптические каналы, оптические волновые модули OTM с числом каналов до 16 (называемые также оптическими транспортными модулями), группы оптических модулей. Каждый оптический модуль может иметь отдельный оптический сервисный канал, в который включаются служебные данные для каждого OCh.

Оптический канал OCh выполняет функции регенерации цифрового сигнала, т.е. восстанавливает амплитуду импульсов, их форму и устраняет накопленные фазовые дрожания. Также производится оптическая модуляция и детектирование, контроль качества передачи цифровых данных в блоках OTUk и ODUk, и т.д.

Уровень сети OTN может поддерживать полностью оптическую сеть с оптической коммутацией, маршрутизацией, конвертацией оптических волн и защитой соединений.

Уровень пользователя оптической транспортной сети OTN-OTH выполняет функции интерфейса между транспортной сетью и сетями пользователей транспортных услуг, к которым относятся сети SDH, АТМ, Ethernet и др. Для эффективного согласования между сетями применяются различные протокольные решения по размещению данных пользователей в оптических каналах.

Это протоколы: общей процедуры формирования кадра GFP; протокол защищаемого пакетного кольца или пакетного кольца с самовосстановлением RPR (Resilient Packet Ring) и др. Протоколы позволяют согласовать циклическую передачу данных в оптических каналах со случайной во времени передачей пакетов данных различной емкости от пользователей, например, пакеты IP, MPLS или Ethernet.

Если сравнить три рассмотренные модели транспортных сетей, то можно отметить, что наибольший транспортный ресурс может обеспечить только модель сети OTN-OTH. При этом она поддерживает трансляцию данных сетей SDH и АТМ. Очевидно, что модель сети OTN-OTH предназначена для глобального масштаба, т.е. магистральных сетей связи с большим объёмом трафика и для сетей связи крупных городов-мегаполисов с развитой телекоммуникационной инфраструктурой.

Транспортная сеть Ethernet

Модель транспортной сети Ethernet состоит из двух уровней: уровень среды передачи кадров Ethernet и уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet.(см.рис.1)

Уровень среды передачи Ethernet может быть реализован на базе медных проводов, волоконных световодов, радиоканалов и атмосферных оптических каналов с использованием соответствующих конверторов сигналов (приёмопередатчиков), что характерно для локальных и городских сетей связи и это наиболее экономичное решение относительно других моделей транспортных сетей. При организации связи на большие расстояния (более 100км) уровень среды передачи может быть представлен транспортными сетями SDH, АТМ и OTN

Уровень формирования кадров (пакетов) Ethernet состоит из двух подуровней: управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и управления доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Эти подуровни протокольные, т.е. их функции предписаны определенными алгоритмами для процессоров, которые формируют кадры с информационными данными и служебными сообщениями. Кадры с информационными данными создаются и отправляются случайно во времени, т.е. в зависимости от потока информационной нагрузки, или в потоковом режиме, когда нагрузка поступает непрерывно. Мультиплексирование кадров, управление их потоком, коммутация их в узлах, наблюдение соединений по потоку кадров из конца в конец или по участкам сети – всё это исполняет уровень формирования кадров. Также он обеспечивает интерфейс с источниками информационных данных (вторичными сетями, например, сетями IP, MPLS и т. д.).

Транспортные сети используют различные протоколы , например, такие, как

ISCSI, internet Small Computer System Interface – протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;

PPP, Point-to-Point Protocol – протокол “точка-точка”;

HDLC, High-level Data Link Control – высокоуровневый протокол управления на уровне звена передачи данных;

IP- протокол негарантированной доставки данных;

ATM- пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения

Использование каждого протокола можно рассматривать с учетом разных моделей построение сетей. Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур, например, виртуальных контейнеров в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet.

Более подробное описание видов и функций стандартов транспортных сетей будет изложено в следующих выступлениях.

Список литературы:

3. Транспортные сети и системы электросвязи. Под ред. Стеклова В.К.

10. Транспортные сети. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

10. Транспортные сети

10.1. Модели и элементы транспортных сетей

Транспортная сеть (transport network) – часть сети связи, охватывающая магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные, междугородные). В таблице 10.1 показаны структуры моделей транспортных сетей, имеющих функциональные уровни: физический, трактов и каналов .

Первичные сети, являющиеся базовыми транспортными или магистральными сетями, служат основой для построения всего многообразия современных мультисервисных сетей связи. Таким образом, первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи .

Главным требованием, предъявляемым к транспортным сетям, является выполнение сетью основной функции – обеспечения пользователям возможности доступа ко всем разделяемым ресурсам сети.

Основные информационно-технические характеристики цифровой первичной сети (ЦПС), которые существенно определяют ее возможности по предоставлению гарантированного качества обслуживания пользователей сети и возможности сети в целом, следующие: пропускная способность транспортных магистралей или базовые скорости передачи, определяемые уровнем транспортных модулей (STM-N, N=1, 4, 16,…); объем входящего и исходящего трафика в узлах сети; суммарный трафик в трактах и магистралях сети; надежность или коэффициент готовности сети в целом

К современным ЦПС и корпоративным сетям предъявляются требования, обеспечивающие возможность не только гарантировать необходимое качество обслуживания, но и дальнейшее развитие сети:

Для оценки надежности таких сложных систем, какими являются ЦПС, применяют понятие готовности, или коэффициента готовности, который определяется долей времени, в течение которого сеть может быть использована по назначению. Готовность сети может быть повышена путем аппаратного резервирования элементов (узлов) сети, резервирования трафика, трактов и каналов за счет соответствующей организации архитектуры всей сети, ее топологии, управления и синхронизации сети, включая сети доступа к ЦПС.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого (в ограниченных пределах) добавления отдельных элементов сети (пользователей, служб), наращивания сегментов сети доступа и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество сетевых узлов и протяженность трактов в очень широких пределах без снижения пропускной способности транспортных магистралей.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно осуществлять конфигурацию, наблюдение, контроль и управление, как каждым сетевым элементом, так и всей сетью в целом, включая управление трафиком и планированием развития сети , .

Современная транспортная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM).

Используется иерархия скоростей передачи каналов в соответствии с международными рекомендациями ITU-T и получившим наибольшее распространение европейским стандартом. При этом технологии плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ/PDH) и синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH) позволяют сформировать транспортную сеть с выделенными цифровыми каналами для всех пользователей первичной сети.

На основе ЦПС СЦИ/SDH можно создавать наложенные сети с коммутацией каналов, например цифровые сети интегрированного обслуживания (ЦСИО/ISDN), и коммутацией пакетов, например АТМ (асинхронный режим переноса (АРП/АТМ)). В ЦПС АТМ–сеть интегрируется поверх сети СЦИ/SDH, как наложенная сеть, представляя собой одновременно и транспортную, и вторичную сети и одновременно являясь сетью доступа.

Технология АТМ или асинхронного режима передачи (АРП/АТМ) разработана как единая универсальная транспортная технология нового поколения сетей с интеграцией услуг, так называемых широкополосных цифровых сетей интегрированного обслуживания (Ш-ЦСИО или B-ISDN) .

Технология АТМ совместима со всеми базовыми сетевыми технологиями глобальных сетей – TCP/IP, SDH, PDH, Frame Relay – и сетевыми технологиями локальных сетей. Технология АТМ обеспечивает передачу в рамках одной транспортной сети различных видов трафика (голоса, видео, данных), иерархию скоростей передачи в большом диапазоне (от 25 Мбит/с до 622 Мбит/с) с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений .

Сети TCP/IP (протокол управления передачей/протокол сети Интернет) занимают особое положение среди сетевых технологий. Они играют роль сетевой технологии, объединяющей сети любых типов и технологий, включая глобальные транспортные сети всех известных технологий.

Транспортная сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности, регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой "банк каналов", которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот "банк каналов" един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.

Физический уровень (таблица 10.1) 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-х до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.

Уровень трактов (таблица 10.1). Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Тракты в сети ATM 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. По этой причине путь следования данных в сети ATM называют виртуальным.

Уровень каналов (таблица 10.1). 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.

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

Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH: предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными; предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода; опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей; позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, и так далее; обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.

Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.

Элементы транспортной сети. Опишем основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей – топологию, или архитектуру сети SDH .

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью.

Мультиплексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными и гибкими устройствами, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора – SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора.

Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рисунок 10.1). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 10.1). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ("восточный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца .

Рисунок 10.1. Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM

Регенератор представляет собой упрощенный мультиплексор, имеющий один входной канал – как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рисунок 10.2). Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15 – 40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40 – 80 км. – для 1500 нм.

Коммутатор. Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рисунке 10.3, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рисунок 10.4), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами.

В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы – SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рисунок 10.5). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.

Рисунок 10.3. Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

Рисунок 10.4. Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рисунок 10.5. Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором: маршрутизация виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера; консолидация или объединениевиртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора; трансляция потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка – мультиточка"; сортировка или перегруппировка виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор; доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования; ввод/вывод виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода;

10.2. Основы построения топологии цифровой первичной сети

При построении топологии планируемой транспортной сети необходимо предусматривать необходимое резервирование сетевых элементов на аппаратном и сетевом уровне, резервирование трафика, увязать топологию сети с организацией ее управления и синхронизации, предусмотреть организацию соответствующих сетей доступа и их подключение к ЦПС .

Существует базовый набор стандартных топологий:

Топология "точка-точка". Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка–точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 10.5). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).

Рисунок 10.5. Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ.

Топология "последовательная линейная цепь". Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунок 10.6, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 10.7. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом".

Рисунок 10.6. Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM.

Рисунок 10.7. Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

Топология "кольцо". Эта топология (рисунок 10.8) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии – лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток – запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рисунок 10.8. Топология "кольцо" c защитой 1+1

Архитектура сети SDH .

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов. Например, радиально-кольцевая архитектура SDH сети фактически строится на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь". Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение – соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH.

Линейная архитектура для сетей большой протяженности. Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рисунок 10.8) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.

Блоки MUX и LT (рисунок 10.8) конструктивно образуют единый модуль, основой которого является мультиплексор (МТ). Упрощённая структура трактов и секций сети SDH приведена на рисунке 10.8.

Рисунок 10.8. Структура трактов и секций

Организация взаимодействия элементов транспортной сети, а также управления сетью достигается использованием определённых интерфейсов (рисунок 10.8)

SPI – физический интерфейс STM-N, точка подключения оптического волокна.

PI – физический интерфейс компонентных потоков в PDH, либо SDH, сюда же можно включать и неоктетные цифровые потоки, например, каналы цифрового ТВ, и так далее. Этот интерфейс может быть как электрическим, так и оптическим.

Т – интерфейс, предназначенный для передачи и приёма сигналов синхронизации.

Q – интерфейс сети управления, точка подключения соединительных линий для двухсторонней передачи информации от узлов управления.

F – интерфейс контроля. В эту точку подключается персональный компьютер (ПК), программное обеспечение которого позволяет контролировать состояние не только своей станции, но и станции своей сети .

В интерфейс Т включен сетевой элемент (СЭ), которым могут управлять или сигнал от первичного эталонного генератора (ПЭГ); или от ведомого задающего генератора (ВЗГ), или сигнал компонентного потока (КП), или линейный сигнал (ЛС). Кроме того, сигналы синхронизации могут быть поданы на сетевые элементы других систем. С выходов СЭ управляющие сигналы поступают в тракты передачи (Вых.2) и приёма (Вых.1).

Контрольные вопросы:

Дайте понятие первичной сети. Назовите основные функции транспортной сети связи.
Рассмотрев структуры многоуровневых моделей транспортных сетей, дайте сравнительную оценку сетей, указав их общие черты и отличия.
Каковы особенности технологии SDH?
Охарактеризуйте физический уровень транспортной сети.
Перечислите основные функциональные модули SDH.
В чём состоят функции мультиплексора ввода-вывода?
Выделите основные функции, выполняемые коммутатором.
Перечислите стандартные топологии транспортной сети.
Какие схемы построения транспортных сетей используются для повышения их надёжности и живучести?
Для чего используется интерфейс F?

Рубрика: .

Транспортная телекоммуникационная сеть - это основная часть инфраструктуры сети любого оператора, будь то оператор традиционной телефонии, сотовый оператор, провайдер проводного или беспроводного доступа в Интернет.

Современные транспортные телекоммуникационные сети должны быть универсальны, т.е. способны эффективно поддерживать как эксплуатируемые сегодня системы 2G и 2,5G, ориентированные на передачу трафика в режиме TDM, так и сети следующего поколения - 3G и даже 4G . От качества транспортной телекоммуникационной сети полностью зависит качество предоставляемых услуг. Именно поэтому при выборе технологии и образования для построения этого участка инфраструктуры, операторы особо тщательны, внимательны и придирчивы. Например, если системы UMTS Release 99 ориентированы на транспорт, основанный на технологии АТМ, то последующие разработки UMTS Revision 5/6 - на IP-решения с использованием сетей Ethernet и технологии MPLS. Поэтому оборудование транспортных телекоммуникационных сетей должно обеспечивать эффективную передачу всех типов трафика - TDM, ATM, IP.

Основными способами организации транспортных телекоммуникационных сетей являются волоконно-оптические, спутниковые и беспроводные системы связи. К последним относятся радиорелейные системы, которые широко используются в транспортных телекоммуникационных сетях операторов сотовой связи и широкополосного доступа.

Транспортная телекоммуникационная сеть оператора мобильной связи состоит из двух основных сегментов (рис.1):

Распределительной сети (backhaul), связывающей базовые станции с контроллерами и центрами коммутации подвижной связи (Mobile Switching Center (MSC));
магистральной сети (backbone), обеспечивающей высокоскоростной транспорт между центрами коммутации подвижной связи.

Традиционно распределительная сеть строилась по топологии «звезда»: в центре - MSC, к нему выделенным каналом (как правило, E1 или NE1) подключались системы радиодоступа (контроллер и базовые станции). Если базовые станции находятся в труднодоступных районах, то для их подключения часто используют радиорелейные линии связи или спутниковые каналы.

Операторы сотовой связи далеко не всегда имеют собственные каналы между базовыми станциями, контроллерами и MSC, чаще арендуют их. Поэтому понятно их стремление максимально загружать арендуемые емкости. Однако при этом необходимо учитывать и возможные пиковые нагрузки. Возникает задача поиска компромисса между стоимостью аренды каналов и качеством обслуживания абонентов в периоды пиковых нагрузок. Ее трудно решить при использовании традиционных технологий с коммутацией каналов (TDM) .

Одни технологии мобильной связи изначально обеспечивают эффективное использование канальных ресурсов, другие - нет. Например, при передаче обычного трафика GSM дополнительные процедуры сжатия могут принести выгоду, а вот трафик систем CDMA на интерфейсах E1 Frame Relay между контроллерами базовых станций и центром MSC уже достаточно плотно «упакован».

Строящиеся транспортные сети должны быть универсальными, т. с. способными эффективно поддерживать как эксплуатируемые сегодня системы 2G и 2.5G, ориентированные на передачу трафика в режиме TDM, так и сети следующего поколения.

Оптимальная транспортная телекоммуникационная сеть операторов мобильной связи должна соответствовать ряду критериев:
обеспечению безболезненного внедрения новых систем мобильной связи;
соответствию требованиям архитектур сетей следующего поколении, в частности, IMS;
сохранению вложенных инвестиций;
наличию эффективных средств управления трафиком;
гарантии того, что качество услуг связи не будет снижаться, лучше - повышаться;
предоставлению удобных средств технического обслуживания и эксплуатации.

Один из способов построения эффективной распределительной сети - установить в узлах радиосети (базовые станции и контроллеры) и в центре MSC мультисервисные граничные устройства, упаковывающие трафик в пакеты, оптимизирующие его для дальнейшей передачи по сети. Такой подход позволит на базе единой конвергентной транспортной сети поддерживать различное оборудование радиосегментов: GSM (TDM), GPRS (TDM), CDMA 1 x EV-DO, UMTS (ATM) и пр. Вместо множества частично заполненных потоков Е1 оператор получит относительно небольшое число каналов, «плотно» заполненных пакетами, при этим механизмы QoS гарантируют высокое качество голосовой связи. Более того, за счет эффективного использования канальных ресурсов операторы смогут подключать новые базовые станции по имеющимся каналам связи.

Если в непосредственной близости с узлами, где находятся базовые станции, контроллеры и центры MSC, имеются ВОЛС, то потоки Е1 можно мультиплексировать для передачи по сети SDH. Преимущества таких сетей связаны в первую очередь с высокой надежностью, обеспечиваемой кольцевыми схемами защиты и развитыми средствами поддержки эксплуатации. Наибольшая экономия обеспечивается, когда оборудование сетей мобильной связи подключается к уже существующей сети SDH, по которой могут передаваться самые разные типы нагрузки: трафик мобильной телефонии, сетей фиксированной связи, видеоинформация, ТВ-каналы и пр.

Транспортная сеть мобильной связи обеспечивает соединения между базовой станцией мобильной связи (RBS) и сотовым коммутатором по границе транспортной сети. Крупные операторы мобильной связи делят архитектуру транспортного канала на две составляющие (рис. 2) - низовую сеть радиодоступа (LRAN) и сеть радиодоступа высокого уровня (HRAN).

При установке радиооборудования с интерфейсами Ethernet оно также может быть подключено к сети SDH. Для этого существуют специальные технические решения Ethernet over SDH, реализованные, в частности, в SDH - оборудовании Metropolis компании Lucent-Alcatel. Для повышения эффективности передачи трафика Ethernet через сети SDH в настоящее время разработан и стандартизован целый ряд технологий: универсальная схема фрейминга (General Framing Concatenation, G.707), алгоритмы подстройки емкости линии связи (Link Capactivy Adjustment Scheme, G.7024). Оборудование с поддержкой упомянутых технологий оптимизировано для построения мультисервисных сетей и его относят к системам SDH следующего поколения (NG-SDH).

Сможет ли оператор запустить новые услуги в действующей транспортной сети, справится ли она с передачей высокоскоростного трафика мультимедийных данных?

Проблемы, волнующие операторов

С переходом к технологии UMTS полоса пропускания прямого и обратного каналов передачи трафика значительно увеличивается.

Очевидны и изменения структуры передаваемого трафика. До сих пор в мобильных сетях превалирует голосовой трафик, но при переходе к 3G роль услуг передачи данных возрастет, и существенно увеличится их вклад в общий объем трафика. В определенный момент IP-трафик станет преобладающим, особенно с учетом всеобщей миграции голоса от канальной к пакетной коммутации.

Мгновенные отказ от традиционных технологий и переход к IP невозможны, а потому транспортная среда оператора мобильной связи должна обеспечивать постепенную миграцию. Возможность передачи трафика по традиционным протоколам (TDM, ATM и FR) через IP-сеть с помощью технологии PWE3 (Pseudo Wire Emulation End-to-End) делает IP-среду универсальной с точки зрения поддержки услуг второго и третьего поколений.

В общем случае в транспортной сети мобильного оператора можно выделить два основных сегмента: магистральная транспортная сеть и сеть радиодоступа (RAN). Принципы построения магистральной сети мобильного оператора имеют свои особенности, но в целом совпадают с принципами построения других магистральных сетей.

Ситуация с развитием транспортных сетей RAN - иная. В сетях второго поколения для подключения базовых станций и контроллеров операторы используют мобильные низкоскоростные TDM-каналы. Изначально они были вынуждены арендовать большинство каналов у операторов фиксированной и дальней связи, но сейчас ситуация улучшается. Многие сотовые компании имеют собственную оптическую инфраструктуру SDH/PDH, радиорелейное оборудование и сокращают количество арендуемых каналов. Как следствие, уменьшаются операционные расходы на содержание сети. При этом мало кто из операторов думает о технологии IP как о возможном пути решения проблем, связанных с расширением транспортной сети RAN, но именно построение IP-RAN позволяет решить многие проблемы модернизации уровня доступа.

Как уже отмечалось, новые услуги требуют расширения полосы пропускания. Если ранее емкости выделенного канала 2 Мбит/c (E1) было достаточно для передачи трафика от базовой станции к контроллеру, то БС 3G требуют уже четырех каналов E1. В ближайшем будущем базовым станциям понадобится полоса пропускания 14,4 Мбит/c, и это - не предел. Для подключения одной БС потребуется целый «пучок» каналов E1, что неудобно и имеет ряд ограничений.

Использование IP в качестве транспортной среды позволяет без труда получить полосу пропускания 100 или 1 тыс. Мбит/с, что многократно превышает емкость каналов E1.

Типовые сценарии построения IP-RAN

В зависимости от типов используемого оборудования и характеристик транспортных сетей варианты построения IP-RAN различаются. Мы последовательно рассмотрим разные сценарии.

Первый сценарий типичен для всех операторов второго поколения, планирующих переход к 3G: это передача трафика БС 2G по каналам Ethernet. Традиционно базовые станции мобильного оператора второго поколения подключаются к контроллерам через каналы TDM, по которым передаются как голосовые пакеты, так и сигнальный трафик, а также не менее важный синхросигнал для согласования работы всех БС и контроллеров. Преимущество TDM перед Ethernet в сетях мобильной связи состояло в том, что последние не могли синхронизировать работу оборудования. Однако с развитием IP-технологий проблема была решена. Сейчас доступны несколько технологий, позволяющих решить проблему передачи синхросигнала через IP-сеть, например технологии адаптивного восстановления синхросигнала, синхронный Ethernet и др. Следовательно, рассматриваемый сценарий создания сети IP-RAN можно полностью реализовать на базе Ethernet.

Второй сценарий тоже характерен для сетей второго поколения, где большую часть трафика составляет голосовая информация. При разговоре двух человек один из них, как правило, говорит, а второй слушает, поэтому при использовании TDM-технологий каналы минимум наполовину загружаются неинформативным трафиком, то есть тишиной. Все неинформативные пакеты могут быть выявлены на устройствах доступа в IP-сеть и отброшены за ненадобностью. Перед отправкой в сеть информативные пакеты можно оптимизировать на устройстве доступа по принципу, схожему с архивацией файлов. Все это позволяет существенно сократить объемы трафика, передаваемого от базовой станции, и потребность в полосе пропускания, уменьшить объемы передаваемой информации и операционные расходы на содержание транспортной сети.

Третий сценарий характерен при наличии базовых станций с поддержкой технологии ATM. В этом случае устройства доступа должны поддерживать стандарт ATM IMA для подключения базовых станций и технологию PWE3 для организации виртуальных ATM-каналов через IP-сеть. По способам организации виртуальных каналов и передаче синхросигнала третий сценарий аналогичен первому.

Четвертый сценарий типичен для европейских мобильных операторов, которые раньше опирались на хорошо развитые транспортные сети ATM и не могли одномоментно отказаться от их дальнейшего использования. В европейских сетях 3G наблюдается разделение трафика по разным средам передачи. Так, голосовой трафик и синхросигнал по традиции передаются через ATM-сеть, гарантирующую высокое качество обслуживания. А дополнительный трафик услуг, не критичных к качеству обслуживания, пересылается по новой транспортной IP-инфраструктуре. Это вовсе не означает, что европейские компании не доверяют IP-технологиям передачу ключевого трафика, а лишь свидетельствует о том, что они пытаются максимально разгрузить сеть при минимуме дополнительных вложений. В качестве IP-каналов доступа могут использоваться каналы Ethernet, а также медные DSL-линии, что позволяет существенно сократить расходы на построение IP-RAN.

Пятый сценарий применяется при развертывании БС нового поколения на базе IP. Такие базовые станции могут использовать объединенный групповой канал, состоящий из нескольких потоков E1. В этом случае при подключении нескольких БС через радиорелейные или проводные каналы к одному устройству доступа рациональным решением является терминация сессий Multilink PPP на устройстве доступа и агрегация IP-трафика в единый поток. Определение трафика от каждой базовой станции выполняется в соответствии с ее IP-адресом.

Последний, шестой, сценарий продиктован переходом операторов на сети третьего поколения. Этот процесс не будет мгновенным, а динамика спроса на новые услуги с трудом поддается прогнозированию. Операторы продолжают получать высокие доходы от сетей 2G и не собираются их сворачивать, поэтому на одной площадке не исключена работа БС второго и третьего поколений. В данном случае устройство доступа должно принимать от базовых станций трафик разных типов (IP, TDM, ATM) и обеспечивать его передачу по виртуальным IP-каналам. Синхросигнал также передается через IP-сеть.

Большинство сложностей построения RAN на базе IP вызвано необходимостью в «подгонке» возможностей пакетной технологии под требования мобильного оборудования, изначально работавшего с протоколами TDM и ATM. Однако новые технологии IP, такие как PWE3 или передача синхросигнала по IP-каналам, позволяют операторам строить универсальные мультисервисные транспортные сети для предоставления услуг 2G и 3G, развития дополнительных сервисов.

Отметим, что компания Huawei первая предложила рынку базовые станции, подключаемые к сети IP, с поддержкой технологий Ethernet и TDM-over-IP. При этом заказчикам предоставляются не отдельные сетевые элементы, а комплексные решения IP-RAN. Не ограничиваясь новыми базовыми станциями, Huawei выпустила целую линейку оборудования серии CX с поддержкой технологий передачи трафика TDM, ATM, IP поверх MPLS и реализовала передачу синхросигнала через IP. Высокая плотность портов E1, IMA E1, FE позволяет подключать к одному устройству CX базовые станции второго и третьего поколения. Для повышения надежности решения IP-RAN на уровне доступа реализованы технологии надежных кольцевых структур RPR и RRPP. В том случае, когда построение колец доступа невозможно, устройства CX обеспечивают построение сети древовидной топологии на основе протоколов STP и RSTP.

Алексей Гордиенко ([email protected]) - менеджер по оборудованию передачи данных компании Huawei

Транспортная сеть – совокупность путей сообщения, связывающих населенные пункты соответственно страны, региона (города). Транспортная сеть представляет собой один из важнейших элементов, характеризующих уровень потенциальной транспортной обслуживаемости определенной территории и мощность транспорта. Транспортную сеть страны или отдельного региона составляют железные и автомобильные дороги, морские и внутренние водные пути, воздушные трассы, магистральные трубопроводы. Для обозначения путей сообщения, связывающих важнейшие города и промышленные центры страны или региона применяют термин «магистральный транспорт ».

В этом смысле немагистральным является промышленный и городской транспорт. Пути для подъезда к складам, промышленным предприятиям, другим объектам ведомственного назначения называют подъездными путями .

Каждый вид наземного транспорта имеет путь , проложенный по поверхности земли. Под путь и устройство железных и автомобильных дорог, каналов, трубопроводов, подвесных дорог и конвейеров отводится полоса местности (полоса отвода ).

Водные пути – это пути сообщения морского и внутреннего водного транспорта. Морские пути – это маршруты, по которым следуют суда, преимущественно естественные, для них строятся причалы, порты, иногда искусственный фарватер или каналы. Внутренние водные пути – это внутренние водные пространства, используемые для судоходства и сплава леса. Они могут быть естественные (внутренние моря, озера и реки) и искусственные (каналы, искусственные водохранилища, шлюзованные реки).

Воздушные трассы предназначены для выполнения полетов воздушных судов, они соединяют воздушные пространства аэродромов и ограничиваются высотой и шириной; для взлета и посадки самолетов и вертолетов, аэродромно-технического обслуживания полетов оборудуются аэропорты с необходимой инфраструктурой.

Обязательным элементом транспортной сети являются начальные, конечные и промежуточные пункты, где формируются, расформировываются и переформируются грузовые и пассажирские потоки, их называют транспортные узлы . В транспортных узлах грузы готовятся к отправке, формируются партии грузов, происходит передача груза перевозчику и от перевозчика получателю, передача с одного вида транспорта на другой, кратковременное хранение грузов, расформирование партий груза и другие технологические операции. Функции транспортных узлов с развитием сервиса транспортных услуг расширяются. Погрузочно-разгрузочные пункты , выполнявшие роль приема, формирования партий грузов и отправки их в пункты назначения, постепенно трансформировались в терминалы – где мелкопартионные отправки трансформируются в полнопартионные для перевозок крупными партиями. Терминалы стали крупными грузообрабатывающими объектами транспорта с комплексной механизацией погрузочно-разгрузочных и складских работ; последнее время функции терминалов расширяются за счет транспортно-экспедиционных, таможенных, биржевых, информационных и прочих услуг, сопутствующих товародвижению. Появился новый термин для таких узлов – «хабы ».

Интенсивное развитие международных экономических связей потребовало новых подходов для сокращения времени на производство и реализацию продукции. Особое место в этой проблеме занимает скорость доставки грузов . Разница в средствах передвижения и путях сообщения, инфраструктуре, системах контроля и управления, нормативно-правовых требованиях в разных государствах приводят к увеличению стоимости транспортировки грузов в международном сообщении, зачастую к потере качества грузов и, как следствие, к потере рынка сбыта. Логистический подход к системам транспортировки показал необходимость создания так называемых коридоров на наиболее значимых направлениях движения грузов.

Транспортный коридор – это совокупность различных видов транспорта, работающих в одном направлении с учетом грузо- и пассажиропотоков при развитой транспортной инфраструктуре международного класса с унификацией требований к технике, технологии, информации, правовым взаимоотношениям и т.п. Единые технические требования, внедрение передовых технологий и создание единого информационного пространства для сопровождения и безопасности транспортного процесса являются условием эффективности работы в транспортных коридорах.