Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

Коммутатор 1641SX также поддерживает стандарты трех основных технологий PDH, SDH

и SONET и позволяет локально или дистанционно обрабатывать потоки с суммарным эквивален-

том STM-1 портов: 48, 112 или 192 с квадратной матрицей коммутации или с суммарным эквива-

лентом STM-1 портов: 224 или 560 со специальной матрицей. В конфигурации с эквивалентом 48

STM-1 портов он позволяет, например, коммутировать: 448 каналов емкостью 2 Мбит/с, 24 канала

емкостью 34 Мбит/с и по 16 каналов емкостью 140 Мбит/с и STM-1 [56].

Коммутатор может широко использоваться в различных топологиях типа "звезда" (рис. 2-

47), либо как шлюз между сетями PDH и SDH (рис. 2-47,а) или как шлюз между сетями SDH и

SONET (рис. 2-47,6), либо вместо мультиплексоров более высокого уровня (рис. 2-47,в), либо как

многопортовый концентратор для связи с узловыми мультиплексорами ячеистой сети (рис. 2-47,г).

Используя описанные выше функциональные модули SDH, можно построить различные

сети SDH, отличающиеся топологией, выбираемой в соответствии с целями и задачами, которые

требуется решать.

2.4. Базовые топологии реальных сетей SDH

Рассмотрим базовые топологии реальных сетей SDH и особенности их выбора при построении ар-

хитектуры реальных сетей SDH.

Для того, чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом

из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в ТЗ на стадии проектиро-

вания. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответ-

ствии с указанной топологией или задача формирования сетей управления и синхронизации. Пер-

вой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно лег-

ко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть со-

ставлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

2.4.1. Топология "точка-точка"

Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология "точка-точка", является наиболее про-

стым примером базовой топологии SDH сети (рис. 2-48). Она может быть реализована с помощью

терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи,

так и по схеме со 100% резервированием типа 1 + 1, использующей основной и резервный элек-

трический или оптический агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя

основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд может автоматически перейти на резерв-

ный.

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется

при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например,

по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим магистральный цифровой телефонный

трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой ско-

рости в иерархии SDH, например, с 622 Мбит/с (STM-4) на 2.5 Гбит/с (STM-16) или с 2.5 (STM-16)

на 10 Гбит/с (STM-64). Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии

(используется в качестве радиусов кольцевой сети) и является основой для топологии типа "после-

довательная линейная цепь". С другой стороны, топологию "точка-точка" с резервированием

можно рассматривать как вырожденный случай топологии "кольца" (см. ниже).

2.4.2. Топология "последовательная линейная цепь"

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и

существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводится и выводиться

каналы доступа.

Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах

цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает по-

следовательную линейную цепь, где каждый мультиплексор ввода/вывода является отдельным

ее звеном. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи

без резервирования, как на рис. 2-49, либо более сложной цепью с резервированием типа 1 + 1, как

на рис. 2-50. Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом [48].

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

2.4.3. Топология "звезда", реализующая функцию концентратора

В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например,

цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба,

где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его

часть может быть распределена по другим удаленным узлам (рис. 2-51).

Ясно, что этот концентратор должен быть активным и интеллектуальным (в терминологии

локальных сетей), т.е. быть мультиплексором ввода/вывода с развитыми возможностями кросс-

коммутации (как было описано выше). Такую схему называют также оптическим концентратором

(хабом), если на его входы подаются частично заполненные потоки уровня STM-N (или потоки

уровня на ступень ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напомина-

ет топологию звезды, где в качестве центрального узла используется мультиплексор SDH.

Другим примером использования топологии звезда может служить сеть SDH, в которой

роль хаба (концентратора) играет мощный кросс-коммутатор, коммутирующий модули STM-N и

виртуальные контейнеры VC-n на лучевые сегменты сети, которых может быть существенно

больше 3-4 (числа сегментов, характерного для концентраторов мультиплексорного типа).

2.4.4. Топология "кольцо"

Эта топология, см. рис. 2-52, широко используется для построения сетей SDH первых трех уров-

ней SDH иерархии: 155, 622 и 2500 Мбит/с. Основное преимущество этой топологии - легкость

организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной

и резервный) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток - запад, дающих

возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (показаны стрелками на

рис. 2-52).

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

Особенность кольцевой топологии в том, что потоки в различных сечениях кольца должны

быть одинаковы. Схема организации потоков в кольце может быть либо двухволоконной (как од-

нонаправленной, так и двунаправленной с защитой потоков по типу 1+1 или без нее), либо четы-

рехволоконной (как правило двунаправленной, позволяющей организовать различные варианты

защиты потоков данных). Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих

сети (при ее определенной организации) самовостанавливаться, т.е. быть защищенной от некото-

рых характерных типов отказов. Учитывая широкое использование различных методов защиты се-

тей SDH, они рассмотрены ниже более подробно (см. разд. 2.6).

2.4.5. Топология "ячеистая сеть"

Рассмотренные выше базовые топологии, как более характерные для магистральных транспорт-

ных сетей, широко используются при построении новых сетей SDH. Традиционные телефонные

сети, основанные на использовании узлов коммутации, построены в большинстве своем на основе

топологии смешанной сети, в которой, однако можно выделить базовую топологию ячеистой

сети - сети, составленной из замкнутых ячеек или контуров, или технологических колец. На рис.

2-53 приведены схемы простых ячеистых сетей, связанных двумя узлами.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

100

В них используется разная форма ячеек сети, например, треугольная (3 узла), четырех-

угольная (4 узла), пятиугольная (5 узлов), шестиугольная (6 узлов). Так треугольная ячейка позво-

ляет позволяет сформировать минимальную сеть, состоящую из 4 узлов, четырехугольная ячейка -

аналогичную сеть из 6 узлов, пятиугольная - из 8 узлов и шестиугольная - из 10, см. рис. 2-53.

Существенное отличие ячеистой топологии, например от кольцевой, в том, что потоки в

звеньях «у, соединяющих узлы i и j, могут быть разными, зависящими от требуемой пропускной

способности конкретного звена. При этом замкнутый контур ячейки формирует так называемое

технологическое кольцо, потоки которого в разных сечениях - разные. Однако ячейка, если нуж-

но, может играть и роль полноценного, а не только технологического кольца.

Характерная особенность ячеистой топологии - возможность расширения сети путем на-

ращивания (мультиплицирования) однотипных ячеек без потери топологической однородности

сети. Таким свойством обладают все сети, использующие перечисленные выше ячейки. Более то-

го, указанные ячейки позволяют строить такие сети, где базовые ячейки могут контактировать с

друг с другом ровно двумя узлами. Последнее свойство важно при использовании методов защиты

подсетей в сетях SDH (см. ниже).

2.5. Архитектура реальных сетей SDH

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе ис-

пользования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегмен-

тов. Учитывая возможность и автономного использования отдельных элементарных топологий,

мы рассмотрим ниже только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии.

2.5.1 Радиально-кольцевая архитектура

Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной топологий, где в качестве ради-

альной выступает топология последовательной линейной цепи.

Пример радиально-кольцевой архитектуры сети SDH приведен на рис. 2-54. В этой сети

вместо последовательной линейной цепи в радиальной части может быть использована и более

простая топология "точка-точка". Число радиальных ветвей ограничивается только из соображе-

ний допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на мультиплексор доступа (вво-

да/вывода), установленный на кольце.

2.5.2 Архитектура типа "кольцо-кольцо"

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. На

рис. 2-55 показана схема соединения двух колец одного уровня (STM-4) с помощью интерфейсных

карт STM-1 через каналы доступа.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

101

На рис. 2-56 показан другой вариант соединения колец - каскадная схема соединения трех

колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении

можно использовать в качестве оптических трибов, агрегатные потоки предыдущего иерархиче-

ского уровня при переходе от одного уровня иерархии к другому (например, оптический триб

STM-1 при переходе на кольцо STM-4 и триб STM-4 при переходе на кольцо STM-16).

Рис. 2-56. Архитектура каскадного соединения колец разного уровня с помощью

оптических трибов

Указанные выше схемы соединения колец использовали для связи по одному мультиплек-

сорному узлу в кольце. При требовании обеспечить большую надежность этого может оказаться

недостаточно. В этом случае используют два мультиплексорных узла в каждом из взаимодейст-

вующих. колец. В этом случае связь между кольцами не будет потеряна даже при выходе из строя

одного из мультиплексорных узлов связи.

Архитектура взаимодействующих колец в силу особого интереса к ней рассмотрена более

подробно в разд. 2.6. Здесь мы отметим лишь, что использование в ней двух узлов для связи колец

приводит к двум кольцевым топологиям [388] - одна называется "взаимодействующее виртуальное

кольцо", а другая - "взаимодействующее кольцо с выводом и продолжением" (см. рис. 2-68, разд.

2.6). Оба используют два узла связи между кольцами, но в первом эти узлы не связаны между со-

бой по маршруту прохождения трафика, а во втором - связаны (см. рис. 2-68, разд. 2.6), благодаря

реализованной функции "вывод с продолжением".

Схема взаимодействующих колец с двумя мультиплексорами связи используется рядом

российских компаний, например, "МТУ-Информ", "Совинтел", "Мосэнерго". На рис. 2-57 (см.

след. стр.) приведена схема сети SDH АО "Мосэнерго", использующая такие соединения [405].

Все три предыдущих архитектурных решения использовали связь колец с помощью трибов

через интерфейсы каналов доступа. Существенно более гибкую (с точки зрения номенклатуры

коммутируемых устройств) и мощную (с точки зрения коммутируемых емкостей) связь колец

SDH, а также другого коммутационного оборудования можно получить с помощью кросс-

коммутаторов SDH типа 4/4 или 4/3/1. Пример такой связи колец на уровне ОС-48 SONET и STM-

16 SDH показан на рис. 2-62, приведенном в разд. 2.5. Кроме большой емкости и гибкости такой

связи, кросс-коммутаторы в этом конкретном примере связи колец SONET и SDH, дают возмож-

ность конвертации трибов АС иерархии (например, Т3) в трибы ЕС иерархии – Е3.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

102

Наконец последние достижения в области технологии WDM сделали возможным осущест-

вить еще один вариант связи колец SDH с помощью мультиплексоров WDM. В этом случае опти-

ческие трибы SDH, на уровне которых происходит связь, модулируют оптическую несущую (не-

сущие), которая коммутируется (маршрутизируется) оптическим (или электрическим) кросс-

коммутатором и передается на узел WDM на дальнем конце (в рамках модельного уровня WDM),

а затем преобразуется транспондером WDM и поступает на кольцо SDH (расстояние между свя-

занными кольцами может быть равно длине пролета или длине регенерационной секции).

2.5.3. Линейная архитектура для сети большой протяженности

Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексора-

ми ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки

зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на

маршруте (в линейном тракте) между ТМ (рис. 2-58) должны быть установлены кроме мультип-

лексоров и проходного коммутатора еще и регенераторы для восстановления (регенерации) зату-

хающего оптического сигнала.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

103

Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда

секций, определенных в стандартах ITU-T G.957 и G.958 [24, 25].

Принято различать три типа стандартизованных участков - секций (использование линей-

ных ОУ на них не предполагается):

- оптическая секция (участок от точки электронно-оптического до точки оптоэлектронного пре

образований сигнала), которая по сути являются участком ВОК между элементами сети SDH

(на

рис. 2-58 не показано);

- регенераторная секция (см. на рис. 2-58);

- мультиплексная секция (см. на рис. 2-58).

Оптические секции нормируются подлине [24], при этом выделяют три категории:

- I - внутристанционная секция, длиной до 2-х км;

- S - короткая межстанционная секция, длиной порядка 15 км;

- L - длинная межстанционная секция, длиной порядка 40 км (при длине волны 1310 нм) и 80

км (при длине волны 1550 нм).

Указанные длины секций используются только для классификации (см. ниже) и не могут

рассматриваться как рекомендуемые значения используемых технических параметров. Общая

длина маршрута может составлять при этом сотни или же тысячи километров. Маршрут в [47]

рассматривается как участок тракта между терминальными мультиплексорами, допускающий ав-

томатическое поддержание функционирования сети с номинальной производительностью.

Мультиплексная секция рассматривается как участок тракта между транспортными уз-

лами (мультиплексорами и коммутаторами), допускающий аналогичное автоматическое под-

держание функционирования.

Регенераторная секция рассматривается как участок тракта между двумя регенераторами

или между регенератором и другим узлом сети SDH. В [24] для аналогичных определений исполь-

зуются эталонные точки А (вход/выход волокна) и С (источник/сток окончания регенератор-

ной секции RST) в схеме представления регенераторной секции, определенные в стандарте ITU-T

G.783 [22]. Более подробно см. изложение в стандартах ITU-T G.957, G.958 [24, 25], или в работах

[6,47].

Описанный выше секционный заголовок SOH фрейма STM-N, содержащий управляющую

информацию, делится как указывалось выше на две части: RSOH - заголовок регенераторной сек-

ции - 27 байтов (строки 1-3, столбцы 1-9) и MSOH - заголовок мультиплексной секции - 47 байтов

(строки 5-9, столбцы 1-9) [16]. Регенераторная секция обрабатывает RSOH, который содержит

синхросигнал, а также управляющую и контрольную информацию, позволяющую локализовать

поврежденную секцию. Этот заголовок, будучи сформированным и записанным в фрейм на входе

RST, считывается каждым регенератором и окончательно терминируется на выходе RST, что бо-

лее подробно описано выше и в [16].

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

104

Классификация секций приведена в таб. 2-2. Она дает стандартное обозначение секций в

зависимости от уровня STM (1,4, 16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри

станции (код использования I), между станциями - короткая секция (код использования S), ме-

жду станциями - длинная секция (код использования L). В общем случае кодировка типов ис-

пользования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и

имеет формат:

<код использования> - <уровень STM> . <индекс источника>

Здесь "код использования" и "уровни STM" приведены выше, а "индекс источника" имеет

следующие значения и смысл:

- 1 или без индекса - указывает на источник излучения с длиной волны 1310 нм;

- 2 - указывает на источник излучения с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего

стандартам ITU-T G.652 (секции S) и G.652, G.654 (секции L);

- 3 - указывает на источник излучения с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего

стандарту G.653.

Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регене-

раторная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник излучения (света) с

длиной волны 1550 нм.

2.5.4. Архитектура разветвленной сети общего вида

В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для

глобальных сетей, таких как формирование "остова" сети (backbone) или магистральной сети в

виде ячеистой (mash) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршру-

ты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров

по основному пути.

Наряду с присущим сетям SDH внутренним резервированием, такой путь позволяет повы-

сить надежность всей сети в целом. Причем при таком резервировании на альтернативных мар-

шрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, ес-

ли на основном маршруте используется волоконно-оптический кабель (ВОК), то на резервном -

радиорелейная линия (РРЛ) или спутниковая линия, или наоборот.

Ниже приведены примеры архитектур (как модельных, так и реально существующих),

дающих возможность продемонстрировать ряд используемых типовых решений.

Глава 2

Синхронные цифровые сети на основе технологии SDH

105

Модельная глобальная сеть SDH смешанной архитектуры

На рис. 2-59 представлена смешанная архитектура такой разветвленной (глобальной) сети, остов

(или опорная/магистральная сеть) которой сформирован для простоты в виде одной сетевой ячейки, уз-

лами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу "каждый с каждым".

Глобальная сеть смешанной архитектуры на основе технологий PDH и SDH

Еще один пример сети SDH общего вида приведен на рис. 2-60. Эта сеть рассматривается в [55] как

пример законченного решения сети, связывающей сегменты, использующие как топологии SDH, так и

PDH.