Сегодняшние транспортные сети на основе TDM были разработаны для обеспечения гарантированного уровня производительности и надежности для преобладающих голосовых и линейных услуг. Проверенные технологии, такие как SDH, получили широкое распространение, обеспечивая высокую пропускную способность, масштабируемую до гигабитных скоростей для приложений голосовой связи и выделенных линий. Кольца самовосстановления SDH обеспечивают восстановление уровня обслуживания в течение десятков миллисекунд после сбоев сети. Все эти функции поддерживаются устоявшимися мировыми стандартами, обеспечивающими высокую степень совместимости с различными поставщиками.
Сегодняшняя сеть
В отличие от современных транспортных сетей на основе TDM (и, в некоторой степени, с сетями ATM), в IP-сетях «с максимальными усилиями», как правило, отсутствуют средства, гарантирующие высокую надежность и предсказуемую производительность. Лучшая услуга, предоставляемая большинством устаревших IP-сетей с непредсказуемой задержкой, дрожанием и потерей пакетов, — это цена, заплаченная за достижение максимального использования канала посредством статистического мультиплексирования. Использование канала (например, количество пользователей на единицу пропускной способности) является важным показателем качества для сетей передачи данных, поскольку каналы обычно передаются по выделенным каналам через транспортную сеть TDM.
Принимая во внимание импульсный характер трафика данных, каналы с фиксированной полосой пропускания транспорта TDM могут не быть идеально эффективным решением. Однако эта неэффективность традиционно считалась менее важной, чем функции обеспечения надежности сети и перегрузки перегрузки поставщика транспортной сети на основе TDM.
Растущий спрос на широкополосные и дифференцированные услуги передачи данных в настоящее время бросает вызов этой модели с двойной архитектурой транспортных сетей на основе TDM и пакетных сетей с наилучшими усилиями. Не выгодно расширять полезность сетей с максимальными усилиями за счет избыточной пропускной способности сети и поддержания легкой загрузки сети.
Кроме того, этот подход не всегда может быть достигнут или гарантирован из-за незначительного роста спроса, и он представляет собой особую проблему для области доступа к сети, которая наиболее чувствительна к экономическим ограничениям недостаточно используемых средств. В результате, как правило, поставщики услуг передачи данных сегодня не имеют поддержки сетевой инфраструктуры для предоставления дифференцированных гарантий обслуживания отдельных клиентов и соответствующих соглашений об уровне обслуживания.
Сеть следующего поколения
В сетевых архитектурах следующего поколения для экономически эффективной, надежной и масштабируемой эволюции будут использоваться как транспортные сети, так и расширенные уровни обслуживания, которые будут работать вместе, дополняя и взаимодействуя друг с другом. Эти сети следующего поколения резко увеличат и максимально совместно используют емкость инфраструктуры магистральной сети и обеспечат сложную дифференциацию услуг для новых приложений данных.
Транспортные сети позволяют уровням обслуживания работать более эффективно, освобождая их от ограничений физической топологии, чтобы сосредоточиться на достаточно большой задаче удовлетворения требований к обслуживанию. Следовательно, дополняя многие усовершенствования уровня обслуживания, оптическая транспортная сеть обеспечит унифицированный оптимизированный уровень управления пропускной способностью с высокой пропускной способностью и высокой надежностью, а также создаст так называемые оптические сетевые решения для передачи данных с более высокой пропускной способностью и гарантированным качеством.
Оптические транспортные сети: практический взгляд
Видения оптических сетей захватили воображение исследователей и специалистов по планированию сетей, начиная с быстрой и успешной коммерциализации WDM. В оригинальном видении оптической транспортной сети появляется гибкая, масштабируемая и надежная транспортная сеть, удовлетворяющая растущему разнообразию клиентских сигналов с одинаково различными требованиями к обслуживанию (гибкость, масштабируемость и живучесть в сочетании с битрейтом и независимостью от протокола).
Перспектива транспортной инфраструктуры, способной удовлетворить растущую полосу пропускания, требует еще и этого нового столетия, в котором длины волн заменяют временные интервалы, поскольку среда для обеспечения надежной передачи услуг с высокой пропускной способностью по сети действительно дразнит. Но что такое оптические сети? Ответ варьируется в широких пределах, и фактически развивался в последние годы. Первые попытки создания оптических сетей были сосредоточены на оптической прозрачности и разработке оптически прозрачных сетей в глобальном масштабе.
Практическое решение
В отсутствие жизнеспособных «полностью оптических» решений более практичные решения для оптических сетей учитывают необходимость в оптоэлектронике для поддержки регенерации оптического сигнала и контроля характеристик оптического сигнала. В так называемой полностью оптической сети сигналы проходят через сеть полностью в оптической области без какой-либо формы оптоэлектронной обработки. Это подразумевает, что вся обработка сигналов, включая регенерацию, маршрутизацию и обмен длинами сигналов, происходит полностью в оптической области.
Из-за ограничений аналоговой инженерии (например, ограничивающий фактор в правильно спроектированной цифровой системе является одной точностью преобразования исходного сигнала аналогового сообщения в цифровую форму) и с учетом современного состояния дел в полностью оптической технологии обработки Понятие глобальных или даже общенациональных оптических сетей практически не достижимо.
В частности, оптоэлектронное преобразование может потребоваться в элементах опто-сети для предотвращения накопления ухудшений передачи — искажений, которые возникают в результате таких факторов, как области хроматической дисперсии волоконно-оптического волокна и нелинейностей, каскадирование неидеальных усилителей с плоским усилением, перекрестные помехи оптического сигнала, и сужение спектра передачи от каскадных неплоских фильтров. Оптико-электронное преобразование может также поддерживать обмен длинами волн, который в настоящее время является сложной функцией для реализации во всей оптической области.
Короче говоря, в отсутствие коммерчески доступных устройств, которые выполняют регенерацию сигнала, чтобы смягчить накопление искажений и поддержать преобразование длины волны во полностью оптической области, некоторая мера оптоэлектронного преобразования должна ожидаться в ближайших практических архитектурах оптических сетей. Получающиеся в результате архитектуры оптических сетей могут характеризоваться оптически прозрачными (или полностью оптическими) подсетями, ограниченными оптоэлектроникой с расширенными возможностями, как показано на рисунке выше.
Прозрачность сигнала клиента
Помимо проектирования аналоговых сетей, практические соображения будут по-прежнему определять конечную реализацию OTN. Первостепенное значение среди этих соображений имеет стремление оператора сети обеспечить высокую степень прозрачности сигнала клиента в будущей транспортной инфраструктуре.
Что подразумевается под «прозрачностью сигнала клиента»? В частности, для требуемого набора клиентских сигналов, предназначенных для передачи по OTN, определяются отдельные отображения для переноса этих сигналов в качестве полезных нагрузок сигналов сервера оптического канала (OCh). Ожидаемые в OTN сигналы включают в себя устаревшие сигналы SDH и PDH и трафик на основе пакетов, такой как Интернет-протокол (IP), ATM, GbE и Ssimple Ddata Llink (SDL). Как только сигнал клиента был отображен в его сигнал сервера OCh на входе OTN, оператору, развертывающему такую сеть, не нужно иметь подробных знаний (или доступа) к сигналу клиента, пока он не отобразится на выходе сети.
Точки входа и выхода оптической сети должны ограничивать область прозрачности сигнала клиента OTN. Следовательно, наиболее важным фактором в реализации прозрачности сигнала клиента является устранение всего клиентского оборудования и обработки между входными и выходными точками OTN. К счастью, на входе / выходе легче принимать зависящее от клиента оборудование, поскольку оно обычно предназначается для каждой услуги.
Оптические транспортные сети с помощью цифровых упаковщиков
Широкое использование технологии DWDM поставило перед поставщиками услуг новую задачу: как экономически эффективно управлять растущим числом длин волн, чтобы предоставлять быстрые и надежные услуги своим конечным клиентам. Для эффективного управления длиной волны или OCh требуется, чтобы оптические сети поддерживали функции операций, администрирования и обслуживания (OAM) для каждой длины волны или уровня OCh.
МСЭ (T) Рек. G872 определяет некоторые функциональные возможности для OAM уровня OCh, реализованного в форме служебных данных, без указания того, как эти служебные данные должны переноситься. До настоящего времени единственным реальным способом поддержки регенерации сигналов, а также мониторинга, анализа и управления OChs (длинами волн) было использование сигналов и оборудования SDH во всей сети. Это требует, чтобы сигналы на каждой из длин волн в системе WDM были отформатированы в SDH.
Оптический канал (длина волны)
Используя преимущества существующих оптоэлектронных точек регенерации в системах DWDM, идея использования технологии цифровой обертки обеспечит функциональность и надежность, аналогичные SDH, но для любого сигнала клиента, что приблизит нас на один шаг к реализации оригинального видения оптической транспортной сети. ,
Технология цифровой оболочки обеспечивает функции управления сетью, описанные в Рекомендации МСЭ (T). G.872 для включения OTN. Они включают в себя мониторинг производительности на оптическом уровне, Fforward Eerror Ccorrection (FEC), а также защиту кольца и восстановление сети для каждой длины волны, причем все они не зависят от формата входного сигнала, как показано на следующем рисунке.
Недавно было предложено и используется в качестве основы для определения OCh понятие использования цифровой (или TDM) обертки для каждого «клиента» OCh для поддержки служебных данных OCh, связанных с каналом. В этой схеме будет использоваться необходимость регенерации OCh для добавления дополнительной емкости клиенту OCh. Конечно, когда у нас есть средство для добавления служебной информации к цифровому сигналу клиента OCh, имеет смысл использовать это для поддержки всех требований OAM уровня OCh.
В частности, добавленные в цифровом виде служебные данные делают почти тривиальным решение основной проблемы мониторинга производительности OTN, а именно обеспечения доступа к частоте ошибок Bbit (BER) независимо от клиента. B и, дополнительно, используя FEC, метод цифровой обертки может значительно повысить производительность BER клиентского сигнала, дополнительно минимизируя требования к оптоэлектронному преобразованию.
Одним из способов повышения производительности транспортной сети является использование FEC, которое в настоящее время предусмотрено в некотором оборудовании. Следовательно, дополнительным преимуществом технологии цифровой обертки является возможность опционально поддерживать FEC для повышения запаса по системе.
Рамная структура ОЧ
С функциональной точки зрения полезная нагрузка OCh и OAM должны быть отделены от механизма FEC. Это позволяет переносить полезную нагрузку и конец OAM по сети, используя разные схемы FEC на разных каналах. Очевидный пример того, где это может произойти, — между подводными и наземными связями. В первом случае новые коды FEC исследуются для систем следующего поколения.
На следующем рисунке ниже Рис. Иллюстрирует предлагаемую базовую структуру кадра OCh и типы функций, которые могут переноситься в структуре кадра OCh. Хотя можно утверждать, что это предложение не соответствует долгосрочным целям всех оптических сетей, мы не должны ожидать, что необходимость в регенерации исчезнет.
Расстояние между точками регенерации будет продолжать увеличиваться; однако потребность в регенерации в точках передачи сигнала сохранится. В сочетании с использованием оптического контрольного канала (OSC) для управления OCh в оптически прозрачных подсетях цифровые оболочки будут поддерживать сквозное управление OCh (длиной волны) в национальных или глобальных OTN.
3R-регенерация (изменение формы, повторная установка и регенерация) обеспечивается посредством оптического преобразования в электрическую и наоборот, и предложение цифровой обертки использует это преимущество. Изменится ли картина, если станет доступна полностью оптическая 3R-регенерация? Если полностью оптическая регенерация способна добавить накладные расходы, аргумент не изменяется; изменилась бы только реализация регенератора.
Если оптические регенераторы не могут добавить накладные расходы, необходимость в накладных OChs не исчезнет. ; Оптические регенераторы тогда просто увеличивали бы потенциальное расстояние между оптоэлектронными точками регенерации, и цифровая оболочка прозрачно проходила через них. Последствия использования цифровых оболочек для эволюции оптических транспортных сетей могут быть очень серьезными, особенно если учитывать их в контексте тенденций в области сетей передачи данных.
Выбор стека протоколов
Протокол IP, несомненно, является уровнем конвергенции в современных сетях передачи данных, и, как ожидается, он расширит эту роль до мультисервисных сетей в ближайшие годы. IP может передаваться по широкому спектру протоколов канального уровня и базовых сетевых инфраструктур. На приведенном ниже рисунке ниже показаны некоторые из возможных стеков протоколов или отображений IP в сетевую инфраструктуру WDM.
Что такое IP поверх WDM?
Стеки протоколов, обозначенные a, b и d на следующем рисунке, являются наиболее распространенными на сегодняшний день. Они используют классическое сопоставление IP поверх ATM через SDH, как показано на рис. пакет по SDH (POS), как показано на рис. (б); или классический и хорошо расширенный IP через Ethernet, как показано на рис. (d). В случаях (e) и (f) используется Simple Data Link (SDL), новый уровень канала передачи данных, недавно предложенный в качестве альтернативы POS. Стек протоколов, помеченный (c), является альтернативой случаю (a), где промежуточный уровень SDH исключается и выполняется прямое отображение ячеек ATM в WDM.
Эти разные стеки протоколов предоставляют разные функциональные возможности с точки зрения накладных расходов полосы пропускания, масштабируемости скорости, управления трафиком и QOS. Утверждать, что любое конкретное отображение представляет IP поверх WDM, крайне неискренне.
Такое разнообразие протоколов канального уровня и отображений IP в различные базовые сетевые инфраструктуры является одной из основных сильных сторон IP, и эта характеристика не исчезнет. Напротив, вполне возможно, что для транспортировки пакетов IP будет предложено новое, инновационное и более эффективное сопоставление протоколов. Это уже относится к сетям с низкой пропускной способностью и низкой надежностью, а также к сетям с высокой пропускной способностью и высоконадежным оптическим сетям. Эта точка зрения также вписывается в концепцию «все об IP и IP обо всем».