ВК-3

1. ЭВОЛЮЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ МИГРАЦИИ СЕТЕЙ СВЯЗИ К NGNАлексеев Е. Б., зам. зав. кафедры Инфокоммуникации ИПК МТУСИ, д.т.н., профессор Тел. +7 499 1928485Факс +7 499 1928517E-mailalekseev@mtuci2.ru

2. В соответствии с определением МСЭ-Т сети связи нового поколения (NGN)-это сети с коммутацией пакетов, в которых функции коммутации отделены от функций предоставления услуг, причем они позволяют предоставлять широкий ассортимент услуг, добавлять новые, обеспечивают широкополосный доступ и поддерживают требуемое качество обслуживания QoS. • Из этого следует, что транспортная платформа NGN должна являться широкополосной мультисервисной сетью, обеспечивающей передачу любых видов трафика на любое расстояние с требуемым качеством передачи. Необходимыми предпосылками для создания такой платформы является постоянное совершенствование технологий и средств электросвязи по трем направлениям: цифровизация, оптиковизация и компьютеризация.

3. Процесс цифровизации сетей - это не только переход от аналоговых систем передачи (АСП) к цифровым (ЦСП), но это и процесс совершенствования методов и средств передачи сигналов по цифровым каналам и трактам и, как следствие, появление новых телекоммуникационных технологий, поддерживающих эволюцию к NGN через интеграцию трафика услуг и путь от транспортирования каналов к транспортированию пакетов. • Динамика развития в направлении цифровизации, прежде всего, связана с созданием и совершенствованием транспортных технологий плезиохронной (ПЦИ) и синхронной (СЦИ) цифровых иерархий. Причем, если ПЦИ (PDH) была ориентирована на передачу речи (каналы ОЦК), а первые поколения оборудования СЦИ (SDH) на транспортирование информационных структур ПЦИ, то современное оборудование СЦИ позволяет транспортировать в том числе и данные, предварительно размещаемые в ячейках АТМ и кадрах Ethernet.

4. Слои каналов Сети слоя каналов Слой трактов Нижнегоранга ВК-12 ВК-2 ВК-3 Слои трактов Слой трактов Верхнегоранга ВК-3 ВК-4 Мультиплексные секции Слои среды передачи Слой секций Регенерационные секции Линии передачи Послойное построение сети СЦИ

5. Возможности технологии СЦИ предопределили в дальнейшем и ее преимущественное внедрение при создании высокоскоростных транспортных сетей различной конфигурации. На североамериканском и других континентах развитие сетей СЦИ осуществлялось одновременно на базе технологий SONET и SDH, отличающихся различным обозначением уровней иерархических скоростей передачи агрегатных сигналов (синхронных транспортных модулей ) STS-М, М=1,3,12,48,192,… и SТМ-N, N=0,1,4,16,64,…, а также виртуальных потоков VT1.5, VT2, VT6 и виртуальных контейнеров VC-11, VC-12, VC-2, VC-3, VC-4 - соответственно. Обе технологии СЦИ были ориентированы на транспортирование информационных структур ПЦИ, что привело к экономичному совместному использованию оборудования ЦСП СЦИ и ПЦИ при создании единых цифровых транспортных сетей. • Первые поколения средств СЦИ позволяли транспортировать и высокоскоростную информационную нагрузку за пределами иерархии скоростей ПЦИ с помощью процедуры непрерывной сцепки (Contiguous Concatenation). Это процедура объединения N виртуальных контейнеров ВК-4, в результате которой их совокупная емкость может быть использована как один контейнер ВК-4-NC (N =2…64) с одним трактовым заголовком и с полезной нагрузкой, N кратной полезной нагрузке ВК-4, и переносимой как единое целое.

6. Отличительной особенностью оборудования нового поколения, NG SDH, ориентированного на транспортирование мультисервисного пакетного трафика, является использование специально для этого разработанных процедур: • GFP (Generic Framing Procedure) – обобщенная процедура образования цикла; • VCAT (Virtual Concatenation) – виртуальнаясцепка; • LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) – схемарегулировкипропускнойспособностилинии. • GFP представляет собой механизм образования циклов для транспортирования пакетного трафика данных, например Ethernet, в информационных структурах СЦИ. • VCAT в отличие от непрерывной сцепки логически связывает m индивидуальных виртуальных контейнеров типа VC-12 (m=1…63), VC-3 (m=1…255) и VC-4 (m=1…255) в одно соединение ВК-n-mV, образуя логический канал группы виртуальной сцепки VCG (Virtual Concatenated Group). Каждый из контейнеров, входящих в сцепку, имеет свой трактовый заголовок, обрабатывается раздельно и может иметь отличный от других маршрут в сети СЦИ. • LCAS в дополнении к VCAT позволяет динамически регулировать пропускную способность (скорость передачи) для виртуального канала сцепки ВК-n-mV изменением размера группы VCG, а также может использоваться для образования различных маршрутов для каждого ВК-n, что обеспечивает защиту пакетной передачи при повреждении одного маршрута.

7. Определенный успех имеет место и в плане разработки и внедрения принципов организации цифровой сети с интеграцией служб (ISDN) в том числе и на основе транспортных технологий: асинхронного способа переноса (АТМ), Ethernet, IP и других, рассчитанных на соединение, а также технологии многопротокольной коммутации по меткам (MPLS). • Технология MPLS (MultiProtocol Label Switching) создана при развитии сетей IP и направлена на уменьшение времени обработки пакетов в маршрутизаторах. Использование этой технологии в оборудовании NG SDH позволяет обеспечивать требуемое качество обслуживания QoS трафика виртуального канала ВК-n-mV.

8. Процесс оптиковизации сетей может быть разбит на несколько значимых этапов. • Первый этап связан с появлением в середине 80-х годов оптических волокон (ОВ) с затуханием единицы и десятые доли дБ/км при работе в окнах прозрачности с первого по третий соответственно. Это позволило при организации городских соединительных линий исключить НРП и их дистанционное питание, так как протяженность участка регенерации ВОСП перекрывала в большинстве случаев расстояние между двумя соседними АТС в городе. А приемопередающая аппаратура в промежуточных и оконечных пунктах соединительных линий реализовывалась в унифицированных стоечных конструктивах, предназначенных для размещения в отапливаемых помещениях ЛАЦ АТС. • Первый этап значим и тем, что появление ОВ на сетях связи привело к процессу глобальной их цифровизации во всем мире, и первые поколения ВОСП – это были ЦСП на оптическом кабеле (ОК).

9. Второй этап в динамике развития ВОСП можно связать с появлением в конце 80-х годов одномодовых ОВ с нулевой, а затем со смещенной дисперсией, параметры которых были определены в Рекомендациях МСЭ-Т G.652 и G.653 соответственно. Это сразу же привело к штурму скоростей передачи. Еще до появления на сетях связи синхронных мультиплексоров появились ВОСП на базе ЦСП ПЦИ с неиерархическими скоростями 565 Мбит/с (Е4х4) и 2,4 Гбит/с (Е4х16). • К особенностям одномодовых ОВ по сравнению с многомодовыми относится и то, что предельная длина участка регенерации по скорости передачи цифрового сигнала определялась уже не только параметрами ОВ, но и параметрами аппаратуры. • Появление в начале 90-х годов на рынке средств связи эрбиевых волоконно-оптических усилителей и пассивных компенсаторов дисперсии значительно увеличило предельную длину по затуханию участка регенерации ВОСП, что позволило в большинстве случаев перекрыть расстояние между двумя соседними сетевыми узлами на зоновых и магистральных соединительных линиях связи, т.е. исключить НРП не только при проектировании новых, но и при реконструкции существующих линий передачи.

10. Третий этап динамики развития и внедрения оптических технологий можно связать с появлением в середине 90-х годов ВОСП со спектральным разделением каналов (ВОСП-СР), или многоволновых (многоканальных) ВОСП (технология WDM), востребованных проблемой «нехватки волокон». • Первые поколения ВОСП-СР продемонстрировали новые возможности для операторов связи не только с точки зрения значительного увеличения пропускной способности существующих ВОЛП без существенных дополнительных капитальных затрат, но и с точки зрения более гибкой организации и развития сетей для транспортирования, например, различного вида информационной нагрузки. • Малые габариты и вес ОК с одной стороны и резкое снижение цен на ОВ за последнее время создают дополнительные возможности для увеличения пропускной способности линии передачи за счет применения на сети многоволоконных ОК (технология SDM). • Сегодня ресурс ОК по пропускной способности определяется произведением числа волокон на число оптических каналов и на предельную скорость в каждом канале при данной протяженности участка линии передачи.

11. III 1 ОУ2/ ОД СТМ-N ОМ/ОУ1 СТМ-N ТР 2 2 АТМ ТР АТМ ………… III III  m m IP IP ТР 1 • Общим для сетевых структур на основе ВОСП-СР является то, что они включают: оптические мультиплексоры (ОМ) и оптические демультиплексоры (ОД) , m транспондеров (ТР) для каждого из m оптических каналов ВОСП-СР, оптические усилители мощности на передающем конце оптического тракта (ОУ1), оптические предусилители на приемном конце оптического тракта (ОУ2) и линейные (промежуточные) оптические усилители в оптическом тракте. • Транспондер предназначен для преобразования оптического сигнала с целью его передачи в оптическом канале с требуемыми характеристиками.

12. В оборудовании ВОСП-СР могут применяться технологии: • ‑ CWDM (Corse WDM) – неплотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток превышает 20 нм; • ‑ DWDM (Dense WDM) – плотное спектральное, при котором канальный промежуток равен 0,4; 0,8 или 1,6 нм; • - UWDM (Ultra Dense WDM) – сверхплотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток не превышает 0,2 нм. • Определены также спектральные диапазоны длин волн, используемых для передачи оптических сигналов: • ‑ О (original band) - от 1260 до 1360 нм; • ‑ Е (extended band) - от 1360 до 1460 нм; • ‑ S (short wavelength band) – от 1460 до 1530 нм; • ‑ С (conventional band) – от 1530 до 1565 нм; • ‑ L (long wave length band) – от 1565 до 1625 нм; • ‑ U (ultra long wave length band) – от 1625 до 1675 нм.

13. Рамановское усиление позволяет увеличить длину пассивных (элементарных) кабельных участков между промежуточными оптическими усилителями и тем самым уменьшить количество этих усилителей. • Применение FEC (forward error correction) при передаче цифровых сигналов существенно снижает допустимую величину отношения сигнала к шуму при заданном коэффициенте ошибок, что дает возможность значительно увеличить протяженность регенерационных секций (RS) магистральных ВОСП-СР и тем самым уменьшить число регенерационных пунктов или даже совсем обойтись без них. • Применение при прокладке кабеля на смежных строительных длинах оптических волокон по Рекомендации МСЭ-Т G.655 с различной по знаку и одинаковой по величине крутизной коэффициента хроматической дисперсии. с использованием кода передачи CRZ (RZ с чирпированием) позволяет значительно увеличить длину регенерационного участка по дисперсии без применения компенсаторов дисперсии и, следовательно, дополнительного усиления, т. е. без дополнительных затрат. • Практически, совместное использование выше отмеченных технических решений позволяет увеличить длину регенерационного участка магистральной ВОСП-СР до 5000 км.

14. Появление новых оптических технологий и средств и постоянное их совершенствование создает предпосылки для создания сетей следующего поколения на чисто оптическом транспортном уровне, что можно связать с четвертым этапом динамики развития и перспективами внедрения ВОСП. • Сущность фотонизации заключается в том, что на физическом уровне во всех звеньях цепи передачи исключается преобразование типа фотон-электрон и электрон-фотон. Это дает возможность на несколько порядков увеличить скорость передачи сигнала, значительно увеличить протяженность участка линии передачи между соседними промежуточными пунктами благодаря уменьшению шумов за счет тепловой компоненты, а также существенно повысить технико-экономические показатели оборудования и его надежность в результате исключения электронно-оптических преобразователей. • Для реализации транспортной системы, которая выполняет функции оптической кроссконнекции и оптического мультиплексирования ввода-вывода, предлагается маршрутизация по длине волны, многократное использование длин волн, пакетное переключение с многократными пересылками сигнала. При этом каждая станция доступа в оптической транспортной сети (OTN) преобразует сигналы, полученные от пользователей, в соответствующий оптический формат и передает эти сигналы на транспортный узел.

15. Уровни иерархии OTN (optical transport network) • 1 - 2,5 Гб/с • 2 - 10 Гб/с • 3 - 40 Гб/с

16. Компьютеризация на современном этапе развития-это не только широкое применение микропроцессоров в устройствах эксплуатационного контроля аппаратуры и программно-технических комплексов в пунктах контроля и управления сетью, но и применение непосредственно для автоматизации и оперативного управления функциями транспортирования разнородного трафика (мультиплексирования, маршрутизации, переключения на резерв и т. д.), обработки передаваемой информации при установлении соединения. • Это создает предпосылки для организации систем технической эксплуатации и управления средств электросвязи и всей сети в целом на новом качественном уровне, позволит обеспечить требуемую надежность функционирования сети и, как следствие, предоставление всех видов услуг в любом месте, в любое время, с требуемым качеством и по приемлемым для пользователя ценам, что, в конечном счете и является основной задачей NGN.

17. Спасибо за внимание