Сетевые топологии сетей синхронной цифровой иерархии

На основе числа потоков Е1между пунктами проектируемой линии передачи с использованием технологий СЦИ необходимо осуществить выбор топологии сети, обеспечивающей распределение цифровых потоков различного уровня между пунктами магистрали, где ввод/вывод компонентных потоков осуществляется на уровне оптических интерфейсов соответствующего уровня.

Разработка или выбор топологии транспортной сети СЦИ осуществляется на основе набора базовых стандартных топологий или сетевых шаблонов. В самом общем виде базовые стандартные топологии подразделяются на линейные структуры, структуры типа «звезда» и на кольцевые структуры.

Наиболее простой топологией является линейная структура типа «точка - точка», рис. 8.13. Эту топологию можно реализовать с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как с резервированием канала приема/передачи, так и по схеме 100% резервирования с использованием основного и резервного электрического или оптического агрегатных выходов. Данная топология наиболее экономична с использованием систем передачи ПЦИ.

Простота реализации этой базовой топологии обеспечила ее широкое использование при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным первичным сетям, а также использование как составной части (радиусов) кольцевой или радиально-кольцевой топологий и является основой для топологии типа «последовательная линейная цепь», рис. 8.14.

Эта топология применяется на сетях с невысокой интенсивностью трафика и при необходимости организации ответвления в ряде пунктов линии передачи компонентных цифровых потоков с помощью мультиплексоров ввода/вывода TDM. Данная топология может быть реализована без резервирования, либо с резервированием (рис. 8.14) и часто называется уплощенным кольцом.

Топология «звезда» (рис. 8.15) применяется как в сетях ПЦИ, так и СЦИ и реализует функцию концентратора, для чего требуется мультиплексор ввода/вывода (МВВ/АDM) с развитыми возможностями кросс-коммутации. Применение этой топологии оправдано, когда один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом кольцевой сети СЦИ, выполняет функции концентратора. При этом на мультиплексор часть трафика можно вывести через каналы доступа на терминалы пользователей, тогда как оставшуюся часть необходимо распределить между другими удаленным ТМ. Помимо улучшения использования соединительных линий на телефонных сетях такая топология позволяет уменьшить число точек доступа в крупном сегменте сети СЦИ.

Топология «кольцо» нашла самое широкое распространение при построении синхронных сетей различного уровня от местных до магистральных первичных сетей и различных уровней иерархии СЦИ, начиная с STM-1, рис. 8.16. Основное преимущество этой топологии - простота организации резервирования, благодаря наличию в синхронных мультиплексора (SMUX) двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов: восток-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (показаны стрелками на рис. 8.16).

Особенность кольцевой топологии в том, что потоки в различных сечениях кольца должны быть одинаковыми. Схема организации потоков в кольце может быть либо двухволоконной (как однонаправленной, так и двухнаправленной с защитой или без нее), либо четырехволоконной (как правило, двунаправленной, позволяющей получить различные варианты защиты потоков данных). Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети (при ее определенной организации) самовосстанавливаться, т. е. быть защищенной от некоторых характерных типов отказов.

Транспортные сети на основе СЦИ строятся также по иерархическому принципу с выделением отдельных независимых уровней. На первичной цифровой сети ВСС РФ предполагается, как и ранее, использовать трехуровневую структуру. Нижний уровень - уровень доступа соответствует местной первичной сети. На нем устанавливаются соединения пользовательского оборудования и основными топологиями являются «кольцо» или «звезда» Скорость цифровых потоков на этом уровне минимальна.

Средний или региональный уровень соответствует внутризоновому участку первичной сети. Основными топологиями для этого уровня являются «кольцо» и «последовательная линейная цепь», обеспечивающих передачу цифровых потоков 4 и 16 уровней СЦИ.

Верхний уровню транспортных сетей соответствует магистральному участку первичной сети. Здесь найдет широкое применение технология спектрального уплотнения оптического волокна различного уровня. Все узлы сети магистрального уровня будут соединяться по принципу «каждый с каждым». В завершенном виде архитектуры сети на этом уровне найдет применение топология типа «ячеистая сеть», составленная из замкнутых ячеек или контуров, называемых технологическими кольцами.

На рис. 8. 17 приведены схемы простых (базовых) ячеистых сетей, связывающих два узла. В них используется разная форма ячеек сети, например, треугольная (3 узла, рис. 8.17 а), позволяющая построить минимальную сеть, состоящую из 4узлов, четырехугольная (4 узла, рис. 8.17 б) на минимальную сеть из 6 узлов, пятиугольная (5 узлов, рис. 8.17 в) на минимальную сеть из 8 узлов и шестиугольная (6 узлов) на минимальную сеть из 10 узлов.

Ячеистая топология позволяет передавать в ее ветвях разные потоки, определяемыми требуемой пропускной способностью ветви, т. е. потоки в разных сечениях технологического кольца могут быть разными (что не позволяет топология «кольцо»). Однако ячейка при необходимости может играть роль полноценного кольца.

Характерной особенностью ячеистой топологии является возможность расширения сети путем наращивания (мультиплецирования) однотипных ячеек без потери ее топологической однородности. Ячеистая топология позволяет строить сети, в которых базовые ячейки могут сопрягаться друг с другом только двумя узлами. Это свойство важно при выборе способов резервирования подсетей в сетях СЦИ.

Выбор реальной топологии сети СЦИ на направлении проектируемой линии передачи осуществляется на основе рассмотренных элементарных базовых топологий - сетевых шаблонов в качестве отдельных фрагментов или их комбинаций. Комбинации отдельных сетевых шаблонов позволяют получить следующие реальные топологии:

Радиально-кольцевая топология представляет собой сочетание кольцевой и радиальной топологий (рис. 8.18), где в качестве радиальной выступает топология последовательной линейной цепи, рис. 8.18.

В этой сети вместо последовательной линейной цепи в радиальной части может быть использована более простая топология «точка-точка». Число радиальных ветвей в сети ограничивается только распределением полезной допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) между отдельными мультиплексорами доступа типа ввода/вывода, установленными в кольце.

Топология типа «кольцо-кольцо» довольно часто используется при построении транспортных сетей СЦИ. Кольца в этой реальной топологии могут быть либо одного, либо разного уровней иерархии СЦИ. На рис. 8.19 приведена схема соединения двух колец уровня STM-4 c помощью интерфейсов STM-1 или соответствующих каналов доступа уровня Е1, последние могут быть как электрическими (для обоих типов каналов доступа) так и оптическими (для уровня STM-1).

На рис. 8.20 приведен вариант каскадного соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4 и STM-16. При таком соединении можно использовать в качестве оптических компонентных потоков, агрегатные потоки предыдущего иерархического уровня.

Линейная топология для сети большой протяженности может быть представлена в виде каскадного соединения ряда секций, определенных в стандартах МСЭ-Т (рис. 8.21).

Принято различать три типа стандартизированных участков - секций:

- оптическая секция это участок линии передачи от точки электронно-оптического (передающего оптического модуля -ПОМ) до точки оптоэлектронного (приемного оптического модуля - ПРОМ) преобразования сигнала; оптическая секция представляет участок волоконно-оптического кабеля между сетевыми элементами СЦИ;

- регенерационная секция - участок линии передачи (линейного тракта) между двумя регенераторами (R), рис. 8.20;

- мультиплексная секция - участок линии передачи СЦИ между мультиплексорами или коммутаторами (называемыми еще транспортными узлами).

Оптические секции нормируются по длине, при этом выделяют три типа:

- I - внутристанционная секция, длина которой не превышает 2-х км;

- S - короткая межстанционная секция, длина которой лежит в пределах 3…15 км;

- L - длинная межстанционная секция, равная длине регенерационного участка (определение которой рассмотрено выше) и зависящая от длины волны оптического линейного сигнала.

Классификация стандартных оптических секций (интерфейсов)в зависимости от уровня STM приведена в табл. 8.10

Таблица 8.10

Использование	Внутри станции	Между станциями
Короткая секция	Длинная секция
Длина волны источника, мкм	1,31	1,31	1,55	1,31	1,55
Тип волокна	Rec. G.652	Rec. G.652	Rec. G.652	Rec. G.652	Rec. G.652 Rec. G.654	Rec. G.652
Длина, км	£ 2		³ 40	³ 80
Уровни STM	STM-1	I -1	S –1.1	S –1.2	L –1.1	L –1.2	L –1.3
STM-4	I -4	S –4.1	S –4.2	L –4.1	L –4.2	L –4.3
STM-16	I -16	S –16.1	S –16.2	L –16.1	L –16.2	L –16.3

В общем случае кодировка типов регенерационных секций как оборудования СЦИ включает три элемента и имеет формат

«код использования» - «уровень STM» - «индекс источника излучения»

Код использования пи уровни STM приведены в таблице, а «индекс источника» имеет следующие значения и смысл:

- 1 или без индекса - указывает на источник с длиной волны 1,31 мкм;

- 2 указывает на источник излучения с длиной волны 1,55 мкм;

- 3 указывает на источник излучения с длиной волны 1,55 мкм для оптического волокна стандарта G.653.

Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регенерационная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник оптического излучения с длиной волны 1,55 мкм.

Общая длина такой линии передачи (называемого маршрутом, рис. 8.21) может составлять сотни и тысячи километров. Маршрут рассматривается как участок линии передачи между терминальными мультиплексорами (ТМ), рис. 8.21.

Сравнительный анализ эффективности выбора топологий. Каждая из рассмотренных топологий синхронных сетей имеет свои достоинства и недостатки, свою область применения.

Схема организации связи и распределения цифровых потоков между пунктами линии передачи определяет выбор топологии сети в регионе строительства линии передачи.

Топологии «точка-точка» и «последовательная линейная цепь» (с резервированием или без него) используются при построении линий передачи высокоскоростных цифровых потоков с относительно небольшим числом пунктов ввода/вывода компонентных цифровых потоков ПЦИ и СЦИ (последних в электрическом или оптическом доступе), а также в любой смешанной архитектуре сетей.

«Радиально-кольцевая» топология имеет свои плюсы и минусы. Достоинством этой топологии является возможность применения резервирования по схеме 1+1 (когда сигнал STM-N при передаче посылается одновременно и по основному пути, и по резервному пути, а на приемном конце выбирается наилучший сигнал на основе информации, исходящей от байтов К1 и К2 заголовка мультиплексной секции MSOH синхронного транспортного модуля) для двухволоконной схемы без дополнительного оборудования и использования всех возможных для СЦИ схем защиты для четырехволоконной схемы с дополнительным комплектом оборудования. Минусом является недостаточная гибкость, вызванная, во-первых, отсутствием альтернативных маршрутов (не считая резервного), постоянством числа потоков в «сечении» сети на любом участке, необходимость резервирования потоков для всех потоков радиальных ветвей и вызванное этим быстрое насыщение кольца (например, при резервировании 5 потоков Е1 в каждом радиусе из 10 радиусов сети на нужды собственного трафика между узлами кольца в мультиплексоре STM-1 остается только 13 потоков Е1) и низкая эффективность использования трафика. Кроме того, число узлов на кольце обычно ограничено, а, следовательно, для обслуживания определенного региона приходится организовывать несколько колец с неизбежной дополнительной потерей емкости колец, резервируемой для перегрузки виртуальных контейнеров из одного кольца в другое в соответствии со схемой организации связи и распределения цифровых потоков.

Топология «кольцо» является оптимальной с точки зрения построения систем защиты (резервирования), но ограничена в возможностях увеличения пропускной способности. Увеличение пропускной способности на отдельных сегментах кольца может быть достигнуто путем прокладки линий передачи, соединяющих отдельные пункты кольца, на которых организуются новые узлы. В результате на базе некоторого сегмента образуется ячейка. Аналогичный процесс повторяется на других сегментах. В результате сеть все более и более превращается в классическую ячеистую сеть с различными потоками в разных ее сегментах, диктуемыми потребителями услуг электросвязи. Аналогичная ситуация происходит, когда имеются первоначально несколько колец СЦИ и их необходимо соединить путем создания новых узлов с целью придания сети большей гибкости.