Структура фотонной сети

Редактор Комп’ютерне складання

Здано у видавництво Підписано до друку……

Формат 70х100х16. Папір офсетний. Друк на різографі.

Умовн. друкк.арн. 2,6. Обл.-вид. арк. 2,0.

Тираж 50 прим. Зам.

Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”

Поліграфічний центр

Видавництва Національного університету “Львівська політехніка”

вул. Ф.Колесси, 2, Львів, 79000

Контрольный конспект лекций

По дисциплине «Оптические транспортные сети и среды»

План аудиторных занятий

1. Лекция 1. Современные достижения оптических цифровых телекоммуникационных систем (ОЦТС).

2. Лекция 2. Структура и интерфейсы полностью оптических сетей (OTN).

3. Компьютерная лабораторная работа. Методика расчёта многопролётной оптической секции передачи. (См. раздел «5.5 Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ»)

4. Компьютерная лабораторная работа. Методика расчёта многопролётной оптической секции передачи (продолжение).

5. Лекция 3. Формирование универсальных информационных пакетов (технология GFP).

6. Лекция 4. Принципы организации виртуальных сцепок (технология VCAT)

7. Лекция 5. Принципы регулирования пропускной способности канала (технология LCAS)

Лекция 1. Современные достижения оптических цифровых телекоммуникационных систем (ОЦТС).

Взаимоувязанная сеть связи РФ имеет сложную архитектуру и включает три уровня: системы (службы) электросвязи, т.е. комплекс средств, обеспечивающий предоставление пользователям услуг электросвязи; вторичные сети связи, обеспечивающие транспортировку, коммутацию, распределение сигналов в службах электросвязи; первичные сети, снабжающие вторичные сети каналами передачи и физическими цепями.

В качестве составной части соответствующей службы в архитектуру входит оконечное оборудование, располагающееся у пользователя. Все службы и сети ВСС РФ управляются соответствующими системами, обеспечивающими выполнение службами и системами связи определенных требований к устойчивости функционирования.

Строится ВСС РФ на оборудовании связи, выпускающемся производителями связи (коммутационное оборудование, оборудование систем передачи, терминальное оборудование пользователя). Тем самым оборудование становится неотъемлемым атрибутом ВСС РФ.

Безусловно, учитывается развитие средств электронной техники – телевидения и вычислительной техники. Основными тенденциями развития связи, как во всемирном масштабе, так и по регионам и отдельным странам является развитие связи в двух основных и противоположных направлениях: глобализация и персонализация.

Глобализация связи означает создание Всемирной сети связи, т.е. единой охватывающей все страны. Частью Всемирной сети связи станет глобальная сеть мобильной связи, обеспечивающая абоненту доступ к связи и любой точке Земли. Всемирная сеть связи будет построена на базе национальных сетей связи, объединенных в единую (с точки зрения информационного пространства) сеть связи с помощью интерфейсов (аппаратных и программных средств), выполненных на основе рекомендаций МСЭ. Основой Всемирной сети связи, ее транспортной средой станет Глобальное цифровое кольцо связи (ГЦКС), состоящее из цифровых каналов и трактов, созданных на базе трансокеанских и трансконтинентальных волоконно-оптических и спутниковых линий связи.

В свою очередь, на базе только спутниковых систем, использующих космические аппараты геостационарных орбитах (высота 39 тыс.км), на средних орбитах (высота 10 тыс.км) и низких орбитах (высота 1 тыс.км) будут создаваться глобальные спутниковые сети связи, дополняющие глобальные наземные сети. Глобальные национальные, региональные и абонентские сети связи обеспечат абонента любыми услугами, в любом месте земного шара, в любое время по его персональному номеру который он получит с момента рождения и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи. Персональный номер и означает персонализацию связи.

Техническое и технологическое развитие средств связи идет по следующим направлениям: увеличение пропускной способности линий связи, главным образом волоконно-оптических, и резкое снижение удельной стоимости каналов связи; увеличение производительности и концентрации СБИС при резком снижении удельной стоимости логического элемента; повышение скорости обработки информации и увеличение емкости памяти средств вычислительной техники при резком снижении удельной стоимости байта.

Необходимо отметить, что развитие сетей связи во многом повторяет развитие транспортных сетей. В транспорте вместо узких дорог уже давно построены широкие автомагистрали (в связи – это широкополосные волоконно-оптические линии связи - ВОЛС), вместо многочисленных светофоров – различные развязки и съезды без остановки автотранспорта (в связи – это асинхронный метод передачи – ATM), вместо беспорядочной перевозки грузов – контейнерные перевозки (в связи – это цифровая синхронная иерархия - SDH) и т.п. Следует признать, что подобные вопросы на автотранспорте решены раньше, чем в связи. Вместе с тем возможности ВОЛС по пропускной способности значительно выше автомагистралей, т.е. нельзя автоматически переносить способы построения дорог на транспортную сеть связи.

В настоящее время трехуровневое представление сетей все чаще заменяется на двухуровневое: транспортная сеть связи и абонентская сеть связи.

Транспортная сеть связи объединяет междугородную и внутризоновые (региональные) сети связи. Абонентская сеть связи (сеть доступа ипи сеть абонентского доступа) является местной сетью.

Абонентская сеть связи (сеть доступа или сеть абонентского доступа) является местной сетью.

Развитие транспортной сети связи приведет к постепенному отходу от жестко­го иерархического принципа построения междугородной сети. Начало этому положили структуры распределения информации в виде «шины», используемые в ЭВМ, а затем более надежные образования – кольцевые структуры, используемые в локальных сетях передачи данных (ЛСПД), в которых нет коммутационных станций в общепринятом смысле.

Кольцевая структура ЛСПД основана на использовании ВОЛС и широкополосной системы передачи с мультиплексорами и интерфейсами (портами) для подключения к кольцу потребителей.

Дальнейшее развитие кольцевых структур будет иметь место на региональных (зоновых) сетях передачи данных регион РСПД и на межрегиональных сетях, объединяющих несколько зон, в том числе зоны телефонной нумерации МРСПД.

Применение ATM коммутаторов и кроссконекторов позволит создать многокольцевую транспортную сеть связи с широкой полосой пропускания и высокими скоростями передачи.

Абонентская сеть доступа (местная сеть) состоит из трех основных элементов: AT – абонентского терминала; АЛ – абонентской линии связи; АТС – местной автоматической телефонная станции. Абонентская линия входит в АТС через интерфейс взаимодействия (ИВ). Наиболее дорогими в абонентской сети доступа являются абонентские линии и коммутационные станции (АТС). В настоящее время известны три способа создания абонентской линии с помощью электрического кабеля, оптического кабеля и радиоканала, включая спутниковый канал. Следует отметить, что замена проводного канала радиоканалом обеспечит определенную экономию средств на абонентскую линию, но повысит стоимость станционного оборудования. Представляется, что проводной и радиоканал будут дополнять друг друга. Проводной канал является основным для стационарных абонентских терминалов, особенно для передачи информации с высокими скоростями. Радиоканал будет использовать­ся для мобильных абонентских терминалов, а также для обеспечения экстрен­ной связью новых застроек в городах и в сельской местности.

Таким образом, бурное развитие техники связи внедрение новых технологий в услуги и оборудование связи, приведет к видоизменению структуры сетей связи. Однако необходимость новых структурных изменений вступает в противоречие с существующими построениями сетей. Согласование структур будущих сетей с существующими, эволюция сетей связи, наличие на сетях связи оборудо­вания разных поколений – одна из основных задач, которая решается специалистами по планированию сетей.

Основой любой реальной сети связи является уровень неспециализированной (универсальной) первичной сети, представляющей собой совокупность узлов и соединяющих их типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов. Таким образом, цифровая первичная сеть (ЦПС) – это базовая сеть типовых универсальных цифровых каналов передачи (ЦКП) и сетевых трактов, или транспортная сеть, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций коммутации или оконечных устройств "первичной сети и соединяющих их линий передачи. На основе ЦПС формируют и создают разнообразные цифровые вторичные сети (ЦВС).

Сетевые узлы ЦПС представляют собой комплекс аппаратуры ЦСП различ­ных сетевых технологий, предназначенный для формирования, перераспределения ЦКП и сетевых трактов и подключения ЦВС, служб электросвязи и пользователей сети. В зависимости от вида первичной сети, к которой принадлежат сетевые узлы, их называют магистральными, внутризоновыми, местными или по имени корпоративной или ведомственной сети

Сетевой тракт – это транспортный объект сети трактов с уровнем, обеспечивающим целостность передачи информации по соединениям трактов от точки (порта полезной нагрузки или пользовательского интерфейса) формирования тракта в одном из сетевых узлов до точки (порта полезной нагрузки) его расформирования в другом сетевом узле.

Цифровые вторичные сети, предназначенные для доведения цифровых каналов до пользователей, являются специализированными и создаются на основе типовых универсальных каналов передачи ЦПС или специализированных каналов (или систем со специализированными пользовательскими интерфейсами) для первичных цифровых каналов или потоков полезной нагрузки. В состав ЦВС могут входить также цифровые технологические сети (ЦТС), при этом образуются цифровые вторичные технологические сети (ЦВТС).

Системы, специализированные по видам электросвязи, представляют собой комплекс средств, обеспечивающих предоставление пользователям определенных услуг.

Они образуют уровень систем или служб электросвязи. Таким образом, система или служба электросвязи включает в себя вторичные сети и ряд подсистем (например, нумерации, сигнализации и т.п.). Это общая структура сети электросвязи в соответствии с концепцией развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации.

Современное развитие телекоммуникационных сетей характеризуется усилением процессов интеграции первичнбй и вторичных сетей, и превращением ЦПС и ЦВС в единую мультисервисную сеть на базе ЦПС. Таким образом, структура ЦПС трансформируется и возникает новая двухуровневая структура цифровой первичной сети - транспортная сеть и сеть доступа.

Общая архитектура современной цифровой сети состоит из основной (центральной) части - транспортной сети и окаймляющей ее периферийной части – сети доступа. Сеть доступа можно определить как сеть, по которой с помощью каналов и линий «последней мили» различные специализированные сигналы передаются от потребителей к портам транспортной сети и обратно.

В сфере передачи информации стратегическим направлением считается дальнейший количественный рост пропускной способности используемых линий и узлов электросвязи за счет технологического развития оптических способов передачи и методов уплотнения по длине волны, переход к полностью оптическим сетям а также расширение областей использования оптических способов передачи, вплоть до терминалов пользователей.

Архитектура сети должна состоять из трех функциональных подсистем:

- транспортной – отвечает за прозрачную передачу информации через системы передачи и аппаратно-программные средства традиционных сетей связи и создаваемой новой транспортной инфраструктуры;

- управления коммутацией и передачей – отвечает за сигнализацию, управление и маршрутизацию вызовов;

- услуг – отвечает за предоставление услуг и за создание новых.

Каждая фаза перехода от традиционных сетей связи к мультисервисным характеризуется тремя наиболее значимыми составляющими:

- спросом на традиционные и новые инфокоммуникационные услуги;

- набором существующих и строящихся подсистем мультисервисных сетей
и этапом внедрения новых технологий;

- уровнем подготовленности мировых технических стандартов и степенью
проработки нормативно-правовой базы по мультисервисным сетям.

Рекомендациями МСЭ-Т сформулирован перечень основных классовых служб и услуг электросвязи. К ним относятся:

- интерактивная речь;

- передача изображений в реальном времени;

- электронная почта;

- поиск мультимедийных документов;

- видео по требованию;

- интерактивное видео;

- передача данных для совместной работы компьютеров;

- сбор информации вещательного ТВ, радио, данных;

- распределение информации вещательного ТВ, радио, данных;

- распределенная обработка;

- многоточечный поиск в реальном времени;

- мобильная связь.

Первичные сети в соответствии с разработанной концепцией должны базироваться на существующих сооружениях связи, а при развитии рекомендуется применять современные технические средства: волоконно-оптическую технику, цифровые системы передачи, радиорелейные линии передачи, спутниковые системы передачи.

Магистральные, внутризоновые соединительные линии городских и сельских сетей служат фундаментом транспортной цифровой сети. Местные первичные сети на участке местный узел - оконечное устройство – сеть доступа. Будущее сети абонентского доступа несомненно за оптическими кабелями, а в ближайшей перспективе – за кабелями с медными жилами.

Первичная сеть служит основой физического уровня модели взаимодействия открытых систем (ВОС).

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС) определяет уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический Каждый уровень определяет один вид взаимодействия сетевых узлов и технологий. Модель ВОС стала основой для разработки стандартов. С её помощью можно только составить схему выполнения необходимых задач, но она не определяет конкретное описание их выполнения. Уровни модели ВОС могут быть реализованы на практике как аппаратно, так и программно. В конечном итоге в модели ВОС заложены основы стандартизации индустрии сетевых технологий, и большинство поставщиков сетевого оборудования разрабатывает свои продукты в ее терминах.

Иллюстрации к лекции 1

Лекция 2. Структура и интерфейсы полностью оптических сетей (OTN).

Структура фотонной сети

Структура фотонной сети, показанная на рисунке 3, идентична структуре интерфейса фотонной сети. Пользовательская нагрузка поступает на уровень оптического канала OCh (Optical channel), на котором происходит формирование информационных структур оптической транспортной иерархии – оптических транспортных модулей OTM (Optical Transport Module). Интерфейсы фотонной сети подразделяются на полнофункциональные и с ограниченной функциональностью; первые из них рекомендуются для соединения доменов фотонной сети, а вторые – как внутридоменные. Ниже уровня OCh в интерфейсе с ограниченной функциональностью располагается уровень физической секции OPS (Optical Physical Section) на котором происходит мультиплексирование оптических каналов по принципу волнового разделения и осуществляется сопряжение оборудования со средой распространения сигналов – оптическими одномодовыми волокнами. В полнофункциональном интерфейсе этот уровень разделен на уровни OMS (Optical Multiplex Section) – оптической секции мультиплексирования и OTS (Optical Transmission Section) – оптической секции передачи. Это разделение обусловлено тем, что в полнофункциональном интерфейсе предусмотрен отдельный оптический канал для передачи служебной информации, которая передается раздельными блоками, соотнесенными с функциями оптических каналов, мультиплексных и оптических секций.

В оптическом канале информация пользователя последовательно преобразуется. Вначале пользовательская информация упаковывается в блоки нагрузки оптических каналов OPUk (Optical Channel Payload Unit) порядка k, соответствующие той или иной скорости передачи информации. Информация пользователя может вводиться или синхронно, или асинхронно с двусторонним побитным согласованием скоростей. Блоки OPUk преобразуются в блоки данных оптического канала ODUk (Optical Channel Data Unit) путем присоединения к первому заголовка, содержащему сервисную информацию для поддержки оптического канала. Эта информация несколько различна для каналов типа «точка – точка» (ODUkP) и каналов, поддерживающих транзитные соединения (ODUkТ). Далее информация преобразуется в транспортные блоки оптического канала OTUk путем присоединения соответствующего заголовка. Эти блоки являются основными транспортными структурами, передаваемыми по фотонной сети. Транспортные блоки имеют две версии: полностью (OTUk) и частично стандартизированную (OTUkV). Последняя версия в настоящее время является основной.

В интерфейсах с ограниченной функциональностью блоки OTUk тождественны блокам оптического канала OCh. Если интерфейс полнофункциональный, эти блоки сопровождаются блоками отдельного оптического сервисного канала OSC (Optical Supervisory Channel). Блоки OCh могут передаваться по оптическим волокнам как с применением мультиплексирования по длинам волн (модули ОТМ-n.m, OTM-nr.m), так и без него (OTM-0.m). Заметим, что в последнем случае, а также при использовании модулей OTM-nr.m сервисный канал не организуется.