Более подробно можно почитать в кииге Фокин В.Г. «Оптические системы передачи и транспортные сети» (2008)

Модель транспортной сети OTN-OTH представлена двумя самостоятельными по своей организации уровнями: сети OTN и пользователя.

Рис. 2.1. Модели транспортных сетей связи, определенные МСЭ-Т

Уровень сети OTN состоит из трёх физически и логически связанных подуровней: среды передачи сигналов с разделением по длине волны (WDM); оптических секций ретрансляции OTS (Optical Transmission Section) и мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section); оптических каналов OCh (Optical Channel) с нагрузкой в виде оптических транспортных блоков OTUk (Optical Transport Unit-k) с включением в них блоков блоков данных оптических каналов ODUk (Optical channel Data Unit-k), которые, в свою очередь, включают блоки полезной нагрузки оптических каналов OPUk (Optical Channel Payload Unit-k). Индекс k соответствует иерархической ступени OTH (k = 1,2,3) и указывает на различные по длительности, ёмкости и скорости передачи циклы. Детальное представление этих циклически повторяющихся блоков приводится в следующей главе. Оптические секции базируются на ресурсах одномодовых волоконных световодов со стандартными арактеристиками и огромной полосой частот передачи, которая достигает примерно 30…60 ТГц в диапазоне волн 1260…1675 нм для различных типов волокон. Этот диапазон используется в режиме WDM. При этом число волновых каналов может реализовываться от 2…4 OCh до нескольких сотен OCh, объединяемых в оптические волновые (транспортные) модули OTM (Optical Transport Module) ёмкостью до 16 OCh в каждом. Таким образом, среда передачи в этой модели транспортной сети позволяет достигать скоростей передачи порядка 10 и более Тбит/с при скорости передачи в каждом из волновых каналов от 2,5 до 40 Гбит/с.

Оптические секции ретрансляции OTS организуются внутри оптической секции мультиплексирования OMS для компенсации потерь оптической мощности в стекловолокне и компенсации дисперсионных искажений. Эти функции обеспечивают линейные оптические примесные волоконные усилители с эквалайзерами, рамановские оптические усилители и компенсаторы хроматической и поляризационной дисперсии, а в перспективе полностью оптические регенераторы 2R и 3R.

В оптической секции мультиплексирования формируются, передаются, обслуживаются и расформировываются отдельные оптические каналы, оптические волновые модули OTM с числом каналов до 16 (называемые также оптическими транспортными модулями), группы оптических модулей. Каждый оптический модуль может иметь отдельный оптический сервисный канал, в который включаются служебные данные для каждого OCh. Кроме того, в секции оптического мультиплексирования создаётся сервисный оптический канал для обслуживания всей секции и отдельных участков — секций ретрансляции OTS. Секция OMS может иметь гарантированную защиту благодаря дублированию передачи в альтернативной кабельной линии с оответствующими секциями ретрансляции. Нормированное время защитного переключения составляет 50 мс.

 

Оптический канал OCh в оптической сети выполняет при терминировании функции регенерации цифрового сигнала типа 3R, т.е. восстанавливает амплитуду импульсов (1R), их форму (2R) и устраняет накопленные фазовые дрожания (3R) (рис. 2.3). Также производится оптическая модуляция и детектирование, контроль качества передачи цифровых данных в блоках OTUk и ODUk и т.д.

Уровень пользователя оптической транспортной сети OTN-OTH выполняет функции интерфейса между транспортной сетью и сетями пользователей транспортных услуг, к которым относятся сети SDH, АТМ, Ethernet и др. Для эффективного согласования между сетями применяются различные протокольные решения по размещению данных пользователей в оптических каналах. Это протоколы: общей процедуры формирования кадра GFP (Generic Framing Procedure), протокол защищаемого пакетного кольца или пакетного кольца с самовосстановлением RPR (Resilient Packet Ring) и некоторые другие, рассматриваемые в следующей главе. Протоколы позволяют согласовать циклическую передачу данных в оптических каналах со случайной во времени передачей пакетов данных различной емкости от пользователей, например, пакеты IP, MPLS или Ethernet.

Если сравнить три рассмотренные модели транспортных сетей, то можно отметить, что наибольший транспортный ресурс может обеспечить только модель сети OTNOTH.При этом она поддерживает трансляцию данных сетей SDH и АТМ. Очевидно, что модель сети OTN-OTH предназначена для глобального масштаба, т.е. магистральных сетей связи с большим объёмом трафика и для сетей связи крупных городов-мегаполисов с развитой телекоммуникационной инфраструктурой.

 

Рис. 2.3. Принцип 3R регенерации в транспондере OTH

 

Рис. 2.4. Обобщенная архитектура оптической мультисервисной транспортной платформы

 

3.3. Технология оптической транспортной сети OTN-OTH

3.3.1. Термины, определения и обозначения OTN-OTH

Оптическая транспортная сеть OTN (Optical Transport Network) на основе технологии мультиплексирования оптической транспортной иерархии OTH предназначена для построения транспортных магистралей с пропускной способностью до десятков Тбит/с. Это достигается сочетанием гибкого цифрового мультиплексирования стандартных циклических блоков, с одной стороны, и гибким построением оптических каналов и их мультиплексированием в управляемые оптические модули, с другой стороны.

Для реализации возможностей OTN-OTH Рекомендациями G.709 и G.798 МСЭ-Т предусмотрена иерархическая структура интерфейса (рис. 3.82), которая повторяет, по существу, модель транспортной сети OTN-OTH (см. рис. 2.1).

Рис. 3.82. Структура интерфейса OTN-OTH

 

Однако в структуре интерфейса подчеркнуты технологические решения для всех составляющих уровней сети OTN, в частности представлены полный и упрощенный набор функций интерфейса при формировании оптического транспортного модуля OTM.

Для реализации функций интерфейса используется электронное и оптическое оборудование (рис. 3.83), объединяемое в транспондерные TPD и оптические блоки OMX с оптической ретрансляцией R. Через транспондерные блоки реализуются функции

уровня оптического канала OCh (Optical Channel).

Рис. 3.83. Структура соединения в сети OTN-OTH: TDP — транспондер

 

Уровень OCh обеспечивает формирование цифровых транспортных структур оптической транспортной иерархии через генерацию блоков для упаковки информации пользователя: OPU, ODU, OTU. Также уровень OCh обеспечивает преобразование электрических сигналов в оптические на передаче и обратную операцию на приеме с регенерацией амплитуды, формы и длительности импульсов сигнала (функции 3R).

Рассмотрим компоненты структуры, представленной на рис. 3.82.

OPUk (Optical Channel Payload Unit-k) — блок оптического канала нагрузки порядка k, где k = 1, 2, 3. Эта циклическая информационная структура используется для адаптации информации пользователя к транспортировке в оптическом канале. Блок OPUk состоит из поля информационной нагрузки и заголовка. ODUk (Optical Data Unit-k) — блок данных оптического канала порядка k, где k = 1, 2, 3. Эта информационная структура состоит из поля информации OPUk и заголовка.

ODUk-P (ODUk Path) — блок данных оптического канала порядка k, поддерживающий тракт из конца в конец сети OTN. ODUk-T, ODUk-TCM, ODUk Tandem Connection Monitoring — блок данных оптического канала, поддерживающий наблюдение (мониторинг) парных (тандемных) соединений в сети OTN. Один блок ODUk-T допускает поддержку мониторинга до шести тандемных соединений.

OTUk (Optical Transport Unit-k) — оптический транспортный блок порядка k, где k = 1, 2, 3. Эта информационная структура используется для транспортировки ODUk через одно или больше соединений (кроссовые соединения в узлах) оптических каналов. Блок OTUk определен в двух версиях — OTUkV и OTUk. Он рекомендован к применению на локальных участках OTN в полной и упрощенной формах исполнения.

OTUkV характеризуется как частично стандартизированная структура, рекомендуемая для применения в составе оптического транспортного модуля ОТМ в полной форме исполнения. OTUkV состоит из блока данных оптического канала, заголовка для управления соединением оптического канала и поля исправления ошибок FEC (рис. 3.84). Блок OTUk направляется на оптический модулятор, где формируются импульсные оптические посылки на определённой волне излучения. Волны излучения каждого OCh объединяются в оборудовании оптической секции мультиплексирования OMS (Optical Multiplex Section).

Рис. 3.84. Структура блока OTUk

 

На уровне оптической секции мультиплексирования OMS-n производится мультиплексирование/демультиплексирование n оптических каналов. Число 1 ≤ n ≤ 16 указывает на оптические частоты, рекомендованные для передачи сигналов через волоконно-оптические линии в диапазоне 1260–1675 нм. В этом диапазоне возможно группирование оптических частот блоками из n в модули OTM-n для их последующей трансляции в оптических секциях OTS (Optical Transmission Section).

На уровне оптической секции передачи OTS-n формируются и расформировываются оптические транспортные модули OTM-n.m, OTM-nr.m, OTM-0.m (Optical Transport Module). Индексы ОТМ определены для обозначения различных вариантов построения интерфейсов.

Индекс «n» используется для обозначения максимального числа волн передачи. Если n = 0, то это признак одной волны передачи.

Индекс «r» используется для обозначения упрощенных функций, в частности ОТМ не содержит отдельный волновой сервисный канал передачи заголовков. Индекс «m» используется для обозначения иерархической ступени ОТН с соответствующей скоростью передачи в варианте комбинирования скоростей. Он является расширенным, по сравнению с индексом «k», обозначением (m = 1, 2, 3, 12, 123, 23).

Индекс «k» используется для обозначения поддерживаемой иерархической скорости ОТН (табл. 3.11). Так k = 1 соответствует скорости 2,7 Гбит/с, k = 2 соответствует скорости 10.7 Гбит/с, k = 3 соответствует скорости 41.2 Гбит/с.

Таблица 3.11. Иерархические скорости и циклы ОTUk

OTUk	Скорость, кбит/с	Отклонение скорости	Длительность цикла, мкс.
OTU1	255/238× 2 488 320 (2.5 Gb/s)	±20*10^-6	48,971 мкс
OTU2	255/237 × 9 953 280 (10 Gb/s)	12,191 мкс
OTU3	255/236 × 39 813 120 (40 Gb/s)	3,035 мкс

 

 

Уровень оптической физической секции порядка n OPSn (Optical Physical Sectionn) предусмотрен для передачи многоволнового оптического сигнала через оптические среды разных типов (одномодовые волокона с характеристиками G.652, G.653, G.655, G.656). Порядок волновой передачи определен индексом «n», который может лежать в пределах 0 ≤ n ≤ 16. В этом интерфейсе отсутствует волновой сервисный канал.

Схема мультиплексирования и упаковки оптической транспортной иерархии ОТН отражает последовательность преобразований информационных данных и оптических сигналов в интерфейсе OTN (рис. 3.85). Процедуры преобразований показаны стрелками. Блоки схемы, изображенные в виде прямоугольников, предназначены под упаковку цифровых данных. Блоки схемы, изображенные в виде овалов, предназначены для операций мультиплексирования.

В результате операций упаковки создаются адаптированные блоки цифровых данных OTU, которые передаются в оптических каналах. В результате операций мультиплексирования создаются групповые блоки цифровых данных ODTUG и групповые блоки оптических каналов OCG.

При создании OTUk на этапах мультиплексирования применяется синхронное побайтовое объединение информационных данных ODUk в групповые блоки ODTUGk, где k = 1, 2, 3. Формирование структур OTUk, ODUk и OPUk также связано с присоединением заголовков ОН (Overhead) и согласованием скоростей.

 

Рис. 3.85. Схема мультиплексирования и упаковки OTN-OTH

 

Цикл OTUk начинается синхрословом в заголовке FAOH емкостью 7 байтов в головной части. В завершении цикла применяется блок 4×256 байт, который может быть заполнен кодом Рида-Соломона (RS, Reed-Solomon) для упреждающей коррекции ошибок FEC или содержать нулевое балластное заполнение. Передача байтов блоков OTUk производится слева направо и сверху вниз байт за байтом (рис. 3.86).

Рис. 3.86. Порядок передачи блока OTUk

 

 

Конечным результатом выполнения операций схемы мультиплексирования является оптический транспортный модуль ОТМ в одном из трех вариантов исполнения: OTM-0.m; OTM-nr.m и OTM-n.m. В этих вариантах могут сочетаться различные по скорости и цикличности оптические каналы с загружаемыми в них блоками OTUk. Например, OTM-n.1 переносит сигналы OTU1 в n-оптических каналах или OTM-n.23 переносит j сигналов OTU2 и i сигналов OTU3, причем сумма i + j ≤ n.

Пример технологической последовательности операций формирования цифровых блоков OPU2, ODU2, OTU2 представлен на рис. 3.87. Порядок формирования каждого из блоков рассматривается в следующих разделах.

Рис. 3.87. Пример формирование структуры циклов OTH второго уровня