Технологии мультиплексирования и передачи в

ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЯХ                                                           36

3.1. Технология мультиплексирования SDH                                    36

3.1.1. Термины, определения и обозначения в SDH                                           36

Формирование виртуальных контейнеров и функции

заголовков РОН3.1.2.                                                                                                   45

3.1.3. Сцепленные виртуальные контейнеры                                                    56

3.1.4. Синхронный транспортный модуль STM - N                                             59

3.1.5. Формирование указателей PTR                                                                   64

Технологические решения по контролю качества трактов и

секций SDH                                                                                                                67

3.2. Технология асинхронного режима передачи ATM                 69

3.2.1. Термины, определения и обозначения в ATM                                          69

3.2.2. Уровни адаптации ATM                                                                               75

3.2.3. Функции уровня ATM                                                                                   82

3.2.4. Размещение и передача ячеек ATM на физическом уровне             92

3.3. Технология оптической транспортной сети OTN - OTH        95

3.3.1. Термины, определения и обозначения OTN - OTH                                  95

3.3.2. Формирование блоков нагрузки оптических каналов OPUk               99

3.3.3. Блок данных оптического канала ODUk                                                  104

3.3.4. Оптический транспортный блок OTUk                                                    110

3.3.5. Блок оптического канала ОСИ                                                                  114

3.3.6. Блок переноса оптического канала ОСС                                                  115

3.3.7. Блок группирования оптических несущих частот OCG - n                    115

3.3.8. Блок оптического транспортного модуля OTM - n. m                              116

3.4. Технология мультиплексирования Ethernet                           118

3.4.1. Ethernet стандарта IEEE 802.3                                                                     118

3.4.2. Ethernet стандарта ЕоТ                                                                                120

3.4.3. Построение схем мультиплексирования Ethernet                                   122

3.4.4. Технологическое решение для T - MPLS                                                     124

3.5. Технологические согласования транспортных сетей            126

3.5.1. Протокольное решение LAPS                                                                       126

3.5.2. Протокольное решение GFP                                                                         127

3.5.3. Технология защищаемого пакетного кольца RPR                                  132

Контрольные вопросы                                                                        136

Глава 4

СЕТЕВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИЧЕСКИ

ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ                                              139

4.1. Регенератор и оптический усилитель                                    139

4.2. Терминальные мультиплексоры                                            142

4.2.1. Терминальный мультиплексор с функциями портов PDH                142

4.2.2. Терминальный мультиплексор с функциями портов Ethernet          143

4.2.3. Терминальный мультиплексор с функциями портов ATM                144

4.2.4. Терминальный мультиплексор с функциями портов ОТН               145

4.2.5. Терминальный мультиплексор с функциями портов ASON              145

4.2.6. Терминальный мультиплексор с линейными портами WDM           146

Мультиплексоры вывода/ввода ADM с электрическими и

оптическими окончаниями                                                              147

4.4. Цифровой кроссовый коммутатор SDXC                               149

Оптический сетевой элемент с функциями

OADM / ROADM / OC                                                                            149

4.6. Платформенный принцип построения сетевых элементов 153

Контрольные вопросы                                                                      155

Глава 5

СТРУКТУРЫ, ЗАЩИТА, СИНХРОНИЗАЦИЯ И

УПРАВЛЕНИЕ В ОПТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ

СЕТЯХ                                                                                  156

5.1. Структуры транспортных сетей                                            156

5.2. Схемы защиты транспортных сетей                                     164

5.2.1. Защита секции мультиплексирования 1+1 (1:1)                                 164

5.2.2. Защита секции мультиплексирования в кольцевой сети                 168

5.2.3. Защита соединений тракта                                                                      172

5.2.4. Защитные переключения в сети с многоволновой передачей WDM 175

5.2.5. Защитные переключения в транспортной сети Ethernet                    177

5.3. Синхронизация в транспортных сетях                                   177

5.3.1. Нормирование проскальзываний                                                            178

Фазовые дрожания и их нормирование относительно

проскальзываний                                                                                                 180

5.3.3. Генераторы сигналов синхронизации                                                    183

5.3.4. Распределение тактового синхронизма                                                   184

5.3.6. Аудит сети синхронизации                                                                        192

5.4. Управление в транспортных сетях                                          192

5.4.1. Общие принципы управления сетями связи                                          192

5.4.2. Функции управления транспортной сетью                                           198

5.4.3. Стандартные элементы сети управления                                               200

Отображение функций управления через окна графического

терминала                                                                                                               202

Автоматически коммутируемые оптические транспортные

сети ASON / ASTN                                                                                 205

5.5.1. Общая структура ASON / ASTN                                                                 206

5.5.2. Логическое построение ASON                                                                   207

5.5.3. Построение сигнальной сети и ее функции                                           209

5.5.4. Протоколы сигнальной системы ASON                                                   212

5.5.5. Однонаправленные и двунаправленные LSP                                        215

5.5.6. Транспортировка сообщений защиты LSP                                            216

5.5.7. Механизм сигнализации с использованием протокола RSVP - TE     217

5.5.8. Механизм сигнализации с использованием протокола CR - LDP       219

Контрольные вопросы                                                                       220

Глава 6

ПРИНЦИПЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ                                             222

6.1. Принципы планирования                                                       222

6.2. Виды нагрузки транспортной сети и требуемые ресурсы 223

6.3. Типы линейных интерфейсов и особенности их

использования в оптических транспортных сетях                    225

6.3.1. Интерфейсы одноволновых систем оптической передачи                226

6.3.2. Интерфейсы многоволновых систем                                                     231

6.3.3. Реализация многоволновых интерфейсов                                            236

Коммутационные и алгоритмические возможности

транспортной платформы                                                                  239

Этапы разработки проекта оптической транспортной

сети                                                                                                       240

Контрольные вопросы                                                                      241

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                    242

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ                                                                             243

Список сокращений                                                                                                245

Литература                                                                                                               259

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современное бурное развитие техники связи обусловлено ростом потребности об­щества в информационном обмене, с одной стороны, и достижениями в научно- техническом прогрессе, с другой. Существенная роль в этом развитии принадлежит технике оптической связи, основу которой составляют волоконно-оптические ли­нии связи и устройства электронного и оптического мультиплексирования и ком­мутации. Многие достижения современной фундаментальной и прикладных наук находят в короткий срок применение в оптических устройствах, в системах связи и в сетевых решениях. Одна из важнейших задач развития отрасли связи состоит в подготовке высококвалифицированных специалистов. Эта подготовка осуществля­ется по ряду специальностей в высших учебных заведениях связи. Однако, одной из проблем обучения будущих специалистов является недостаток учебно-методиче­ских изданий, в которых достаточно полно, методически последовательно и на вы­соком научном и инженерном уровне отражались бы достижения и перспективы развития техники связи. Различные издания, вышедшие за последние годы, только частично заполняют пробелы в информации учебного характера и эти издания очень быстро устаревают [2, 3, 4, 6, 8, 11, 13, 14, 51, 53, 56, 58, 59, 64—67]. Кроме то­го, выпущенная техническая литература в большей степени относится к научной и производственной и не всегда её содержание структурно удобно для учебных це­лей.

В предлагаемом учебном пособии нашли системное отражение наиболее суще­ственные элементы научных и инженерных знаний по технике оптических транс­портных сетей с точки зрения рекомендаций Сектора стандартизации телекоммуни­каций Международного союза электросвязи и, соответственно, производителей со­временных систем связи. Для лучшего усвоения учебного материала предлагаются: наглядные примеры, решения задач, контрольные вопросы и т.д. В основу материа­лов отдельных глав положены: курсы лекций, результаты обработки научных ста­тей и технических документов, справочные данные, международные стандарты и т.п. Содержание учебного пособия нацелено, прежде всего, на подготовку по спе­циальностям «Физика и техника оптической связи» и «Многоканальные телеком­муникационные системы» и составлено с учетом стандартных программ этих спе­циальностей. Кроме того, учебное пособие может быть полезно всем обучающимся в вузах по направлению «Телекоммуникации», специалистам предприятий связи и отделов связи и телекоммуникаций различных ведомств. Учебное пособие рассчи­тано на подготовленных студентов и специалистов, т.е. знакомых с основами по­строения аналоговых и цифровых систем передачи, техникой микропроцессоров, электрическими и оптическими линиями связи в рамках соответствующих дисцип­лин вузов и коллежей телекоммуникаций.

Также учебное пособие предназначено специалистам, повышающим свою ква­лификацию в специализированных учебных центрах, самостоятельно и в различ­ных формах заочного образования (ускоренной, дистанционной).

Автор благодарит издательство «Эко-Трендз» за внимательное и детальное ре­дактирование рукописи учебного пособия.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Для уяснения смысла и задач, решаемых средствами оптических и, прежде всего, волоконно-оптических систем передачи и транспортных сетей, ниже рассматрива­ется общая архитектура современных телекоммуникаций (рис. 1).

Плоскость компонентов можно считать фундаментальной, так как решения для нее во многом определяют возможности технической реализации выше лежащих плоскостей.

Рис. 1. Архитектура телекоммуникационных систем

 

Современные компоненты для построения телекоммуникационных устройств имеют большую номенклатуру. Условно их можно разделить на электрические и электронные, оптоэлектронные, оптические и программные.

К электрическим и электронным компонентам относятся: металлические кабели и провода; транзисторы и интегральные микросхемы (аналоговые и цифровые) с разной степенью интеграции; микропроцессоры; усилители; регенераторы электри­ческих сигналов и многие другие. В настоящее время электронная часть этой базы испытывает новый этап совершенствования, связанный с внедрением кремниевых и арсенид-галиевых гетероструктур и уменьшением габаритов отдельных транзи­сторов до нанометровых размеров, что позволяет повысить быстродействие схем, уменьшить габариты устройств и сократить энергопотребление. При реализации схем чаще всего уделяется внимание процедурам параллельных преобразований двоичных данных в векторно-конвеерных структурах.

Оптоэлектронные и оптические компоненты и модули на их основе получили особенно широкое применение за последнее десятилетие в технике телекоммуника­ций. Среди них выделяются следующие группы изделий: стекловолоконные свето­воды с возможностью передачи данных на скоростях от десятков гигабит в секунду до десятков терабит в секунду; высокостабильные полупроводниковые и волокон­ные лазеры (LASER), включаемые в состав передающих оптических модулей; вы­сокочувствительные фотодетекторы, входящие в состав приемных оптических мо­дулей; легированные эрбием усилители на оптоволокне EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) и полупроводниковые оптические усилители с большими коэффициента­ми усиления (до 50дБ) и широкой полосой усиливаемых частот (от 5 до 10 ТГц); оптические коммутаторы и маршрутизаторы OXC (Optical Cross-Connect); мультип­лексоры и демультиплексоры волновых и временных оптических сигналов OADM (Optical Add-Drop Multiplexers); компенсаторы искажений оптических сигналов, вызванных хроматической и поляризационной модовой дисперсиями; оптические процессоры на основе фотонных кристаллов и многие другие, о которых говорить­ся в предлагаемом учебном пособии и многочисленной литературе.

Программные компоненты и модули представляют собой алгоритмическое обеспечение для электрических и оптических устройств, в которых реализуются последовательные или параллельные процедуры обработки сигналов, например, цифровая фильтрация, кроссовая коммутация (переключение), выравнивание фаз цифровых данных при мультиплексировании, функции управления и т. д.

Необходимо подчеркнуть, что развитие компонентной базы определяется дос­тижениями в фундаментальных научных исследованиях физических явлений и в области теории информации.

В плоскости систем передачи могут рассматриваться аналоговые системы с час­тотным мультиплексированием каналов, типовыми групповыми трактами, электри­ческими и радиорелейными линейными трактами. Роль этих систем постепенно снижается в современных сетях связи. Им на смену уже пришли более эффектив­ные цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии — PDH (Р1е- siochronous Digital Hierarchy) и синхронной цифровой иерархии — SDH (Synchro­nous Digital Hierarchy) с волоконно-оптическими линейными трактами и автомати­зированным обслуживанием. Стеклянные волокна волоконно-оптических кабелей позволяют постоянно совершенствовать передачу информационных данных. Так на смену одноволновой передаче оптических сигналов пришли системы мультиплек­сирования с разделением длин волн WDM (Wavelength Division Multiplexing), а электрическое мультиплексирование с разделением по времени дополнилось опти­ческим мультиплексированием с разделением во времени OTDM (Optical Time Di­vision Multiplexing) и оптическим мультиплексированием с кодовым разделением сигналов OCDM (Optical Code Division Multiplexing).

Применение солитонной передачи (SOLITON) может решить проблему диспер­сионных искажений, ограничивающих дальность передачи в системах WDM, OTDM, OCDM.

Системы передачи оснащаются средствами эффективного контроля, управле­ния, резервирования участков передачи. В структуре систем передачи выделяются оконечные и промежуточные станции, которые объединяются в секции передачи: регенерации, усиления, мультиплексирования. При этом каждая секция может иметь встроенные средства обслуживания. Системы передачи являются составной частью транспортной сети связи, которая представлена отдельной плоскостью.

При этом транспортная сеть определяется как совокупность ресурсов систем пе­редачи, относящихся к ним средств контроля, оперативного переключения, резерви­рования и управления, предназначенных для переноса информации между заданны­ми пунктами сети. Транспортные сети строятся на основе стандартов, принятых Сек­тором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи МСЭ-Т (ITU-T — International Telecommunications Union — Telecommunication Standartization Sector). Этими стандартами определены технологии построения как систем передачи, так и транспортных сетей связи:

- синхронная цифровая иерархия SDH и синхронная оптическая сеть SONET                         

(Synchronous Optical Network);

- асинхронный режим передачи ATM (Asynchronous Transfer Mode);

- технология Ethernet для передачи пакетов данных, образуемых по протоколам меж

сетевого взаимодействия № (Internet Protocol) и по протоколам MPLS (Multi-Protocol   

Label Switching) — многопротокольной коммутации по меткам;

- оптическая технология мультиплексирования с разделением длин волн WDM, пред

ставляемая оптической транспортной иерархией ОТН (Optical Transport Hierarchy).

Все технологические решения по транспортировке имеют проработанную про­токольную архитектуру и могут быть увязаны между собой на основе единых аппа­ратных и программных точек взаимодействия — интерфейсов МСЭ-Т.

Основным предметом внимания в плоскости транспортировки выступают ком­мутируемые электрические и оптические тракты и каналы, образуемые на основе секций мультиплексирования систем передачи. Плоскость транспортировки, кроме того, предусматривает проработанные решения по автоматизированному созданию, вводу в эксплуатацию, контролю и защите трактов и секций с физическими и вир­туальными каналами, создание таблиц маршрутизации для трактов и каналов, их контроля и управления.

В плоскости транспортировки реализуются принципиальные решения по такто­вой сетевой синхронизации и управлению, принятые МСЭ-Т для обеспечения тре­буемого качества услуг транспортных сетей. Услуги транспортной плоскости на­прямую отражаются в плоскость коммутации через соответствующие стандартные точки взаимодействия — интерфейсы.

Плоскость коммутации обращена непосредственно к потребителям телекомму­никационных услуг. Возможные услуги могут быть представлены средствами ком­мутации каналов (Switch), например, телефонными коммутаторами, средствами коммутации пакетов данных различной величины (в сетях передачи данных и ком­пьютерных сетях IP), средствами быстрой коммутации ячеек (пакетов фиксирован­ной длины 53 байта) в сетях с асинхронным режимом передачи ATM.

Реализация возможностей по коммутационной плоскости происходит в основ­ном благодаря средствам сигнализации, например, сигнализации по выделенному каналу № 7 (ОКС     № 7).

Именно плоскость коммутационных услуг является базовой для создания ин­теллектуальных сетей, баз данных услуг и их технической и экономической дос­тупности для пользователей. Функционирование коммутационных узлов определя­ет нагрузку (трафик) для транспортных сетей и их соответствующее развитие.

Одной из самых проблемных и динамично развивающейся частей современных телекоммуникаций является доступ терминалов пользователей к узлам предостав­ления услуг. При этом наблюдаются следующие тенденции развития доступа:

- использование существующей инфраструктуры низкочастотных медных линий для предоставления доступа к узкополосным и широкополосным услугам сред­ствами модемов цифровых абонентских линий xDSL (Digital Subscriber Line) в разновидностях симметричных, асимметричных и высокоскоростных линий (HDSL, ADSL, VDSL), в которых могут передаваться сигналы на скоростях от десятков кбит/с до десятков Мбит/с (64 кбит/с...50 Мбит/с) на относительно не­большие расстояния от десятков и сотен метров до нескольких километров;

- использование технологий: «волокно в дом», «волокно в распределительный шкаф», «волокно в офис» и т.д., обозначаемых M ix (Fiber То The Home,...), на­пример, пассивной оптической сети TON (Passive Optical Network), основанных на сети волоконно-оптических линий, для организации доступа к любым видам услуг;

- использование технологий радиодоступа RLL (Radio Local Loop) для фикси­рованного и мобильного, узкополосного и широкополосного доступа с разде­лением радиочастотных ресурсов по спектру чаетот, по времени, кодовым разделением, пакетной передачей; пример последнего — технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access — международное взаимо­действие для микроволнового доступа).

Плоскость пользовательских услуг отражает все известные и востребованные услуги электросвязи, к которым относятся: телефония с коммутацией каналов и IP- телефония (Voice), видеосвязь, видеоконференции, Интернет, электронная почта, звуковое вещание, цифровое телевидение, телепутешествия и т.д. Для реализации услуг необходимы различные терминалы для пользователей. Это и обычные теле­фонные аппараты, теле- и радиоприемники, терминалы сетевых подключений циф­ровых сетей с интеграцией услуг (ЦСИУ), или служб (ЦСИС) — ISDN (Integrated Services Digital Network), персональные компьютеры и т. д.

Предметом изучения в предлагаемом учебном пособии являются: оптические и электронные компоненты; оптические системы передачи; технологии мультиплек­сирования и сопряжения оптических транспортных сетей, принципы построения сетевых элементов транспортных сетей в увязке с сетями синхронизации и управ­ления, автоматически коммутируемые оптические сети. Кроме того, рассматрива­ются необходимые этапы проектирования транспортных оптических сетей.                                                                                           

Глава 1

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ