гл 2 Соколов

Удачным решением проблемы стало использование кольцевых топологий. Интерес к подобным структурам возник давно. В России, например, более двадцати лет назад проводились работы, направленные на создание кольцевых сетей, оптимальных для сельской связи [63]. Пример кольцевой транспортной сети приведен на рисунке 2.31.

Рисунок 2.31 Структуры транспортной сети "Кольцо"

Пунктирной линией показана дополнительная линия передачи (хорда), которая может использоваться для повышения надежности транспортной сети. Анализ надежности кольцевой структуры был приведен в тексте, который следует за рисунком 2.12. Несколько ранее - после рисунка 2.11 - даны оценки суммарной длины линий передачи для транспортной сети кольцевой структуры.

Кольцевая структура, кроме минимизации суммарной длины линий передачи, может также обеспечить экономию числа ОВ. Подобный эффект будет возникать, в частности, в такой ситуации:

wмежду всеми узлами транспортной сети определена потребность в цифровых трактах, которая выражена в виде матрицы ||Vij||;

wвыбран тип системы передачи, что позволяет делением каждого элемента матрицы ||Vij|| на величину поддерживаемых оборудованием СЦИ цифровых трактов определить численность пар ОВ между всеми узлами транспортной сети;

wв результате деления получается матрица ||Gij||, элементы которой, как правило, не будут являться целыми числами;

wпри реализации полносвязной сети каждый элемент этой матрицы имеет вид ]gij[, то есть округляется до большего целого числа;

61

wпри построении кольцевой сети сначала суммируются несколько элементов вида gij, а результат округляется до большего целого числа.

Очевидно, что реализация кольцевой сети (как и ряда других структур), как правило, потребует меньшего числа ОВ. В свою очередь, это означает, что в транспортной сети может использоваться более дешевый кабель.

На практике нашли применение и транспортные сети, состоящие из нескольких колец. Пример такой структуры, образованной двумя кольцами, приведен на рисунке 2.32.

Рисунок 2.32 Структура транспортной сети, состоящей из двух колец

Оба кольца состоят из шести СУ. Два СУ в каждом кольце (HI2 и HI3 в первом, а также HII5 и HII6 во втором) являются общими элементами. Связь между двумя общими СУ проведена жирной линией, чтобы подчеркнуть два важных момента:

wво-первых, пропускная способность линии передачи между узлами HI2 (HII6) и HI3 (HII5) должна быть такой, чтобы обеспечивать пропуск трафика из обоих колец;

w во-вторых, эта линия передачи играет важную роль в обеспечении высокой надежности транспортной сети.

Âряде случаев организуются две независимые трассы - первая между HI2 и HI3, а вторая между HII5 и HII6. Подобные решения показаны на сайтах некоторых Операторов.

Âкольце II показана хорда, соединяющая СУ под номерами HII2 и HII4. Такое решение позволяет существенно повысить надежность транспортной сети. Это объясняется тем, что хорда подобна диагонали в мостиковой схеме. На рисунке 2.32 пунктирной линией показана межкольцевая линия передачи. Она также позволяет обеспечить высокие

62

показатели надежности транспортной сети, но обычно такое решение применяется при большом трафике между двумя СУ, находящимися в разных кольцах.

Транспортная сеть, содержащая несколько колец, может формироваться в различных ситуациях. На территории субъекта Федерации многокольцевые структуры образуются совокупностью ТСС [64]. В городах применение таких структур можно рассматривать с двух точек зрения. Во-первых, совокупность колец образуется при иерархическом построении ТСГ. Во-вторых, для ряда городов целесообразно создавать несколько колец на одном уровне иерархии транспортной сети. Примером могут служить города, вытянувшиеся по берегам реки. Совокупность смежных колец можно рассматривать как сотовую (ячеистую) топологию. На рисунке 2.33 показана модель гипотетической транспортной сети, которая демонстрирует процесс формирования структуры, похожей на сотовую топологию.

Рисунок 2.33 Формирование сотовой топологии

Кольца с номерами I, II и III представляют центральный фрагмент транспортной сети. Если рассматривать ТСГ, то эти три кольца могут - применительно к телефонии - считаться теми техническими средствами, которые формируют линии передачи для связи цифровых МС между собой и АМТС. Кольца с двойной нумерацией II1, II2 и II3 соответствуют

63

трем сетям доступа. Они находятся на более низком уровне иерархии, чем кольца I, II и III. В этом смысле можно найти сходство с сотовой сетью, в которой реализованы макро- и микросоты [65]. Совокупности кольцевых структур иногда присваиваются названия [5, 66] технических (пропеллер) или же иных (веер) устройств, а также цветов (ромашка, четырехлистный клевер).

Всем рассмотренным в этом параграфе структурам транспортных сетей присущ один общий недостаток, проиллюстрированный рисунком 2.28. Он обусловлен использованием разных технологий передачи и распределения информации

âтранспортных сетях, названных "классическими". Действительно очень заманчиво перейти к одной технологии, когда

âпределах транспортной сети все операции будут выполняться без перехода к электрическим сигналам.

Достижения науки и техники в последние годы позволяют надеяться, что такое решение скоро станет столь же привыч- ным, как технология DWDM. В следующем параграфе рассматриваются основные принципы построения оптических транспортных сетей. Их основное назначение - исключить использование преобразователей типа "o/e".

64

2.4.3. Оптические транспортные сети

Разработка основных принципов построения оптических транспортных сетей началась недавно [46, 52, 67, 68, 69]. В англоязычной технической литературе используется ряд терминов для обозначения этого вида сетей. Чаще всего встречается аббревиатура OTN (Optical Transport Network). Смысловое содержание термина "Оптическая транспортная сеть" заметно менялось по мере развития технологий переда- чи и коммутации. В настоящее время этот термин относится к уровню развития транспортных сетей, соответствующих фазам III и IV, которые были показаны на рисунке 2.28.

Словосочетание "полностью оптическая сеть" - перевод с английского языка термина "All-Optical Network". Этот термин обычно используется для указания на тот фрагмент телекоммуникационной сети, в пределах которого сигналы передаются без преобразователей типа OE и EO. В идеале границы этого фрагмента могут раздвинуться так, что вся транспортная сеть станет оптической. Такой уровень развития транспортной сети будет эффективен вне зависимости от использования технологий оптической коммутации и обработки информации. Конечно, максимальная эффективность - по аналогии с цифровыми методами передачи и коммутации [2] - будет достигнута в том случае, когдав телекоммуникационной системе и средства передачи,и средства распределения информации будут использовать оптические технологии.

На рисунке 2.34 показан фрагмент телекоммуникационной системы, который состоит из оптической транспортной сети, предоставляющей свои ресурсы ТФОП и Internet, а также другому Оператору на правах аренды. В последнем случае транспортные ресурсы могут арендоваться без перехода к SDH или PDH трактам, которые оперируют сигналами в электрической форме.

Рисунок 2.34 Использование ресурсов оптической транспортной сети

65

В предложенной модели коммутационное оборудование ТФОП и Internet, что соответствует современному уровню развития этих сетей, работает с сигналами в электрической форме. По этой причине после ОМВК должны быть установлены преобразователи типа EO. В сеть Арендатора выдаются ресурсы в оптической форме. На рисунке 2.34 показано формирование ЦСИО за счет аренды цифровых трактов. В этом случае перед коммутационными станциями ЦСИО также необходимо установить преобразователи типа EO.

Арендатор может использовать так называемое "темное волокно" или цифровые тракты - PDH либо SDH. Использование оборудования DWDM породило еще одну технологию распределения информации, которая может применяться, в том числе, и для формирования оптических ресурсов, сдаваемых в аренду. Речь идет о λ-коммутации [45, 70, 71]. В отечественной техни- ческой литературе иногда используется термин "лямбда коммутация". Этот вид коммутации мы рассмотрим позже, как, впро- чем, и другие технологии распределения информации (MPLS и GMPLS, в частности). С точки зрения вопросов, рассматриваемых в разделе 2.4, более существенны те изменения, которые связаны со структурой транспортной сети, с пропускной способностью ее элементов и с требуемыми функциональными возможностями.

Структура оптических транспортных сетей определяется принципами развития телекоммуникационной системы в целом. Наибольшее влияние будут оказывать структурные характеристики коммутируемых сетей - численность иерархических уровней, места размещения коммутационных станций и их потребность в транспортных ресурсах.

Пропускная способность оптических транспортных сетей будет в значительной мере определяться теми видами инфокоммуникационных услуг, для поддержки которых используются широкополосные каналы. Поэтому прогнозирование трафика, порождаемого такими видами услуг, становится актуальной практической задачей.

Функциональные возможности оптических транспортных сетей, в первую очередь, связаны с предоставлением потребителям широкополосных каналов. Кроме того, заметно возрастаю требования к надежности транспортной сети. Упомянутое выше словосочетание "Пять девяток" относится к величине коэффициента готовности для телекоммуникационной системы в целом. Понятно, что аналогичная величина для транспортной сети должна быть установлена примерно на порядок выше. Кроме того, значительная часть потребителей транспортных ресурсов ожидает, что время устранения отказов в сети будет еще меньше, чем принятаяв настоящее время величина 50 мс [72].

66

На рисунке 2.35 приведена модель фрагмента телекоммуникационной системы, который будет использоваться для анализа различных стратегий перехода к полностью оптической транспортной сети. Эта модель включает две коммутируемые сети - для телефонной связи и обмена данными.

Рисунок 2.35 Модель фрагмента телекоммуникационной системы

Терминалы включаются в коммутационные станции сетей телефонной связи и обмена данными. Функции этих станций в телефонной сети выполняет МС, а в сети обмена данными - коммутатор доступа (КД). Для связи терминалов с МС и КД используются общие сооружения сети доступа. Этот фрагмент телекоммуникационной системы использует ресурсы транспортной сети доступа, на что указывает соответствующая стрелка.

Транзитная (межстанционная) сеть телефонной связи образована тремя коммутационными станциями - МС, ТС

èАМТС. Транзитная сеть обмена данными включает только два элемента - КД и магистральный коммутатор (МК). В общем случае, между ними может размещаться транзитный коммутатор (ТК). Этот фрагмент телекоммуникационной системы использует ресурсы транспортной сети межстанционной связи; данный факт также отмечен соответствующей стрелкой.

Для межстанционной связи могут быть созданы раздельные транспортные сети. Такая ситуация характерна для тех случа- ев, когда услуги телефонной связи и обмена данными предоставляются разными Операторами. На уровнях сетей доступа

èмеждугородной связи подобные решения встречаются редко.

Предложенную модель полезно рассмотреть с точки зрения тех сред передачи, которые используются в местной транспортной сети. На рисунке 2.36 показаны элементы, отображающие среду передачи. Для межстанционной сети телефонной

67

связи изображены два фрагмента среды передачи. Индекс "1-1" приписан участку между МС и ТС, а индекс "1-2" соответствует фрагменту ТС - АМТС.

Рисунок 2.36 Среда передачи в местной транспортной сети

Формирование оптической транспортной сети может осуществляться различными способами. Одно из интересных направлений, обычно называемое построением "Оптических облаков", показано на рисунке 2.37. Модели сетей с "оптическими облаками" рассматриваются в [73, 74] и в ряде других работ.

Рисунок 2.37 "Оптические облака" в местной транспортной сети

Облако, которому присвоена римская цифра "I", расположено в сети доступа. Создание фрагмента оптической сети на уровне доступа можно рассматривать как реализацию одной из концепций, которые входят в семейство FTTx (Fiber To The "x") - волокно до некой точки "x". Эту точку следует рассматривать как оптимальную (для конкретного проекта) по стоимостным показателям. По этой причине в [40] была введена аббревиатура FTTOpt (Fiber To The Optimum).

На уровне межстанционной сети показаны два разных решения для телефонной связи и обмена данными. Для трафика данных, который быстро растет, используются исключительно

68

оптическая транспортная сеть. Для сети телефонной связи показано оптическое облако II, которое свидетельствует о реконструкции только одного участка - между ТС и АМТС. Подобное решение может быть оправданно, если имеющиеся транспортные ресурсы на участках МС - ТС достаточны для обслуживания трафика речи.

При выборе стратегии построения оптической транспортной сети необходимо учитывать множество факторов. В частности, наблюдается рост доли трафика, замыкающегося в пределах местной сети. В [75] для развитых стран приводятся такие данные: в 1998 году примерно 20% трафика направлялась в междугородную и международную сети, а к 2005 году эта величина уменьшится до 10%. Такое распределение трафика, по всей видимости, объясняется спецификой новых инфокоммуникационных услуг.

Целесообразно, в дополнение к изменению характера распределения трафика, выделить еще ряд тенденций, прямо или косвенно влияющих на принципы создания оптических транспортных сетей. В [72] эти тенденции рассматриваются на примерах ревизии ряда принципов, долгое время считавшихся неизменными. Выделено четыре подобных постулата, которые, по мнению авторов работы [72], необходимо пересмотреть.

Первый постулат, от которого целесообразно отказаться, связан со сравнительно низкими темпами роста трафика и предсказуемостью этого процесса. Телефонный трафик, те- чение многих десятилетий, определял пропускную способность транспортных сетей. Развитие телефонии будет и далее стимулировать рост речевого трафика на уровне нескольких процентов в год. Однако о доминирующей роли речевого трафика говорить уже не приходится. Трафик данных, порождаемый,

âпервую очередь, в глобальной информационной системе Internet, ежегодно возрастает примерно на 100% (а по некоторым другим источникам - еще быстрее). Существенно то, что темпы роста трафика не зависят от положения на финансовых рынках. В результате, заметно изменяется модель трафика, который должен быть пропущен транспортной сетью, а также методы его расчета и, что особенно важно, - прогнозирования.

Если продолжить анализ рассуждений, приведенных в [72]

âчасти новых моделей трафика, то можно сделать два следующих вывода. Во-первых, по мере коммерческого успеха услуг, подобных "Видео по заказу", рост пропускной способности транспортной сети будет осуществляться еще более впечатляющими темпами. Во-вторых, задача прогнозирования усложнится. В результате, Оператор будет вынужден искать такие сценарии развития своей инфокоммуникационной системы, для которой ошибки при прогнозировании трафика не вызовут катастрофических последствий.

69

Второй постулат касается допущения о том, что весь трафик критичен к таким показателям как время задержки процесса обслуживания. Действительно, для поддержки услуг телефонной связи необходимо предусмотреть передачу сигналов с минимальной задержкой, что особенно важно при использовании Оператором технологии "коммутация пакетов" и ей подобных [76]. Для трафика данных во многих случаях допустимы задержки (иногда весьма существенные) при передаче информации.

Третий постулат - распространенное среди многих специалистов мнение, что оптические транспортные сети могут эффективно использоваться только для междугородной и международной связи. Тенденции роста трафика таковы, что применение технологий оптической передачи становится экономически оправданным в местных сетях, включая, в некоторых случаях, уровень доступа.

Четвертый постулат относится к аспектам целесообразности создания оптических транспортных сетей. Некоторые специалисты полагают, что цель оптических технологий передачи - снижение затрат на транспортную сеть. На самом деле потенциальные возможности оптических транспортных сетей позволяют решить еще ряд задач. С экономической точки зрения не только уменьшается стоимость передачи одного бита информации (cost-per-bit), но и создается фундамент для новых источ- ников доходов. С технической точки зрения улучшаются эксплуатационные характеристики транспортной сети (текущая задача) и формируется хорошая база для долгосрочного развития инфокоммуникационной системы (перспективная задача).

Рисунок 2.38 Прогностические оченки рынка оптических коммутаторов

70