CC BY
75
Анализ оптимальности применения обобщенной многопротокольной коммутации в отказоустойчивых решетчатых оптических транспортных сетях связи
Рахматулин А.М., ЦНИИС
В настоящее время приоритетные требования, предъявляемые к транспортным сетям, могут варьироваться в зависимости от поставленных задач. Данные требования закладываются при проектировании сети и в дальнейшем кардинальным образом влияют на этапы проектирования. К таким этапам относятся:
• выбор архитектуры сети;
• выбор оборудования и среды передачи;
• определение требований по надежности и отказоустойчивости, выбор технологий защиты сети [1].
В данном докладе рассмотрен случай, когда приоритетными требованиями являются сверхвысокая отказоустойчивость, гибкость и масштабируемость. В основном данным требованиям могут удовлетворять транспортные сети со сложной архитектурой, к которым относятся решетчатые сети.
Учитывая то, что тематика данного доклада лежит в области оптических систем передачи, в дальнейшем будут рассматриваться сети, организованные с применением волоконно-оптических систем передачи.
Решетчатая сеть представляет собой группу кольцевых структур, сформированных в виде решетки и имеющих точки пересечения в виде сетевых узлов, таким образом, каждый узел участвует в формировании как горизонтального, так и вертикального кольца, которые в свою очередь формируют дополнительные технологические кольца (рис 1).
Так как составными элементами данной архитектуры являются кольцевые структуры, то развитые схемы защиты, применяемые для кольцевых структур, могут также использоваться и для данной архитектуры. Однако стоит учитывать, что топологические особенности
в Сетевой узел / Физическое соединение
Рйс. 1. Решетчатая сеть
рассматриваемой архитектуры позволяют расширить функциональность доступных кольцевых схем защиты.
Оценка роста требований на скорость передачи, приведенная в работе [2], показывает, что емкость волоконно-оптических систем передачи возрастает в 4 раза каждые 18 месяцев. Из доступных средств только оптическое волокно удовлетворяет данным потребностям [3].
Существуют два варианта решения данной проблемы:
1) инсталляция нового кабеля с большим количеством волокон либо использование "темных" волокон;
2) применение технологии спектрального мультиплексирования на уже имеющемся или новом проложенном волокне [3].
Учитывая топологические особенности рассматриваемой решетчатой архитектуры, оба варианта возможны, более того, возможна единовременная реализация обоих вариантов, однако высокая стоимость оптического волокна понижает экономическую эффективность сети в случае расширения ее ресурсов путем увеличения количества волокон.
С целью более оптимального использования ресурсов оптического волокна при организации трактов будет использоваться оборудование со спектральным мультиплексированием, позволяющее передавать по волокну определенное количество оптических каналов [4].
Также для увеличения функциональных возможностей и повышения гибкости рассматриваемой сети (основанной с применением технологии спектрального уплотнения) необходимо использовать перестраиваемые оптические мультиплексоры ввода/вывода [1].
Стоит уделить внимание такому достаточно важному вопросу, как направления развития оптических транспортных сетей. В настоящее время одним из таких направлений являются автоматически коммутируемые оптические сети (АБОК!) [1].
С учетом текущего и перспективного трафика услуг формируется инфраструктура транспортной сети, в этом смысле приоритетным становится трафик 1Р, позволяющий реализовать услуги реального и нереального времени. К таким услугам можно отнести традиционные голосовые услуги, широкополосные, а также большое количество новых услуг (цифровое телевидение, в т.ч. телевидение высокой четкости, видео по запросу и т.д). При этом транспортные сети обязаны реагировать на запросы по обслуживанию с минимальными временными задержками. Такое возможно при внедрении протоколов сигнального управления, построенных на основе обобщенной многопротокольной коммутации по меткам ^МР1_Б) в транспортные сети [1, 5].
Структурная модель АБОЫ определена рекомендациями МСЭ-Т G.807, G.8080, а структура модели представляется тремя логическими плоскостями [6]:
• оптическая транспортная плоскость отвечает за транспортировку сигналов пользователей АБОЫ;
• плоскость сигнального управления предусматривает действия по установлению непрерывных связей с такими свойствами, как время связи, защита соединения, задание длины волны и т.д Данные
свойства определяются пользователем в процессе установления соединения, а приемлимым решением для осуществления возможностей плоскости сигнального управления служит протокол GMPLS;
• плоскость административного управления основана на базовых положениях концепции управления телекоммуникациями, поэтому ASON включает в себя систему сетевого администрирования (NMS), которое классифицируется, как управление конфигурацией транспортной сети, повреждениями и т.д. [1].
Функциональные особенности трехуровневой модели ASON определяются двумя различными структурами:
• физическим ядром и границей сети;
• взаимодействием клиент-сервер [1].
Основными функциями ядра сети являются:
• поддержка открытой топологии сети. Данная функция обеспечивается протоколами маршрутизации при доступной информации о ресурсах сети сети для маршрутизации трафика, т.о. каждый сетевой элемент имеет собственную базу данных, в которой заложена информация о других сетевых элементах, их физической и логической структуре;
• поддержка оптической маршрутизации. Эта функция осуществляет маршрутизацию от узла-источника до узла назначения, при этом присутствует определенный набор ограничений (ретрансляции, диапазон длин волн и т.д);
• передача сообщений сигнализации. Данный набор функций позоляет поддерживать обмен сообщениями и сигналами администрирования через определенные интерфейсы между сетевыми узлами и элементами, между сетями административного сигнального управления, между ASON и ее пользователями. Передача сигнальных сообщений исостоит в обработке и обслуживании соединений, таких как установление, разрушение и модификацию;
• непрерывная защита/восстановление. Является набором функций задействованных в восстановлении непрерывной оптической связи, на которую воздействует отказ. Данные функции заключаются в обнаружении отказа, оптической маршрутизации, установлении тракта защиты, автоматическом непрерывном восстановлении. В случае отсутствия резервного маршрута происходит стандартная перемаршрутизация;
• поддержка автоматически устанавливаемого непрерывного оптического канала OCh, подготавливаемого к работе. Активизируется при запросах пользователя сетью административного управления, либо сигнальной сетью, при задействовании сигнального интерфейса пользователя. Данная функция включает в себя: определение маршрута для канала, его установление с резервированием ресурса (к примеру, длин волн) и коммутация в сетевых узлах;
• управление узлом и его связями. Состоит из набора функций по управлению состоянием сетевого узла, возможностями коммутации (оптической, электрической, пакетной и т.д.), записывается в собственную базу данных управления сетевого узла;
• поддержка безопасности сетевых узлов сети. Представляет собой функции для обеспечения безопасности сетевого узла и в сети услуг, осуществляется контроль качества QoS. Данный набор функций должен быть в каждом сетевом узле, как в ядре сети, так и на границе [1].
На границе ASON функциональные возможности заключаются в следующем. Пограничные узлы (EN, Edge Nodes) фиксируют терминальные точки для потоков трафика клиента, а также оконечные точки оптических каналов. Трафик клиента исходящий от маршрутизаторов IP, коммутаторов АТМ, мультиплексоров СЦИ поступает на входы пограничных узлов. Поддержка межузлового трафика осущз-ствляется оптическими каналами OCh, которые коммутируются в узлах с функцией оптической кроссовой коммутации и заканчивают-
ся в пограничных узлах. При этом система управления сетью предоставляет инструкции о том, как трафик клиента должен обрабатываться в пограничных узлах. Это подразумевает под собой то, как согласуются между собой возможные запросы на услуги и ресурсы сети ASON, т.о. происходит определение возможных функций пограничных узлов. Стоит учитывать, что при этом транспортные возможности адаптируются к полученным запросам [1].
Функции физических интерфейсов должны осуществлять адаптацию циклов или полосы пропускания между оборудованием клиента и пограничными узлами, при этом возможна реализация контроля качества QoS, а также характеристик классов обслуживания CoS. Параметры качества QoS могут заключаться в: готовности обслуживания, надежности, времени восстановления, методах резервирования, приоритетах, задержках и т.д. [1].
Доступные функции для пользователя непосредственно связаны с ресурсами оптической транспортной сети и возможностями сигнализации, которая поддерживается интерфейсом пользователя. Через интерфейс пользователя осуществляются запрос на установление соединения, инициация услуги, определение транспортных услуг, назначение адреса, определение угрозы безопасности и т.д. Для обслуживания данных запросов оптическая транспортная сеть обеспечивает следующее:
• кроссовую коммутацию
• ввод и выделение оптических каналов
• группирование трафика
• преобразование длин волн
• защиту при повреждениях
• оптическое мультиплексирование и т.д. [1].
Для реализации системы сигнализации автоматически коммутируемых оптических сетей есть протокол GMPLS, предусмотренный рекомендациями МСЭ-Т G.7713.2 и G.7713.3. Данный протокол является основой сигнальной системы1 таких сетей, а поддержка оптической коммутации осуществляется MP S (многопротокольная коммутация волн по меткам, буквенный знак L заменен в GMPLS знаком — лямбда). В данном случае предполагается использование концепции вложенных путей с коммутацией по меткам. При этом иерархическая система меток трактов (LSP) выглядит следующим образом:
• волоконно-оптические интерфейсы FSC (Fiber Switch Capable);
• оптические канальные интерфейсы SC (Lambda Switch Capable);
• интерфейсы с временным разделением TDM (Time Division Multiplex);
• интерфейсы с пакетной коммутацией PSC (Packet Switch Capable) [1, 5];
Система вложения изображена на рис.2 [7].
Применение обобщенной мультипротокольной коммутации в отказоусточивых решетчатых оптических транспортных сетях позволит полностью раскрыть потенциал таких сетей. Наиболее важными преимуществами будут:
• сверхвысокая степень защищенности, обеспечиваемая динамической маршрутизацией; в случае отказа по трем из четырех физических линий подключенных к сетевому узлу, сетевой узел все равно будет доступен, а аварийная ситуация не повлияет на работоспособность канала;
• упрощенное администрирование сетью; для организации маршрутов необходимо будет указать только терминальные точки, система управления сама выберет маршрут и варианты защиты;
• масштабируемость; в случае увеличения ресурсов сети (путем добавления сетевых элементов) будет необходимо ввести их в базу данных системы управления, а дальше они будут задействованы без
TDM-каналы PSC-LSP 1 PSC-LSP 2 ^
FSC-каналы
PSC-каналы PSC-LSP і 10 MBps 100 MBps
STM-64
Fiber LSP
A. LSP
TDM LSP
Packet LSP
Рис. 2. Система вложения GMPLS
необходимого вмешательства администратора сети;
• гибкость; в любой момент, при наличии свободных ресурсов, возможно увеличение количества услуг и их маршрутизация.
Таким образом, использование обобщенной многопротокольной коммутации в отказоустойчивых решетчатых оптических транспортных сетях является оптимальным решением при проектировании, постройке и эксплуатации сетей данного типа.
Литература
1. Фокин В.Г. Оптические системы передачи и транспортные сети — М.: Эко-Трендз, 2008.
2. Telecordia Notes on Dense Wavelenght-Div'sion Multiplexng and Optical Net-works" Special Report // SR-NOTES-SERIES-02, Issue 1, Piscataway, May 2000.
3. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. Издание 4-е, дополненное. — М.: Техносфера, 2007.
4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. — М.: Эко-Трендз, 1998.
5. Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Технология и протоколы MPLS. — СПб.: БХВ-Санкт-Перербург, 2005.
6. ITU-T G.8080/Y1304. Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON), 2003.
7. Дмитрий Андрушко // http://itc.ua, 2004.
