Что такое транспортная сеть связи. Транспортные сети

6 Транспортные сети

Дается общее понятие о транспортной сети, сети на основе SDH , ATM и оптические сети; элементы транспортной сети, топологии и архитектура.

6.1 Модели и элементы транспортных сетей

Транспортная сеть (transport network ) – часть сети связи, охватывающая магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные, междугородные). В таблице 6.1.1 показаны структуры моделей транспортных сетей, имеющих функциональные уровни: физический, трактов и каналов .

Таблица 6.1.1 – Структуры многоуровневых моделей транспортных сетей

Первичные сети, являющиеся базовыми транспортными или магистральными сетями, служат основой для построения всего многообразия современных мультисервисных сетей связи. Таким образом, первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи .

Главным требованием, предъявляемым к транспортным сетям, является выполнение сетью основной функции – обеспечения пользователям возможности доступа ко всем разделяемым ресурсам сети.

Основные информационно-технические характеристики цифровой первичной сети (ЦПС), которые существенно определяют ее возможности по предоставлению гарантированного качества обслуживания пользователей сети и возможности сети в целом, следующие: пропускная способность транспортных магистралей или базовые скорости передачи, определяемые уровнем транспортных модулей (STM-N, N=1, 4, 16,…); объем входящего и исходящего трафика в узлах сети; суммарный трафик в трактах и магистралях сети; надежность или коэффициент готовности сети в целом

К современным ЦПС и корпоративным сетям предъявляются требования, обеспечивающие возможность не только гарантировать необходимое качество обслуживания, но и дальнейшее развитие сети:

Для оценки надежности таких сложных систем, какими являются ЦПС, применяют понятие готовности , или коэффициента готовности , который определяется долей времени, в течение которого сеть может быть использована по назначению. Готовность сети может быть повышена путем аппаратного резервирования элементов (узлов) сети, резервирования трафика, трактов и каналов за счет соответствующей организации архитектуры всей сети, ее топологии, управления и синхронизации сети, включая сети доступа к ЦПС.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого (в ограниченных пределах) добавления отдельных элементов сети (пользователей, служб), наращивания сегментов сети доступа и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество сетевых узлов и протяженность трактов в очень широких пределах без снижения пропускной способности транспортных магистралей.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно осуществлять конфигурацию, наблюдение, контроль и управление, как каждым сетевым элементом, так и всей сетью в целом, включая управление трафиком и планированием развития сети , .

Современная транспортная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM).

Используется иерархия скоростей передачи каналов в соответствии с международными рекомендациями ITU-T и получившим наибольшее распространение европейским стандартом. При этом технологии плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ/PDH) и синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH) позволяют сформировать транспортную сеть с выделенными цифровыми каналами для всех пользователей первичной сети.

На основе ЦПС СЦИ/SDH можно создавать наложенные сети с коммутацией каналов, например цифровые сети интегрированного обслуживания (ЦСИО/ISDN), и коммутацией пакетов, например АТМ (асинхронный режим переноса (АРП/АТМ)). В ЦПС АТМ–сеть интегрируется поверх сети СЦИ/SDH, как наложенная сеть, представляя собой одновременно и транспортную, и вторичную сети и одновременно являясь сетью доступа.

Технология АТМ или асинхронного режима передачи (АРП/АТМ) разработана как единая универсальная транспортная технология нового поколения сетей с интеграцией услуг, так называемых широкополосных цифровых сетей интегрированного обслуживания (Ш-ЦСИО или B-ISDN) .

Технология АТМ совместима со всеми базовыми сетевыми технологиями глобальных сетей – TCP/IP, SDH, PDH, Frame Relay – и сетевыми технологиями локальных сетей. Технология АТМ обеспечивает передачу в рамках одной транспортной сети различных видов трафика (голоса, видео, данных), иерархию скоростей передачи в большом диапазоне (от 25 Мбит/с до 622 Мбит/с) с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений .

Сети TCP/IP (протокол управления передачей/протокол сети Интернет) занимают особое положение среди сетевых технологий. Они играют роль сетевой технологии, объединяющей сети любых типов и технологий, включая глобальные транспортные сети всех известных технологий.

Транспортная сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров) , выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности, регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой «банк каналов», которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот «банк каналов» един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.

Физический уровень (таблица 6.1.1) образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями – участками, где происходит регенерация (ретрансляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (ретрансляции) удается «очистить» сигнал от искажений и помех. Организация секций мультиплексирования позволяет эффективно использовать физическую среду за счет временного разделения передачи каналов. При этом можно реализовать резервирование любой секции мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физическую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудование автоматического переключения. Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким способом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных – от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот от 2-х до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.

Уровень трактов (таблица 6.1.1). Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Тракты в сети ATM отличаются от трактов сети SDH тем, что они образуются только при наличии информационного сообщения, а в его отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для передачи других сигналов. По этой причине путь следования данных в сети ATM называют виртуальным.

Уровень каналов (таблица 6.1.1). Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса со вторичными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компьютерных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы.

Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH: предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными; предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода; опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей; позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, и так далее; обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.

Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.

Элементы транспортной сети . Опишем основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей – топологию, или архитектуру сети SDH .

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью.

Мультиплексор . Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными и гибкими устройствами, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора – SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора.

Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рисунок 6.1.1). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса. Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 6.1.1). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах («восточный» и «западный») в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца .

Рисунок 6.1.1 – Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM

Регенератор представляет собой упрощенный мультиплексор, имеющий один входной канал – как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рисунок 6.1.2). Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15 – 40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40 – 80 км. – для 1500 нм.

Рисунок 6.1.2 – Мультиплексор в режиме регенератора

Коммутатор . Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рисунке 6.1.3, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рисунок 6.1.4), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами.

В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы – SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рисунок 6.1.5). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.

Рисунок 6.1.3 – Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

Рисунок 6.1.4 – Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рисунок 6.1.5 – Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором: маршрутизация виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера; консолидация или объединение виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора; трансляци я потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи «точка – мультиточка»; сортировка или перегруппировка виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор; доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования; ввод/вывод виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода;

6.2 Основы построения топологии цифровой первичной сети

При построении топологии планируемой транспортной сети необходимо предусматривать необходимое резервирование сетевых элементов на аппаратном и сетевом уровне, резервирование трафика, увязать топологию сети с организацией ее управления и синхронизации, предусмотреть организацию соответствующих сетей доступа и их подключение к ЦПС .

Существует базовый набор стандартных топологий:

Топология «точка-точка». Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология «точка – точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 6.2.1). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).

Рисунок 6.2.1 – Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ.

Топология «последовательная линейная цепь» . Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунок 6.2.2, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 6.2.3. Последний вариант топологии часто называют «уплощённым кольцом».

Рисунок 6.2.2 – Топология «последовательная линейная цепь», реализованная на ТМ и TDM.

Рисунок 6.2.3 – Топология «последовательная линейная цепь» типа «уплощённое кольцо» с защитой 1+1.

Топология «кольцо ». Эта топология (рисунок 6.2.4) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии – лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток – запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рисунок 6.2.4 – Топология «кольцо» c защитой 1+1

Архитектура сети SDH . Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов. Например, радиально-кольцевая архитектура SDH сети фактически строится на базе использования двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь». Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение – соединение типа «кольцо-кольцо». Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH.

Линейная архитектура для сетей большой протяженности . Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рисунок 6.2.5) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.

Блоки MUX и LT (рисунок 6.2.5) конструктивно образуют единый модуль, основой которого является мультиплексор (МТ). Упрощённая структура трактов и секций сети SDH приведена на рисунке 6.2.5.

Рисунок 6.2.5 – Структура трактов и секций

Организация взаимодействия элементов транспортной сети, а также управления сетью достигается использованием определённых интерфейсов (рисунок 6.2.5)

SPI – физический интерфейс STM-N, точка подключения оптического волокна.

PI – физический интерфейс компонентных потоков в PDH, либо SDH, сюда же можно включать и неоктетные цифровые потоки, например, каналы цифрового ТВ, и так далее. Этот интерфейс может быть как электрическим, так и оптическим.

Т – интерфейс, предназначенный для передачи и приёма сигналов синхронизации.

Q – интерфейс сети управления, точка подключения соединительных линий для двухсторонней передачи информации от узлов управления.

F – интерфейс контроля. В эту точку подключается персональный компьютер (ПК), программное обеспечение которого позволяет контролировать состояние не только своей станции, но и станции своей сети .

В интерфейс Т включен сетевой элемент (СЭ), которым могут управлять или сигнал от первичного эталонного генератора (ПЭГ); или от ведомого задающего генератора (ВЗГ), или сигнал компонентного потока (КП), или линейный сигнал (ЛС). Кроме того, сигналы синхронизации могут быть поданы на сетевые элементы других систем. С выходов СЭ управляющие сигналы поступают в тракты передачи (Вых.2) и приёма (Вых.1).

Выводы по разделу

Кратко изложена информация о транспортных сетях, особенностях, преимуществах и тому подобное.

Контрольные вопросы

Дайте понятие первичной сети. Назовите основные функции транспортной сети связи. { информация }

Рассмотрев структуры многоуровневых моделей транспортных сетей, дайте сравнительную оценку сетей, указав их общие черты и отличия. { информация }

Каковы особенности технологии SDH? {информация}

Охарактеризуйте физический уровень транспортной сети. { информация }

Перечислите основные функциональные модули SDH. { информация }

В чём состоят функции мультиплексора ввода-вывода? { информация }

7.Выделите основные функции, выполняемые коммутатором. { информация }

Перечислите стандартные топологии транспортной сети. { информация }

Какие схемы построения транспортных сетей используются для повышения их надёжности и живучести? { информация }

Для чего используется интерфейс F? { информация }

Для организации информационного обмена между отдельными локальными и глобальными сетями развертывается транспортная сеть (ТС) реализующая сервисы транспортировки информационных потоков между отдельными абонентами, а так же предоставление информационных сервисов (таких как: радио, ТВ, факсимильная связь и др.) потребителям.

Транспортная сеть связи (backhaul ) - это совокупность ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

Рисунок 13.1 - Телекоммуникационная сеть состоящая из магистральной транспортной сети и абонентов, подключенных к ней через сети доступа

Как правило, транспортные сети разворачиваются в национальном масштабе. В РФ такой транспортной системой является взаимоувязанная сеть связи РФ (ВСС).

Взаимоувязанная сеть связи России сегодня представляет собой совокупность сетей (рис. 13.2):

Сети общего пользования,

Ведомственных сетей и сети связи в интересах управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка.

При этом главная составляющая ВСС - сети связи общего пользования, открытые для всех физических и юридических лиц на территории России.

Рисунок 13.2 - Структура ВСС РФ

Организационно ВСС - это совокупность взаимоувязанных сетей электросвязи, находящихся в ведении различных операторов связи как юридических лиц, имеющих право предоставлять услуги электросвязи. Архитектура ВСС РФ приведена на рис. 13.3.

Взаимоувязанная сеть связи, как система связи, представляет собой иерархическую трехуровневую систему:

Первый уровень - первичная сеть передачи, представляющая типовые каналы и групповые тракты передачи для вторичных сетей;

Второй уровень - вторичные сети, т. е. коммутируемые и некоммутируемые сети связи (телефонные, документальной электросвязи и др.),

Достоверность сообщений (соответствие принятого сообщения переданному);

Надежность и устойчивость связи, т.е. способность сети выполнить транспортную функцию с заданными эксплуатационными характеристиками в повседневных условиях,

При воздействии внешних дестабилизирующих факторов.

Системы связи могут обеспечить защиту информации от ряда угроз ее безопасности (блокирование, несанкционированный доступ на отдельных элементах сети и др.). Ответственность за общее решение вопросов безопасности информации (обеспечение свойств конфиденциальности, целостности и доступности) возлагается на пользователя (собственника информации).

Устойчивость сети связи - это ее способность сохранять работоспособность в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов. Она определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью сети.

Для повышения устойчивости сетей ВСС используются различные меры:

Оптимизация топологии сетей связи для упрощения их адаптации к условиям, возникающим в результате воздействия различных дестабилизирующих факторов, включая геополитические;

Рациональное размещение сооружений связи на местности с учетом зон возможных разрушений, наводнений, пожаров;

Применение специальных мер защиты сетей и их элементов от влияния источников помех различного характера;

Развитие систем резервирования;

Внедрение автоматизированных систем управления, организующих работу по перестройке и восстановлению сетей, поддержанию их работоспособности в различных условиях и др.

13.6. Этапы развития технологий транспортных и телекоммуникационных сетей

Телекоммуникационные системы в своем развитии прошли несколько этапов (рис. 13.9). На рис. 13.9, чем ниже лежит слой, соответствующей технологии , тем более высокоскоростной она является, а следовательно может обеспечивать передачу видов информации вышележащих технологий. Передача информации между вторичными сетями, построенными на базе различных телекоммуникационных технологий, осуществляется с использованием переходных элементов, называемых шлюзами, которые располагаются на их границах.

На первом этапе первичная сеть строилась на основе типовых каналов и трактов АСП.

Второй этап характеризовался созданием цифровых систем передачи на основе иерархии плезиохронных цифровых систем, которые образовывали первичную цифровую сеть. При этом на обоих этапах развития жестко закреплялся соответствующий ресурс первичной сети в виде типовых каналов и трактов за соответствующими вторичными сетями. Такой подход, основанный на жестком закреплении ресурсов первичной сети за вторичными сетями связи, не позволял осуществлять динамическое перераспределение ресурсов первичной сети в условиях нестационарной нагрузи различных видов информации, характеризовался использованием разнотипного каналообразующего и коммутационного оборудования и являлся не эффективным в экономическом плане. Наличие взаимного существования АСП и ЦСП вызвало необходимость решения задачи сопряжения между собой аналоговых каналов и трактов с цифровыми, что также приводило к дополнительному усложнению и повышению стоимости связи (модемы, АЦП-ЦАП, TMUX - трансмультиплексоры).

Рисунок 13.9 - Этапы развития телекоммуникационных технологий

Вторичные сети связи на этих этапах использовали, как правило, кроссовую коммутацию, традиционную коммутацию каналов аналоговых и цифровых, в телеграфных сетях связи применялась как коммутация каналов, так и коммутация сообщений, передача данных осуществлялась по некоммутируемым и коммутируемым каналам связи , а также с использованием метода коммутации пакетов. Видео и телевизионная информация передавалась по выделенным для этих целей широкополосных аналоговых или высокоскоростных цифровых трактах передачи АСП и ЦСП соответственно.

Третий этап развития телекоммуникационных систем связан с появлением новых технологий передачи информации, как при построении первичной сети, так и использовании новых технологий интегрального типа для построения вторичных сетей.

На этом этапе вторичные сети обеспечивают в едином цифровом виде совместную передачу различных видов информации, осуществляя динамическое перераспределение имеющегося ресурса между сообщениями различных видов информации. При этом в рамках каждой технологии вторичной сети используется однотипное коммутационное оборудование.

Основу первичной сети третьего этапа составляют цифровые системы передачи плезиохронной и синхронной иерархий, которые обеспечивают функционирование всех вторичных сетей, использующих различные методы оперативной коммутации: быструю коммутацию каналов, быструю коммутацию пакетов, коммутацию кадров, пакетов и ячеек.

В последнее время при развитии телекоммуникационных систем получила развитие концепция сетей связи следующего/нового поколения NGN (Next/New Generation Network). Концепция NGN предусматривает создание новой мультисервисной сети, при этом с ней осуществляется интеграция существующих служб путем использования распределенной программной коммутации (soft-switches).

Эволюция корпоративных сетей от аналого-цифрового варианта к NGN-архитектуре иллюстрируется рис. 13.10.

Рисунок 13.10 - Эволюция архитектуры телекоммуникационных сетей

Сети следующего поколения (NGN) представляют собой новую концепцию сети, комбинирующую в себе голосовые функции, качество обслуживания (QoS) и коммутируемые сети с преимуществами и эффективностью пакетной сети. Сети NGN означают эволюцию существующих телекоммуникационных сетей, отражающуюся в слиянии сетей и технологий. Благодаря этому обеспечивается широкий набор услуг начиная с классических услуг телефонии и кончая различными услугами передачи данных или их комбинацией.

Концепция NGN – концепция построения сетей связи следующего/нового поколения (Next/NewGeneration Network ), обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими настройками по их:

- управлению,

- персонализации,

- созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений,

Мультисервисная сеть – сеть связи, которая построена в соответствии с концепцией NGN и обеспечивает предоставление неограниченного набора инфокоммуникационных услуг (VoIP, Интернет, VPN, IPTV, VoD и др. ).

Сеть NGN – сеть с пакетной коммутацией, пригодная для предоставления услуг электросвязи и для использования нескольких широкополосных технологий транспортировки с включенной функцией QoS, в которой связанные с обслуживанием функции не зависят от примененных технологий , обеспечивающих транспортировку .

Возможности сети NGN:

- реализация универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией,

- вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы,

- интеграция с традиционными сетями связи.

Сеть NGN должна обладать широким спектром возможностей – предоставлять возможности (инфраструктуру, протоколы) для целей создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (известными или пока не известными). В данное понятие входят услуги, использующие данные различных типов (например, голосовые, видео, текстовые данные их различные комбинации и сочетания с другими типами данных).

Передача может осуществляться со всеми типами схем кодирования и технологий передачи данных, например диалоговые передачи, с адресацией конкретному устройству, групповой адресацией и вещанием, услуги передачи сообщений, простой передачи данных в реальном масштабе времени и в автономном режиме, с регулированием задержки и устойчивые к задержке услуги. Услуги, предъявляющие различные требованиями к ширине полосе, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться с учетом технических возможностей используемой технологии передачи данных.

Особое внимание в сетях NGN уделяется гибкости реализации услуг в стремлении к наиболее полному удовлетворению всех требований заказчика. В некоторых случаях возможно также предоставление пользователю возможности настройки используемых им услуг. NGN должна поддерживать открытые интерфейсы программирования приложений, чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами.

Обобщая вышеизложенное, можно сказать, что современное развитие телекоммуникационных сетей связи происходит через интеграцию всех функциональных возможностей, заложенных в модели транспортных сетей. Интеграция привела к созданию универсальных мультисервисных транспортных платформ с электрическими и оптическими интерфейсами , с электрической и оптической коммутацией каналов и пакетов (кадров и ячеек), с предоставлением любых видов транспортных услуг, включая услуги автоматически коммутируемых оптических сетей c сигнальными протоколами, основанными на обобщённом протоколе коммутации по меткам GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching).

На рис. 13.11 представлена обобщенная архитектура транспортной платформы, в которой указаны возможные источники информационной нагрузки, протоколы согласования и транспортные технологии по информации из работы .

Рисунок 13.11 - Обобщенная архитектура оптической мультисервисной транспортной платформы

Обозначения на рис. 13.11 :

PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия (скорости 2, 8, 34 и 140 Мбит/с);

N-ISDN, Narrowband Integrated Services Digital Network - узкополосная цифровая сеть с интеграцией служб (У-ЦСИС);

IP, Internet Protocol - межсетевой протокол;

IPX, Internet Packet eXchange - межсетевой обмен пакетами;

MPLS, Multi-Protocol Label Switching - многопротокольная коммутация по меткам;

GMPLS, Generalised MPLS - протокол обобщенной коммутации по меткам;

SANs, Storage Area Networks - сети хранения данных (серверы услуг, базы данных);

ISCSI, internet Small Computer System Interface - протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;

HDTV, High-Definition Television - телевидение высокой четкости;

ESCON, Enterprise Systems Connection - соединение учрежденческих систем (с базами данных, серверами);

FICON, Fiber Connection - волоконное соединение для передачи данных;

PPP, Point-to-Point Protocol - протокол «точка-точка»;

RPR, Resilient Packet Ring - протокол пакетного кольца с самовосстановлением;

HDLC, High-level Data Link Control - протокол управления каналом высокого уровня;

GFP, Generic Framing Procedure - процедура формирования общего кадра.

Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур , например, виртуальных контейнеров высокого и низкого порядков в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet .

Транспортные сети, формирующие проводные каналы связи между удален­ными беспроводными сетями, представляют собой совокупность (рис. 1.5):

– проводных линий связи (links), по которым передаются цифровые электриче­ские или оптические сигналы;

– сетевых узлов (network nodes), осуществляющих ретрансляцию сигналов (включая их мультиплексирование/ демультиплексирование) из одних прово­дных линий в другие посредством коммутаторов (на рис. 1.5 показана струк­тура транспортной сети, содержащая 9 коммутаторов, соединенных между собой 15-ю линиями связи).

Современные транспортные сети представляют собой смежные техниче­ские системы, детальные сведения о которых составляют отдельную область знаний . Краткие сведения о характеристиках этих сетей, связанные с после­дующим изложением сведений о BWN, сводятся к следующему (рис. 1.6).

1. Иерархический уровень реализации сетей служит основанием для их раз­деления на две разновидности – первичные и наложенные сети.

Первичные сети (transmission system) обеспечивают физический перенос электрических сигналов от исходного до конечного узла транспортной сети. Одна из важных функций первичных сетей заключается в мультиплексирова­нии/ демультиплексировании сигналов различных источников. Цифровой форме сигнала, которая используется в современных транспортных сетях, соответству­ет мультиплексирование с временным разделением (Time Division Multiplexing –

TDM). По способу синхронизации мультиплексируемых сигналов различают следующие разновидности первичных сетей:

– сети с плезиохронной цифровой иерархией (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), в которых мультиплексируемые сигналы близки к синхронным, но не строго синхронны; такие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 150 Мбит/с;

– сети с синхронной цифровой иерархией (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) в которых обеспечивается синхронность мультиплексируемых сигналов- та­кие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 10 Гбит/с.

Рис. 1.5. Структура транспортной сети

Очевидно, что скорости передачи информационных потоков в сетях обеих разновидностей позволяют создавать на их основе транспортную инфраструк­туру, удовлетворяющую потребностям развертывания современных BWN.

Наложенные сети (Overlay Network) на основе первичных сетей обеспе­чивают формирование каналов проводной связи и перенос сообщений между входными и выходными узлами. Наложенные сети дополняют первичные сети всеми ресурсами, необходимыми для обеспечения проводного транспорта сиг­налов. Наиболее распространенные разновидности наложенных сетей: – коммутируемая телефонная сеть общего пользования (Public Switche Telephone Network – PSTN), рассчитанная на предоставление каналов со ско­ростью передачи цифровых потоков до 64 кбит/с; такие каналы называют ба­зовыми цифровыми каналами (Digital Signal 0 – DS0 или Bearer channel – channel);

– цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network), рас­считанная на предоставление 23 базовых цифровых каналов в США, и 30 – в Европе (суммарные значения скоростей передачи данных соответственно равны 1.544 Мбит/с и 2.048 Мбит/с);

коммутируемая сеть передачи данных (Public Switched Data Network – PSDN) предназначенная для реализации пакетной передачи данных; примером такой сети является Internet.

Рис. 1.6. Критерии классификации транспортных сетей

2. Способ передачи сообщений. По способу передачи сообщений, все транс­портные сети классифицируются по двум признакам: форма представления со­общений во временной области и способ взаимосвязи абонентов в процессе ин­формационного обмена.

По форме представления во времени сообщение может быть непрерыв­ным (circuit mode) или пакетным (packet mode). Непрерывная форма харак­теризуется неделимостью сообщения на протяжении сеанса связи, пакетная, напротив, его разделением на части, каждая из которых передается отдельно (с последующим восстановлением целостности сообщения посредством объ­единения всех частей в надлежащем порядке узлом получателя). Непрерыв­ность сообщения эквивалентна установлению между исходным и конечным узлами транспортной сети замкнутой линии электрической связи (circuit),

что поясняет происхождение англоязычного термина для обозначения непп рывной передачи. Пакетирование сообщения сочетается с двумя способами передачи пакетов – либо по единой электрической линии, неизменной для всех пакетов сообщения, либо посредством независимой передачи транс­портной сетью каждого пакета, которые в этом случае именуются дейта граммами (datagram).

Форма взаимосвязи абонентов при транспорте сообщений определяется по наличию/отсутствию предварительной договоренности контактирующих сто­рон об обмене сообщениями. Различают две разновидности взаимосвязи або­нентов:

– связь с установлением соединения (connection oriented), соответствующая транспорту сообщений по пути, неизменному на протяжении сеанса связи- установление пути предшествует передаче сообщения (например, по линиям’, связывающим узлы 1 – 4 – 5 – 9 на рис. 1.5);

– связь без установления соединения (connectionless oriented), при которой транспорт сообщений сетью осуществляется без предварительного уста­новления маршрута его передачи; подразумевается возможность прохож­дения различных пакетов/частей сообщения различными путями (напри­мер, в сети, показанной на рис. 1.5, при передаче сообщения между узлами 1-9 возможна передача одного пакета через узлы 4-5, другого – через узлы 7-8, третьего – через узлы 2-3).

Передача без установления соединения может осуществляться только в пакетной (дейтаграммной) форме; непрерывная передача сообщений – только при установлении в транспортной сети соединения; пакетная фор­ма сообщений может подразумевать возможность установления соедине­ния, однако осуществляться без такового. Примером пакетной передачи с установлением соединения является передача IP-пакетов по сетям PSTN и ISDN.

3. Каналы связи транспортной сети принято классифицировать, исходя из формы реализации соединения между конечными узлами линии и пропускной способности каналов.

Реализация соединения между узлами может быть как «физической», так и виртуальной.

Физическое соединение осуществляется путем формирования составной линии, включающей ряд межузловых линий типа «точка-точка» и соединяю­щие их коммутаторы с фиксированным направлением коммутации от входящей к исходящей межузловой линии. Например, физическое соединение узлов 3 и 7 на рис. 1.5 образуется путем создания составной линии, включающей узлы 3, 5, 6, 7 и три межузловых отрезка. Типовым примером транспортных сетей с физической реализацией соединения (circuit mode) могут служить сети PSTN и ISDN.

Виртуальная реализация соединения заключается в пакетной передаче со­общений при неизменном маршруте их следования в транспортной сети (т.е. при неизменном перечне узлов и соединительных линий). Постоянство марш­рута обеспечивается запоминанием направления передачи пакетов (packet switching) в коммутаторах сети. Запоминание осуществляется либо только на время передачи сообщения, чему соответствуют понятие коммутируемого виртуального канала (switched virtual circuit), либо на длительное время, чему соответствуют понятие постоянного виртуального канала (permanent virtual channel).

Создание коммутируемых каналов осуществляется по запросу источника сообщения автоматически, создание постоянных каналов – администратором сети. Примерами виртуальных сетей являются сети PSDN.

Пропускная способность канала, под которой подразумевают возмож­ности последнего по переносу информации за определенный промежуток времени, определяется разновидностью используемых кабельных линий и особенностями мультиплексирования сигналов в коммутаторах. В совре­менных транспортных сетях используют кабели с двумя типами направ­ляющих сред (проводные медные и оптоволоконные) и два упоминавшихся выше способа мультиплексирования – плезиохронный (PDH) и синхрон­ный (SDH). Типовым (но не обязательным) является сочетание использо­вания проводных медных линий с применением PDH и оптоволоконных линий с применением SDH. Первому сочетанию соответствует пропускная способность до 150 Мбит/с, второму – до 10 Гбит/с. Технология синхрон­ного мультиплексирования допускает «надстройку» последнего над пле- зиохронным: таким образом, менее скоростные линии с плезиохронными цифровыми потоками могут подключаться к более скоростным линиям с синхронными потоками.

Цифровые потоки технологии плезиохронных сетей стандартизированы в трех вариантах стандартов: Европейском (Ех), Американском (Тх) и Японском (Jx). Несмотря на общие принципы, в каждом из них использованы различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Каждый из стандартов охватывает несколько уровней цифровой иерархии и имеет несколь­ко символьных обозначений, описывающих технические характеристики интер­фейса и соответствующую скорость передачи данных:

– стандарты Ех, в соответствии со значениями обеспечиваемых скоростей передачи данных, обозначаемые символами Е0, El, Е2, ЕЗ, Е4, Е5;

– стандарты Тх, обозначаемые Tl, Т2, ТЗ, Т4 и Т5 (приняты в США, Японии и Корее);

– стандарты Jx, обозначаемые Jl, J2, J3, J4, J5, хотя чаще встречается другое обозначение: DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, появившееся в результате согласова­ния японской и американской версий стандартов ввиду близости их характе­ристик (фактическая схожесть имеет место для первых двух иерархических уровней).

Базовым цифровым потокам обоих стандартов – Е0 и DS0 – соответствуют одинаковые значения скоростей передачи данных – 64 кбит/с. Иерархия скоро­стей цифровых потоков Е- и Т-версий приведена в табл. 1.1. На практике наи­большее распространение получили цифровые линии El, Т1 и ЕЗ, ТЗ,

Системы SDH, соответствующие международным стандартам синхрс ных первичных транспортных сетей, и системы SONET (Synchronous Opti< Network), отвечающие стандартам США, обеспечивают мультиплексирован цифровых потоков со скоростями порядка сотен и тысяч Мбит/с, что на один-j порядка превышает значения скоростей в плезиохронных системах. Частичн перекрытие стандартизированных значений скорости цифровых потоков дв разновидностей соответствует верхним иерархическим уровням PDH и нижн иерархическим уровням SDH. Базовому значению STM-0 скорости синхроны транспортных систем (Synchronous Transport Mode – STM) соответствует ci рость битового потока 48,96 Мбит/с. Сведения о скоростях передачи данн более высоких уровней (STM-x) представлены в табл. 1.2.

Оптоволоконные кабели обеспечивают передачу информационных noroi со скоростями до 10 Гбит/с, что соответствует стандарту STM-64 (5-го уроЕ иерархии скоростей). Различия скоростей передачи полезной нагрузки (paylo; и общей скорости потока в линиях (line rate) связана с «накладными расходам] обусловленными необходимостью сопровождения полезной информации разнс рода служебными сообщениями, обеспечивающими синхронную передачу }