Введение в технологии оптических сетей

f t)nTji4ecKHe; сети предоставляют возможность транспортировки аудио-, видео- и обычных даннкх с помощью оптической передачи и систем коммутации. В настоя- jpfefi главе рассматриваются традиционные структуры, такие как SONET/SDN и новые F подходы, такие цак использование протокола IP с DWDM-мультиплексированием, технологий Gigabit, Ethernet и ATM. В последнее время была начата разработка обору- | дования и создание органов стандартизации, которые определяют средства сигнализа- в ции и коммутации в, оптических сетях. В настоящей главе обсуждаются последние разработки в области управлении и контроля оптических сетей таких организаций, tpKlETF, OIF и ITU. л

Что такое оптическая сеть?

Шод оптическими сетями понимаются сети, которые обеспечивают оптические маршруты между провайдерами служб и пользователями. С помощью оптических сетей осуществляются соединения между корпорациями и частными помещениями для передачи данных по оптоволоконному кабелю (Fiber То The Ноше — FTTH). Оптические сети предоставляют, необходимую инфраструктуру для удовлетворения требова- *’ний относительно пропускной способности в настоящее время и в будущем. Оптические передающие среды позволяют работать в сети узкополосным, широкополосным и широковещательным приложениям. По мере того как возрастает потребность в более широкой полосе пропускания, оптические сети становятся единственной средой, способной удовлетворить эти постоянно возрастающие требования.

Развитие оптических сетей требует углубленного обсуждения их функционирования^ Существует; и используется большое количество структур, устройств, кросс- ■ соединений и коммутаторов. В настоящем разделе рассматриваются только реальные реализации оптических сетей; при этом особое внимание уделяется крупным сетям. Оптическим сетям присущи и определенные электрические характеристики; по этой причине в настоящей главе рассматривается также унаследованное оборудование сетей предприятий и провайдеров служб.

|gi|*: В последующих разделах кратко описываются различные типы оптических сетей.

& –

Мультиплексирование по частотам и мультиплексирование с уплотнением по частотам

Мультиплексирование по частотам и мультиплексирование с уплотнением по частотам обеспечивают оптические маршруты к провайдерам служб и от них, используя оптические устройства с высокой плотностью каналов. Союз ITU разработал спецификации для оптических передатчиков, используюших различные методы фильтрации (таких, в частности, как дифракционные волновые решетки (Arrayed Waveguide Grating — AWG) и оптические усилители (такие как EDFA), которые позволяют работать как с коммутируемыми каналами, так и с каналами данных.

Оптический кабель к домашнему офису пользователя (Fiber to the Home — FTTH)

Оптические сети могут предоставлять оптические маршруты непосредственно от провайдера службы к домашнему офису пользователя. Использование оптических инфраструктур позволяет провайдерам службы коммерчески эффективно предоставлять полосу пропускания непосредственно потребителям. Для телеработников использование FTTH предоставляет настоящее широкополосное соединение. FTTH позволяет объединять данные мультимедийных приложений и допускает расширение полосы пропускания по мере необходимости.

Полностью оптические сети

Под полностью оптическими сетями (All-Optical Network — AON) понимаются сети, обеспечивающие сквозные оптические маршруты между провайдерами служб и пользователями. Полностью оптические сети дают возможность передавать данные и коммутировать каналы и пакеты используя только оптическую форму сигналов. Передавая данные и осуществляя коммутацию в такой форме, промышленные потребители и провайдеры служб могут уменьшить количество оборудования, требуемого для регенерации электрических сигналов. Преимущество использования AON состоит в значительном уменьшении стоимости создания оптической сети и управления такой сетью.

Сети позволяют предоставлять службы непосредственно по оптоволоконному кабелю без промежуточных уровней, иными словами, оставаясь на физическом или световом уровне. Поскольку при передаче световых квантов по оптоволоконному каналу возникают различные проблемы, для их разрешения сетевыми провайдерами используются электрические усилители и регенераторы. В сетях AON используются методы передачи изолированных волн с помощью оптических усилителей (Raman) по оптоволоконному кабелю, что позволяет избежать операций электрической регенерации, восстановления формы и синхронизации. Аналогично фотонам, изолированные волны имеют дистанционные ограничения; однако их настройка и восстановление формы могут быть выполнены на физическом уровне. AON-сети, использующие коммутацию, также могут быть реализованы на световом уровне. Некоторые оптические методы (такие, как MEMS) позволяют коммутировать световые сигналы.

Все оптические сети делятся на оптические сети городского масштаба (metropolitan area network — MAN) и базовые оптические сети (также называемые междугородными — long-haul network).

Оптические сети городского масштаба

Взрывной рост Internet и промышленных приложений порождает потребность в распределенных сетях предприятий и провайдеров служб. Например, такие приложения, как электронная коммерция, консолидированное хранение и интеграция служб, изменяют весь характер работы промышленных пользователей и провайдеров служб. Службы оптических сетей городского масштаба включают в себя доступ к сети и использование базовой службы MAN. Оптические сети MAN соединяют между собой центральные офисы и/или точки присутствия службы (Point Of Presence — POP) и базовые точки подписчика (сети доступа). Для последующей передачи службы обычно группируются в крупные магистрали данных/каналов.

Базовые оптические сети

Базовые оптические сети расположены между центральными офисами и/или точками присутствия (POP) службы и соединены друг с другом с помощью оптоволоконного кабеля, способного передавать данные на большие расстояния (long-haul), дальние расстояния (extended long-haul) и сверхдальние расстояния(икга long-haul). Объединенные данные служб оптических сетей городского масштаба передаются на большие расстояния к другим центральным офисам и/или точкам присутствия РОР- служб. Более подробное описание такой передачи приведено в разделах "Сети для передачи данных на большие расстояния", "Сети для передачи данных на дальние расстояния", и "Сети для передачи данных на сверхдальние расстояния".

Пассивные оптические сети

Пассивные оптические сети (Passive Optical Network — PON) могут быть подразделены на две категории — домашние (residential) и коммерческие (business). Хотя сети PON могут рассматриваться как зрелая и установившаяся технология, они все же не достигают уровня крупномасштабной реализации. Сети PON состоят из модулей оптической сети (Optical Network Unit — ONU) и терминалов оптических сетей (Optical Network Terminal — ONT).

Обычно сети PON создаются в тех случаях, когда пользователи пытаются извлечь финансовые преимущества из асимметричных требований к полосе пропускания. Использование экономичных оптических разделителей позволяет передавать оптическую энергию (сигналы) в несколько различных мест. Обычно потоки данных в нисходящем направлении (потоки данных от провайдера службы) к пользователю требуют большей полосы пропускания, чем восходящие потоки данных (от пользователя). Используются также недорогие оптические трансиверы (приемопередатчики) с распределенной обратной связью (distributed feedback — DFB). В большинстве случаев сети PON используются компаниями, предоставляющими кабельные службы и соответствующее оборудование. Сеть PON может также быть частью гибридной сети. Гибридные сети используют небольшую стоимость сетей PON для предоставления пользователям объединенных широкополосных мультиме- диа-служб, а также существующих унаследованных узкополосных служб.

Домашние и коммерческие PON-сети

У сетей PON имеется два вида пользователей —коммерческие и частные (домашние) пользователи. Коммерческим пользователям требуется более широкая полоса пропускания, чем частным; в действительности, коммерческие пользователи могут даже продавать службы частным пользователям по той же самой инфраструктуре. Сети PON представляют собой решение задачи оптического доступа, которое не требует дополнительных затрат энергии и позволяет обслуживать несколько малых/домашних офисов (Small Office/Home Office—SOHO), коммерческих фирм и частных пользователей по одному оптоволоконному кабелю. Информация передается между пользователем и службами коммерческого приложения. По договоренности с провайдером пользователи могут получать либо свою собственную отдельную длину волны, либо поток данных. Обычно требования домашних пользователей к полосе пропускания ограничиваются некоторым максимальным объемом потока данных. Офисы SOHO и другие коммерческие пользователи обычно получают более широкую полосу пропускания и их потоки данных более симметричны, чем у домашних пользователей. При построении сети PON требования коммерческих пользователей и домашних пользователей рассматриваются и дифференцируются с помощью различных видов соглашений об уровне обслуживания (Service Level Agreement — SLA).

Модули оптических сетей и терминалы оптических сетей

Модули оптических сетей (Optical Network Unit — ONU) используются для агрегирования (объединения) терминалов оптических сетей (Optical Network Terminal — ONT). Терминалы ONT используются коммерческими и домашними пользователями в качестве терминирующего оборудования службы для доставки данных из сети и/или передачи данных в сеть. Обычно один модуль ONU может обслуживать до 32 терминалов ONT. Модули ONU, как правило, расположены в центральном офисе и/или в удаленном здании; в тех случаях, когда оборудование является устойчивым к значительным колебаниям температуры, они могут быть установлены на каком-либо возвышении.

Пассивные оптические сети Ethernet

Пассивные оптические сети Ethernet (Ethernet Passive Optical Network — EPON) предоставляют службы Ethernet или службы протокола IP непосредственно по оптоволоконному кабелю без участия уровней ATM или SONET. При использовании служб гигабитового Ethernet (Gigabit Ethernet — GE) и/или 10- гигабитного Ethernet (10-Gigabit Ethernet — 10GE), данные которых непосредственно используются DWDM-мультиплексированием, провайдеры служб могут коммерчески эффективно предоставлять пользователям широкополосные и узкополосные службы Ethernet/IP. Более подробно о сетях PON рассказывается в разделе "Пассивные оптические сети".

Сети доступа городского масштаба (сети MAN)

Современное состояние окружающей среды и условия работы предприятий и провайдеров служб изменили ландшафт традиционных сетей. Традиционные сети доступа обычно включали в себя все оборудование, находящееся в радиусе 40 км от центра коммутации службы (POP, TDM-коммутатор и т.д.). Сети MAN в настоящее время могут включать в себя MAN-сети доступа и базовые MAN-сети благодаря интегрированным решениям DWDM. Это позволяет предприятию и провайдерам службы иметь metro-сети доступа в радиусе от 40 до 80 км и базовые MAN-сети в радиусе до 200 км.

Как MAN-сети доступа, так и базовые MAN-сети, позволяют провайдерам службы собирать потоки данных пользователя и, в некоторых случаях, обеспечивать коммутацию и маршрутизацию в сети, если в этом есть необходимость. Если требуется обработка данных и их передача, то эти функции осуществляются в точке присутствия POP и/или коммутирующем центре межофисного оборудования.

Прозрачные оптические сети

Пользователи, которым необходимо прозрачно передавать свои службы без постороннего вмешательства, используют прозрачные оптические сети. Обычно пользователям требуется передавать конфиденциальные данные, а также данные, которые они или их партнеры не хотят реформатировать в существующих унаследованных или новых системах следующего поколения. В сущности, прозрачные оптические сети предоставляют пользователям возможность передать свои оптические сигналы преобразователям (transponders), которые не принимают во внимание скорость передачи по оптической линии и не влияют на нее и на способ создания фреймов. Прозрачные оптические преобразователи встречаются в сетях доступа, MAN-сетях и в транспортных сетях.

Транспортные сети

Транспортные сети осуществляют оптическое соединение между городскими сетями доступа и базовыми городскими сетями. Транспортные сети используют оборудование передачи данных на большие (long-haul), дальние (extended long- haul) и сверхдальние (long-haul) расстояния для предоставления предприятиям и провайдерам служб транспортных каналов для всех служб на расстояниях от 80 до 200 км. Сети OTN используют спроектированные союзом ITU и/или компанией Telcordia (BellCore) системы для передачи данных, обработанных или коммутируемых с помощью TDM и/или иных потоков данных в другие коммутирующие центры и из них, IOF, а системы SONET, SDH и PDH используются в транспортных сетях.

Сети передачи данных на большие расстояния

Возможность передавать службы каналов и данных между большими MAN-сетями доступа является в высшей степени желательной. Сети передачи данных на большие расстояния (Long-Haul — LH) обеспечивают передачу обработанных данных, данных канальных и пакетно-агрегированных служб между центральными офисами, а также между центральными офисами и точками присутствия (POP) служб. Это осуществляется с использованием лазеров WDM- и DWDM-мультиплексирования, фильтров и оптических усилителей.

Пакетные и канальные потоки данных обрабатываются в центрах коммутации и центрах IOF, после чего плотно упаковываются для создания оптической полезной нагрузки, которая будет оптическим путем передаваться в восходящем направлении на расстояние до 600 км другим центрам коммутации, IOF-центрам или пользователям.

Скорости передачи по оптической линии для междугородных сетей обычно соответствуют стандартам OC-48/STM-16 и OC-192/STM-64. Расстояние и мощность определяются типом лазера, оптоволоконного кабеля и типом мультиплексирования. Использование непосредственно подсоединенных электрических преобразователей позволяет электрически регенерировать оптические сигналы, выполнять повторную синхронизацию и заново создавать фреймы, что позволяет восстановить форму оптического сигнала и увеличить дальность его распространения.

Сети передачи на дальние расстояния

Такие сети представляют собой относительно новую сетевую топологию, которая позволяет провайдерам предоставлять службы на расстояниях междугородных и сверхдальних сетей. При использовании гибридной техники EDFA и усиления Raman могут быть достигнуты расстояния передачи от 600 до 2500 км. Сети дальней передачи (Extended Long-Hau) — ELH) позволяют коммерчески эффективно передавать с помощью оптических сигналов пакетные потоки данных и канальные потоки данных без необходимости использовать оптическую регенерацию на расстояниях до 2500 километров.

Сети передачи на сверхдальние расстояния

Сети передачи на сверхдальние расстояния (Ultra-Long-Haul — ULH) используются для потоков данных, которые требуется передавать на расстояния свыше 600 км. Сети ULH могут быть также использованы в тех же областях, где используются сети LH и ELH. Однако в основном сети ULH используются на расстояниях в несколько тысяч километров, включая подземные оптические сети или океанские сети. Наземные оптические ULH-сети используются в тех случаях, когда использование электрических регенераторов делает их развертывание экономически выгодным.

При этом обычно используется AON-технология, позволяющая передавать оптические сигналы без электрической регенерации, повторной синхронизации и восстановления формы сигнала. Системы световой передачи не требуют опто- электронной регенерации. Следует отметить, что для передачи данных в сетях ULH требуется большое количество электрических регенераторов и мультиплексоров обрыва и вставки (Add Drop Multiplexer — ADM). Отсутствие необходимости в электрических регенераторах и мультиплексорах ADM позволяет добиться значительной операционной и финансовой экономии. Сети ULH предоставляют тот же самый уровень восстановления данных, инициализации и производительности сети, как и у традиционных сетей SONET/SDH.

На рис. 23.1 проиллюстрирована сложность оптических сетей ULH. При использовании оптического Raman-усиления провайдеры могут уменьшить количество электрических регенераций и используемого оборудования. Это особенно важно в вопросах операционной поддержки, в частности, в подземных и в океанских оптических сетях.

Рис. 23.1 Сеть передачи на сверхдальние расстояния

Оптические сети Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet

Непосредственные преобразования Gigabit Ethernet (GE) и 10 Gigabit Ethernet (10GE) в оптическую сеть позволяет коммерчески эффективно удовлетворить требования пользователя к широкой полосе пропускания в настоящее время и в будущем. Непосредственная работа протокола IP по оптической линии не требует неблокирующих кросс-соединений, которые требуются для масштабируемости оптического порта. Устройства GE и 10GE могут использовать функции 1-го, 2-го и 3-го уровней, что увеличивает функциональность службы, ее производительность и расширяемость. Оптические сети GE и 10GE могут быть соединены между собой с помощью высокопроизводительных маршрутизаторов, что обеспечивает масштабируемость, восстановление и прозрачность побитовой передачи. Пакетные сети не имеют границ для службы и физического уровня.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100