Топология и архитектура сетей sdh

3. Топология и архитектура сетей sdh

3.1 Топология сетей SDH

Рассмотрим топологию сетей SDH и особенности ее выбора. Для того, чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, постеленная в ТЗ на стадии проектирования. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей упра­вления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.

3.1.1 Топология "точка-точка"

Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология "точка-точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис. 3.1). Она может быть реализована с помощью терми­нальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электри­ческие или оптические агрегатные выходы (каналы приема/передачи). При выходе из строя основ­ного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный.

Рис. 3.1 Топология "точка - точка", реализованная с использованием ТМ

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по транс­океанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, напри­мер, с 622 Мбит/с (STM-4) на 2,5 Гбит/с (STM-16) или с 2,5 (STM-16) на 10 Гбит/с (STM-64). Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (используется в качестве радиу­сов) и является основой для топологии "последовательная линейная цепь". С другой стороны, топо­логию "точка-точка" с резервированием можно рассматривать как вырожденный вариант топологии "кольцо" (см. ниже).

Рекомендуемые материалы

3.1.2. Топология "последовательная линейная цепь"

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и су­ществует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводится и выводиться кана­лы доступа. Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает после­довательную линейную цепь, где каждый мультиплексор ввода/вывода является отдельным ее зве­ном. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резер­вирования, как на рис. 3.2, либо более сложной цепью с резервированием типа 1 + 1, как на рис. 3.3. Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом.

     Рис. 3.2. Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM

Рис. 3.3. Топология "последовательная линейная цепь" типа "уплощенное кольцо" с защитой 1+1

3.1.3. Топология "звезда", реализующая функцию концентратора

В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например, циф­ровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам (рис. 3.4). Ясно, что этот концентратор дол­жен быть активным и интеллектуальным (в терминологии локальных сетей), т.е. быть мультиплексо­ром ввода/вывода с развитыми возможностями кросс-коммутации. Иногда такую схему называют оптическим концентратором (хабом), если на его входы подаются частично запол­ненные потоки уровня STM-N (или потоки уровня на ступень ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напоминает топологию "звезда", где в качестве центрального узла исполь­зуется мультиплексор SDH.

Рис. 3.4. Топология "звезда" с мультиплексором в качестве концентратора

3.1.4. Топология "кольцо"

Эта топология, широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и ре­зервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток - запад, дающих воз­можность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рис. 3.5. Топология "кольцо" с защитой 1+1 на уровне трибных блоков TU-n

Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанав­ливаться, т.е. быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов. Поэтому есть смысл остановиться на них подробно в следующем разделе.

3.2 Архитектура сетей SDH

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использо­вания рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учиты­вая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, мы рассмот­рим здесь только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа "точка-точка") топологий или топологии по­следовательной линейной цепи.

3.2.1. Радиально-кольцевая архитектура

Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведен на рис. 3.6. Эта сеть фактически по­строена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь". Вместо последней может быть использована более простая топология "точка-точка". Число радиальных ветвей ограничивается из соображений допустимой нагрузки (общего числа каналов дос­тупа) на кольцо.

Рис. 3.6 Радильно-кольцевая сеть SDH

3.2.2 Архитектура типа "кольцо-кольцо"

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. На рис. 3.7 показана схема соединения двух колец одного уровня - STM-4 с помощью интерфейсных карт STM-1, а на рис. 3.8 - каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4, STM-16. При таком соединении можно использовать необходимые оптические трибы предыдущего иерархического уровня при переходе от кольца одного уровня к другому (например, триб STM-1 при переходе на кольцо STM-4 и триб STM-4 при переходе на кольцо STM-16).

Рис. 3.8 Каскадное соединение колец разного уровня (STM-1 — STM-4 — STM-16)

с помощью оптических трибов

3.2.3. Линейная архитектура для сети большой протяженности

Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте (в линейном тракте) между ТМ (рис. 3.9) должны быть установлены кроме общего проходного коммута­тора еще и регенераторы для восстановления (регенерации) затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, спе­цифицированных в рекомендациях ITU-T Rec. G.957 и Rec. G.958.

Рис. 3.9 Сеть SDH большой протяженности со связью типа "точка-точка" и ее сегментация

Принято различать три типа стандартизованных участков - секций: оптическая секция (участок от точки электронно-оптического до точки опто- электронного преобразований сигнала), ко­торая по сути являются участком волоконно-оптического кабеля между элементами сети SDH (на рис. 3.9 не показано), регенераторная секция и мультиплексная секция (рис. 3.9).

Оптические секции нормируются, по длине, при этом выделяют три категории:

I - внутристанционная секция, длиной до 2-х км, S - короткая межстанционная секция, порядка 15 км, и L - длинная межстанционная секция, порядка 40 км (при длине волны 1310 нм) и 80 км (при длине волны 1550 нм). Указанные длины секций используются только для классификации и не могут рассматриваться как рекомендуемые значения используемых технических парамет­ров. Общая длина маршрута может составлять при этом сотни или же тысячи километров. Маршрут  рассматривается как участок тракта между терминальными мультиплексорами, допускающий автоматическое поддержание функционирования сети с номинальной производительностью.

Мультиплексная секция рассматривается как участок тракта между транспортными узлами (мультиплексорами и коммутаторами), допускающий аналогичное автоматическое поддержание функционирования.

Регенераторная секция рассматривается как участок тракта между двумя регенераторами или между регенератором и другим элементом сети SDH. Для аналогичных определений ис­пользуются опорные точки А (вход/выход волокна) и С (вход/выход начала/окончания регенератор­ной секции RST) в схеме представления регенераторной секции, определенные в стандарте ITU-T Rec. G.783.

Описанный выше секционный заголовок SOH фрейма STM-N, содержащий управляющую инфор­мацию, делится, как указывалось, на две части: RSOH - заголовок регенераторной секции - 27 байтов (строки 1-3, столбцы 1-9) и MSOH - заголовок мультиплексной секции - 47 байтов (строки 5-9, столбцы 1-9). Регенераторная секция обрабатывает RSOH, который содержит синхросигнал, а также управляющую и контрольную информацию, позволяющую локализовать поврежденную сек­цию. Этот заголовок, будучи сформированным и введенным в фрейм на входе RST, считывается каж­дым регенератором и выводится из фрейма на выходе RST.

Классификация секций приведена в таб. 3.1. Она дает стандартное обозначение секций в зави­симости от уровня STM (1, 4, 16) и приведена для указанных трех типов применения: внутри стан­ции (код использования I), между станциями - короткая секция (код использования S), между стан­циями - длинная секция (код использования L). В общем случае кодировка типов использования линейных регенераторных секций как оборудования SDH включает три элемента и имеет формат:

<код использования> - <уровень STM> . <индекс источника>

Здесь код использования и уровни STM приведены выше, а индекс источника имеет следую­щие значения и смысл:

- 1 или без индекса - указывает на источник с длиной волны 1310 нм;

- 2 - указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего рекомен­дациям G.652 (секции S) и G.652, G.654 (секции L);

- 3 - указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего рекомен­дации G.653.

Например, обозначение L-4.3 расшифровывается как длинная межстанционная регенератор­ная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник света с длиной волны 1550 нм.

Таблица 3.1 Классификация стандартных оптических интерфейсов

3.2.4. Архитектура разветвленной сети общего вида

В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных для гло­бальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mash) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршруты, ис­пользуемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по осно­вному пути. Это, наряду с присущим сетям SDH внутренним резервированием, позволяет повысить надежность всей сети в целом. Причем при таком резервировании на альтернативных маршрутах мо­гут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основ­ном маршруте используется волоконно-оптический кабель (ВОК), то на резервном - радиорелейная линия (РРЛ), или наоборот.

На рис. 3.10 представлена архитектура такой разветвленной (глобальной) сети, остов (или опорная/магистральная сеть) которой сформирован для простоты в виде одной сетевой ячейки, уз­лами которой являются коммутаторы типа SDXC, связанные по типу "каждый с каждым". К этому ос­тову присоединены периферийные сети SDH различной топологии, которые могут быть "образами" либо корпоративных сетей (с выходом на LAN), либо общегородских сетей SDH или MAN (ОГС), либо сегментов других глобальных сетей WAN (ГСС). Эта структура может рассматриваться как некий об­раз глобальной сети SDH.

Рис. 3.10 Разветвленная сеть SDH с каскадно-кольцевой и ячеистой структурой

Еще один пример сети SDH общего вида приведен на рис. 3.11. Эта сеть рассматривается как пример законченного решения сети, связывающей сегменты, использующие как топологии SDH, так и PDH.

Рис. 3.11 Сеть общего вида с сегментами PDH и SDH

Схема сети (рис. 3.11) состоит из трех колец SDH, связанных между собой тремя сегментами. Два верхних кольца STM-4 связаны последовательной линейной SDH цепью уровня STM-16. Левые верхнее (STM-4) и нижнее (STM-1) кольца связаны линией Е4 PDH (140 Мбит/с), терминальные муль­типлексоры PDH которой PSM-1 на уровне триба Е4 непосредственно связаны с SDH мультиплексорами SDM-1. Замыкающее звено между правым верхним и нижним кольцами SDH ис­пользует кросс-коммутатор T::DAX, связанный на уровне PDH трибов с двумя мультиплексорами SDM-1 нижнего кольца STM-1 с одной стороны и мультиплексором SDM-1 с другой. Последний вы­полняет несколько функций:

- терминального мультиплексора последовательной линейной цепи SDM-1;

Рекомендуем посмотреть лекцию "33 Острый лимфобластный лейкоз".

- мультиплексора ввода/вывода для сети доступа, организуемой через РСМ-2, и потоков от кросс-коммутатора T::DAX;

- концентратора-коммутатора потоков между T::DAX, верхним кольцом STM-4, линейной цепью SDM-1 и PDH мультиплексором РСМ-2 в сети доступа.

Наконец, сети SDH общего вида можно рассматривать как транспортную сеть для ATM трафика, учитывая, что виртуальные контейнеры VC-n могут нести в упакованном виде поток ATM ячеек в качест­ве полезной нагрузки. Можно отметить, что в настоящее время стандартизованы процедуры такой упа­ковки (инкапсуляции) ATM ячеек в виртуальные контейнеры VC-4 и VC-4-Xc, используемые в схемах мультиплексирования SDH (более подробно см. рекомендации ITU-T G.709).

Для сопряжения SDH и ATM сетей (рассматриваемых как сети доступа) уже сейчас существуют коммутаторы доступа ATM, осуществляющие упаковку ячеек ATM в виртуальные контейнеры SDH. Одним из них является, например, коммутатор АТоМ компании ECI. Схема общей сети SDH и ATM сети доступа приведена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Сеть SDH - ATM, использующая технологию ATM в сетях доступа