Системы SDH второго поколения — NGSDH

Долгое время технология SDH доминировала в качестве основы по­строения цифровых первичных сетей, а позже стала основной технологи­ей для магистральных сетей связи. Диапазон скоростей достиг 10 Гбит/с при высоком уровне надежности, управляемости и гибкости.

При переходе от традиционных цифровых сетей к NGN перед техно­логией SDH возникла задача существенного преобразования своей струк­туры, чтобы соответствовать требованиям времени. Сделать это оказа­лось непросто, так как изначально система SDH была ориентирована на коммутацию каналов в первичной сети и не была адаптирована к использованию ее в качестве системы передачи пакетного трафика.

 

Для адаптации технологии SDH к новым требованиям NGN было разработано несколько технологий: PoS, LAPS, ATM, GFP и другие. В демократичном мире NGN все технологии нашли свое место, хотя некоторые из них существенно снизили эффективность использования ресурсов SDH. Они образовали семейство систем SDH второго поколе­ния, или технологию NGSDH. Таким образом, в результате многолетней работы проблемы адаптации были решены, и технология NGSDH стала одной из распространенных технологий транспортных сетей NGN.

Глубокий анализ технологии NGSDH и происходящих в ней процес­сов был сделан автором в работе Здесь рассмотрим несколько основных принципов, которые использованы в системах NGSDH.

Первым техническим решением для адаптации технологии SDH к условиям передачи пакетного трафика стала процедура виртуальной конкатенации (VCAT) и формирования в системе NGSDH виртуальных коридоров произвольной пропускной способности. Как известно, тра­фик, передаваемый в системах SDH, упаковывается в контейнеры раз­ной пропускной способности. Всего в современных сетях SDH исполь­зуются три типа контейнеров (С-12, С-3 и С-4) для передачи потоков данных соответственно Е1 (2 Мбит/с), ЕЗ (8 Мбит/с) и Е4 (140 Мбит/с). Такая пропускная способность не соответствует реалиям современных транспортных сетей NGN, в которых передаются более высокоскорост­ные потоки. Например, скорости передачи данных для некоторых тех­нологий NGN представлены ниже.

 

Технология Скорость передачи данных

Ethernet..... 10 Мбит/с

Past Ethernet 100 Мбит/с

Gigabit Ethernet 1,25 Гбит/с

Fibre Channel 1,06; 2,12; 10 Гбит/с

ESCON........ 200 Мбайт/с, или 1,6 Мбит/с

 

 

Для передачи подобных потоков данных в SDH был разработан ме­ханизм конкатенации, в соответствии с которым контейнеры С-4 могут передаваться по сети SDH в виде сцепки. Содержимое контейнеров в таком случае считается объединенным, что и формирует единый поток данных, который передается с высокой скоростью. В результате приме­нения процедуры конкатенации на разных скоростях на выходе системы SDH появляются не только стандартные контейнеры С-12, С-3 и С-4, но также и конкатенированные контейнеры С-4-4с, С-4-16с, С-4-64с и С-4-256с. Буква «с» здесь обозначает метод последовательной конкате­нации.

Метод конкатенации позволил расширить скорость передачи данных от точки к точке сети SDH, формируя определенный набор «виртуаль­ных труб» фиксированного размера (табл. 1.4).

Таблица 1.4 Емкости конкатенированных контейнеров VC-4-Nc Тип VC Емкость, кбит/с Интервал выравнивания, байт Транспорт SDH VC-4 149 760   STM-1 VC-4-4c     STM-4 VC-4-16c     STM-16 VC-4-64c     STM-64 VC-4-256c 38 338 560   STM-256

Однако решение проблемы передачи высокоскоростного трафика в системах SDH в виде конкатенации имело один важный недостаток: оно существенно снижает КПД системы передачи. Например, формирование коридора для передачи трафика Gigabit Ethernet (1,05 Гбит/с) методами конкатенации требует использование контейнера УС-4-16с, что соответ­ствует скорости 2,5 Гбит/с. Таким образом, ресурс системы SDH исполь­зуется только на 42 %. Эффективность использования ресурса SDH для других приложений также невысока (табл. 1.4).

Такое положение вещей могло бы устроить операторов, если бы в технологии SDH не возника­ли проблемы с эффективностью использования ресурсов. Вспомним, что в системах SDH используется резервирование передаваемого потока 1:1. Это означает, что КПД систем SDH уже в самой идее составляет 50 %. За счет использования заголовков, которые занимают место при передаче данных, КПД «классической» SDH становится еще меньше и достигает 42...45 %. Если теперь уменьшить КПД за счет использова­ния процедур конкатенации, то мы получим для рассмотренного выше случая технологии GE производительность системы 17,6 %. Это даже ниже КПД первых паровозов. И конечно, верные своему инженерному призванию, разработчики технологи транспортных сетей не могли ми­риться с таким положением вещей.

Таблица 1.5 Оценка эффективно®» использования ресурса SDH в случае применения конкатенации и VCAT Приложение Применение конкатенации, % Применение VCAT, % Ethernet (10 Мбит/с) Fast Ethernet (100 Мбит/с) ESCON (200 Мбайт/с) Fibre Channel (1 Гбит/с) Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) VC-3 -» 20 VC-4 Ы 67 VC-4-4c -> 33 VC-4-16c -* 33 VC-4-16C -> 42 VC-12-5v -» 92 VC-12-47v Р 100 VC-3-4v -> 100 VC-4-6v Ш 89 VC-4-7v 85

Решение было найдено в принципе виртуальной конкатенации (VCAT). Идея VCAT состоит в том, чтобы вместо прямого «слепливания» контейнеров использовать виртуальное «слепливание». На оконечном мультиплексоре поток GE разбирается (splitting) и. упа­ковывается (mapping) в контейнеры VC-4. Затем контейнеры передают­ся по сети как обычные контейнеры SDH автономно. На другом конце мультиплексор демультиплексирует нагрузку (demapping) и объединяет контейнеры (recombining) в единый поток GE. Тем самым при формировании коридора можно, устанавливать его размер кратным VC-4.

 

Рис. 1.20. Формирование коридора для передачи трафика Gigabit Ethernet (GbE)методами VC AT

В данном случае для формирования коридора GE можно эффектив­но объединить семь контейнеров VC-4, в результате чего эффективность составит 85 %, что уже вполне приемлемо. Если рассмотреть другие тех­нологии мультисервисных сетей, то эффективность применения VCAT для них также не вызывает сомнений (см. табл. 1.5).

Удобство VCAT состоит в том, что эта процедура допускает мяг­кое внедрение в системы «классической» SDH без необходимости су­щественного преобразования самой системы связи. Действительно, из рис. 1.20 видно, что процедура VCAT может быть реализована только на двух оконечных мультиплексорах. Остальная сеть «не чувствует» применения VCAT, так как по ней передаются стандартные контейне­ры VC-4. Таким образом, VCAT еще меньше, чем конкатенация, из­меняет структуру «классической» SDH, одновременно предлагая более эффективное решение.

Процедура виртуальной конкатенации отличается тем, что позволя­ет более эффективно использовать план маршрутизации. Принятый в методе последовательной конкатенации принцип сцепки требует одного маршрута передачи контейнеров, тогда как для VCAT возможна пере­дача каждого контейнера по своему пути. Использование VCAT позволяет формировать в системе NGSDH раз­личные коридоры с разным назначением, что решает задачу объедине­ния в единой транспортной сети пакетного трафика с трафиком тради­ционных сетей TDM. Кроме того, применение VCAT поз­волило существенно увеличить КПД систем NGSDH, так что эта тех­нология оказалась конкурентоспособной даже с новыми технологиями транспортных сетей NGN (OTN, MPLS, PWE3 и пр.).

 

Но в таком виде системе NGSDH не хватает гибкости. Нужно учесть, что трафик на те или иные направления может менять свою структуру. В результате желательно было бы не только создавать в рамках сети NGSDH виртуальные коридоры для передачи пакетного трафика, но и без отключения канала изменять размер виртуального коридора.

 

«Триада» основных услуг

Первая услуга, которую можно считать концептуальной для NGN, это концепция Triple Play, часто называемая также «три в одном» или услугами «тройного применения» (оба перевода недостаточно точны, по­этому мы будем использовать английский термин Triple Play или ЗР1ау).

Как было показано выше, в основу концепции Triple Play была поло­жена идея о том, что все современные услуги связи можно представить в виде объединения речи, данных и видео. Триада этих услуг создает своего рода базис, по которому можно разложить любую современную услугу. Первоначально для этого предполагалось использовать одну ин­фраструктуру сетей доступа и единую транспортную сеть для всех воз­можных услуг связи (рис. 6.4,а). По сути это все та же традиционная си­стема связи, где услуги Интернета, телефонии и телевидения предостав­ляются отдельно и могут быть объединены только на уровне кабельной сети доступа. Напомним, что такая организация услуг имеет вертикальный характер и была названа стратегией «Спагетти».

Концепция Triple Play предлагает использовать для предоставления всех указанных на рисунке услуг единую инфраструктуру мультисервисной сети NGN, включающую транспортную сеть и сеть доступа. Ар­хитектура сети в таком случае становится горизонтальной, а стратегия называется «Лазанья».

Переход в концепции услуг от вертикальной к горизонтальной моде­ли организации и объединение различных услуг на уровне транспорта и доступа представляют собой существенный шаг по пути конверген­ции сети на уровне услуг. Таким образом, концепция Triple Play ста­ла основой для дальнейшей конвергенции сетей. и та же триада услуг (данные, речь, видео) может опираться на се­ти домашнего Ethernet, абонентские сети ADSL или оптические систе­мы FTTx/PON, при этом принципы предоставления услуг, диагности­ки, контроля и управления качеством будут совершенно одинаковыми. Таково следствие принципа конвергенции современных сетей.

Рис. 1.22. Модели инфраструктуры традиционных сетей и NGN для предоставления услуг

Создав единую среду передачи данных на основе IP, технология NGN позволяет перемешивать различные сети доступа и предоставлять весь перечень услуг Triple Play в любых сетях.

Однако концепцию Triple Play нельзя свести только к простому про­должению традиций конвергенции или построению горизонтально ори­ентированной структуры связи. Концепция Triple Play предложила со­вершенно уникальный подход, который вероятно станет доминирующей концепцией для будущего развития услуг, какие бы термины для этого не изобрели (ЗР1ау, 4Р1ау, 5Р1ау, 3G, 4G, 5G и т.д.). Суть в том, что в концепции Triple Play впервые была предложена процедура декомпози­ции/композиции услуг.

В соответствии с этой концепцией предложено использовать триаду как набор базовых услуг. Любая услуга, которая может быть реализо­вана в сети, проходит процедуру декомпозиции, т.е. разделение на три базовых услуги. Затем три услуги поступают в сеть и передаются по линии клиент-сервер или клиент-клиент (peer-to-peer). Для этого за­действуются все три основных уровня, обеспечивающих предоставление услуг (уровень доступа, уровень транспорта)