Иерархия цифровых скоростей.

Целесообразно делить территориальные сети, используемые для построения корпоративной сети, на две большие категории:

магистральные сети;

сети доступа.

Магистральные территориальные сети (backbone wide-area networks) используются для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Магистральные территориальные сети должны обеспечивать высокую пропускную способность, так как на магистрали объединяются потоки большого количества подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициентом готовности, так как по ним передается график многих критически важных для успешной работы предприятия приложений (business-critical applications). Ввиду особой важности магистральных средств им может «прощаться» высокая стоимость. Так как у предприятия обычно имеется не так уж много крупных сетей, то к магистральным сетям не предъявляются требования поддержания разветвленной инфраструктуры доступа. Обычно в качестве магистральных сетей используются цифровые выделенные каналы со скоростями от 2 до 622 Мбит/с, по которым передается трафик IP, IPX или протоколов архитектуры SNA компании IBM, сети с коммутацией пакетов frame relay, ATM, X.25 или TCP/IP. Под сетями доступа понимаются территориальные сети, необходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной локальной сетью предприятия. Если организации магистральных связей при создании корпоративной сети всегда уделялось большое внимание, то организация удаленного доступа сотрудников

предприятия перешла в разряд стратегически важных вопросов только в последнее время. Быстрый доступ к корпоративной информации из любой географической точки определяет для многих видов деятельности предприятия качество принятия решений его сотрудниками. Важность этого фактора растет с увеличением числа сотрудников, работающих на дому (telecommuters - телекоммьютеров), часто находящихся в командировках, и" с ростом количества небольших филиалов предприятий, находящихся в различных городах и, может быть, разных странах.

В качестве отдельных удаленных узлов могут также выступать банкоматы или кассовые аппараты, требующие доступа к центральной базе данных для получения информации о легальных клиентах банка, пластиковые карточки которых необходимо авторизовать на месте. Банкоматы или кассовые аппараты обычно рассчитаны на взаимодействие с центральным компьютером по сети Х.25, которая в свое время специально разрабатывалась как сеть для удаленного доступа неинтеллектуального терминального оборудования к центральному компьютеру.

К сетям доступа предъявляются требования, существенно отличающиеся от требований к магистральным сетям. Так как точек удаленного доступа у предприятия может быть очень много, одним из основных требований является наличие разветвленной инфраструктуры доступа, которая может использоваться сотрудниками предприятия как при работе дома, так и в командировках. Кроме того, стоимость удаленного доступа должна быть умеренной, чтобы экономически оправдать затраты на подключение десятков или сотен удаленных абонентов. При этом требования к пропускной способности у отдельного компьютера или локальной сети, состоящей из двух-трех клиентов, обычно укладываются в диапазон нескольких десятков килобит в секунду (если такая скорость и не вполне удовлетворяет удаленного клиента, то обычно удобствами его работы жертвуют ради экономии средств предприятия).

В качестве сетей доступа обычно применяются телефонные аналоговые сети, сети ISDN и реже - сети frame relay. При подключении локальных сетей филиалов также используются выделенные каналы со скоростями от 19,2 до 64 Кбит/с. Качественный скачок в расширении возможностей удаленного доступа произошел в связи со стремительным ростом популярности и распространенности Internet. Транспортные услуги"Мегпе! дешевле, чем услуги междугородных и международных телефонных сетей, а их качество быстро улучшается.

Программные и аппаратные средства, которые обеспечивают подключение компьютеров или локальных сетей удаленных пользователей к корпоративной сети, называются средствами удаленного Ооступа. Обычно на клиентской стороне эти средства представлены модемом и соответствующим программным обеспечением.

Организацию массового удаленного доступа со стороны центральной локальной сети обеспечивает сервер удаленного доступа (Remote Access Server, RAS). Сервер удаленного доступа представляет собой программно-аппаратный комплекс, который совмещает функции маршрутизатора, моста и шлюза. Сервер выполняет ту или иную функцию в зависимости от типа протокола, по которому работает удаленный пользователь или удаленная сеть.

Наверное, никто не станет подвергать сомнению значение магистральных сетей. Именно от их надежной работы зависит функционирование международной и междугородной телефонной связи, Internet, корпоративных сетей многих крупных компаний.

Развитие магистральных сетей по всему миру идет очень быстрыми темпами. В Европе, несмотря на значительное увеличение пропускной способности сетей традиционных операторов, после демонополизации телекоммуникационного рынка появилось и успешно развивается достаточно большое число новых операторов. Они прокладывают волоконно-оптические кабели, создают современные сети и не испытывают недостатка в клиентах.

В последнее время технологии, используемые на магистральных сетях, стали проникать и в городские сети. Соответствующие решения, в названии которых часто встречается слово metro, имеются практически у всех производителей. Скорость передачи в городских сетях порой достигает таких значений, о которых еще несколько лет назад операторы дальней связи могли только мечтать.

Преобладание трафика Internet и других пакетных сетей в суммарном объеме всей передаваемой информации требует совершенно новых подходов к организации каналов связи. Как результат, это ведет к появлению новых технологий, как, например, наделавшая много шума в прошлом году DTP, предложенная компанией Cisco Systems. Производители оборудования SDH не оказались в стороне от новых веяний и стали выпускать интерфейсные платы для непосредственного подключения устройств IP и АТМ.

В данном обзоре не представлено оборудование кросс-коммутации, ни электрической, ни оптической. К сожалению, на данный момент ни один производитель не имеет серийного оборудования, где бы не осуществлялось преобразование из «света» в «электричество» и обратно. Другая причина, по которой мы решили не рассматривать данный тип устройств, - их неактуальность для нашей страны в настоящее время. Каждый из коммутаторов стоит от нескольких сот тысяч до одного и более миллионов долларов, и для окупаемости подобных капиталовложений проходящий через них трафик должен составлять сотни гигабит. Сейчас даже наш фактический монополист дальней связи ОАО «Ростелеком» не может похвастаться таким объемом трафика, хотя и является владельцем единственного кросс-коммутатора в России.

Но сложившаяся ситуация может иметь и свои положительные стороны. Будем надеяться, что к тому времени, когда в России возникнет объективная потребность в коммутации терабитных потоков, кросс-коммутаторы избавятся от нынешних недостатков и ограничений.

Стоит отметить, что компактные модели оптических кросс-коммутаторов с успехом могут применяться вместо традиционных оптических кроссов, поскольку обеспечивают большую надежность и оперативность коммутации. Небольшая по размеру оптическая матрица в этом случае вносит затухание, сравнимое по величине с разъемным соединением.

ВСПОМИНАЯ SDH

Об особенностях технологии SDH и построении на ее основе сетей связи в середине 90-х гг. в нашей телекоммуникационной прессе писалось предостаточно. Я позволю себе кратко напомнить основные ее характеристики, так как с тех пор прошло довольно много времени.

Синхронная цифровая иерархия обладает целым рядом преимуществ, которые позволили ей стать основной технологией цифровых систем передачи на нынешнем этапе развития телекоммуникаций.

Во-первых, это хорошая проработка международных стандартов, описывающих структуру сигналов SDH, функции и электрические параметры аппаратуры, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей. Это позволяет операторам различных сетей без проблем взаимодействовать друг с другом. Технология SDH описывается в рекомендациях ITU-T (G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812) и ETSI (ETS 300 147). Североамериканская синхронная цифровая иерархия подчиняется системе стандартов SONET, разработанной Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI). Между собой SONET и SDH тесно связаны, а имеющиеся незначительные расхождения обусловлены различиями в североамериканской и европейской шкале скоростей.

Во-вторых, структура сигналов SDH позволяет достаточно легко мультиплексировать и демультиплексировать транспортный поток и получать доступ к любому его компоненту, не затрагивая остальных. Основу этой структуры составляет синхронный транспортный модуль STM-N, где N определяется уровнем SDH. В настоящее время широко используются системы STM-1, STM-4, STM-16 и начали внедряться системы STM-64. Нетрудно заметить, что все они построены с кратностью 4. Иерархия скоростей представлена в Таблице 1.

В-третьих, цикл повторения передачи транспортных модулей любого уровня равняется 125 мкс. Такая унификация обеспечивает простое мультиплексирование потоков нижних уровней в высшие. Транспортный модуль, соответствующий одному циклу, принято представлять в виде прямоугольной таблицы, хотя данные передаются по линии последовательно. Например, цикл базового для SDH модуля STM-1 содержит 9 строк по 270 байт, и первые 9 байт в каждой строке образуют заголовок цикла. При объединении в модуль более высокого порядка побайтное мультиплексирование происходит таким образом, что все блоки секционных заголовков, указатель и полезный сигнал размещаются так же, как и прежде.

В качестве полезной нагрузки сети, построенной на основе SDH, могут передаваться сигналы PDH, ячейки АТМ, любые неструктурированные цифровые потоки, имеющие скорость от 1,5 до 140 Мбит/с. Такая универсальность достигается применением контейнеров, в которых по сети SDH переносятся сигналы полезной нагрузки. Возможные типы контейнеров для модуля STM-1 приведены в Таблице 2.

Этот ряд контейнеров соответствует международным рекомендациям (ITU-T G.709) и объединяет европейскую и североамериканскую схемы системы SDH/SONET. В европейскую иерархию не входит контейнер типа С2. Из-за особенностей формирования контейнеров и их объединения в модуле STM-1 может быть передано или один контейнер С4, или три контейнера С3, или 63 контейнера С12, или комбинация контейнеров С3 и С12.

В технологии SDH используется довольно сложная система указателей и заголовков разного типа. Их рассмотрение не входит в нашу задачу, лишь упомянем, что благодаря им становится возможным доступ к передаваемой информации, а также передача по сети SDH сигналов синхронизации, сетевого управления, мониторинга и технического обслуживания.

ТЕХНОЛОГИЯ DWDM

В отличие от SDH, технология мультиплексирования оптических каналов по длинам волн (Wavelength Division Multiplexing, WDM) стала применяться в сетях связи относительно недавно. Когда речь идет об этой технологии, чаще используют термин DWDM (Dense WDM), подразумевающий мультиплексирование гораздо большего числа длин волн. Далее мы будем использовать именно этот термин.

Потребность в уплотнении в случае медных кабелей вполне очевидна - главная причина заключается в ограниченной полосе пропускания. Как ни странно, на первый взгляд эта же причина послужила толчком к созданию систем оптического уплотнения. В силу ограничений, накладываемых физическими свойствами оптического волокна и приемопередатчиков, оправданным является создание систем связи со скоростью не более 10 Гбит/с. Тем не менее к концу 90-х гг. прошлого столетия в результате стремительного роста объема передаваемой информации, пропускная способность магистральных сетей оказалась на грани исчерпания.

Появление технологии DWDM стало хорошей иллюстрацией к известному философскому постулату, утверждающему, что развитие происходит по спирали. Действительно, если абстрагироваться от деталей реализации, не трудно провести параллели со «старым, добрым» частотным уплотнением (Frequency Division Multiplexing, FDM). И в том и в другом случае по отдельному каналу передается информация, не связанная с данными в аналогичном канале. И в том и в другом случае необходимы дополнительные устройства, осуществляющие ввод и вывод информации в заданный канал. В упрощенной модели обе системы уплотнения можно представить в виде пучка кабелей.

Структурная схема DWDM (см. Рисунок 1) была бы неотличима от FDM, если бы не надписи на функциональных блоках. На передающей стороне с помощью конвертера, или, как его иначе называют, транспондера, данные «переводятся» в один из оптических каналов. По сути, это обычный процесс смены несущей частоты, нередко используемый в радиотехнике. Далее оптические каналы с помощью пассивного оптического мультиплексора объединяются в один поток. На принимающей стороне происходит обратная операция. Практически все производители оборудования SDH для сопряжения с системами DWDM предлагают клиентам так называемые «окрашенные» лазеры, т. е. лазеры, работающие на тех же частотах, что и транспондер. «Окраска» (и само значение термина) определяется смещением несущей в красную или фиолетовую части спектра оптического диапазона. Особенно часто «окрашенные» лазеры входят в состав оборудования уровня STM-16 и STM-64.

Важной характеристикой систем DWDM является так называемый канальный план. Он описывает расположение несущих частот оптических каналов в рабочем диапазоне. Действующая в настоящее время рекомендация ITU-T G.692 предлагает канальный план в окне прозрачности 1550 нм. Несущие располагаются с шагом в 100 ГГц. Использование в качестве единицы измерения для данного шага частоты вместо длины волны, хотя последнее представляется более естественным, вызвано более удобным для восприятия представлением, поскольку в силу округления при расчетах шаг по длине волны варьируется от 0,78 до 0,821 нм. Согласно данной рекомендации, в окне прозрачности 1550 нм можно разместить до 51 оптического канала. На практике разные производители не вполне придерживаются этих указаний. В некоторых системах шаг составляет 200 и 400 ГГц, в последнее время все чаще предлагаются системы с шагом 50 ГГц.

На магистральных линиях с технологией DWDM в целях увеличения расстояния между точками ввода/вывода информации применяют оптические регенераторы. В них не используется преобразование сигнала из «света» в «электричество» и обратно, что позволяет удешевить и упростить систему связи. Правда, в этом случае доступ к передаваемой информации в промежуточных точках оказывается по существу невозможен. Но на практике это и не требуется, так как основной задачей таких систем связи является быстрый переброс больших объемов информации на удаленные расстояния.

ТИПОВЫЕ ТОПОЛОГИИ

Сеть SDH любой сложности можно построить с использованием весьма ограниченного набора функциональных узлов. С их помощью выполняются все операции по передаче информации и управлению сетью.

Основным функциональным узлом SDH является мультиплексор, предназначенный для ввода/вывода цифровых потоков с полезной нагрузкой. Различают два типа мультиплексоров: терминальные и ввода/вывода. Основное отличие между ними заключается в том, как они располагаются в сети. Ниже, при рассмотрении типовых схем сетей SDH, это различие будет описано.

Кросс-коммутаторы обычно непосредственно не обслуживают ввод/вывод нагрузки, а обеспечивают обмен между транспортными модулями сети SDH. Они применяются при объединении сетей или в случае сложной топологии сети. Кроме специализированных кросс-коммутаторов функции локальной коммутации может выполнять мультиплексор.

Ряд функциональных узлов, таких, как регенераторы, оборудование линейных трактов и радиорелейных линий, обеспечивает функционирование собственно линий передачи сети SDH.

Обязательным функциональным узлом любой серьезной сети SDH является система управления, с помощью которой осуществляется мониторинг и управление всеми элементами сети и информационными трактами.

В настоящее время используются две типовые схемы построения сети SDH на основе мультиплексоров: «кольцо» и «цепь», представленные на Рисунке 2. В схеме «кольцо» применяются только мультиплексоры ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer, ADM), а в схеме «цепь» - еще и терминальные мультиплексоры (Terminal Multiplexer, TM). Как видно из рисунка, каждый мультиплексор имеет по две пары магистральных выходов: одна называется «восток», а другая - «запад». С их помощью обеспечиваются различные схемы резервирования или защиты.

Схемы защиты типа «1:1» и «1+1» формируются за счет организации двух встречных потоков. В первом случае на приеме анализируются сигналы с каждого направления и выбирается лучший для дальнейшей обработки. Во втором случае организуется два «кольца» - основное и резервное. При сбоях в основном кольце в течение 50 мкс происходит переключение на резервное: если «кольцо» разрывается или выходит из строя мультиплексор, то новое «кольцо» создается за счет обращения трафика на границах поврежденного участка.

В последнее время часто упоминается схема сети SDH с полносвязанной организацией соединений. Это стало возможным благодаря появлению DWDM и широкому распространению кросс-коммутаторов. В такой топологической схеме, за счет непосредственного соединения мультиплексоров по принципу «каждый с каждым», можно добиться очень высокой скорости передачи трафика.

На базе рассмотренных типовых схем или их разновидностей можно создать сеть SDH любой архитектуры и любой сложности. На Рисунке 3 представлена абстрактная сеть SDH, включающая в себя магистральный участок большой протяженности и подсети на концах этой магистрали. В городе Б имеется две сети кольцевой архитектуры, объединенные с помощью кросс-коммутатора. Через него информационные потоки могут попадать в магистральную сеть, выполненную по схеме «цепь». В городе А расположена одна сеть кольцевой архитектуры. Обмен данными с магистральной сетью осуществляется с помощью мультиплексора ввода/вывода. Из-за большой протяженности магистральной сети, при отсутствии потребности в промежуточных пунктах ввода/вывода данных, на ней установлены регенераторы для восстановления формы сигнала. Такая схема организации требуется очень редко. Предпочтительнее вместо регенераторов использовать мультиплексоры ввода/вывода, поскольку они также обеспечивают регенерацию цифрового сигнала.

Участок сети между двумя терминальными мультиплексорами называют маршрутом, между двумя соседними мультиплексорами (кросс-коммутаторами) - мультиплексорной секцией, а между двумя соседними регенераторами или между регенератором и мультиплексором (кросс-коммутатором) - регенерационной секцией.

ОБОРУДОВАНИЕ И КОМПАНИИ

Разумеется, в одном журнальном обзоре невозможно охватить всех производителей, выпускающих оборудование SDH и DWDM. Поэтому мы сможем рассказать лишь о части оборудования, представленном на российском рынке. В таблицах приведены основные технические характеристики по нескольким группам оборудования SDH и DWDM. В Таблице 3 представлены наиболее известные модели компактного оборудования SDH, используемые для построения корпоративных сетей и организации высокоскоростного доступа. Таблица 4 посвящена оборудованию SDH уровней STM-1/4/16, а в Таблице 5 дана информация по мультиплексорам уровня STM-64, используемых как точки доступа к оптическим сетям. В Таблицу 6 включено различное оборудование DWDM.

Alcatel. Компания Alcatel представляет на рынке семейство продуктов OPTINEX для операторов связи. В соответствии с принятой концепцией, на периферии сети используется оборудование SDH с интегрированными функциями IP и ATM. На магистральных сетях предпочтение отдается DWDM с поддержкой динамической реконфигурации оптических трактов, а также технологиям SDH. Ряд продуктов DWDM оптимизирован для сетей городского масштаба.

Для создания сетей высокоскоростного доступа может быть использовано устройство Alcatel 1640 FOX, являющееся мультиплексором ввода/вывода уровня STM-1/4. Устанавливаемый дополнительно модуль коммутационной матрицы АТМ и маршрутизатора IP упрощает подключение к глобальным сетям.

С помощью мультиплексора Alcatel 1650 SMC можно создавать локальные и корпоративные сети SDH уровня STM-1/4. Мультиплексор Alcatel 1660 SM предназначен для построения более масштабных сетей уровня STM-1/4/16. Так же, как и предыдущие модели, он поддерживает функциональность АТМ и IP. Если данный мультиплексор используется в сети уровня STM-16, то он может быть оснащен оптическим интерфейсом с «окрашенной» длиной волны, что обеспечивает непосредственное взаимодействие с устройствами DWDM без промежуточных конвертеров.

Устройства Alcatel 1670 SM и 1680 SM предназначены для создания высокоскоростных магистральных сетей. Первая модель представляет собой мультиплексор ввода/вывода с поддержкой уровней STM-16/64 и может непосредственно обслуживать трибутарные интерфейсы PDH. Вторая работает исключительно на уровне STM-64 и служит своеобразным шлюзом доступа к оптическому уровню сети.

В семейство OPTINEX входят три модели оборудования DWDM. Alcatel 1686 WM - система с поддержкой 16 или 32 оптических каналов. Каждый из них способен работать на скоростях от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с. Разновидность данной модели категории metro - Alcatel 1686 WM Metro - оптимизирована для городских сетей. Для высокопроизводительных магистральных сетей подойдет модель Alcatel 1640 WM, обеспечивающая мультиплексирование до 80 оптических каналов.

Lucent Technologies. Компания Lucent Technologies выпускает целую гамму оборудования синхронной передачи и оптического уплотнения, объединенных общим названием WaveStar.

Младший модельный ряд SDH состоит из трех моделей мультиплексоров STM-1. Они могут использоваться для создания магистральных сетей и организации доступа. Для решения последней задачи предназначен WaveStar AM-1 Plus. Причем, в зависимости от комплектации, он способен работать и с потоком STM-4. Это небольшое устройство имеет настольную конструкцию, по габаритам и форме весьма схожую с модемами пятилетней давности. В этот мультиплексор можно вставить одну дополнительную плату, расширяющую его возможности по подключению оборудования с различными интерфейсами.

Для сетей иерархий STM-1, STM-4, STM-16 предлагается три модели с индексом ADM. Наиболее мощное устройство в этой группе - интеллектуальный мультиплексор WaveStar ADM 16/1. Он позволяет осуществлять кросс-коммутацию потоков Е1 и получать к ним доступ непосредственно на уровне STM-16.

Если пропускной способности в 2,5 Гбит/с окажется недостаточно, то можно установить высокопроизводительный мультиплексор WaveStar TDM 10G, работающий на уровне STM-64. Но при этом имеющиеся мультиплексоры более низких уровней придется сохранить, так как самым низкоскоростным трибутарным интерфейсом является STM-1.

Оборудование DWDM компании Lucent Technologies включает в себя семейство WaveStar OLS и мультисервисную платформу Metropolis MSX. Наиболее простая система DWDM - WaveStar OLS 80G с поддержкой до 16 оптических каналов в диапазоне 1550 нм. Данная система в модификации WaveStar OLS 400G расширяется до 80 оптических каналов, а в модификации WaveStar OLS 1.6T - до 160 каналов. Каждый из формируемых каналов может передавать информацию со скоростью 10 Гбит/с (STM-64), что соответствует пропускной способности по одному оптическому волокну 1,6 Тбит/с.

Nortel Networks. Оборудование SDH и DWDM этой компании - одно из самых популярных в мире. Линейка устройств SDH представлена моделями TN-1X, TN-16X и TN-64X. Последняя модель выполняла роль точки доступа к оптической сети. Компания предлагает и компактные варианты мультиплексоров SDH, например TN-1C.

Среди оборудования DWDM стоит отметить OPTera Long Haul 1600, обеспечивающее высокую пропускную способность, и OPTera Metro 5000, предназначенное для создания скоростных сетей масштаба города.

Siemens. Так же, как и у других компаний, в арсенале Siemens целое семейство мультиплексоров, под названием TransXpress.

Мультиплексорное оборудование SDH в данном семействе представлено устройствами с поддержкой уровней иерархии от STM-1 до STM-64. Компактная модель SMA1K имеет две модификации, отличающиеся типом корпуса, числом и типами трибутарных интерфейсов. Модель SMA16 позволяет создавать мультиплексоры уровней STM-1/4/16. Такая универсальность обеспечивается большим выбором линейных интерфейсов. В качестве точки доступа к оптическим сетям может выступать устройство SL64, которое объединяет не только сигналы STM, но и Ethernet.

В области DWDM компания Sie-mens предлагает, наверное, самый широкий выбор оборудования для магистральных, региональных и городских сетей. Например, модель MTS2, созданная для магистральных сетей большой емкости и большой пропускной способности, способна передать до 640 каналов по 2,5 Гбит/с на расстояние свыше 1000 км. Для решения менее грандиозных задач можно воспользоваться оборудованием класса WL с поддержкой всего 8 или 16 оптических каналов.

ZTE. Эта китайская компания предлагает на российском рынке целый ряд оборудования SDH и DWDM. Устройство ZXWM-32 представляет собой систему уплотнения DWDM и позволяет достигать суммарной скорости передачи до 400 Гбит/с. Решение ZXSM-150/600/2500 является универсальной системой SDH, поддерживающей работу на уровнях STM-1/4/16.

Huawei Technologies. В последнее время компания Huawei стала проявлять заметную активность на российском рынке. Она работает во многих областях телекоммуникаций, включая создание оборудования для магистральных сетей. Для этого направления разработано семейство OptiX, куда входят мультиплексоры SDH уровней STM-1/4/16/64, оборудование DWDM на 16/32 канала и мультисервисная транспортная платформа MSTP. Последняя объединяет преимущества SDH и DWDM. В настоящее время создано всего три продукта, где реализовано MSTP. Все они предназначены для построения сетей городского масштаба и позволяют интегрировать трафик SDH, ATM и IP.

NEC (Черноголовка). Подмосковный завод научного приборостроения Российской академии наук, расположенный в поселке Черноголовка, уже несколько лет совместно с японской компанией NEC выпускает серию мультиплексоров STM. С их помощью можно создавать магистральные сети различных топологий уровней STM-1/4/16.

ECI Telecom. В январе 2001 г. подразделение, занимающееся соответствующим оборудованием, было преобразовано в компанию Lightscape Networks, входящую в группу компаний ECI Telecom. Этот производитель достаточно широко известен на российском рынке, где предлагает ряд мультиплексоров SDH, работающих на уровнях STM-1/4/16, а кроме того, одноплатный мультиплексор mic-roSDM-1 уровня STM-1.

Недавно Lightscape Networks выпустила новую серию универсальных мультиплексоров XDM, в котором на одной платформе интегрированы функции мультиплексирования DWDM, кросс-коммутации, маршрутизатора IP, коммутатора АТМ и мультиплексоров SDH. В настоящее время потребителям предлагаются три модели. Младшая, XDM 500, является шлюзом доступа из цифровых сетей в сети DWDM. XDM 1000 представляет собой мультисервисный коммутатор оптической городской сети. Старшая модель, XDM 2000, позиционируется компанией как многофункциональный интеллектуальный коммутатор. Все устройства способны манипулировать потоками от Е1 до STM-64.

В ДВУХ СЛОВАХ

Даже этот далеко не полный обзор оборудования SDH и DWDM наглядно показывает, какими бурными темпами идет развитие магистральных сетей связи. Самой важной задачей проектировщика такой сети станет оптимальный выбор устройств, которые позволили бы добиться максимально эффективного использования ресурсов сети и обеспечить ее легкую модернизацию в дальнейшем. Будем надеяться, что информация, изложенная в данной статье, поможет сделать первые шаги в построении современной магистральной сети.

Алексей Полунин - независимый эксперт. С ним можно связаться по адресу: [email protected] .

Лекция 8 08.03.2017 4:50:00

Магистральные каналы передачи данных

Аналоговые магистральные каналы

Первые дальние линии передачи данных появились ещё в эпоху телеграфа. С развитием телефонии потребности в передаче данных на большие расстояния резко увеличились. Появилась необходимость в линиях связи, способных обеспечивать одновременное обслуживание нескольких телефонных разговоров. Такие линии связи получили название «магистральных». Первые магистральные линии телефонной связи представляли просто несколько обычных телефонных линий, проложенных параллельно. Это было не самое экономичное решение и в 30-х годах прошлого века появились первые системы уплотнения телефонных сигналов с частотным разделением каналов.

Принцип работы систем с частотным уплотнением следующий: стандартный телефонный канал обеспечивает передачу аналогового сигнала в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц, т.е. имеет полосу пропускания в 3100 Гц. С учетом особенностей человеческого голосового аппарата и возможностей распознания речи такая полоса пропускания обеспечивает понимание не менее 90% слов и 99% фраз. Для уплотнения (или мультиплексирования) несколько низкочастотных голосовых сигналов с помощью модулирования и фильтрации переносятся в более высокочастотный диапазон, причем каждому выделяется своя собственная полоса. Для исключения интерференции каждому сигналу шириной 3100 Гц выделяется полоса в 4000 Гц и они оказываются отделены друг от друга защитной полосой в 900 Гц.

Так первичный групповой тракт К-12 позволяет объединить 12 голосовых каналов и поместить их в диапазоне от 60 до 108 КГц. Вторичный тракт К-60 объединяет 5 первичных в диапазоне от 312 до 552 КГц. Его ширина 240 КГц что соответствует 60 полосам по 4 КГц для голосовых каналов.

Аналоговые магистральные линии разрабатывались задолго до цифровой эры и предназначались только для передачи голосового трафика. Конечно, с помощью модема в каждый голосовой канал можно нагрузить цифровым потоком мощностью в несколько килобит в секунду, но реализовывать столь экзотические схемы не потребовалось по причине прихода на магистральные линии цифровых технологий.

Технология плезиохронной цифровой иерархии (PDH)

Развитие полупроводниковых технологий позволило в начале 60-х годов перейти к цифровым методам передачи, которые имели значительные преимущества по сравнению с аналоговой передачей сигнала (достаточно сказать о возможности практически без потерь восстанавливать цифровой сигнал на регенерационном участке). Для оцифровки речевого сигнала стал применяться метод, названный импульсно-кодовой модуляцией (PCM - Pulse Code Modulation), согласно которому дискретные отсчеты сигнала, взятые с частотой 8 КГц, кодировались 8-ми битной последовательностью (квантовались), что давало цифровой поток 8КГц х 8бит = 64 Кбит/сек. Этот цифровой сигнал получил название DS0 (Digital Signal level zero), и, именно, он является тем строительным "кирпичиком", на базе которого создаются более мощные цифровые системы передач, емкость которых измеряется числом DS0, содержащихся в них.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. .

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать данные 24 абонентов. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей . Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерархии - Т2, передающий данные со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал ТЗ, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Аппаратура T1, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре T1, стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, перестав быть внутренней технологией этих компаний. Сети T1, а также более скоростные сети T2 и ТЗ позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представленные в цифровой форме, - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована для международного применения. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости американской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различиями), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в международном стандарте являются каналы типа El, E2 и ЕЗ с другими скоростями - соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. Американский вариант технологии также был стандартизован ANSI.

Несмотря на различия американской и международных версий технологии цифровой иерархии, для обозначения иерархии скоростей принято использовать одни и те же обозначения - DSn (Digital Signal n). В таблице приводятся значения для всех введенных стандартами уровней скоростей обеих технологий.

Иерархия цифровых скоростей

Или в графической форме:

На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.

При передаче компьютерных данных канал Т1 предоставляет для пользовательских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей.

Пользователь может арендовать несколько каналов 64 Кбит/с (56 Кбит/с) в канале Т1/Е1. Такой канал называется «дробным» (fractional) каналом Т1/Е1. В этом случае пользователю отводится несколько тайм - слотов работы мультиплексора.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов ТЗ/ЕЗ обычно используется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Физический уровень международного варианта технологии определяется стандартом G.703.

Как американский, так и международный варианты технологии PDH обладают несколькими недостатками.

Одним из основных недостатков является сложность операций мультиплексирования и демультиплексирования пользовательских данных. Сам термин «плезиохронный», используемый для этой технологии, говорит о причине такого явления - отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Поскольку мультиплексируемые потоки не были синхронными, их скорости могли различаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов, формирующих битовые последовательности, каждого из них. Поэтому при мультиплексировании таких потоков, необходимо производить вставку либо исключение бит для согласования скоростей.

Наличие в PDH потоках выравнивающих битов, делает невозможным прямое извлечение из потока, составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока 140 Мбит/сек (Е4) поток 2 Мбит/сек (Е1) необходимо демультиплексировать Е4 на четыре потока 34Мбит/сек (Е3), затем один из Е3 на четыре потока 8 Мбит/сек (Е2), и только после этого можно вывести требуемый Е1. А для организации ввода/вывода требуется трехуровневое демультиплексирование, а затем трехуровневое мультиплексирование (Рис.2). Такой подход был самоочевидным для обслуживания телефонного трафика с его иерархической системой узлов коммутации каналов. Но использование системы PDH в сетях передачи данных требует большого количества мультиплексоров, что значительно удорожает сеть и усложняет ее эксплуатацию.

Другим существенным недостатком технологии PDH является отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью. Служебные биты дают мало информации о состоянии канала, не позволяют его конфигурировать и т. п. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустойчивости, которые очень полезны для первичных сетей, на основе которых строятся ответственные междугородные и международные сети. В современных сетях управлению уделяется большое внимание, причем считается, что управляющие процедуры желательно встраивать в основной протокол передачи данных сети.

Третий недостаток состоит в слишком низких по современным понятиям скоростях иерархии PDH.

Сеть связи страны (рис. 2.3) состоит из магистральной (уровень транзитных станций - ТС) и зоновых сетей (уровень местных станций – МС) (рис. 2.4). Зоновая сеть организуется в пределах одной-двух областей (или республик, краев). Она подразделяется на внутризоновую и местную (уровень МС). Внутризоновая связь соединяет областной (республиканский, краевой) центр с районами. Местная связь включает сельскую связь (райцентр с колхозами, совхозами и рабочими поселками) и городскую связь. Абоненты зоны охватываются единой семизначной нумерацией, и, следовательно, в зоне может быть до 10 7 телефонов и находятся на уровне доступа.

Магистральная сеть соединяет главный узел (сетевой узел - СУ0) с центрами зон (сетевыми узлами – СУ2, СУ10, СУ12 и т.д.), а также зоны между собой (рис. 2.4). Внутриобластная (внутризоновая) сеть является сетью областного значения.

Эта сеть обеспечивает связью областной центр со своими городами и районными центрами и последние между собой, а также выход их на магистральную сеть (рис. 2.4).

Сеть строится на основе территориально-сетевых (ТСУ) и сетевых (СУ) узлов. Кроме того, сеть связи страны подразделяется на первичную и вторичную.

Рис. 2.3. Структура сети связи страны.

Рис. 2.4. Построение магистральной и зоновой сети.

Первичная сеть - это совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят линии и каналообразующая аппаратура. Первичная сеть является единой для всех потребителей каналов и представляет собой базу для вторичных.

Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения (телефонных, телеграфных, передачи газет, вещания, видеотелефонных, передачи данных, телевидения и др.), образуемых на базе первичной сети. Вторичная сеть включает коммутационные узлы, оконечные пункты и каналы, выделенные на первичной сети. Вторичные междугородные сети подключаются к первичной сети с помощью соединительных линий между оконечными станциями первичной и вторичных сетей.

2.3. Городские телефонные сети

В общем случае линейные сооружения городской телефонной сети (ГТС) состоят из абонентских (АЛ) и соединительных (СЛ) линий. Для сокращения расходов на строительство линейных сооружений и повышения эффективности их использования в крупных городах (обычно при емкости сети свыше 10 тыс. номеров) строят несколько районных автоматических телефонных станций (РАТС). Такая сеть называется районированной. При этом линии, соединяющие телефонные аппараты с районной телефонной станцией, называются абонентскими, а линии, соединяющие районные станции между собой, - соединительными.

Связь между районными станциями осуществляется одним из следующих способов: по принципу «каждая с каждой», радиальному, с узлами входящего сообщения, с узлами исходящего и входящего сообщений (рис. 2.5). Первый способ обычно применяется на районированных сетях общей емкостью до 80 тыс. номеров. Второй способ используется для связи РАТС с подстанциями или учрежденческими станциями. На крупных сетях образуются узловые телефонные станции с применением третьего или четвертого способа. Кроме того, для выхода на междугородную сеть РАТС связываются с междугородной телефонной станцией непосредственно или через узловые станции.

Построение сетей АЛ осуществляется различными способами, однако все они могут быть сведены к двум основным системам: шкафной и бесшкафной; в Республике Беларусь, как правило, применяется шкафная система.

Рис. 2.5. Построение межстанционных сетей ГТС

Схема устройства линейных сооружений по шкафной системе изображена на рис. 2.6. Здесь показана часть города с распределенными по отдельным кварталам телефонными абонентами. Кроме районной автоматической станции (МС), учережденческих автоматических станций (УАТС1 - УАТС3) и концентраторов (К1 – К5), располагаются места для базовых станций (БС) сотовых систем связи и узлов ввода сигналов кабельного телевидения (КТВ), для которых оператор телефонной сети будет предоставлять информационные транспротные ресурсы. Число пар проводников проложенных кабелей как правило больше числа телефонных абонентов. Это обеспечивает необходимый эксплуатационный запас. Концентраторы К4 и К5 предназначены для обслуживания новых строящихся районов городской застройки. Таким образом сформирована структура транспортной сети абоненского доступа, в которой образованы три кольца.

Включение абонентов в телефонную станцию осуществляется через распределительные коробки (РК) и распределительные шкафы (ШР) (рис. 2.6, б). При этом от телефонной станции в различных направлениях отходят крупные по емкости кабели, которые, разветвляясь на более мелкие, заходят в ШР. Эти кабели вместе с относящимся к ним линейным оборудованием составляют так называемую магистральную сеть. От ШР отходят меньшие по емкости кабели (100-50 пар), которые, разветвляясь, подходят к РК емкостью 10х2. Данные кабели и относящееся к ним линейное оборудование составляют распределительную сеть. От РК к телефонным аппаратам (ТА) абонентов прокладываются однопарные кабели, составляющие абонентскую проводку (рис. 2.6, б).

Рис. 2.6. Построение сети абонентских линий ГТС: а - распределение кабелей по заданиям; б - шкафная система.

Наличие ШР облегчает производство испытания кабелей и дает возможность путем соответствующих переключений в нем соединять любые пары магистрального и распределительного кабелей, что важно при эксплуатации сети, так как на последней обычно имеют место перегруппировки абонентов, появляется необходимость включения новых абонентов, замены цепей в кабелях и т. п.

Кроме того, применение РШ позволяет экономить магистральные кабели. Дело в том, что в РК соответственно их емкости включаются десятипарные распределительные кабели, в то время как число АЛ, включенных в отдельные РК, обычно меньше. Если подвести непосредственно к телефонной станции полную емкость кабелей, включенных в РК, то на значительном расстоянии до телефонной станции образовался бы большой запас кабельных пар, который более или менее продолжительное время оставался бы в значительной мере неиспользованным, что невыгодно. Наличие РШ позволяет иметь эксплуатационный запас кабельных пар магистральной сети значительно меньше запаса в распределительной сети, обеспечивая таким образом экономию емкости магистрального кабеля.

При построении телефонной сети по бесшкафной системе для обеспечения требуемой гибкости сети используется система параллельного включения кабельных жил, сущность которой заключается в том, что одна и та же кабельная пара, идущая от телефонной станции, включается параллельно в несколько РК. Благодаря такому включению достигается уменьшение запасных пар в магистральных кабелях (аналогично распределительным шкафам). Так, например, у кабелей емкостью 20х2 в направлениях А и Б могут идти по семь пар (7х2), причем шесть пар (6х2) могут быть запараллелены и по желанию использованы частично или полностью в направлении А или Б.

При построении телефонных сетей применяется также смешанная система с использованием того или иного способа на тех участках сети, где он является наиболее целесообразным.

Высокая скорость передачи информации, надежность и доступность подключения – главные требования к качественным услугам цифровой связи и интернета. Оптико-волоконные линии эффективно решают задачу перекачки данных, невозможную для обычных кабелей.

Наша компания предлагает услуги проектирования высокопроизводительных магистральных сетей связи различного назначения. Мы имеем необходимый опыт, квалифицированный персонал и ресурсы для реализации проектов любой сложности.

Что такое магистральные сети связи и их предназначение

Магистральная сеть связи (МСС) – телекоммуникационная высокоскоростная транспортная инфраструктура, объединяющая отдельные станции, узлы и сегменты, к которой подключена распределительная сеть с абонентским оборудованием.

Линии создаются на основе волоконно-оптических кабелей и подключаемого к ним сетевого оборудования, которое поддерживает высокие скорости прокачивания данных. Она соединяет головную станцию с субмагистральной сетью распределенных потребителей, локальные вычислительные сети. Такие МСС организуются в масштабах страны, регионов, областей, крупных городов с целью обеспечения:
оперативного обмена данными;
устойчивого высокоскоростного соединения удаленных и распределенных дата центров;
расширения потоков информационного обмена;
надежных высокоскоростных соединений и пр.

Мы создаем проекты МСС, соответствующие жестким требованиям законодательных и нормативно-технических документов. Они обеспечивают клиенту конкурентные преимущества. Магистральные транспортные сети связи от нашей компании обладают:
высокой скоростью перемещения информации по одному физическому волоконно-оптическому соединению (от 400 Гб/с и выше);
повышенной плотностью задействования оптической среды за счет спектрального мультиплексирования по частоте и фазовой модуляции, что исключает необходимость ввода дополнительных линий;
возможностью масштабирования, позволяющей расширять перечни предоставляемых сервисов без изменения структуры за счет установки новых версий транспортного оборудования;
мультисервисностью, обеспечивающей предоставление широкого спектра услуг, включая передачу трафика любых типов (интернет, передача голоса, потоки данных) с высокой скоростью;
надежностью 99,99% и минимальным временем самовосстановления пропускной способности после сбоев;
оптимальной структурной топологией (древовидной, кольцевой, смешенной), гарантирующей устойчивость связи;
гибкостью, позволяющей предоставлять имеющиеся и перспективные услуги (например, LTE, WiMAX и пр.).

Виды магистральных сетей связи и требования к ним

Наша компания предлагает проекты МСС, в которые заложены высокотехнологичные комплексные решения. Они позволяют формировать магистрали, обеспечивающие эффективное задействование физических волокон кабелей. Их основа – высокоскоростные технологии, разработанные для глобальных линий связи – Ethernet, LTE, SDH, WiMax, UMTS, IP/MPLS и DWDM. Комплексирование и различные их сочетания позволяют получать пропускную способность оптического волокна от 10 Гбит/с на 100 и больше длинах волн. Они обеспечивают магистрали сетей связи, например, с:
DWDM — транспортировкой информационных пакетов по одному оптическому кабелю с наибольшей скоростью;
SDH — заданными скоростями прохождения транспортируемых синхронных модулей, подключением сетевых устройств разных изготовителей, настройкой на вариативное предоставление различных наборов услуг;
IP/MPLS — увеличенной скоростью продвижения IP-пакетов за счет прикрепления к ним спецметок, сокращающих время обработки маршрутной информации.

Наполнение и стоимость проектирования магистральных сетей связи

После получения от заказчика поручения на выполнение проекта, наши специалисты производят согласование исходных данных, обследуют участки местности, здания, по которым будет проходить МСС. Проектирование начинается после согласования технического задания и оценочной стоимости работ.

Во всех случаях мы оказываем клиенту консультативную помощь в выборе среды передачи пакетов информации, сетевых технических устройств, технологии построения линии связи, оптимальной топологии структуры сети. На этапах проектирования МСС предусматриваются:
геодезические изыскания, исследования грунтов;
проработку технических решений;
изучение возможности прокладки в защищенных зонах, например, вдоль железной дороги;
ввод аппаратуры удаленного мониторинга;
расчеты количества и мощности регенераторов, концентраторов, маршрутизаторов, мостов.

Комплект рабочей документации формируется в соответствии с действующими требованиями, включая обязательные главы, разделы, содержание. Его наполнение – схемы, расчеты, планы, чертежи, графики, спецификации оборудования и материалов, смета. В нем учитывается необходимость проведения работ:
строительно-монтажных;
по вскрытию грунтов;
монтажу и наладке техустройств;
пуско-наладочных;
по вводу в эксплуатацию.

Окончательная цена проектирования зависит от многих составляющих и определяется индивидуально в каждом конкретном случае. Она фиксируется в договоре на оказание услуг и не подлежит изменению в одностороннем порядке.

Преимущества заказа проектов магистральных сетей связи

Мы самостоятельно выполняем согласования, внесение корректировок, получение положительного решения госэкспертизы. По желанию заказчика наша компания выполнит авторский надзор на всех этапах реализации проекта. Разработка рабочей документации выполняется с соблюдением оговоренных сроков. МСС от нашей компании функционирую надежно, устойчиво, обеспечивая высокие скорости передачи данных. Заказать проектирование сети возможно на сайте или позвонив по контактным телефонам.