Оптические транспортные сети

Разработка основных принципов построения оптических транспортных сетей началась недавно [46, 52, 67, 68, 69]. В англоязычной технической литературе используется ряд терминов для обозначения этого вида сетей. Чаще всего встречается аббревиатура OTN (Optical Transport Network). Смысловое содержание термина "Оптическая транспортная сеть" заметно менялось по мере развития технологий передачи и коммутации. В настоящее время этот термин относится к уровню развития транспортных сетей, соответствующих фазам III и IV, которые были показаны на рисунке 2.28.

Словосочетание "полностью оптическая сеть" – перевод с английского языка термина “All-Optical Network”. Этот термин обычно используется для указания на тот фрагмент телекоммуникационной сети, в пределах которого сигналы передаются без преобразователей типа OE и EO. В идеале границы этого фрагмента могут раздвинуться так, что вся транспортная сеть станет оптической. Такой уровень развития транспортной сети будет эффективен вне зависимости от использования технологий оптической коммутации и обработки информации. Конечно, максимальная эффективность – по аналогии с цифровыми методами передачи и коммутации [2] – будет достигнута в том случае, когда в телекоммуникационной системе и средства передачи, и средства распределения информации будут использовать оптические технологии.

На рисунке 2.34 показан фрагмент телекоммуникационной системы, который состоит из оптической транспортной сети, предоставляющей свои ресурсы ТФОП и Internet, а также другому Оператору на правах аренды. В последнем случае транспортные ресурсы могут арендоваться без перехода к SDH или PDH трактам, которые оперируют сигналами в электрической форме.

Использование ресурсов оптической транспортной сети

Рисунок 2.34

В предложенной модели коммутационное оборудование ТФОП и Internet, что соответствует современному уровню развития этих сетей, работает с сигналами в электрической форме. По этой причине после ОМВК должны быть установлены преобразователи типа EO. В сеть Арендатора выдаются ресурсы в оптической форме. На рисунке 2.34 показано формирование ЦСИО за счет аренды цифровых трактов. В этом случае перед коммутационными станциями ЦСИО также необходимо установить преобразователи типа EO.

Арендатор может использовать так называемое "темное волокно" или цифровые тракты – PDH либо SDH. Использование оборудования DWDM породило еще одну технологию распределения информации, которая может применяться, в том числе, и для формирования оптических ресурсов, сдаваемых в аренду. Речь идет о λ-коммутации [45, 70, 71]. В отечественной технической литературе иногда используется термин “лямбда коммутация”. Этот вид коммутации мы рассмотрим позже, как, впрочем, и другие технологии распределения информации (MPLS и GMPLS, в частности). С точки зрения вопросов, рассматриваемых в разделе 2.4, более существенны те изменения, которые связаны со структурой транспортной сети, с пропускной способностью ее элементов и с требуемыми функциональными возможностями.

Структура оптических транспортных сетей определяется принципами развития телекоммуникационной системы в целом. Наибольшее влияние будут оказывать структурные характеристики коммутируемых сетей – численность иерархических уровней, места размещения коммутационных станций и их потребность в транспортных ресурсах.

Пропускная способность оптических транспортных сетей будет в значительной мере определяться теми видами инфокоммуникационных услуг, для поддержки которых используются широкополосные каналы. Поэтому прогнозирование трафика, порождаемого такими видами услуг, становится актуальной практической задачей.

Функциональные возможности оптических транспортных сетей, в первую очередь, связаны с предоставлением потребителям широкополосных каналов. Кроме того, заметно возрастаю требования к надежности транспортной сети. Упомянутое выше словосочетание "Пять девяток" относится к величине коэффициента готовности для телекоммуникационной системы в целом. Понятно, что аналогичная величина для транспортной сети должна быть установлена примерно на порядок выше. Кроме того, значительная часть потребителей транспортных ресурсов ожидает, что время устранения отказов в сети будет еще меньше, чем принятая в настоящее время величина 50 мс [72].

На рисунке 2.35 приведена модель фрагмента телекоммуникационной системы, который будет использоваться для анализа различных стратегий перехода к полностью оптической транспортной сети. Эта модель включает две коммутируемые сети – для телефонной связи и обмена данными.

Модель фрагмента телекоммуникационной системы

Рисунок 2.35

Терминалы включаются в коммутационные станции сетей телефонной связи и обмена данными. Функции этих станций в телефонной сети выполняет МС, а в сети обмена данными – коммутатор доступа (КД). Для связи терминалов с МС и КД используются общие сооружения сети доступа. Этот фрагмент телекоммуникационной системы использует ресурсы транспортной сети доступа, на что указывает соответствующая стрелка.

Транзитная (межстанционная) сеть телефонной связи образована тремя коммутационными станциями – МС, ТС и АМТС. Транзитная сеть обмена данными включает только два элемента – КД и магистральный коммутатор (МК). В общем случае, между ними может размещаться транзитный коммутатор (ТК). Этот фрагмент телекоммуникационной системы использует ресурсы транспортной сети межстанционной связи; данный факт также отмечен соответствующей стрелкой.

Для межстанционной связи могут быть созданы раздельные транспортные сети. Такая ситуация характерна для тех случаев, когда услуги телефонной связи и обмена данными предоставляются разными Операторами. На уровнях сетей доступа и междугородной связи подобные решения встречаются редко.

Предложенную модель полезно рассмотреть с точки зрения тех сред передачи, которые используются в местной транспортной сети. На рисунке 2.36 показаны элементы, отображающие среду передачи. Для межстанционной сети телефонной связи изображены два фрагмента среды передачи. Индекс “1-1” приписан участку между МС и ТС, а индекс “1-2” соответствует фрагменту ТС – АМТС.

Среда передачи в местной транспортной сети

Рисунок 2.36

Формирование оптической транспортной сети может осуществляться различными способами. Одно из интересных направлений, обычно называемое построением "Оптических облаков", показано на рисунке 2.37. Модели сетей с “оптическими облаками” рассматриваются в [73, 74] и в ряде других работ.

"Оптические облака" в местной транспортной сети

Рисунок 2.37

Облако, которому присвоена римская цифра “I”, расположено в сети доступа. Создание фрагмента оптической сети на уровне доступа можно рассматривать как реализацию одной из концепций, которые входят в семейство FTTx (Fiber To The “x”) – волокно до некой точки “x”. Эту точку следует рассматривать как оптимальную (для конкретного проекта) по стоимостным показателям. По этой причине в [40] была введена аббревиатура FTTOpt (Fiber To The Optimum).

На уровне межстанционной сети показаны два разных решения для телефонной связи и обмена данными. Для трафика данных, который быстро растет, используются исключительно оптическая транспортная сеть. Для сети телефонной связи показано оптическое облако II, которое свидетельствует о реконструкции только одного участка – между ТС и АМТС. Подобное решение может быть оправданно, если имеющиеся транспортные ресурсы на участках МС – ТС достаточны для обслуживания трафика речи.

При выборе стратегии построения оптической транспортной сети необходимо учитывать множество факторов. В частности, наблюдается рост доли трафика, замыкающегося в пределах местной сети. В [75] для развитых стран приводятся такие данные: в 1998 году примерно 20% трафика направлялась в междугородную и международную сети, а к 2005 году эта величина уменьшится до 10%. Такое распределение трафика, по всей видимости, объясняется спецификой новых инфокоммуникационных услуг.

Целесообразно, в дополнение к изменению характера распределения трафика, выделить еще ряд тенденций, прямо или косвенно влияющих на принципы создания оптических транспортных сетей. В [72] эти тенденции рассматриваются на примерах ревизии ряда принципов, долгое время считавшихся неизменными. Выделено четыре подобных постулата, которые, по мнению авторов работы [72], необходимо пересмотреть.

Первый постулат, от которого целесообразно отказаться, связан со сравнительно низкими темпами роста трафика и предсказуемостью этого процесса. Телефонный трафик, в течение многих десятилетий, определял пропускную способность транспортных сетей. Развитие телефонии будет и далее стимулировать рост речевого трафика на уровне нескольких процентов в год. Однако о доминирующей роли речевого трафика говорить уже не приходится. Трафик данных, порождаемый, в первую очередь, в глобальной информационной системе Internet, ежегодно возрастает примерно на 100% (а по некоторым другим источникам – еще быстрее). Существенно то, что темпы роста трафика не зависят от положения на финансовых рынках. В результате, заметно изменяется модель трафика, который должен быть пропущен транспортной сетью, а также методы его расчета и, что особенно важно, – прогнозирования.

Если продолжить анализ рассуждений, приведенных в [72] в части новых моделей трафика, то можно сделать два следующих вывода. Во-первых, по мере коммерческого успеха услуг, подобных "Видео по заказу", рост пропускной способности транспортной сети будет осуществляться еще более впечатляющими темпами. Во-вторых, задача прогнозирования усложнится. В результате, Оператор будет вынужден искать такие сценарии развития своей инфокоммуникационной системы, для которой ошибки при прогнозировании трафика не вызовут катастрофических последствий.

Второй постулат касается допущения о том, что весь трафик критичен к таким показателям как время задержки процесса обслуживания. Действительно, для поддержки услуг телефонной связи необходимо предусмотреть передачу сигналов с минимальной задержкой, что особенно важно при использовании Оператором технологии “коммутация пакетов” и ей подобных [76]. Для трафика данных во многих случаях допустимы задержки (иногда весьма существенные) при передаче информации.

Третий постулат – распространенное среди многих специалистов мнение, что оптические транспортные сети могут эффективно использоваться только для междугородной и международной связи. Тенденции роста трафика таковы, что применение технологий оптической передачи становится экономически оправданным в местных сетях, включая, в некоторых случаях, уровень доступа.

Четвертый постулат относится к аспектам целесообразности создания оптических транспортных сетей. Некоторые специалисты полагают, что цель оптических технологий передачи – снижение затрат на транспортную сеть. На самом деле потенциальные возможности оптических транспортных сетей позволяют решить еще ряд задач. С экономической точки зрения не только уменьшается стоимость передачи одного бита информации (cost-per-bit), но и создается фундамент для новых источников доходов. С технической точки зрения улучшаются эксплуатационные характеристики транспортной сети (текущая задача) и формируется хорошая база для долгосрочного развития инфокоммуникационной системы (перспективная задача).

Как же будут создаваться и развиваться оптические транспортные сети? Ответить на этот вопрос без анализа процессов развития коммутируемых сетей достаточно сложно. Тем не менее, можно отметить характерные моменты. Сначала рассмотрим рисунок 2.38, на котором приведены прогностические оценки рынка оптических коммутаторов, используемых в транспортных сетях [77]. Объем продаж в 2001 году принят за единицу. Рост рынка выражен, таким образом, в относительных единицах.

Прогностические оценки рынка оптических коммутаторов

Рисунок 2.38

Прогностические оценки, приведенные на графике, свидетельствуют о высоких темпах роста всего рынка оптических транспортных сетей в целом. Очевидно, что оптические коммутаторы не будут устанавливаться там, где нет кабелей с ОВ. Косвенно рисунок 2.38 говорит о весьма активном продвижении оптических технологий в транспортные сети.

Интересные сведения по использованию кабелей с ОВ для различных видов связи представлены в [78]. Эти данные характерны для Западной Европы к концу XX века – рисунок 2.39.

Рынок кабелей с ОВ в Западной Европе (2000 год)

Рисунок 2.39

На рисунке 2.40, заимствованном из [79], показаны прогностические оценки рынка оборудования DWDM, используемого в североамериканских городах [79]. Рост рынка также выражен в относительных единицах.

Прогностические оценки рынка систем DWDM,

устанавливаемых в североамериканских городах

Рисунок 2.40

Весьма интересна тенденция возрастания доли систем DWDM, которые предназначены для сетей доступа, а также для подключения оборудования в помещении абонентов. Это означает, что применение оптических технологий быстро перейдет рубеж “последней мили”. Возможно, что эта тенденция – главное отличие цифровизации транспортных сетей от следующего этапа их развития – использования оптических технологий. Цифровизация затронула магистральные (международные и междугородные), а также местные сети. В сети доступа переход на цифровые методы передачи стал необходим при введении услуг ЦСИО, то есть для нескольких процентов АЛ. Иными словами, сеть доступа практически осталась аналоговой.

Аналогичный подход был характерен и для практического использования оптических технологий. Этим обусловлено появление упомянутых выше технологий FTTx. С другой стороны, как было показано в разделе 1.7, формирующийся спрос на услуги, которые подразумевают использование широкополосных каналов, определяет стратегию использования кабелей с ОВ, близкую к FTTO и FTTH.

Этот вывод (в частной беседе) подтвердили и китайские специалисты. Они столкнулись с проблемой выбора технологий FTTx, которая была сведена к решению простой задачи: обеспечить поддержку широкополосных услуг группе абонентов, находящейся в крупном офисе. Первое предложенное решение заключалось в замене старого кабеля с медными проводниками на магистральном участке. На распределительном участке сети доступа было предложено использовать оборудование ADSL. Затраты на реализацию проекта по первому варианту (С_I) в самом общем виде можно представить следующим образом:

С_I = С_FO(I) + С_ADSL + С_ADD, (2.14)

где С_FO(I) – стоимость кабеля с ОВ на магистральном участке, С_ADSL – стоимость оборудования ADSL, а слагаемое С_ADD учитывает все дополнительные денежные средства, которые относятся к проектированию, к прокладке кабеля, к установке согласующих устройств, к отбору пар (при необходимости) на распределительном участке и к прочим затратам, достоверно оценить которые до планирования сети доступа весьма сложно.

Для многих проектов величина С_ADD оказывалась столь значительной, что проектировщики предложили второй вариант модернизации сети доступа. Его основная идея состояла в том, чтобы доводить кабель с ОВ до помещения абонента (офиса или дома). Примечательно, что величина С_ADD при этом возрастала всего на несколько процентов. Конечно, увеличивались затраты на кабель с ОВ – С_FO(II), так как он прокладывался и на магистральном, и на распределительном участках.

Несомненным преимуществом второго варианта стала возможность применения оборудования VDSL, что позволяет расширить спектр услуг, предоставляемых абонентам. Выражение для оценки затрат модернизации сети доступа по второму варианту можно представить в таком виде:

С_II = С_FO(II) + С_VDSL + kС_ADD, (2.15)

где С_VDSL – стоимость оборудования VDSL, а коэффициент “k” учитывает рост слагаемого С_ADD.

В сети доступа, построенной по первому варианту, через некоторое время будет заменен кабель с медными проводниками на распределительном участке. Затраты на эту операцию включают стоимость нового кабеля с ОВ и дополнительные расходы, величина которых близка к слагаемому С_ADD в формуле (2.14). Оценки, полученные китайскими специалистами, позволили им сделать следующий вывод: в большинстве случаев модернизацию сети доступа следует проводить в один этап, доводя кабель с ОВ до того помещения, в котором располагаются потенциальные абоненты.

Подобный подход рассматривается также в [80], но четкие выводы о преимуществе концепций FTTH и FTTO перед другими (паллиативными) решениями в этой работе отсутствуют. Обсуждение проблемы с российскими специалистами по проектированию сетей, показало, что вывод китайских специалистов можно считать справедливым и для отечественных условий.

Еще одним важным свойством оптических транспортных сетей можно считать постоянное снижение стоимости передачи информации. Это явление весьма существенно отражается на принципах построения транспортных сетей. На рисунке 2.41 приведены статистические данные и прогностические оценки снижения стоимости передачи информации на расстояние в одну милю со скоростью 1 Гбит/с [78].

Стоимость передачи информации на расстояние

в одну милю со скоростью 1 Гбит/с

Рисунок 2.41

Поведение кривой, приведенной на рисунке 2.41, объясняется рядом технологических факторов, среди которых примечательно повышение числа ОВ в кабеле. В настоящее время потребность ряда Операторов оценивается на уровне 500 ОВ и выше [78]. Это свидетельствует о весьма существенном росте пропускаемого трафика различной природы.

Проникновение оптических технологий в транспортные сети происходит одновременно с ростом их “интеллекта”. Это своеобразное явление. Ведь транспортные сети, в технической литературе на английском языке, относятся к элементам, обозначаемым словосочетанием “Content-less networks” [75]. Этот термин используется для указания на сети, которые не переносят информацию. Зачем в таких сетях использовать аппаратно-программные средства, которые служат для повышения интеллекта системы? Более того, некоторые новые технологии распределения информации (они будут рассмотрены в последней главе монографии) ориентированы на упрощенный вариант построения транспортной сети. В частности, для некоторых технологий предпочтительно использовать “темные волокна”, а не тракты СЦИ.

В данном случае слово “интеллект“ используется для того, чтобы подчеркнуть важнейшие свойства транспортных сетей, построенных в соответствии с концепцией ASTN (Automatically Switched Transport Network). На русском языке эту концепцию можно называть “Автоматически коммутируемая транспортная сеть”. В [81] эта концепция ASTN трактуется как совокупность новых принципов построения транспортных сетей, имеющих существенные преимущества. Для вопросов, рассматриваемых в данном разделе, существенны следующие четыре особенности ASTN [81, 82]:

· дальнейшее снижение стоимости как линейных сооружений, так и оборудования в сетевых узлах;

· быстрая реакция на изменяющиеся требования сети (поддержка высокой надежности) и потенциальных клиентов (в части видов обслуживания);

· новые возможности для повышения доходов Оператора, основанные на преимуществах оптических технологий;

· предоставление транспортных ресурсов со скоростями от 2 Мбит/с до 2,5 Гбит/с и выше вне зависимости от стандартов систем передачи (не обязательно тракты СЦИ).

Можно сказать, что слово “интеллект“ указывает на три особенности перспективных транспортных сетей. Во-первых, возрастают требования к надежности транспортных сетей, которая поддерживается за счет системы управления, обладающей развитым интеллектом. Во-вторых, коммутируемым сетям необходимы транспортные ресурсы, пропускная способность которых изменяется в широких пределах. В-третьих, для многих коммутируемых сетей требуются транспортные ресурсы, адаптируемые к различным технологиям распределения информации. Следует подчеркнуть, что такая трактовка термина “интеллект“ справедлива только в том случае, если речь идет действительно о транспортной сети. В ряде публикаций фактически говорится об оптической сети, обладающей определенным интеллектом. В подобных работах обычно подразумеваются перспективные коммутируемые сети, в которых обработка информации (полностью или частично) будет осуществляться без перехода от оптических сигналов к электрическим.

Очевидно, что переход к полностью оптическим сетям – программа, рассчитанная на длительный период времени. Это означает, что в течение длительного периода времени транспортные сети будут комбинированными системами, оперирующими оптическими и электрическими сигналами [83].

Соображения, изложенные в этом параграфе, позволяют сформулировать общие принципы построения и развития оптических транспортных сетей. Их можно свести к пяти базовым положениям.

I. Хронологически использование оптических технологий осуществляется в такой последовательности: передача, коммутация, обработка информации. В каждом из этих трех компонентов инфокоммуникационной системы можно, в свою очередь, выделить определенные этапы проникновения оптических технологий. Степень проникновения оптических технологий можно оценить числом преобразователей типа “OEO”.

II. С точки зрения структуры инфокоммуникационной сети применение оборудования, в котором реализованы оптические технологии, выбирается Оператором из множества вариантов, которые можно свести к трем основным стратегиям. Первая стратегия – использование современного оборудования там, где возникает потребность в замене каких-либо аппаратно-программных средств и/или линейных сооружений. Это самый простой способ, для которого не нужна разработка долгосрочного плана развития инфокоммуникационной системы на длительную перспективу. Вторая стратегия основана на разработке концепции долгосрочного развития инфокоммуникационной системы с учетом оптимального использования оптических технологий. Такой подход будет самым эффективным, но и очень сложным. Третья стратегия, которую можно назвать прагматической, подразумевает разработку самых общих принципов развития инфокоммуникационной системы. Она должна содержать такие системные решения, которые позволяют Оператору постепенно формировать полностью оптическую транспортную сеть, не забывая о текущих, не всегда четко определенных, задачах.

III. Основные принципы построения оптических транспортных сетей в значительной мере определяются требованиями той инфокоммуникационной системы, в интересах которой они создаются. Одним из важных факторов, определяющих вид применяемых оптических технологий, становится стек протоколов, который используют коммутируемые сети.

IV. Возрастающая роль оптических технологий в транспортной сети подтверждается статистическими данными о росте рынка соответствующего оборудования и прогностическими оценками продаж на ближайшие годы. Для обеспечения высоких показателей надежности и качества обслуживания в состав оптических транспортных сетей вводят “интеллектуальные средства”, которые гарантируют выполнение требований потенциальных клиентов к инфокоммуникационной системе.

V. Переход к полностью оптическим транспортным сетям приведет к дальнейшему снижению затрат на этот элемент инфокоммуникационной системы. Такое положение будет стимулировать развитие рынка тех видов услуг, для поддержки которых необходимы широкополосные каналы.

Эти пять положений рассматриваются в разделах 2.5 и 2.6 применительно к задачам развития ТСГ и ТСС соответственно. Основное внимание уделяется двум вопросам. Во-первых, анализируются возможные стратегии построения полностью оптических транспортных сетей. Во-вторых, рассматривается влияние системных решений, свойственных перспективным коммутируемым сетям.

Если вы хотите, чтобы Вашу докладную

прочитали, напишите ее на одной странице.

(Т.В. Вильсон, 28-ой президент США)

Дата добавления: 2015-07-20