Оптические кросс-коннекторы

В сетях с ячеистой топологией необходимо обеспечить гибкие возможности для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы, позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов (конечно, при условии, что никакой другой сигнал этого порта не исполь­зует эту волну, иначе необходимо выполнить трансляцию длины волны). Существуют оптические кросс-коннекторы двух типов:

□ оптоэлектронные кросс-коннекторы с промежуточным преобразованием в элек­трическую форму;

□ полностью оптические кросс-коннекторы, или фотонные коммутаторы.

Исторически первыми появились оптоэлектронные кросс-коннекторы, за кото­рыми и закрепилось название оптических кросс-коннекторов. Поэтому произво­дители полностью оптических устройств этого типа стараются использовать для них отличающиеся названия — фотонные коммутаторы, маршрутизаторы волн, или лямбда-маршрутизаторы. У оптоэлектронных кросс-коннекторов имеется принципиальное ограничение — они хорошо справляются со своими обязанно­стями при работе на скоростях до 2,5 Гбит/с, но, начиная со скорости 10 Гбит/с и выше, габариты таких устройств и потребление энергии превышают допусти­мые пределы. Фотонные коммутаторы свободны от такого ограничения. В фотонных коммутаторах используются различные оптические механизмы, в том числе дифракционные фазовые решетки и микроэлектронные механиче­ские системы (Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS).

Система MEMS представляет собой набор подвижных зеркал очень маленького (с диаметром менее миллиметра) размера (рисунок 7 ). Коммутатор на основе MEMS применяется после демультиплексора, когда исходный сигнал уже разде­лен на составляющие волны. За счет поворота микрозеркала на заданный угол исходный луч определенной волны направляется в соответствующее выходное волокно. Затем все лучи мультиплексируются в общий выходной сигнал.

Рисунок 7 – Микроэлектронная механическая система кросс-коммутации

По сравнению с оптоэлектронными кросс-коннекторами фотонные коммутато­ры занимают объем в 30 раз меньше и потребляют примерно в 100 раз меньше энергии. Однако этот тип устройств обладает низким быстродействием и чувствительностью к вибрации. Тем не менее системы MEMS находят широкое при­менение в новых моделях фотонных коммутаторов. Сегодня подобные устройства шут обеспечивать коммутацию 256 х 256 спектральных каналов, и планируется и пуск устройств с возможностями коммутации 1024 х 1024 каналов и выше.

Пример первичной сети энергетической компании

В этом примере рассказывается о первичной сети крупной энергетической компании ABC-Power. Название компании вымышленное, однако в основе примера лежит под­линный проект.

Компания ЛВС-Power снабжает электрической энергией большой регион с террито­рией в несколько сот квадратных километров. В состав ABC-Pwer входит несколько крупных электростанций, генерирующих электроэнергию, а также распределительная сеть, с помощью которой энергия доставляется клиентам — крупным предприятиям и массовым потребителям.

Объекты ABC-Power — электростанции и распределительные станции — рассредото­чены по 50 городам и деревням региона. Управляет энергетической сетью трехуровне­вая иерархическая система: центральный узел управления, районные узлы управ­ления, электростанции и распределительные станции. Для управления выработкой и распределением энергии ABC-Power использует различные средства.

О Системы телеметрии и автоматического управления технологическими объекта­ми (электростанциями и распределительными станциями). Эти системы состоят из датчиков, поставляющих оперативную информацию о состоянии энергетиче­ских объектов, а также исполнительных механизмов, с помощью которых объекты управляются, например, энергия перераспределяется из одной части сети в дру­гую. Данные телеметрии передаются в режиме реального времени между объекта­ми, а также на центральное табло, которое используют диспетчеры центрального и региональных узлов управления.

- Специализированная диспетчерская связь. Это система голосовой связи, подобная телефонной, но с большим количеством дополнительных функций, помогающих диспетчерам совместно решать возникающие проблемы.

- Собственная телефонная сеть на РВХ. Эта сеть дополняет возможности диспет­черской системы связи и имеет соединение с национальной телефонной сетью.

- Автоматизированная компьютерная система управления ресурсами предприятия собственной разработки.

Каждая из перечисленных систем состоит из подсистем, расположенных во всех 50 точках присутствия ABC-Power. Очевидно, что для работы систем управления не­обходима качественная телекоммуникационная сеть, связывающая точки присутствия ABC-Power надежными и скоростными каналами.

Долгое время ABC-Power арендовала линии связи со скоростями от 64 Кбит/с до 2 Мбит/с у регионального оператора связи. Эти линии использовались для объедине­ния РВХ и маршрутизаторов/коммутаторов локальных сетей. Системы телеметрии и автоматического управления частично опирались на собственные медные линии связи ABC-Power, которые прокладывались параллельно линиям электропередач к объек­там, не входившим в зону обслуживания регионального оператора связи.

Развитие бизнеса ABC-Power потребовало внедрения новых цифровых коммутаторов РВХ, способных совмещать функции диспетчерской связи и стандартной телефонии; применения мощной интегрированной программной системы управления предприятием SAP R/3 вместо разрозненных собственных подсистем аналогичного назначения; I совершенствования систем телеметрии и автоматического управления.

Такая модернизация средств управления требовала, в свою очередь, модернизации линий связи — повышения их пропускной способности и надежности.

Анализ вариантов модернизации инфраструктуры линий связи показал, что аренда вы­сокоскоростных каналов 34-155 Мбит/с экономически невыгодна. В результате ABC-Power решила пойти по пути создания собственной первичной сети, используя преимущество существующей сети линий электропередач. По такому пути пошли многие железнодорожные, энергетические и нефтегазовые компании. Прокладка оп­тического кабеля вдоль уже существующих путей следования железнодорожного полотна или газового трубопровода не требует больших затрат и обычно быстро окупа­ется.

Первичная сеть ABC-Power была построена за два года. Волоконно-оптический кабель соединил мультиплексоры SDH во всех 50 точках присутствия ABC-Power (рисунок 8).

Рисунок 8 – Первичная сеть SDH компании ABC-Power

Сеть имеет ячеистую топологию, что позволяет применить методы защиты путей (со­единений) технологии SDH и обеспечить высокую надежность. В сети используются мультиплексоры трех типов: М4, Ml и МА. Мультиплексоры М4 являются мульти­плексорами ввода-ввода уровня STM-4, то есть их агрегатные порты работают на ско­рости STM-4 (622 Мбит/с). Эти мультиплексоры образуют магистральное кольцо, ко­торое связывает крупные региональные узлы управления, а также центральный узел

управления. Мультиплексоры М4 допускают замену агрегатных портов STM-4 агре­гатными портами STM-16 (2,5 Гбит/с), которые работают на одной из волн частотного плана DWDM, Это дает возможность дальнейшего наращивания скорости магистрали сета без замены оборудования, в том числе подключить в будущем сеть SDH к магист­рали DWDM.

На мультиплексорах Ml и МА (агрегатные порты STM-1 155 Мбит/с) построена сеть доступа. Она охватывает все энергетические объекты и более мелкие региональные узлы управления. Сеть доступа сочетает ячеистую топологию с древовидной, обеспе­чивая защиту только наиболее ответственных путей. Мультиплексоры МА отличают­ся тем, что они оснащены большим количеством портов PDH для подключения обо­рудования наложенных сетей — телефонной, компьютерной и сети телеметрии/ управления (рисунок 9).

Рисунок 9 – Подключение оборудования к сети SDH

Создание собственной сети SDH позволило ABC-Power с большим запасом обеспе­чить потребности предприятия в высокоскоростных линиях связи. Этот запас компа­ния собирается частично использовать для коммерческой деятельности в качестве ISP.

Выводы

Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, с помощью ко­торой можно достаточно быстро создать постоянные каналы, организующие произвольную то­пологию.

В первичных сетях используют технику коммутации каналов различного типа: с частотным (FDM), временным (TDM) и волновым (WDM/DWDM) мультиплексированием.

В сетях FDM каждому абонентскому каналу выделяется полоса частот шириной 4 кГц. Сущест­вует иерархия каналов FDM, при этом 12 абонентских каналов образуют группу каналов перво­го уровня иерархии (базовую группу) с полосой 48 кГц, 5 каналов первого уровня объединяют­ся в канал второго уровня иерархии (супергруппу) с полосой 240 кГц, а 10 каналов второго уровня составляют канал третьего уровня иерархии (главную группу) с полосой в 2,4 мГц.

Цифровые первичные сети PDH позволяют образовывать каналы с пропускной способностью от 64 Кбит/с до 140 Мбит/с, предоставляя своим абонентам скорости четырех уровней иерархии.

Недостатком сетей PDH является невозможность непосредственного выделения данных низкоскоростного канала из данных высокоскоростного канала, если каналы работают на несмежных уровнях иерархии скоростей.

Асинхронность ввода абонентских потоков в кадр SDH обеспечивается благодаря концепции виртуальных контейнеров и системы плавающих указателей, отмечающих начало пользовательских данных в виртуальном контейнере.

Мультиплексоры SDH могут работать в сетях с различной топологией: цепи, кольца, ячеистой топологией. Различают несколько специальных типов мультиплексоров, которые занимают специфическое место в сети: терминальные мультиплексоры, мультиплексоры вводо-вывода, кросс-коннекторы.

В сетях SDH поддерживается большое количество механизмов отказоустойчивости, которые защищают трафик данных на уровне отдельных блоков, портов или соединений: EPS, CP, MSP, I SNC-P и MS-SPRing. Наиболее эффективная схема защиты выбирается в зависимости от логической топологии соединений в сети.

Технология WDM/DWDM реализует принципы частотного мультиплексирования для сигнала иной физической природы и на новом уровне иерархии скоростей. Каждый канал WDM/DWDM представляет собой определенный диапазон световых волн, позволяющих переносить данные в аналоговой и цифровой форме, при этом полоса пропускания канала в 25-50-100 ГГц обеспечивает скорости в несколько гигабит в секунду (при передаче дискретных данных).

В ранних системах WDM использовалось небольшое количество спектральных каналов от 2 до 16. В системах DWDM задействовано уже от 32 до 160 каналов на одном оптическом волокне, что обеспечивает скорости передачи данных для одного волокна до нескольких терабит в секунду.

Современные оптические усилители позволяют удлинить оптический участок линии связи (без I преобразования сигнала в электрическую форму) до 700-1000 км.

Для выделения нескольких каналов из общего светового сигнала разработаны сравнительно недорогие устройства, которые обычно объединяются с оптическими усилителями для организации мультиплексоров ввода-вывода в сетях дальней связи.

Для взаимодействия с традиционными оптическими сетями (SDH, Gigabit Ethernet, lOGEttfl net) в сетях DWDM применяются транспондеры и трансляторы длин волн, которые преобрази ют длину волны входного сигнала в длину одной из волн стандартного частотного плана DWDM. ^:

В полностью оптических сетях все операции мультиплексирования и коммутации каналов выполняются над световыми сигналами без их промежуточного преобразования в электрическую форму. Это упрощает и удешевляет сеть.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие недостатки первичных сетей FDM привели к созданию цифровых первичных сетей?

2. Название Т-1 обозначает:

- аппаратуру мультиплексирования, разработанную компанией AT&T;

- уровень скорости 1,544 Мбит/с?

- международный стандарт линии связи;

- способ мультиплексирования цифровых потоков 64 Кбит/с.

3. Какие функции выполняет младший бит каждого байта в канале T-1 при передаче голоса? Можно ли в сети PDH выделить канал DS-0 непосредственно из канала DS-3?

5.Какие методы применяются на практике для решения предыдущей проб­лемы?

6.Какие механизмы в канале Е-1 заменяют «кражу бита» канала Т-1?

7.Почему первичные сети обеспечивают высокое качество обслуживания всех
видов трафика?

8.Какое свойство технологии PDH отражает слово «плезиохронная»?

9.Каким образом компенсируется отсутствие синхронности трибутарных пото­ков в технологии SDH?

10.Какое максимальное количество каналов Е-1 может мультиплексировать кадр STM-1?

11.Сколько каналов Т-1 может мультиплексировать кадр STM-1, если в нем уже мультиплексировано 15 каналов Е-1?

12.Какие уровни стека протоколов SDH отвечают за реконфигурирование сетив случае отказов оборудования?

13.Какова максимальная скорость канала передачи данных между регенератора­ми SDH?

14.По какой причине в кадре STM-1 используется три указателя?

15.С какой целью в технологиях PDH и SDH используется чередование байтов?

16.В чем отличие схем защиты 1 + 1 и 1:1? Варианты ответов:

- в схеме 1+1 два потока мультиплексируются в один, а в схеме 1:1 нет;

- схема 1+1 говорит о том, что резервный элемент выполняет те же функ­ции, что и основной, а в схеме 1:1 резервный элемент простаивает до мо­мента выхода из строя основного;

- схема 1+1 используется для защиты портов, а схема 1:1 — для защиты пу­тей трафика.

17. При каких условиях защита MS-SPRing более эффективна, чем SNC-P?

18.Что общего между первичными сетями FDM и DWDM?

19.К какому типу сетей относятся сети DWDM — аналоговым или цифровым?

20.С какой целью в сетях DWDM используются регенераторы, преобразующие
оптический сигнал в электрический?

21.Назовите причины ухудшения качества оптического сигнала при передаче че­рез большое количество пассивных участков DWDM?

22.Какие принципы коммутации световых сигналов используют оптические кросс-коннекторы?

23.С какой частотой будет выполняться операция отрицательного выравнивания указателя контейнера VC-4 в кадре STM-1, если относительная разница между тактовыми частотами передающего и принимающего мультиплексоров I SDH равна 10⁵?

24. Сеть SDH состоит из четырех мультиплексоров уровня STM-4: А, В, С и D.На рис. 10 показано распределение трафика между мультиплексорами, причем все потоки имеют скорость STM-1. Мультиплексоры соединены в кольцо STM-4. Какую схему защиты нужно выбрать, чтобы все соединения были защищены?

Рисунок 10 – Распределение трафика.

Список рекомендуемых источников:

1.

Дата добавления: 2015-08-05