Современная транспортная сеть должна обеспечивать экономически эффективную агрегацию любого клиентского трафика и его надежную, высококачественную передачу по каналам связи. Этого можно достичь с помощью различных транспортных технологий, многие из которых разработаны совсем недавно.

Широко распространенные TDM-технологии, базирующиеся в основном на принципах синхронной иерархии SDH (STM-N, VC-n и т.п.), в настоящее время вытесняются:

На электрическом уровне - технологиями Carrier Ethernet (интерфейсы E/FE, GE, 10GE, 40GE и 100GE) и MPLS-Transport Profile. Эти технологии обеспечат широкие возможности для создания транспортных сетей с пакетной коммутацией операторского класса, ориентированных на установление соединений;

На фотонном уровне - технологиями оптической транспортной иерархии OTH/OTN, похожими на SDH, но в отличие от нее обеспечивающими прозрачность передачи и кросс-коммутации совокупности TDM- и пакетного трафика в любом сочетании с дальнейшей их передачей по каналам систем с разделением каналов по длине волны оптического излучения (систем со спектральным уплотнением каналов) - WDM.

Сервисные сети IP/MPLS могут предоставлять услуги, соединяясь между собой, с системами опорной сети операторов фиксированной и мобильной связи, с точками присутствия провайдеров услуг, а также с системами широкополосного доступа непосредственно или поверх транспортной сети операторского класса. Пакетные коммутаторы с функциональностью Carrier Ethernet/T-MPLS & MPLS-TP становятся важным элементом транспортного уровня сети, взаимодействуя поверх существующих сетей NG SDH/MSPP и/или прозрачного и гибкого фотонного уровня OTN/WDM. Гибкий автоматизированный WDM-фотонный уровень снабжается программно перестраиваемыми и реконфигурируемыми оптическими узлами ввода/вывода T&ROADM. Эти и другие решения, включая использование интеллектуальных транспортных технологий ASON/GMPLS (Intelligent Optical Core), должны быть масштабируемыми по производительности и открытыми для модернизации.

Конвергенция транспортных решений и технологий Ethernet: эволюция к 40G и 100G

Процессы IP-трансформации стимулировали исследования по увеличению пропускной способности транспортных сетей как для традиционного (TDM), так и для пакетного трафика.

Для существующих систем синхронной транспортной иерархии SDH стандартизованы скорости передачи от STM-1 (155 Мбит/с) до STM-256 (40 Гбит/с), увеличивающиеся от уровня к уровню с коэффициентом 4. Для систем оптической транспортной иерархии стандартизованы скорости передачи от OTU-1 (2,5/2,7 Гбит/с) до OTU-3 (40/43 Гбит/с), которые также увеличиваются от уровня к уровню с коэффициентом 4. Скорость передачи Ethernet (интерфейсы) росла с коэффициентом 10 и достигла на сегодняшний день 100 Гбит/с. Конвергенция этих технологий началась со скоростей передачи 10G. Исследования последних лет показали, что эта конвергенция развивается в направлении скоростей передачи 40G и 100G. Проходящая в настоящее время стандартизация поддерживает такую конвергенцию и закладывает перспективу для создания сетей следующих поколений.

Предложенные первоначально для центров сбора и обработки данных, а также для корпоративных компьютерных сетей системы 40GE, по всей вероятности, будут широко использоваться и на уровне транспортных сетей с внедрением непривычного для Ethernet-технологии коэффициента 4 (40GE по отношению к 10GE). На магистральном уровне сетей будет реализована скорость передачи 100GE/OTN с непривычным для транспортных сетей коэффициентом 2,5 по отношению к внедряемому сегодня уровню 40GE/OTN.

Удовлетворение поставленных сервис-провайдерами требований невозможно без освоения скоростей передачи данных в диапазоне до 100 Гбит/с и выше.

Для новых протоколов и интерфейсов 40G и 100G в настоящее время разрабатываются стандарты. Еще в июле 2006 г. рабочая группа IEEE 802.3 WG создала специальную группу High Speed Study Group (HSSG), утвердившую год спустя две MAC (Media Access Control) скорости передачи:

40GE для приложений, связанных с взаимодействием серверов (server-to-server), а также серверов и пакетных коммутаторов (server-to-switch);

100GE для приложений, связанных с взаимодействием пакетных коммутаторов (switch-to-switch), включая соединения «точка-точка» между сетевыми кластерами и т.п.

Главные усилия направлены на выбор новых технологий и решений, включая новые методы линейного кодирования, которые позволят наиболее эффективно передавать высокоскоростные цифровые потоки 40 Гбит/с и 100 Гбит/с по каналам систем WDM, работающих сегодня в основном на скоростях не выше 10 Гбит/с (из расчета на каждый оптический канал).

Для увеличения дальности передачи потоков 40 Гбит/с и 100 Гбит/с по каналам систем WDM будут использованы многоуровневые линейные коды (QAM и т.п.), улучшенные коды с исправлением ошибок (SFEC), а также методы когерентного приема вместо дифференциального детектирования сигналов. За новыми методами будущее, но на начальных этапах 100-гигабитные системы будут внедряться с определенными ограничениями по дальности передачи на WDM-системах, уже работающих на уровне 10 Гбит/с.

Транспортные решения OTN/OTH

Оптическая транспортная иерархия (Optical Transport Hierarchy, OTH), как определено в рекомендации МСЭ G.798 & G.709, предусматривает методы размещения, мультиплексирования и управления сетями, поддерживающими различные клиентские сигналы в их натуральном формате, независимо от типов используемых протоколов. В стандарте описана единая структура Optical Data Unit (ODU)/Digital wrapper, в которой можно разместить несколько существующих фреймов потоков данных, а затем объединить их с другими сигналами и далее передавать и управлять в едином стиле с единой функциональностью, аналогичной той, что принята в системах SDH.

Первая версия OTH была ориентирована преимущественно на клиентские сигналы SDH. Поэтому изначально в рекомендации G.709 были определены только 3 фиксированных типа ODU-контейнеров:

ODU 1 for CBR 2G 5 (STM -16);

ODU 2 for CBR 10G (STM -64);

ODU3 for CBR40G (STM-256).

В настоящее время структуры OTH рассматриваются с учетом передачи таких клиентских сигналов, как

Ethernet 1GE , 10GE WAN /LAN , 40GE , 100GE ;

OTH 2,5G , 10G , 40G , 100G ;

SDH 2,5G , 10G , 40G ;

FC 1G, 2G, 4G, 8G (10G).

Технология OTN является идеальным средством для создания конвергентных транспортных платформ, обеспечивающих прозрачность при передаче трафика, относящегося к любым услугам поверх оптических каналов WDM-систем, поскольку имеет собственный отдельный заголовок, похожий на заголовок в SDH и дающий возможность контролировать сеть и управлять ею. Поэтому поддерживается прозрачная совместная передача совокупности асинхронного (пакетного) и синхронного (TDM) трафика в любых сочетаниях.

Кроме того, системы OTN:

Очень эффективны при поддержке асинхронных пакетно ориентированных услуг, таких как GE, 10GE, различного уровня Fiber Channel (FC), ESCON & FICON, не имеющих собственных средств мониторинга на физическом уровне;

Позволяют обнаружить и локализовать отказы в WDM-сети, значительно повышая качество предоставляемых услуг;

Являются единственной технологией, которая может передавать широко распространенные в IP/Ethernet клиентские сигналы 10GE LAN PHY;

Обеспечивают совместную передачу синхронных и асинхронных сигналов поверх одного оптического lambda-канала системы WDM.

Следует, однако, отметить, что стандартизация OTN не закончена, в частности алгоритм размещения GE, FC и Video еще не до конца разработан, прозрачное размещение 10GE оговорено параллельно в нескольких различающихся стандартах, для группирования и коммутации сигналов со скоростями передачи ниже 2,5 Гбит/с на практике все еще используются системы SDH. Однако стандартизация продолжается, включая уровень ODU4/100GE и уровень ODUflex для сигналов со скоростями ниже, чем ODU-1 (sub-lambda-каналы).

Технология OTN имеет все шансы стать в перспективе универсальным прозрачным электрическим уровнем оптических магистральных сетей связи, расширяя хорошо отработанные в TDM/SDH методы OAM на пакетные интерфейсы типа Ethernet (включая 10GE LAN PHY), FC, ESCON, Digital Video и т.п.

Роль ROADM на фотонном уровне транспортной сети

Реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода/вывода ROADM упрощают процесс планирования и обслуживания сетей DWDM, обеспечивая автоматизацию (с минимальным участием обслуживающего персонала) процессов добавления, удаления или перенаправления оптических каналов. В существующих сетях эти процессы пока осуществляются вручную с затратой значительных усилий на адаптацию оборудования и переключение трафика и требуют высокой квалификации персонала. Основой ROADM стали оптические устройства нового класса, а именно селективные переключатели длин волн Wavelength Selective Switch (WSS) с одним входом (групповой сигнал) и многими выходами для групп и/или индивидуальных каналов или со многими входами для групп и/или индивидуальных каналов и одним выходом.

Следует отметить, что если в узле производится ввод, вывод или перемаршрутизация/коммутация канала на другое направление передачи, то все соединения между узлами сети, включая транзитные соединения через узел на фотонному уровне, должны выдерживать тонкий баланс между параметрами индивидуальных оптических каналов (длин волн) для достижения оптимальных параметров в системе передачи в целом. Поэтому в ROADM имеется функция динамической балансировки уровней оптической мощности различных оптических каналов.

Как только в системах WDM стали доступны транспондеры с возможностью перестройки длины волны излучения во всем C-диапазоне в соответствии с сеткой частот с шагом 100 ГГц и 50 ГГц (до 80-96 длин волн оптического излучения в C-band), в ROADM обнаружился новый ограничивающий фактор. Оптические каналы выводились на фиксированные порты ROADM, соответствующие конкретному значению длины волны оптического излучения. Поэтому, несмотря на гибкость транспондеров, избежать ручных операций для переключения канала на новые направления не удавалось.

В результате проведенных исследований для предотвращения блокирования оптического канала было предложено устройство colorless ROADM, в котором любой пользовательский порт может быть использован для организации канала с любой длиной волны оптического излучения. На следующем этапе были применены directionless ROADM, в которых к любому порту любого направления передачи может быть адресован оптический сигнал на любой длине волны. Ввод/вывод соответствующего канала по любому направлению осуществляется автоматически, без нарушения баланса в оставшихся оптических каналах, передаваемых через узел насквозь. Такая концепция в сетевых решениях Alcatel-Lucent получила название Zero Touch Photonic (ZTP) - сеть, перестраиваемая посредством системы управления, т.е. без «ручного» вмешательства персонала на узлах (рис. 1).

Наличие в узлах WDM-сети colorless & directionless T&ROADM-систем является обязательным условием реализации функциональности ASON/GMPLS на фотонном уровне сети.

Интеллектуальные транспортные решения ASON/GMPLS

Сети следующего поколения должны быть более динамичными, обеспечивать эффективное использование ресурсов и высокий уровень надежности и качества предоставления услуг по запросу. Иными словами, нужно обеспечить динамическое предоставление ресурсов сети (необходимой полосы) для доставки любых услуг в любое время любому пользователю. Именно поэтому IETF расширил сигнализационные и маршрутизирующие протоколы MPLS за пределы IP-сети, и на этой основе был разработан обобщенный протокол General MultiProtocol Label Switching (GMPLS).

Функциональность GMPLS с распределенным уровнем системы управления (Control Plane), отделенным от уровня передачи данных (Data Plaine), стала следующим этапом эволюции технологий MPLS для использования их в транспортных сетях. МСЭ-Т (ITU-T) более глубоко рассмотрел сетевые аспекты применения этой функциональности в ряде рекомендаций для Automatically Switched Optical Network (ASON). OIF завершил стандартизацию сетевых интерфейсов. Пользовательские интерфейсы UNI служат для доступа к сети ASON для запроса на предоставление услуг, контроля соединений, обеспечения QoS в соответствии со SLA, сбора сообщений об отказах и т.п. Сетевые интерфейсы NNI предназначены для связи между сетевыми элементами, сетевыми доменами и разными сетями. На этом уровне в рамках Control Plane ведутся обработка запросов на соединения, их организация и контроль, обмен в определенных объемах информацией о доступных ресурсах в сетевых элементах и соединениях, маршрутизация сервисов между сетевыми доменами и т.п.

Одно из основных достоинств интеллектуальной транспортной сети с функциональностью ASON - способность по требованию пользователей или запросу от системы централизованного управления сетью автоматически устанавливать:

Соединения внутри сети, построенной на оборудовании одного поставщика;

Сквозные соединения на сети, построенной не только на оборудовании разных поставщиков, но и с использованием разных функциональных и технологических уровней, ориентированных на установление соединений, например SONET/SDH (VC-N), WDM/OTN (OCH, ODU), T-MPLS/MPLS-TP (LSP, PW3) и т.п.

Для реализации ASON/GMPLS на фотонном уровне в узлах WDM-сети размещаются системы T&ROADM, обеспечивающие переключение оптических каналов без дополнительного O-E-O-преобразования. Если системы T&ROADM имеют коэффициент связности N до 6-10 (количество направлений, на которые можно переключить оптический канал из одного узла сети на фотонном уровне), то в этом случае отпадает необходимость сохранять свободной до 50% емкости сети для реализации защитных механизмов с полным дублированием каналов типа O-SNCP, OCP и т.п. Достаточно иметь 10-25% распределенной свободной емкости на соединениях в сети, чтобы обеспечить возможность обхода пораженных участков на основе ASON/GMPLS.

В этих же узлах могут размещаться системы автоматического переключения трактов, работающие в соответствии со стандартом OTH/OTN на электрическом уровне и обеспечивающие прозрачное переключение данных на уровне ODU и/или sub-lambda-каналов (ODUflex), включая GE, 10/100 Ethernet, Fiber Channel, FICON/ESCON, SONET/SDH и т.п. Технология ASON/GMPLS может быть реализована и на OTH/OTN-уровне сети (рис. 2).

Функциональность ASON/GMPLS на уровне SDH уже внедрена на многих сетях. Аналогичная функциональность на фотонном уровне, обеспечивающая при отказах сети автоматическое восстановление (без вмешательства в этот процесс оператора системы управления) оптических lambda-каналов, реализована в оборудовании 1626LM и начнет внедряться на сетях операторов в 2010 г. икс

Классификация транспортных сетей. Обзор технологий для транспортной сети (ТС)

Сначала было слово. Слово содержало некую информацию, предназначенную для передачи от человека к человеку. И уж потом постепенно у людей сформировалось осознание того, что для нормального информационного обмена необходимы коммуникации - от голубиной почты и верблюжьих караванов до телефонов, компьютеров и волоконно-оптических магистралей. То, что произошло в мире телекоммуникаций сегодня, можно квалифицировать, скорее, как революцию, чем как эволюцию, настолько велико различие между тем, что представлял собою телефон вчера, и тем, как возросло распространение информации и влияние сети Интернет сегодня. Существующая сегодня телефонная сеть общего пользования (ТфОП) и, вместе с ней, сама технология коммутации каналов на стадии вымирания. Её место занимает сеть с коммутацией пакетов, которая будет обслуживать передачу речи, видеоинформации и данных. Процесс информатизации набирает обороты во всем мире. В современном глобальном мире уровень информатизации обеспечивает конкурентоспособность и безопасность страны.

Еще 10 лет назад любая технология связи могла бы просуществовать 20-30 лет. Теперь многие технологии «умирают» за 1-2 года, потому что оборудование связи очень сильно подвергается моральному износу (т.е. оборудование еще может функционировать, но оно уже не будет отвечать современным тенденциям и требованиям). А новое оборудование, устанавливаемое на станциях, нуждается в квалифицированных работниках, поэтому специалистам, работающим с новыми технологиями, требуется непрерывно повышать свои знания и улучшать навыки.

Грядущий переход Интернета на более эффективный протокол IPv6 поможет реализовать более сложные алгоритмы обслуживания абонентов и даже построить "интернет вещей", когда выход в сеть будут иметь и зубные щетки, и холодильники, и автомобили, а множество датчиков и сенсоров будут объединяться в самоорганизующиеся сети. А количество "пользователей" по линии "machine-tomachine" (или М2М) будет насчитывать десятки миллиардов устройств.

Связистам надо двигаться от потребителя и стараться сгенерировать действительно очень важные для него услуги, пусть даже и с его участием. И будет всем нам счастье. Ведь счастье подобно бабочке - чем усерднее ловишь его, тем успешнее оно ускользает. Но если вы перенесете свое внимание на другие вещи, оно придет и тихонько сядет вам на плечо.

Это было лирическое отступление. А теперь посмотрим на обложку данного учебного пособия, где приведён рисунок, иллюстрирующий понятия: «транспортной сети» и «сети доступа».

Транспортная сеть – это совокупность сетевых элементов, которые обеспечивают передачу трафика. Транспортной является та часть сети связи, которая вы­полняет функции переноса (транспортировки) потоков сообщений от их источниковиз одной сети доступа к полу­чателям сообщений другой сети доступа .

Сеть доступа – это совокупность сетевых элементов, обеспечивающих доступ абонентов к ресурсам транспортной сети с целью получения услуг. Сеть доступа связывает источник (приемник) сообщений с узлом досту­па, являющимся граничным между сетью доступа и транс­портной сетью.

Из рисунка на обложке пособия видно, что основными технологиями современной транспортной сети являются: WDM, NGSDH (SDH нового поколения), MPLS и, конечно, 10GE.

В современной сети доступа в настоящее время применяется громадное количество различных технологий, например: различные виды DSL (ADSL, HDSL, VDSL); различные виды оптического доступа (FTTH – оптика в квартиру, FTTB – оптика в здание, FTTC – оптика в уличный шкаф); различные виды радиодоступа (Wi-Fi, WiMAX, LTE), MetroEthernet, GPON и т. д.

По типу присоединяемых абонентских терминалов сети ВСС разделяются на:

сети фиксированной связи , обеспечивающие присоеди­нение стационарных абонентских терминалов;

сети подвижной связи , обеспечивающие присоедине­ние подвижных (перевозимых или переносимых) абонент­ских терминалов.

Кроме того, по способу организации каналов сети традиционно разделяются на первичные и вторич­ные (рисунок 1.1).

Первичная сеть представляет собой совокупность кана­лов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи (или физических цепей), соединяю­щих эти узлы. Первичная сеть предоставляет каналы пере­дачи (физические цепи) для вторичных сетей для образования каналов связи.

Вторичная сеть представляет собой совокупность ка­налов связи, образуемых на базе первичной сети путем их маршрутизации и коммутации в узлах коммутации и орга­низации связи между абонентскими устройствами пользо­вателей.

Рисунок 1.1 – Структура системы электросвязи

В основе построения классической системы электросвязи лежит первичная сеть, включающая в себя среду распространения сигналов и аппаратуру передачи сигнала, обеспечивающую создание типовых каналов и трактов первичной сети. Первичная сеть может быть построена на основе аналоговых систем передачи (АСП) или на основе цифровых систем передачи (PDH, SDH).

Типовые каналы и тракты первичной сети используются различными вторичными сетями: сетями телефонии, передачи данных, радиосвязи, телевидения, сетями сотой связи.

Очень важно понимать классификацию сетей связи по территориальному делению :

магистральная – это сеть, связывающая между со­бой узлы центров субъектов Российской Федерации. Магистральная сеть обес­печивает транзит потоков сообщений между зоновыми се­тями;

зоновые (или региональные) – это сети связи, образу­емые в пределах территории одного или нескольких субъ­ектов Российской Федерации (регионов);

местные – это сети связи, образуемые в пределах ад­мини­стра­тивной или определенной по иному принципу тер­ритории и не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские;

международная – это сеть общего пользования, присоединенная к сетям связи иностранных государств.

IP-телефония

Аббревиатура VoIP (Voice Over Internet Protocol) означает передачу голоса через интернет-протокол. Истоки технологии VoIP находятся в далеком 1876 году, когда американец Александр Белл осуществил первый телефонный звонок и запатентовал изобретенный им «говорящий телеграф» Это устройство не имело звонка, а вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Появление VoIP датируется 1995 годом, когда маленькая израильская компания VocalTec выпустила первую программу для интернет-телефонии. Программа называлась Internet Phone и была предназначена для звонков с домашнего компьютера.

В сетях на основе протокола IP все данные - голос, текст, видео передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями по одной и той же линии . При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.

Рисунок 2.1 – Соединение в сети с коммутацией пакетов

Аналоговый сигнал от абонента поступает в шлюз IP-телефонии .

В шлюзе происходит следующее : на первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование. На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов происходит в приёмном шлюзе также в несколько этапов. Сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться.

Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

Полученная таким образом последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.

В настоящей время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети.

Сможет ли оператор запустить новые услуги в действующей транспортной сети, справится ли она с передачей высокоскоростного трафика мультимедийных данных?

Проблемы, волнующие операторов

С переходом к технологии UMTS полоса пропускания прямого и обратного каналов передачи трафика значительно увеличивается.

Очевидны и изменения структуры передаваемого трафика. До сих пор в мобильных сетях превалирует голосовой трафик, но при переходе к 3G роль услуг передачи данных возрастет, и существенно увеличится их вклад в общий объем трафика. В определенный момент IP-трафик станет преобладающим, особенно с учетом всеобщей миграции голоса от канальной к пакетной коммутации.

Мгновенные отказ от традиционных технологий и переход к IP невозможны, а потому транспортная среда оператора мобильной связи должна обеспечивать постепенную миграцию. Возможность передачи трафика по традиционным протоколам (TDM, ATM и FR) через IP-сеть с помощью технологии PWE3 (Pseudo Wire Emulation End-to-End) делает IP-среду универсальной с точки зрения поддержки услуг второго и третьего поколений.

В общем случае в транспортной сети мобильного оператора можно выделить два основных сегмента: магистральная транспортная сеть и сеть радиодоступа (RAN). Принципы построения магистральной сети мобильного оператора имеют свои особенности, но в целом совпадают с принципами построения других магистральных сетей.

Ситуация с развитием транспортных сетей RAN - иная. В сетях второго поколения для подключения базовых станций и контроллеров операторы используют мобильные низкоскоростные TDM-каналы. Изначально они были вынуждены арендовать большинство каналов у операторов фиксированной и дальней связи, но сейчас ситуация улучшается. Многие сотовые компании имеют собственную оптическую инфраструктуру SDH/PDH, радиорелейное оборудование и сокращают количество арендуемых каналов. Как следствие, уменьшаются операционные расходы на содержание сети. При этом мало кто из операторов думает о технологии IP как о возможном пути решения проблем, связанных с расширением транспортной сети RAN, но именно построение IP-RAN позволяет решить многие проблемы модернизации уровня доступа.

Как уже отмечалось, новые услуги требуют расширения полосы пропускания. Если ранее емкости выделенного канала 2 Мбит/c (E1) было достаточно для передачи трафика от базовой станции к контроллеру, то БС 3G требуют уже четырех каналов E1. В ближайшем будущем базовым станциям понадобится полоса пропускания 14,4 Мбит/c, и это - не предел. Для подключения одной БС потребуется целый «пучок» каналов E1, что неудобно и имеет ряд ограничений.

Использование IP в качестве транспортной среды позволяет без труда получить полосу пропускания 100 или 1 тыс. Мбит/с, что многократно превышает емкость каналов E1.

Типовые сценарии построения IP-RAN

В зависимости от типов используемого оборудования и характеристик транспортных сетей варианты построения IP-RAN различаются. Мы последовательно рассмотрим разные сценарии.

Первый сценарий типичен для всех операторов второго поколения, планирующих переход к 3G: это передача трафика БС 2G по каналам Ethernet. Традиционно базовые станции мобильного оператора второго поколения подключаются к контроллерам через каналы TDM, по которым передаются как голосовые пакеты, так и сигнальный трафик, а также не менее важный синхросигнал для согласования работы всех БС и контроллеров. Преимущество TDM перед Ethernet в сетях мобильной связи состояло в том, что последние не могли синхронизировать работу оборудования. Однако с развитием IP-технологий проблема была решена. Сейчас доступны несколько технологий, позволяющих решить проблему передачи синхросигнала через IP-сеть, например технологии адаптивного восстановления синхросигнала, синхронный Ethernet и др. Следовательно, рассматриваемый сценарий создания сети IP-RAN можно полностью реализовать на базе Ethernet.

Второй сценарий тоже характерен для сетей второго поколения, где большую часть трафика составляет голосовая информация. При разговоре двух человек один из них, как правило, говорит, а второй слушает, поэтому при использовании TDM-технологий каналы минимум наполовину загружаются неинформативным трафиком, то есть тишиной. Все неинформативные пакеты могут быть выявлены на устройствах доступа в IP-сеть и отброшены за ненадобностью. Перед отправкой в сеть информативные пакеты можно оптимизировать на устройстве доступа по принципу, схожему с архивацией файлов. Все это позволяет существенно сократить объемы трафика, передаваемого от базовой станции, и потребность в полосе пропускания, уменьшить объемы передаваемой информации и операционные расходы на содержание транспортной сети.

Третий сценарий характерен при наличии базовых станций с поддержкой технологии ATM. В этом случае устройства доступа должны поддерживать стандарт ATM IMA для подключения базовых станций и технологию PWE3 для организации виртуальных ATM-каналов через IP-сеть. По способам организации виртуальных каналов и передаче синхросигнала третий сценарий аналогичен первому.

Четвертый сценарий типичен для европейских мобильных операторов, которые раньше опирались на хорошо развитые транспортные сети ATM и не могли одномоментно отказаться от их дальнейшего использования. В европейских сетях 3G наблюдается разделение трафика по разным средам передачи. Так, голосовой трафик и синхросигнал по традиции передаются через ATM-сеть, гарантирующую высокое качество обслуживания. А дополнительный трафик услуг, не критичных к качеству обслуживания, пересылается по новой транспортной IP-инфраструктуре. Это вовсе не означает, что европейские компании не доверяют IP-технологиям передачу ключевого трафика, а лишь свидетельствует о том, что они пытаются максимально разгрузить сеть при минимуме дополнительных вложений. В качестве IP-каналов доступа могут использоваться каналы Ethernet, а также медные DSL-линии, что позволяет существенно сократить расходы на построение IP-RAN.

Пятый сценарий применяется при развертывании БС нового поколения на базе IP. Такие базовые станции могут использовать объединенный групповой канал, состоящий из нескольких потоков E1. В этом случае при подключении нескольких БС через радиорелейные или проводные каналы к одному устройству доступа рациональным решением является терминация сессий Multilink PPP на устройстве доступа и агрегация IP-трафика в единый поток. Определение трафика от каждой базовой станции выполняется в соответствии с ее IP-адресом.

Последний, шестой, сценарий продиктован переходом операторов на сети третьего поколения. Этот процесс не будет мгновенным, а динамика спроса на новые услуги с трудом поддается прогнозированию. Операторы продолжают получать высокие доходы от сетей 2G и не собираются их сворачивать, поэтому на одной площадке не исключена работа БС второго и третьего поколений. В данном случае устройство доступа должно принимать от базовых станций трафик разных типов (IP, TDM, ATM) и обеспечивать его передачу по виртуальным IP-каналам. Синхросигнал также передается через IP-сеть.

Большинство сложностей построения RAN на базе IP вызвано необходимостью в «подгонке» возможностей пакетной технологии под требования мобильного оборудования, изначально работавшего с протоколами TDM и ATM. Однако новые технологии IP, такие как PWE3 или передача синхросигнала по IP-каналам, позволяют операторам строить универсальные мультисервисные транспортные сети для предоставления услуг 2G и 3G, развития дополнительных сервисов.

Отметим, что компания Huawei первая предложила рынку базовые станции, подключаемые к сети IP, с поддержкой технологий Ethernet и TDM-over-IP. При этом заказчикам предоставляются не отдельные сетевые элементы, а комплексные решения IP-RAN. Не ограничиваясь новыми базовыми станциями, Huawei выпустила целую линейку оборудования серии CX с поддержкой технологий передачи трафика TDM, ATM, IP поверх MPLS и реализовала передачу синхросигнала через IP. Высокая плотность портов E1, IMA E1, FE позволяет подключать к одному устройству CX базовые станции второго и третьего поколения. Для повышения надежности решения IP-RAN на уровне доступа реализованы технологии надежных кольцевых структур RPR и RRPP. В том случае, когда построение колец доступа невозможно, устройства CX обеспечивают построение сети древовидной топологии на основе протоколов STP и RSTP.

Алексей Гордиенко ([email protected]) - менеджер по оборудованию передачи данных компании Huawei

Транспортные сети, формирующие проводные каналы связи между удален­ными беспроводными сетями, представляют собой совокупность (рис. 1.5):

– проводных линий связи (links), по которым передаются цифровые электриче­ские или оптические сигналы;

– сетевых узлов (network nodes), осуществляющих ретрансляцию сигналов (включая их мультиплексирование/ демультиплексирование) из одних прово­дных линий в другие посредством коммутаторов (на рис. 1.5 показана струк­тура транспортной сети, содержащая 9 коммутаторов, соединенных между собой 15-ю линиями связи).

Современные транспортные сети представляют собой смежные техниче­ские системы, детальные сведения о которых составляют отдельную область знаний . Краткие сведения о характеристиках этих сетей, связанные с после­дующим изложением сведений о BWN, сводятся к следующему (рис. 1.6).

1. Иерархический уровень реализации сетей служит основанием для их раз­деления на две разновидности – первичные и наложенные сети.

Первичные сети (transmission system) обеспечивают физический перенос электрических сигналов от исходного до конечного узла транспортной сети. Одна из важных функций первичных сетей заключается в мультиплексирова­нии/ демультиплексировании сигналов различных источников. Цифровой форме сигнала, которая используется в современных транспортных сетях, соответству­ет мультиплексирование с временным разделением (Time Division Multiplexing –

TDM). По способу синхронизации мультиплексируемых сигналов различают следующие разновидности первичных сетей:

– сети с плезиохронной цифровой иерархией (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH), в которых мультиплексируемые сигналы близки к синхронным, но не строго синхронны; такие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 150 Мбит/с;

– сети с синхронной цифровой иерархией (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) в которых обеспечивается синхронность мультиплексируемых сигналов- та­кие сети обеспечивают скорость передачи цифровых сигналов до 10 Гбит/с.

Рис. 1.5. Структура транспортной сети

Очевидно, что скорости передачи информационных потоков в сетях обеих разновидностей позволяют создавать на их основе транспортную инфраструк­туру, удовлетворяющую потребностям развертывания современных BWN.

Наложенные сети (Overlay Network) на основе первичных сетей обеспе­чивают формирование каналов проводной связи и перенос сообщений между входными и выходными узлами. Наложенные сети дополняют первичные сети всеми ресурсами, необходимыми для обеспечения проводного транспорта сиг­налов. Наиболее распространенные разновидности наложенных сетей: – коммутируемая телефонная сеть общего пользования (Public Switche Telephone Network – PSTN), рассчитанная на предоставление каналов со ско­ростью передачи цифровых потоков до 64 кбит/с; такие каналы называют ба­зовыми цифровыми каналами (Digital Signal 0 – DS0 или Bearer channel – channel);

– цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network), рас­считанная на предоставление 23 базовых цифровых каналов в США, и 30 – в Европе (суммарные значения скоростей передачи данных соответственно равны 1.544 Мбит/с и 2.048 Мбит/с);

коммутируемая сеть передачи данных (Public Switched Data Network – PSDN) предназначенная для реализации пакетной передачи данных; примером такой сети является Internet.

Рис. 1.6. Критерии классификации транспортных сетей

2. Способ передачи сообщений. По способу передачи сообщений, все транс­портные сети классифицируются по двум признакам: форма представления со­общений во временной области и способ взаимосвязи абонентов в процессе ин­формационного обмена.

По форме представления во времени сообщение может быть непрерыв­ным (circuit mode) или пакетным (packet mode). Непрерывная форма харак­теризуется неделимостью сообщения на протяжении сеанса связи, пакетная, напротив, его разделением на части, каждая из которых передается отдельно (с последующим восстановлением целостности сообщения посредством объ­единения всех частей в надлежащем порядке узлом получателя). Непрерыв­ность сообщения эквивалентна установлению между исходным и конечным узлами транспортной сети замкнутой линии электрической связи (circuit),

что поясняет происхождение англоязычного термина для обозначения непп рывной передачи. Пакетирование сообщения сочетается с двумя способами передачи пакетов – либо по единой электрической линии, неизменной для всех пакетов сообщения, либо посредством независимой передачи транс­портной сетью каждого пакета, которые в этом случае именуются дейта граммами (datagram).

Форма взаимосвязи абонентов при транспорте сообщений определяется по наличию/отсутствию предварительной договоренности контактирующих сто­рон об обмене сообщениями. Различают две разновидности взаимосвязи або­нентов:

– связь с установлением соединения (connection oriented), соответствующая транспорту сообщений по пути, неизменному на протяжении сеанса связи- установление пути предшествует передаче сообщения (например, по линиям’, связывающим узлы 1 – 4 – 5 – 9 на рис. 1.5);

– связь без установления соединения (connectionless oriented), при которой транспорт сообщений сетью осуществляется без предварительного уста­новления маршрута его передачи; подразумевается возможность прохож­дения различных пакетов/частей сообщения различными путями (напри­мер, в сети, показанной на рис. 1.5, при передаче сообщения между узлами 1-9 возможна передача одного пакета через узлы 4-5, другого – через узлы 7-8, третьего – через узлы 2-3).

Передача без установления соединения может осуществляться только в пакетной (дейтаграммной) форме; непрерывная передача сообщений – только при установлении в транспортной сети соединения; пакетная фор­ма сообщений может подразумевать возможность установления соедине­ния, однако осуществляться без такового. Примером пакетной передачи с установлением соединения является передача IP-пакетов по сетям PSTN и ISDN.

3. Каналы связи транспортной сети принято классифицировать, исходя из формы реализации соединения между конечными узлами линии и пропускной способности каналов.

Реализация соединения между узлами может быть как «физической», так и виртуальной.

Физическое соединение осуществляется путем формирования составной линии, включающей ряд межузловых линий типа «точка-точка» и соединяю­щие их коммутаторы с фиксированным направлением коммутации от входящей к исходящей межузловой линии. Например, физическое соединение узлов 3 и 7 на рис. 1.5 образуется путем создания составной линии, включающей узлы 3, 5, 6, 7 и три межузловых отрезка. Типовым примером транспортных сетей с физической реализацией соединения (circuit mode) могут служить сети PSTN и ISDN.

Виртуальная реализация соединения заключается в пакетной передаче со­общений при неизменном маршруте их следования в транспортной сети (т.е. при неизменном перечне узлов и соединительных линий). Постоянство марш­рута обеспечивается запоминанием направления передачи пакетов (packet switching) в коммутаторах сети. Запоминание осуществляется либо только на время передачи сообщения, чему соответствуют понятие коммутируемого виртуального канала (switched virtual circuit), либо на длительное время, чему соответствуют понятие постоянного виртуального канала (permanent virtual channel).

Создание коммутируемых каналов осуществляется по запросу источника сообщения автоматически, создание постоянных каналов – администратором сети. Примерами виртуальных сетей являются сети PSDN.

Пропускная способность канала, под которой подразумевают возмож­ности последнего по переносу информации за определенный промежуток времени, определяется разновидностью используемых кабельных линий и особенностями мультиплексирования сигналов в коммутаторах. В совре­менных транспортных сетях используют кабели с двумя типами направ­ляющих сред (проводные медные и оптоволоконные) и два упоминавшихся выше способа мультиплексирования – плезиохронный (PDH) и синхрон­ный (SDH). Типовым (но не обязательным) является сочетание использо­вания проводных медных линий с применением PDH и оптоволоконных линий с применением SDH. Первому сочетанию соответствует пропускная способность до 150 Мбит/с, второму – до 10 Гбит/с. Технология синхрон­ного мультиплексирования допускает «надстройку» последнего над пле- зиохронным: таким образом, менее скоростные линии с плезиохронными цифровыми потоками могут подключаться к более скоростным линиям с синхронными потоками.

Цифровые потоки технологии плезиохронных сетей стандартизированы в трех вариантах стандартов: Европейском (Ех), Американском (Тх) и Японском (Jx). Несмотря на общие принципы, в каждом из них использованы различные коэффициенты мультиплексирования на разных уровнях иерархий. Каждый из стандартов охватывает несколько уровней цифровой иерархии и имеет несколь­ко символьных обозначений, описывающих технические характеристики интер­фейса и соответствующую скорость передачи данных:

– стандарты Ех, в соответствии со значениями обеспечиваемых скоростей передачи данных, обозначаемые символами Е0, El, Е2, ЕЗ, Е4, Е5;

– стандарты Тх, обозначаемые Tl, Т2, ТЗ, Т4 и Т5 (приняты в США, Японии и Корее);

– стандарты Jx, обозначаемые Jl, J2, J3, J4, J5, хотя чаще встречается другое обозначение: DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, появившееся в результате согласова­ния японской и американской версий стандартов ввиду близости их характе­ристик (фактическая схожесть имеет место для первых двух иерархических уровней).

Базовым цифровым потокам обоих стандартов – Е0 и DS0 – соответствуют одинаковые значения скоростей передачи данных – 64 кбит/с. Иерархия скоро­стей цифровых потоков Е- и Т-версий приведена в табл. 1.1. На практике наи­большее распространение получили цифровые линии El, Т1 и ЕЗ, ТЗ,

Системы SDH, соответствующие международным стандартам синхрс ных первичных транспортных сетей, и системы SONET (Synchronous Opti< Network), отвечающие стандартам США, обеспечивают мультиплексирован цифровых потоков со скоростями порядка сотен и тысяч Мбит/с, что на один-j порядка превышает значения скоростей в плезиохронных системах. Частичн перекрытие стандартизированных значений скорости цифровых потоков дв разновидностей соответствует верхним иерархическим уровням PDH и нижн иерархическим уровням SDH. Базовому значению STM-0 скорости синхроны транспортных систем (Synchronous Transport Mode – STM) соответствует ci рость битового потока 48,96 Мбит/с. Сведения о скоростях передачи данн более высоких уровней (STM-x) представлены в табл. 1.2.

Оптоволоконные кабели обеспечивают передачу информационных noroi со скоростями до 10 Гбит/с, что соответствует стандарту STM-64 (5-го уроЕ иерархии скоростей). Различия скоростей передачи полезной нагрузки (paylo; и общей скорости потока в линиях (line rate) связана с «накладными расходам] обусловленными необходимостью сопровождения полезной информации разнс рода служебными сообщениями, обеспечивающими синхронную передачу }