Лекции по Основам построения современных систем и сетей абонентского доступа   

1. Теоретические основы построения современных систем и сетей абонентского доступа

1.3. Архитектура сети электросвязи "транспортная сеть – сети доступа"

С каждым годом требования по пропускной способности и масштабируемости сетей электросвязи возрастают. С одной стороны, появляются новые услуги связи – более широкополосные, увеличивается число пользователей ЕСЭ РФ; с другой – все ярче проявляются ограниченность возможностей ПЦИ и потребность создания ЦСП исходя из новых инженерно-технических принципов.

Наличие в цикле передачи ПЦИ выравнивающих (стафинговых) бит делает невозможным прямое извлечение из потока составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока Е4 поток Е1, необходимо демультиплексировать Е4 на четыре Е3, затем один из Е3 на четыре Е2 и только после этого можно вывести требуемый Е1. Для организации ввода-вывода потребуется три уровня мультиплексирования/демультиплексирования.

Следовательно, использование систем ПЦИ в сетях связи требует большого количества мультиплексоров, что значительно повышает стоимость и усложняет эксплуатацию сети.

Этот недостаток ПЦИ можно устранить, если сделать объединяемые цифровые потоки синхронными, т. е. использовать для сетевых устройств синхронизацию от одного высокоточного источника. Так, в условиях роста требований к ЦПСС по пропускной способности и для преодоления указанных недостатков ПЦИ возникли объективные предпосылки для разработки и внедрения новых синхронных ЦСП, более производительных, масштабируемых и гибких [12].

В качестве формата сигнала первого уровня в новой иерархии ЦСП – синхронной цифровой иерархии (СЦИ) – был принят синхронный транспортный модуль STM-1 со скоростью 155,52 Мбит/с. Мультиплексирование STM-1 с коэффициентом кратности 4 позволяет получить ряд (иерархию) скоростей СЦИ, представленный в таблице 1.2.

Мультиплексирование STM-1 в STM-N осуществляется как каскадно, так и непосредственно. Естественно, СЦИ не смогли бы получить широкого распространения, если бы не обеспечивали совместимость с ПЦИ. Из любого сигнала СЦИ может быть непосредственно выделен любой введенный на передаче сигнал ПЦИ вплоть до Е1.

Таблица 1.2

Схемы мультиплексирования в СЦИ

Уровень СЦИ

Название сигнала

Скорость,

Мбит/с

Схема

мультиплексирования

1

STM-1

155,52 

Е4 + Слж ® STM-1

Е3 + Слж ® STM-1

16 Е2 + Слж ® STM-1

64 Е1 + Слж ® STM-1

2

STM-4

622,08

STM-1® STM-4

3

STM-16

2488,32

STM-4 ® STM-16

16 STM-1 ® STM-16

4

STM-64

9953,28 

STM-16 ® STM-64

16 STM-4 ® STM-64

64 STM-1 ® STM-64

5

STM-256

39813,12

STM-64 ® STM-256

16 STM-16 ® STM-256

64 STM-4 ® STM-256

256 STM-1 ® STM-256

Разработка ЦСП СЦИ совпала с известными успехами в области волоконно-оптических технологий передачи и распределения информации [13]. В этой связи технология СЦИ изначально ориентировалась на использование волоконно-оптических направляющих систем с практически неограниченной пропускной способностью. Внедрение ЦСП СЦИ существенно расширило возможности сетей электросвязи.

В настоящее время в сетях связи основных операторов РФ магистральные ПСС полностью переведены на оборудование СЦИ. По мере распространения технологии СЦИ системы передачи ПЦИ вытесняются из внутризоновых ПСС. При сохраняющейся тенденции уже в ближайшем будущем ЦСП ПЦИ будут использоваться только в местных ПСС для доставки компонентных цифровых сигналов (Е1–Е4) к узлам внутризоновых и магистральной цифровых ПСС с СЦИ.

В технической литературе [3, 7, 8] цифровую сеть связи (ЦСС), в которой формируются, распределяются и потребляются сигналы, формируемые иерархическими ЦСП, называют интегрированной цифровой сетью связи (ИЦСС). Таким образом, ИЦСС – это сеть, реализующая перенос данных с коммутацией каналов (КК).

Появление услуг, ориентированных на режим переноса с коммутацией пакетов (КП), потребовало дальнейшего развития ЦСС. Это привело к созданию ЦСИС. Вновь разрабатываемые коммутационные системы теперь наряду с услугами телефонии стали способны предоставлять пользователям услуги ПД с коммутацией пакетов.

В настоящее время с ростом доли ПД в обслуживаемом трафике термин "цифровая автоматическая телефонная станция" (ЦАТС) перестал в полной мере отражать возможности современных узлов распределения информации. Поэтому все чаще в литературе для обозначения данного оборудования стал использоваться более общий термин "цифровая система коммутации" (ЦСК).

Цифровизация ПСС и ВСС привела к унификации компонентной базы и алгоритмов функционирования ЦСП и ЦСК. Внедряемые ЦСП СЦИ стали обеспечивать не только реализацию функций по передаче сигналов, но и стали способны осуществлять непрерывный контроль качества каналов (трактов), резервирование, оперативное переключение и другие функции, свойственные ранее только системам коммутации ВСС.

Сближение ЦСП и ЦСК по выполняемым функциям, принципам построения и функционирования, масштабное внедрение волоконно-оптических направляющих систем и другие факторы позволили по-новому взглянуть на архитектуру телекоммуникаций. Специалисты в разных странах стали говорить о наличии в рамках ЦПСС транспортной сети и сетей доступа (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Неиерархическое представление первичной сети связи

В отличие от представленной на рисунке 1.1 архитектура "транспортная сеть–сети доступа" является неиерархической. Транспортная сеть представляет собой остов ("становой хребет") сети, обеспечивающий перенос (транспортировку) высокоскоростных цифровых потоков между своими узлами.

Сети доступа являются "периферией" сети, организующей доставку менее скоростных (компонентных) цифровых потоков от пользователей к узлам транспортной сети и обратно.

На начальном этапе внедрения волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) понятие "транспортная сеть" являлось синонимом магистральной ПСС. Однако с внедрением волоконно-оптических технологий передачи и распределения информации во внутризоновые и местные ПСС к транспортной сети стали относить совокупность всех узлов сети электросвязи, связанных между собой синхронными ВОЛП.

На сегодняшний день под транспортной сетью (ТС) понимается часть сети связи, охватывающая узлы магистральной, внутризоновых и частично местных ПСС, а также линии связи их соединяющие [14–16]. Основное назначение ТС – обеспечить высококачественную и бесперебойную (надежную) передачу (транспортировку) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков между сетевыми узлами.

Общие принципы построения транспортных сетей стандартизованы сектором телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) в серии рекомендаций G.803, G.805, G.872. В этих рекомендациях предложено рассматривать транспортные сети в виде многоуровневых моделей (рис. 1.4). В структурах моделей определены функциональные уровни ТС: физический, трактов и каналов.

Физический уровень ТС. Данный уровень образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической, медной кабельной или радиолинией), регенерационными и мультиплексными секциями. Например, данный уровень оптической ТС подразумевает реализацию усиления, регенерации, мультиплексирования, а иногда коммутации и маршрутизации сигнала только оптическими средствами.

Уровень трактов ТС. Тракты ТС создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов между исходящим и входящим сетевыми узлами (станциями).

Рис. 1.4. Используемые МСЭ-Т модели транспортных сетей

В ТС СЦИ тракты прописываются в заголовках циклически передаваемых сигнальных форматов, именуемых виртуальными контейнерами (). Тракты в сети АТМ отличаются от трактов сети СЦИ тем, что они образуются только при наличии информационного сообщения, а в его отсутствии физические ресурсы ТС отдаются для передачи других сигналов.

Тракты в оптической ТС (при условии применения мультиплексирования по длине волны) могут определяться номиналами несущих спектральных каналов. При этом возможен вариант, при котором по разным спектральным каналам передаются сигналы разного типа, в том числе аналоговые. Если применяются ЦСП СЦИ, тракты оптической ТС аналогичны трактам ТС СЦИ.

Уровень каналов ТС. Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса с сетями доступа.

Естественно, ТС, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

Сетевые узлы ТС, независимо от реализуемой модели, подразделяют на оконечные и транзитные узлы, вследствие чего на этих узлах применяются различные типы оборудования: мультиплексоры ввода/вывода, терминальные мультиплексоры, кросс-коннекторы и др. При этом каждый оконечный узел ТС, принимающий компонентные потоки и формирующий из них высокоскоростной транспортный (агрегатный) поток, носит название узел доступа к ТС.

В целом архитектура "транспортная сеть–сети доступа" является удобным инструментом описания и формирования цифровых телекоммуникационных сетей. Для иллюстрации этого рассмотрим варианты построения составной (ассоциированной) телекоммуникационной сети из нескольких сетей передачи данных (СПД).

Составная сеть [3, 8, 13] может быть сформирована благодаря включению между СПД специализированных устройств (ассоциирующих систем): конверторов, концентраторов, коммутаторов, мостов, маршрутизаторов, шлюзов. На рисунке 1.5 сеть передачи данных, состоящая из шести (1–6) сетей, соединена ассоциирующими системами (а, в, с, d, …, l).

 

Рис. 1.5. Формирование составной сети передачи данных на основе ассоциирующих систем

Тип ассоциирующей системы зависит от того, в какой степени отличаются стандарты соединяемых СПД [17, 18]. На рисунке 1.6 показаны принципы функционирования основных средств построения составных СПД. Для наглядности на рисунке отражены реализуемые ассоциирующими системами функции уровней эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС).

Рис. 1.6. Модели основных типов ассоциирующих систем: а – мост; б – маршрутизатор; в – шлюз

Мост служит для соединения однотипных СПД на уровне звена данных в логически единую сеть с общими сетевыми адресами.

Маршрутизатор используется для объединения на сетевом уровне разнородных СПД с различной системой адресов и параметрами пакетов. Маршрутизатор также применяется для определения маршрутов для передачи пакетов.

Шлюз – это устройство (программа) ассоциирования разнородных сетей на пятом, шестом или седьмом (иногда на четвертом) уровне ЭМВОС, обеспечивающее обмен данными между сетями, работающими на различных сетевых протоколах.

В условиях, рассмотренных на рисунке 1.5, при замене оборудования (протоколов) одной из СПД понадобится модернизация (перепрограммирование) большинства ассоциирующих систем.

Задача формирования составной сети значительно упрощается, если имеется ТС, в качестве которой может выступать сеть ПЦИ, или сеть СЦИ, или интегрированная цифровая сеть связи (СЦИ + ПЦИ), или сеть узкополосной ЦСИС, или сеть АТМ (рис. 1.7).

В случае, представленном на рисунке 1.7, каждая из объединяемых сетей имеет одни и те же характеристики в точках сопряжения с ТС, что упрощает организацию суммарной инфраструктуры. При замене оборудования (протоколов) одной из СПД понадобится модификация только одного ассоциирующего устройства. Именно по указанной причине телекоммуникации передовых стран строятся на основе развитых ТС. Это упрощает обеспечение доступа к услугам связи (расстояние от терминала до ТС редко превышает 4 км).

Рис. 1.7. Формирование составной сети передачи данных на основе транспортной сети

Отечественные телекоммуникационные системы имеют определенные особенности, затрудняющие организацию абонентского доступа. Так, транспортные сети РФ находятся в стадии своего формирования, отличаются развитостью в западной и южной частях страны и вырожденностью в восточной и северо-восточной. Передовые корпорации, ведущие научно-производственные объединения в отдельных крупных городах, высокими темпами внедряют прогрессивные телекоммуникационные технологии. В это же время в некоторых регионах на огромных пространствах в отдалении от центра страны наблюдается полное отсутствие какой-либо связи.

В отечественных телекоммуникационных системах присутствуют сегодня технические устройства многих поколений средств связи: от декадно-шаговых и координатных АТС, считающихся в мире морально устаревшими, до современных оптических волновых мультиплексоров и коммутаторов асинхронного режима передачи. Поэтому выбор архитектуры или технологии абонентского доступа необходимо осуществлять исходя из конкретных условий применения.

Таким образом, использование однотипных ЦСП и направляющих систем позволяет определить транспортную сеть как упорядоченную и в принципе однородную структуру. О другом компоненте рассматриваемой архитектуры – сетях доступа – данный вывод сделать нельзя. Неоднозначны и подходы к описанию этой части телекоммуникационной системы.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.