Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Транспортная сеть на основе кольцевой архитектуры SONET / SDH

Оптическая ячеистая сеть представляет собой тип оптической телекоммуникационной сети с использованием проводной волоконно-оптической связи или беспроводную свободного пространством оптической связи в ячеистой архитектуре сети .

Большинство оптических ячеистых сетей используют оптоволоконную связь и эксплуатируются интернет-провайдерами в городских и региональных, а также национальных и международных сценариях. Они быстрее и менее подвержены ошибкам, чем другие сетевые архитектуры, и поддерживают планы резервного копирования и восстановления для установленных сетей в случае аварии, повреждения или сбоя. Планируемые в настоящее время группировки спутников нацелены на создание оптических ячеистых сетей в космосе с использованием беспроводной лазерной связи .

Пример ячеистой сети: NSFNET 14 узлов

История транспортных сетей [ править ]

Транспортные сети, лежащий в основе оптоволоконного уровня телекоммуникационных сетей , эволюционировали от ячеистых архитектур на основе цифровых систем кросс-коммутации (DCS) в 1980-х годах до кольцевых архитектур SONET / SDH (синхронная оптическая сеть / синхронная цифровая иерархия) в 1990-х. . В ячеистой архитектуре на основе DCS операторы связи развернули системы восстановления для каналов DS3, такие как AT&T FASTAR ( FAST Automatic Restoration ) [1] [2] [3] и MCI Real Time Restoration (RTR), [4]восстановление цепей за считанные минуты после сбоя сети. В кольцах SONET / SDH операторы связи реализовали кольцевую защиту, такую ​​как кольцо с коммутацией однонаправленных трактов SONET (UPSR) [5] (также называемое защитой подсетевого соединения (SCNP) в сетях SDH ) или кольцо с двунаправленной коммутацией линий SONET (BLSR) [6] (также называемый Multiplex Section - Shared Protection Ring (MS-SPRing) в сетях SDH ), обеспечивающий защиту и восстановление после сбоя сети за 50 мс или меньше [7], что значительно улучшает время восстановления, поддерживаемое при восстановлении ячеистой сети на основе DCS.и ключевой драйвер для развертывания кольцевой защиты SONET / SDH.

Были попытки улучшить и / или развить традиционную кольцевую архитектуру, чтобы преодолеть некоторые из ее ограничений, с трансокеанской кольцевой архитектурой (определенной в Рекомендации МСЭ-Т G.841 [8] ), защитой «P-циклов», [ 9] оборудование SONET / SDH следующего поколения, которое может обрабатывать несколько колец или иметь возможность не замыкать рабочую сторону или сторону защитного кольца, или разделять емкость защиты между кольцами (например, с помощью Virtual Line Switched Ring (VLSR) [10] ).

Технологические достижения в оптических транспортных коммутаторах [11] в первом десятилетии 21 века, наряду с непрерывным развертыванием плотного мультиплексирования с разделением по длине волныСистемы (DWDM) побудили поставщиков телекоммуникационных услуг заменить свои кольцевые архитектуры SONET архитектурами на основе ячеек для нового трафика. Новые оптические ячеистые сети поддерживают такое же быстрое восстановление, которое ранее было доступно в кольцевых сетях, при этом повышая эффективность использования емкости и снижая капитальные затраты. Такое быстрое восстановление (от десятков до сотен миллисекунд) в случае сбоев (например, сбоя сетевого канала или узла) достигается за счет интеллекта, встроенного в это новое оптическое транспортное оборудование, что позволяет автоматизировать восстановление и обрабатывать его в самой сети. как часть сети плоскости управления , не полагаясь на внешнее управление сетью системы.

Оптические ячеистые сети [ править ]

Коммутация, мультиплексирование и обработка трафика в устройстве OEO

Оптические ячеистые сети относятся к транспортным сетям, которые построены непосредственно из ячеистой волоконно-оптической инфраструктуры, развернутой в городских, региональных, национальных или международных (например, за океанических) районах, путем развертывания оптического транспортного оборудования, способного коммутировать трафик (в длина волны или субволновой уровень) от входящего волокна до выходящего волокна. В дополнение к коммутации длин волн, оборудование , как правило , также способен мультиплексировать более низкую скорость трафика на длинах волн для транспорта и женихатрафик (если оборудование так называемое непрозрачное - см. подраздел о прозрачности). Наконец, это оборудование также обеспечивает восстановление трафика в случае сбоя сети. Поскольку большинство транспортных сетей развиваются в сторону ячеистой топологии, использующей интеллектуальные сетевые элементы ( оптические кросс-коммутации или оптические коммутаторы [11] ) для предоставления и восстановления услуг, были разработаны новые подходы к проектированию, развертыванию, эксплуатации и управлению ячеисто-оптическими сетями. сети.

Оптические переключатели, производимые такими компаниями, как Sycamore иCiena (с гранулярностью переключения STS-1 ) иTellium (с гранулярностью коммутации STS-48 ) были развернуты в действующих ячеистых сетях. Компания Calient построила полностью оптические переключатели на основе технологии 3D MEMS .

Сегодня оптические ячеистые сети не только обеспечивают возможность транкинга для сетей более высокого уровня, таких как связь между маршрутизаторами или коммутаторами в пакетной инфраструктуре, ориентированной на IP , MPLS или Ethernet , но также поддерживают эффективную маршрутизацию и быстрое восстановление после сбоев полоса пропускания двухточечных услуг Ethernet и SONET / SDH.

Несколько запланированных спутниковых группировок, таких как SpaceX Starlink, предназначенных для глобального предоставления доступа в Интернет, направлены на создание оптических ячеистых сетей в космосе. Созвездия, состоящие из нескольких сотен и тысяч спутников, будут использовать лазерную связь для создания оптических межспутниковых линий с высокой пропускной способностью. Архитектура взаимосвязанной сети позволяет осуществлять прямую маршрутизацию пользовательских данных со спутника на спутник и обеспечивает бесшовное управление сетью и непрерывность обслуживания. [12]

Восстановление в оптических ячеистых сетях [ править ]

Защита общего пути резервного копирования - до сбоя
Защита общего пути резервного копирования - после сбоя и восстановления

Оптические ячеистые сети поддерживают создание сервисов с установлением соединения в коммутационном режиме . В ячеистых сетях доступны несколько механизмов восстановления, которые обеспечивают разные уровни защиты [13] или восстановления [14] от различных режимов отказа . Channel-, ссылка -, сегментные- и путь - защита являются большинство схем общей защиты. P-циклы [9] - это еще один тип защиты, который усиливает и расширяет кольцевую защиту. Восстановление - это еще один метод восстановления, который может работать сам по себе или дополнять более быстрые схемы защиты в случае множественных сбоев.

В ячеистых сетях с защитой пути некоторые соединения могут быть незащищенными; другие можно защитить от единичных или множественных отказов различными способами. Соединение может быть защищено от единичного сбоя путем определения резервного пути, отличного от основного пути, используемого соединением через ячеистую сеть. Резервный путь и связанные ресурсы могут быть выделены для соединения (защита выделенного резервного пути, также известная как защита выделенного пути (1 + 1), защита подсетевого соединения (SNCP) в сетях SDH или UPSR в кольцевых сетях SONET ) или совместно использоваться несколькими подключений ( Защита общего пути резервного копирования), как правило, те, чьи основные пути вряд ли выйдут из строя одновременно, что позволяет избежать конкуренции за общие ресурсы в случае отказа одного канала или узла. Может быть реализован ряд других схем защиты, таких как использование замещаемых путей или только частично различных резервных путей. Наконец, можно спроектировать несколько различных маршрутов, чтобы соединение имело несколько маршрутов восстановления и могло восстанавливаться даже после нескольких сбоев (примеры ячеистых сетей через Атлантический и Тихий океаны [15] ).

Прозрачность [ править ]

Непрозрачное переключение трафика между оптоволоконными линиями
Прозрачное переключение трафика между оптоволоконными линиями

Традиционные транспортные сети состоят из волоконно-оптических линий связи между телекоммуникационными офисами, где несколько длин волн мультиплексируются для увеличения пропускной способности волокна. Длины волн ограничиваются электронными устройствами, называемыми транспондерами , и подвергаются оптико-электрическому преобразованию для повторного усиления, изменения формы и синхронизации сигнала (3R).. Внутри телекоммуникационного офиса сигналы затем обрабатываются и коммутируются транспортным коммутатором (также известным как оптический кросс-коммутатор или оптический коммутатор) и либо сбрасываются в этом офисе, либо направляются на исходящую оптоволоконную линию, где они снова передаются в виде мультиплексированных длин волн. в эту оптоволоконную линию к следующему телекоммуникационному офису. Процесс оптико-электро-оптического преобразования (OEO) через телекоммуникационный офис приводит к тому, что сеть считается непрозрачной . Когда входящие длины волн не подвергаются оптическому преобразованию в электрические и переключаются через телекоммуникационный офис в оптической области с использованием полностью оптических переключателей (также называемых фотонным кросс-коммутационным соединением , оптическим мультиплексором ввода-вывода илиРеконфигурируемые системы оптического мультиплексора ввода-вывода (ROADM) ), сеть считаетсяпрозрачный . Гибридные схемы, использующие оптические обходы и обеспечивающие ограниченное преобразование OEO в ключевых точках сети, называются полупрозрачными сетями.

Прозрачные оптические ячеистые сети на основе ROADM были развернуты в городских и региональных сетях с середины 2000-х годов. [16] В начале 2010-х годов действующие сети дальней связи по-прежнему оставались непрозрачными, так как существуют ограничения и нарушения передачи, которые не позволяют расширить прозрачность за пределы определенного предела. [17]

Маршрутизация в оптических ячеистых сетях [ править ]

Маршрутизация - это ключевой аспект управления и эксплуатации оптических ячеистых сетей. В прозрачных или полностью оптических сетях маршрутизация соединений тесно связана с процессом выбора и назначения длины волны (так называемая маршрутизация и назначение длины волны)., или «RWA»). Это связано с тем, что соединение остается на одной и той же длине волны от конца до конца по всей сети (иногда называемое ограничением непрерывности длины волны, в отсутствие устройств, которые могут преобразовывать длины волн в оптическом диапазоне). В непрозрачной сети проблема маршрутизации заключается в нахождении основного пути для соединения и, если требуется защита, резервного пути, отличного от основного пути. Длины волн используются на каждом канале независимо друг от друга. Несколько алгоритмов могут использоваться и объединяться для определения основного пути и разнообразного резервного пути (с или без совместного использования ресурсов вдоль резервного пути) для соединения или услуги, например: кратчайший путь , включая алгоритм Дейкстры ; k-кратчайший путь ,[18], например алгоритм Йена ; маршрутизация с разнесением по краям и узлам или несвязанная маршрутизация , включая алгоритм Суурбала ; [19] и многочисленные эвристики . В целом, однако, проблемы оптимальной маршрутизации для выделенного резервного копирования Пути защиты с произвольным Shared Risk Link Groups (SRLGs) , [20] и для Shared резервного копирования Пути защиты является NP-полной . [21]

Приложения [ править ]

Развертывание оптических ячеистых сетей позволяет поставщикам услуг предлагать своим клиентам новые услуги и приложения, такие как

  • Защита качества обслуживания (QoS), позволяющая предоставлять услуги с разными уровнями защиты: упреждающая, незащищенная, защищенная с гарантированным восстановлением от отказа одного канала или одного узла, защита от множественных отказов (посредством комбинации защиты [13] и восстановления [ 14] )
  • Динамические услуги, такие как Bandwidth-on-Demand (BoD), [22] Just-In-Time (JIT), полоса пропускания, планирование полосы пропускания и брокерская передача полосы пропускания
  • Оптические виртуальные частные сети [23]
  • Многоадресные световые пути

Он также поддерживает новые сетевые парадигмы, такие как

  • Архитектуры IP-оптических сетей [24]

Связанные сетевые архитектуры [ править ]

Ячеистые сети в целом и беспроводные ячеистые сети в частности.

См. Также [ править ]

Телекоммуникации и сети

  • Компьютерная сеть
  • Многоволновые оптические сети
  • Оптическая транспортная сеть
  • Оптическая сеть с переключением длины волны
  • Телекоммуникации
  • Беспроводные ячеистые сети

Телекоммуникационное оборудование

  • Кросс-соединение
  • Мультиплексирование с разделением по длине волны

Пакетные сети

  • Протокол Интернета
  • Многопротокольная коммутация меток
  • Оптическое переключение пакетов
  • Маршрутизатор

Сеть с установлением соединения

  • Переключение цепей
  • Ориентированный на соединение

Доступность

  • Доступность

Ссылки [ править ]

  1. ^ FAST Автоматическое восстановление - FASTAR .
  2. ^ FAST Автоматическое восстановление - FASTAR .
  3. ^ FAST Автоматическое восстановление - FASTAR .
  4. ^ Восстановление в реальном времени (RTR) .
  5. ^ Кольцо с коммутацией однонаправленных путей (UPSR) .
  6. ^ Двунаправленное кольцо с коммутацией линий (BLSR) .
  7. ^ Нужно ли 50 мс?
  8. ^ Рек. МСЭ-Т. G.841
  9. ^ a b W. D. Grover, (Приглашенный доклад) «p-циклы, гибриды кольцевой сетки и« кольцевой майнинг: »варианты для новых и развивающихся оптических сетей», Proc. Конференция по оптоволоконной связи (OFC 2003), Атланта, 24–27 марта 2003 г., стр.201-203. ( соответствующая презентация ).
  10. ^ Виртуальное кольцо с коммутацией линий (VLSR).
  11. ^ a b Также называются оптическими кросс-соединениями или оптическими переключателями . Термин оптический не означает, что оборудование полностью обрабатывает сигналы в оптической области, и в большинстве случаев это не так, а вместо этого оно обрабатывает, мультиплексирует и переключает сигналы в электрической области, хотя некоторое оборудование (называемое фотонным крестом) -connect ) полностью переключаться (только) в оптическом домене без преобразования OEO.
  12. ^ «Илон Маск собирается запустить первый из 11 925 предложенных интернет-спутников SpaceX - больше, чем все космические аппараты, которые сегодня вращаются вокруг Земли» . Business Insider . Проверено 15 апреля 2018 года .
  13. ^ a b Защита относится к заранее спланированной системе, в которой путь восстановления предварительно вычисляется для каждого потенциального отказа (до того, как отказ произойдет), а путь использует заранее назначенные ресурсы для восстановления после отказа (выделенные для конкретных сценариев отказа или совместно используемые различными сценарии отказа)
  14. ^ a b При восстановлении путь восстановления вычисляется в реальном времени (после возникновения сбоя), а свободная емкость, доступная в сети, используется для перенаправления трафика вокруг сбоя.
  15. ^ Оптическая ячеистая сеть доказала свою ценность для Verizon во время землетрясения в Японии [ постоянная мертвая ссылка ]
  16. ^ ROADM и будущее городских оптических сетей, отчет Heavy Reading
  17. ^ Дж. Стрэнд, А. Чиу и Р. Ткач. Проблемы с маршрутизацией на оптическом уровне. IEEE Communications Mag., Февраль 2001 г.
  18. ^ K-я задача о кратчайшем пути.
  19. ^ JW Suurballe, RE Tarjan, "Быстрый метод нахождения кратчайших пар непересекающихся путей".
  20. ^ "Группа ссылок на общий риск (SRLG)" . Архивировано из оригинала на 2013-02-14 . Проверено 20 сентября 2012 .
  21. ^ "Г. Эллинас, Э. Булье, Р. Рамамурти, Ж.-Ф. Лабурдетт, С. Чаудхури, К. Бала, Архитектура маршрутизации и восстановления в ячеистых оптических сетях (журнал" Оптические сети ", январь / февраль, 2003 г.)" ( PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 12 сентября 2006 года . Проверено 21 сентября 2012 .
  22. ^ Пропускная способность Verizon по запросу (Совет директоров)
  23. ^ PHOTONIC NETWORK COMMUNICATIONS, специальный выпуск "Оптические виртуальные частные сети (oVPNs)"
  24. ^ RFC 3717 - IP по оптическим сетям: структура

Дальнейшее чтение [ править ]

  • «Сайт по защите сети - методы защиты сети, восстановление после сбоя сети, события сбоя сети» [1]
  • "Живые транспортные сети на основе ячеистой сети: варианты и стратегии для оптических сетей, сетей MPLS, SONET и ATM", Уэйн Гровер [2]
  • «Управление оптической сетью: архитектура, протоколы и стандарты», Грег Бернштейн, Бала Раджагопалан и Дебанджан Саха [3]
  • «Маршрутизация пути в ячеистых оптических сетях», Эрик Булье, Георгиос Эллинас, Жан-Франсуа Лабурдетт и Раму Рамамурти [4] , [5] , [6]
  • «P-циклы: обзор», Р. Астана, Ю. Н. Сингх, В. Д. Гровер, IEEE Communications Surveys and Tutorials, февраль 2010 г. [7]
  • «Живущие сети: алгоритмы для разнообразной маршрутизации», Рамеш Бхандари [8]

Внешние ссылки [ править ]

  • Появляются самовосстанавливающиеся сетчатые оптические сети [9]
  • Оптическая полоса пропускания AT&T по запросу становится все более быстрой за счет увеличения скорости обслуживания клиентов [10]
  • AT&T предлагает полносвязные оптические услуги [11]
  • Verizon Business расширяет трансатлантическую сеть [12]
  • Verizon Business повышает производительность и надежность подводных кабельных систем Тихого океана в глобальной сети [13]
  • Сеть динамических каналов Internet2 (DCN) [14]
  • Интеллектуальная оптическая сеть расширяет возможности цифровой медиа-сети [15]
  • VSNL и Tata Teleservices создают первую общенациональную интеллектуальную оптическую ячеистую сеть в Индии с использованием Ciena CoreDirector [16] , [17]
  • 360networks развертывает самую разветвленную в мире оптическую ячеистую сеть [18]
  • Глобус деловых кругов Verizon с оптической ячеистой сетью; Начинается расширение на Ближний Восток [19]
  • Инвестиции в глобальную ячеистую сеть Verizon Business приносят большие дивиденды корпоративным клиентам во время многочисленных сбоев в работе подводных кабельных систем в Азиатско-Тихоокеанском регионе [20]
  • Verizon строит оптическую сеть с 18 городами [21]
  • Оптическая ячеистая сеть доказала свою ценность для Verizon во время землетрясения в Японии [22] [ постоянная мертвая ссылка ]