Взаимодействие сигналов контроля в сети NGSDH с трактами VC-12

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

  • Введение
  • Глава 1. Современное состояние телекоммуникаций
  • Глава 2. Технология NGSDH
    • 2.1 Особенности трафика в современных условиях
    • 2.2 Адаптация пакетного трафика
      • 2.2.1 Технология PoS, LAPS/X. 86, SAR/ATM
      • 2.2.2 Протокол GFP
      • 2.3 Протокол VCAT — виртуальная конкатенация
      • 2.3.1 VCAT HP — Конкатенация контейнеров высокого порядка
      • 2.3.2 VCAT LP — Конкатенация контейнеров низкого порядка
      • 2.4 Процедура LCAS
      • 2.5 Технология RPR
  • Глава 3. Архитектурное представление фрагмента сети с трактами VC-12
  • Глава 4. Контроль качества передачи в сетевых слоях
  • Глава 5. Взаимодействие сигналов контроля
  • Глава 6. Имитационное моделирование процедуры контроля качества передачи в трактах VC-12
  • Заключение
  • Список сокращений
  • Список литературы
  • Приложение А

Введение

Телекоммуникации всегда были одной из бурно развивающихся отраслей. С момента зарождения и до нашего времени, сети электросвязи прошли через целый ряд революционных преобразований. К их числу можно отнести происходящий в наши дни переход от традиционных сетей общего пользования с коммутацией каналов к сетям следующего поколения (NGN), развиваемые на основе технологии пакетной передачи информации и представляющие собой сети с коммутацией пакетов. Сети NGN возвещают переход от долго существовавшего подхода «одна услуга — одна сеть» к подходу, в основе которого — оказание множества услуг через одну и ту же сеть. Предоставление пользователям большего разнообразия высококачественных услуг — важнейший фактор процесса реформирования электросвязи, состоящего в повсеместном внедрении сетей NGN. Но такая модернизация не является полностью прозрачной, как это кажется на словах.

Технология SDH широко используется во всем мире. На ее основе построены многие первичные сети. Преимущества данной технологии заключается в стабильности, надежности и удобстве контроля. Однако SDH разрабатывалась для передачи трафика с постоянной битовой скоростью, ориентирована на коммутацию каналов и плохо приспособлена для передачи пакетного трафика. В оборудование и инфраструктуру SDH вложены большие деньги и сразу полностью перестраивать сеть становится нерационально. Поэтому необходимо было отыскать экономичный путь миграции от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. Такое решение нашлось. Это была модернизация существующей сети SDH, в сеть NGSDH. Таким образом, это позволяло сделать переход к NGN более плавным.

Для решения проблемы адаптации пакетного трафика к каналам с постоянной битовой скоростью уже существует и поддерживается многими производителями современный протокол GFP, позволяющий сгладить пульсации пакетного трафика и, вместе с тем, экономично использующий ресурс виртуальных контейнеров.

Типовые скорости сетей передачи данных плохо согласуются со скоростями SDH, так как ёмкости виртуальных контейнеров разрабатывались для передачи в основном каналов голосового трафика. Этот вопрос решает процедура виртуальной конкатенации (VCAT), позволяющая объединить емкости нескольких контейнеров воедино для обеспечения требуемой полосы пропускания.

Ещё одна проблема заключается в том, что загрузка канала может достигать максимума в определённые часы и падать до минимума в другое время. Естественно, целесообразно будет изменять ёмкость всего канала, добавляя или удаляя элементы группы конкатенированных контейнеров. В сетях передачи данных обычно оплачивается трафик, а не время использования выделенного канала.

Решением данной проблемы является процедура LCAS — схема регулировки пропускной способности канала, представляющая собой надстройку над механизмом виртуальной конкатенации. Протокол LCAS позволяет динамически изменять ёмкость канала без вмешательства обслуживающего персонала.

Важнейшей частью технологии SDH является контроль качества всех участков транспортной сети. Переход от PDH к SDH привел к увеличению количества сообщений о неисправности в сети. Соответственно появление новой технологии влечет за собой появление новых сигналов контроля. Это применимо и к технологии NGSDH. В данной дипломной работе рассматривается взаимодействие сигналов контроля в сети NGSDH с трактами низкого порядка.

Глава 1. Современное состояние телекоммуникаций

За последнее десятилетие резко изменилась ситуация на рынке связи. Глобальное информационное общество требует новых технологий — технологий пакетной передачи данных, и операторы, эксплуатирующие сети с коммутацией каналов, чтобы остаться на рынке, должны обеспечивать эффективную передачу пакетного трафика.

Развитие сети Internet, в том числе появления новых услуг связи, способствует росту потоков данных, передаваемых по сети и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения необходимо учитывать:

· разнообразие потребностей абонентов;

· потенциал для развития сети;

· экономичность;

На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более современных технологий.

В настоящее время всё большее и большее число пользователей в России ощущают либо нехватку, либо недостаточное качество услуг, предоставляемых операторами связи. Телефонная сеть общего пользования базируется на принципе коммутации каналов, который не может дать высокой пропускной способности линий связи. И вследствие того, что такие необходимые сейчас услуги, как передача голоса в хорошем качестве, передача видео в реальном времени, конференц-связь требуют высокой пропускной способности, ТфОП (телефонная сеть общего пользования) реализовать их может только в случае установке дополнительного оборудования. В данный момент, у всех сетей связи существует один очень важный недостаток: для каждого вида связи существует хотя бы одна самостоятельная сеть. При этом ресурсы одной сети не могут использоваться другой сетью. В результате, потребитель за отдельными услугами связи вынужден обращаться в разные компании, заключать много договоров, вести на своем предприятии разные виды учета. Решением этой и других проблем, возникающих у пользователей, желающих иметь весь комплекс необходимых услуг, могла бы стать сеть, объединяющая все услуги, сеть нового поколения — Next Generation Network. Но сразу перейти к сетям NGN, не представляется возможным, поскольку это очень дорогой и трудоемкий процесс. Поэтому, переход происходит постепенно.

В сложившейся ситуации операторы могут рассматривать несколько сценариев развития транспортной сети. Первый из них — консервативный, являющейся переходным, позволяет добиться большей эффективности передачи пакетного трафика, новых возможностей в предоставлении услуг, без глобальной перестройки существующей сетевой инфраструктуры. Второй рассчитан на значительные инвестиции, но позволяет, сохранив все свойства традиционных транспортных сетей, перейти к пакетной транспортной сети.

Консервативный подход подразумевает модернизацию существующих SDH-сетей и подходит операторам, уже владеющим крупными транспортными сетями и не имеющие возможности инвестировать в сеть значительные средства, но в то же время стремящимся к повышению эффективности сети, интеграции с IP и Ethernet, готовности предоставлять новые услуги. Консервативный вариант реализуется технологией NGSDH, обеспечивающей плавный переход к полностью пакетным сетям. Т.о. будут заложены основы для сетей будущего, не разрушая при этом существующей инфраструктуры.

Второй сценарий рассчитан на более долгосрочную перспективу и предусматривает переход к полностью пакетному оптическому транспорту PTN с масштабной заменой оборудования. Реализовать это метод помогают две технологии, это T-MPLS и PBB-TE. А единое управление оптической транспортной инфраструктурой организуется посредством GMPLS. [4]

Второй вариант, конечно, прельщает куда больше, своей перспективой развития. Но ситуация на рынке такова, что оператору куда выгоднее «выжать» из своей сети максимум возможностей, чем полностью её перестраивать. Тем более, что сеть SDH зарекомендовала себя как высоко надёжная, и имеется полный спектр возможности их обслуживания. Поэтому скорого отказа от SDH не предвидится. Более того, эта сеть получила новый виток развития, под названием NGSDH, и с уверенностью можно констатировать, что дальнейшее совершенствование происходит, и будет происходить. Всё это позволяет операторам перейти к сетям нового поколения.

Отдельно стоит упомянуть технологию Ethernet. Это пакетная технология, изначально разработанная исключительно для локальных сетей (LAN). Многие операторы связи используют её в качестве последней мили, ядро сети может быть построено на основе сети SDH. Соединения Ethernet по сети SDH являются оптимальным соединением между портами локальной сети. Они строятся по принципам использования виртуальных контейнеров предоставляющих необходимую полосу для передачи кадров Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Сейчас идёт активное внедрение Ethernet в городских сетях (Metro Ethernet). Возникло понятие Carrier Ethernet (Ethernet операторского класса). Если почти все соединения начинаются и заканчиваются на портах Ethernet, то нужно использовать Ethernet непосредственно в опорных сетях.

Несколько лет назад в России стали появляться совершенно новые услуги, как на базе традиционных сетей, так и в сетях с пакетной коммутацией, развитие мультисервисных сетей (типа «Triple Play»), существенно увеличившее требования к качеству каналов, как абонентского доступа, так и магистральных.

Чтобы создать инфраструктуру для предоставления высокорентабельных цифровых услуг, например, Triple Play (передача голоса, данных и видео), операторы активно развёртывают современные сети с возможностью потокового видео и контента ТВ. Но в обозримом будущем сети нового поколения со сквозной IP-инфраструктурой в чистом виде будут, скорее всего, явлением редким. Даже в самых современных сетях важную роль по-прежнему будут играть традиционные линии, поэтому такие технологии, как Ethernet поверх SDH (Ethernet over SDH), представляют хорошие возможности для внедрения наиболее рациональных решений.

Сделаем вывод из всего вышесказанного. На сегодняшний день, уверенно можно сказать, что тенденции развития транспортных сетей смещаются в сторону пакетной передачи данных. А основой протокол станет IP. Но как уже отмечалось, большинство городских сетей построено на базе технологии SDH. И встает вопрос, что же делать компаниям располагающим разветвленной сетью SDH? Ответ напрашивался сам собой. Для решения возникшей задачи оборудования должно эволюционировать так, чтобы обеспечивать транспортную среду для предоставления как новых, так и традиционных услуг. Это позволит компаниям глобально не перестраивать сеть и совершить плавный переход к транспортным сетям следующего поколения. Технологией позволяющей это сделать, стала NGSDH. Ниже рассмотрим более подробно эту технологию.

телекоммуникация трафик сеть тракт

Глава 2. Технология NGSDH

2.1 Особенности трафика в современных условиях

Доля пакетного трафика постоянно увеличивается и постепенно вытесняет TDM-трафик. На данный момент доля трафика данных, и в особенности трафика IP, растет экспоненциально и в разы превышает голосовой трафик.

Существует статистика: услуги доступа к информации с использованием инфокоммуникационных технологий (Интернет) за 9 месяцев 2009 года породили трафик 1 707 350 841 765 Мбайт. Это в 3.5 раза больше аналогичного показателя в 2008 году. Количество интернет — пользователей в России достигло 50 млн. человек (свыше трети населения), в 2007 году это было 35 млн. человек. По прогнозам, через 30 лет это будет 95% населения. [4]

Классическая SDH разрабатывалась для передачи трафика с постоянной битовой скоростью и плохо приспособлена для передачи пакетного трафика, Тем не менее, высокие показатели качества и возможности самовосстановления сети весьма привлекательны для использования SDH в качестве транспорта для информационных сетей. Однако при попытке непосредственно упаковывать кадры ЛВС в контейнеры SDH инженеры столкнулись с определёнными трудностями, а главное, ёмкости контейнеров заполнялись неэффективно. Кроме этого, для сетей SDH характерно резервирование, то есть большая избыточность. Половина ёмкости каналов отводится на резервирование, таким образом, эффективность передачи падает до нескольких десятков процентов.

Сети SDH построены и отлажены, в создание и эксплуатацию вложены большие ресурсы, и отказываться от дальнейшего использования — переходить на сети с коммутацией пакетов — во многих случаях невозможно. К тому же, технология отработана за многие годы, есть специалисты, есть оборудование. Другое дело — внедрение новых технологий. Например, Ethernet over SDH. EoS может существенно расширить спектр услуг операторов связи, тем более что во многих случаях это достаточно недорогое предприятие (поскольку SDH служит всего лишь транспортом, модернизация необходима лишь на оконечных точках маршрута).

Как видим, в настоящее время SDH должна обеспечить передачу пакетного трафика (в особенности IP трафика) наиболее эффективно, как с точки зрения использования ресурса, так и с точки зрения капиталовложений операторов связи по модернизации оборудования. Это не является заменой самой технологии SDH, а является модернизацией. Что касается эффективности использования существующих ресурсов — здесь можно выделить две основные проблемы. Первая проблема — несоответствие скоростей каналов SDH со скоростями сетей пакетной коммутации (проблема передачи высокоскоростного трафика); вторая — высокая неравномерность скорости пакетного трафика (проблема передачи пакетного трафика). Рассмотрим обе проблемы.

Первая проблема — проблема передачи высокоскоростного трафика. Иерархия скоростей SDH происходит от скоростей сетей PDH, которые были рассчитаны на передачу целого числа каналов ОЦК (64 кбит/с). Европейская, североамериканская, японская — существовал целый ряд скоростей, что было учтено при разработке SDH. Виртуальные контейнеры способны поместить в себя многие из них. Совсем другая иерархия скоростей сложилась в сетях пакетной коммутации. Основой для них послужил самый распространённый протокол локальных сетей — Ethernet, объединяющий под общим названием ряд скоростей, кратных 10 (в начале 80-х годов был стандартизирован рабочей группой IEEE 802.3 [2]). Протокол Ethernet в настоящее время является основным протоколом локальных сетей, уже давно вытеснив всех своих конкурентов.

Приведем таблицы скоростей ниже.

Таблица 2. 1

Типовые скорости SDH

Уровень PDH/SDH

Контейнер

Скорость, Мбит/сек

T1

C11

1,544

E1

C12

2,048

T2

C2

6,312

E3

C3

34,368

E4

C4

139,264

STM-1

-

155,520

STM-4

-

622,080

STM-16

-

2,488 Гбит/сек

STM-64

-

9,953 Гбит/сек

STM-256

-

39,81 Гбит/сек

Таблица 2. 2

Скорости Ethernet

Стандарт

Название

Скорость, Мбит/сек

IEEE 802. 3

Ethernet

10

IEEE 802. 3u

Fast Ethernet

100

IEEE 802. 3z

Gigabit Ethernet

1000

IEEE 802. 3an

10 Gigabit Ethernet

10 Гбит/сек

Совершенно очевидно, что из перечисленных в таблице технологий только Ethernet и Fast Ethernet могут передаваться по «классической» SDH без модификаций. Таким образом, оказалось необходимым разработать техническое решение этой проблемы, адаптировав систему SDH к передаче высокоскоростных цифровых сигналов.

Вариантом решения стал механизм конкатенации, позволяющая создать наиболее подходящие емкости для переноса трафика ЛВС по сети SDH.

Вторая проблема — проблема передачи пакетного трафика. Как известно, технология SDH создавалась как технология первичной сети с коммутацией каналов. Для канала же характерна фиксированная скорость передачи. Технология NGN, напротив, ориентирована на сети с коммутацией пакетов. А для пакетного трафика характерна высокая неравномерность скорости, такие параметры как среднее число пакетов за выбранный интервал времени, размер пакетов, не являются постоянными. Есть моменты времени, когда на вход системы не поступают пакеты вообще, или же наоборот — длительное время наблюдается максимальная загрузка. Пакетный трафик носит «пульсирующий» характер, и, чтобы эффективно разместить его пакеты переменной длинны в контейнер, необходимы дополнительные процедуры.

Отсутствует регулярная структура потока — время появления пакета или начало кадра, как и размеры их — величины случайные, что вносит существенные трудности при согласовании скоростей. Механизм адаптации пакетного трафика, асинхронного по своей природе, к каналам с постоянной битовой скоростью не должен вносить переменные задержки в передачу пакетов, поскольку в сетях с коммутацией пакетов время доставки, или задержки, играет важную роль и является одним из главных параметров качества обслуживания. Нельзя просто организовать большую очередь из входящих пакетов, дождаться, когда их будет достаточное число, чтобы плотно заполнить контейнер, а потом отправить его в сеть SDH. Такой подход, конечно же, позволит использовать ресурс SDH на 100%, однако такой линией связи невозможно будет пользоваться из-за того что время доставки пакета будет определятся тем, попал он в конец очереди или в начало, то есть будет случайным, а для многих современных приложений — так называемых приложений реального времени — гарантированное время доставки имеет важное, а иногда критическое значение.

Также не рациональна будет другая крайность — входящие кадры или пакеты сразу же пускать в обработку и передавать в сеть SDH. В этом случае задержки возникать не будут, но будут пустоты в контейнерах, и ресурс не будет эффективно использован.

Потребовалось создать механизм адаптации пакетного трафика к каналу с постоянной битовой скоростью для обеспечения согласования скоростей, при этом максимально полно использовать каналы SDH.

2.2 Адаптация пакетного трафика

2.2.1 Технология PoS, LAPS/X. 86, SAR/ATM

PoS (Packet over SDH, можно перевести как «пакет через сеть SDH») — исторически первое решение, предназначенное для передачи пакетного трафика через сеть синхронной цифровой иерархии, либо с использованием технологии HDLC, либо с использованием методов ATM. Второй вариант в настоящее время представляется затруднительным по причине вытеснения технологии ATM с рынка стеком технологий на базе IP [4]. Рассмотрим пример организации передачи трафика IP как доминирующей технологии пакетных сетей.

Пакеты проходят несколько ступеней преобразования. Сначала кадры IP преобразуются в кадры протокола РРР (Point-to-Point Protocol, протокол соединения точка-точка). Это протокол Интернет, стандартизованный в рекомендации RFC 1661, в который входит целое семейство протоколов, такие как протокол управления линией связи, протокол управления сетью, многоканальный протокол РРР, и многие другие.

Вторым шагом, является преобразование кадров протокола PPP в формат кадров HDLC.

Рис. 2.1 — Преобразование кадров PPP в формате кадров HDLC

Протоколы семейства HDLC предназначены для образования канального уровня для соответствующих сетей. Кадры HDLC имеют различные поля и флаги, переменную длину, и сам протокол HDLC отличается сложностью, поскольку выполняет достаточно много задач. Однако в нашем случае используется усечённая версия этого протокола, которая позволяет загружать в систему SDH пакеты переменной длинны, осуществляя процедуру добавления байтов стаффинга, а также позволяет осуществлять контроль ошибок, защищая содержимое кадра процедурой CRC — 32. Адресное поле и поле управления HDLC имеют фиксированные значения (FF и 03 соответственно). Кадры HDLC разделяются друг от друга специальными полями — флагами, это 7Е в шестнадцатеричном выражении. Кадр PPP загружается в информационное поле кадра HDLC.

Третьим шагом процесса PoS является загрузка полученных кадров HDLC в виртуальные контейнеры SDH. Таким образом, IP-пакет перед тем как попасть в систему SDH проходит через следующие процедуры:

· Формирование кадра РРР (IETF RFC 1661);

· Расчёт контрольной суммы FCS (IETF RFC 1662);

· Добавление байтов стаффинга для выравнивания скоростей и формирования кадра HDLC (IETF RFC 1662);

· Процедура загрузки кадров HDLC в систему SDH (РРР over SONET/SDH IETF RFC2615);

· Передача контейнеров PoS по сети SDH (ITU-T G. 707).

Рис. 2.2 — Варианты передачи пакетного трафика через сеть SDH

Достоинство алгоритма PoS — это существенная простота: учитывая популярность протоколов HDLC, реализация его не вызовет больших затрат. Однако у этого алгоритма есть существенный недостаток — неэффективность использования ресурса SDH. Поскольку в данном алгоритме отсутствует выравнивание скоростей, а пакетный трафик является неравномерным, то и использование фиксированного по скорости канала будет лишь на столько, чтобы не вызвать перегрузки и потери информации.

Дальнейшее развитие технологии PoS привело к стандартизации протокола LAPS международным союзом электросвязи ITU-T в рекомендации Х. 86. Подход был такой, что кадры Ethernet непосредственно загружались в кадры HDLC и далее в виртуальные контейнеры SDH. Принципиально мало что изменилось, и эффективность загрузки ресурса SDH тоже — по-прежнему требовалась процедура стаффинга и отсутствовал механизм согласования скоростей, — поэтому эта технология не прижилась, на смену ей пришла процедура GFP.

Однако стоит также упомянуть о подходе в реализации в рамках технологии ATM. Низкой эффективностью PoS и LAPS является неравномерность трафика, и если бы удалось сделать структуру трафика равномерной, то перенос его по сети SDH был бы более эффективным. Для повышения эффективности требуется процедура выравнивания скорости передаваемого трафика.

Первоначально процедура выравнивания была разработана для пакетного трафика в рамках технологии ATM — передача данных в виде ячеек фиксированного размера в 53 байта. Любые пакетный данные разделяются на блоки по 48 байт и передаются по сети ATM. Эта процедура называется сегментированием данных, а соответствующей уровень технологии ATM — SAR (Segmentation and Reassembly).

В результате сегментирования в систему SDH поступает последовательность ячеек фиксированного размера, такой трафик не имеет неравномерностей и идеально подходит для передачи по сети SDH. Однако у этого решения оказалось два существенных недостатка. Первый — это сложность реализации, следовательно, дороговизна оборудования. Вторым и решающим оказалась идеологическая победа технологий IP — от производства оборудования ATM постепенно отказались ведущие производители, и ATM, несмотря на многие более высокие качественные показатели, такие как гарантированное качество и минимальная задержка при доставке пакета, фактически прекратила свое существование [1].

2.2.2 Протокол GFP

Протокол GFP позволяет наиболее эффективно адаптировать пульсирующий пакетный трафик к каналу с фиксированной скоростью, выровнять скорость, избежав процедур байт-стаффинга. Также немалым достоинством протокола является простота его реализации, несмотря на сложность архитектуры. Пакетный трафик передаётся кадрами GFP переменного размера, заголовки кадров имеют фиксированный размер, а начало и конец кадра определяются с помощью алгоритма НЕС. Также следует отметить, что GFP предусматривает в качестве данных клиента два вида нагрузки — протокол-ориентированный (PDU, или ПБД, протокольные блоки данных) и блок-ориентированный трафик.

Протокол-ориентированный трафик — это трафик протоколов IP/PPP или MAC Ethernet (ПБД — это пакеты или кадры соответственно), для которого характерна высокая неравномерность передаваемой информации. Напротив, блок ориентированный трафик представляет собой пакетный трафик в виде блоков, передающихся с постоянной скоростью (Fibre Channel, SAN). Такие различия и широкий спектр протоколов дают основание поделить параметры и процедуры GFP на две группы: параметры, зависящие от клиента (протокола нагрузки) и основные параметры, не зависящие от полезной нагрузки (см. рис. 2. 3).

Протокол имеет две части. Первая часть, ближе к клиенту, преобразует данные любых допустимых протоколов к унифицированному виду, адаптирует входной поток, а вторая часть, уже имея дело с данными, приведёнными к формальному виду, преобразует их в соответствии с алгоритмом GFP к передаче по сети SDH.

В настоящее время для GFP определены два режима адаптации сигнала клиента — режим адаптации с использованием ПБД, называемый «GFP с кадровым отображением» (GFP-F), и режим адаптации с использованием блочного кода, называемый «прозрачный GFP» (GFP-T).

Рис. 2.3 — Структура протокола GFP

В режиме адаптации с кадровым отображением функция адаптации «клиент/GFP» может действовать на уровне звена данных (или на более высоком уровне) сигнала клиента. Требуется, чтобы ПБД клиента были видны, то есть данные клиента принимаются либо от сети уровня данных (например, от IP-маршрутизатора или коммутатора Ethernet (С/С' на рисунке 2. 4)) либо, например, от функции моста, коммутатора или маршрутизатора в элементе транспортной сети (TNE). В последнем случае ПБД клиента принимаются, например, через интерфейс Ethernet (А/А' на рис. 2. 4).

В прозрачном режиме адаптации функция адаптации «клиент/GFP» действует в потоке кодированных знаков, а не во входящих ПБД клиента. Вследствие этого для сигнала клиента требуется обработка пространства входящего кодового слова (В/В' на рис. 2. 4). В типичной реализации могут быть установлены взаимные соединения между портами, А и А', В и В', С и С', А и С' и С и А'. Следует отметить, что для поддержки взаимных соединений физические типы портов В и В' должны быть одними и теми же, в то время как физические типы портов, А и А' могут быть различными.

Рис. 2.4 — Функциональная модель GFP

Кадры GFP выровнены по октетам и содержат «основной заголовок» (Core Header) GFP и, за исключением «пустых» (Idle) кадров GFP, «область полезной нагрузки» (Payload Area) GFP.

Рис. 2.5 — Размер кадра и порядок передачи

Существуют два типа кадров — «Данные клиента» (Client Data) и «Управление клиента» (Client Management). Кадры данных клиента GFP используются для транспортировки данных из сигнала клиента. Кадры управления клиента GFP используются для транспортировки информации, связанной с управлением сигналом клиента или соединением GFP. Кадры управления GFP используются в управлении соединением GFP. Заданными в настоящее время кадрами управления являются только «пустые» кадры GFP.

«Пустой» кадр GFP — специальный четырёхоктетный кадр управления GFP, содержащий только основной заголовок GFP с полями PLI и сНЕС (см. рис. 2. 6), установленными в 0, и не содержащий области полезной нагрузки. «Пустой» кадр предназначен для использования в качестве заполняющего кадра для содействия адаптации потока байтов GFP с любой заданной транспортной средой.

Рис. 2.6 — Формат основного заголовка GFP

Преимущества GFP над LAPS:

· более простая структура на уровне кадров, отсутствие флагов;

· фиксированная длина и структура заголовков;

· отсутствие процедур байтового стаффинга, используется алгоритм НЕС;

· отсутствие уровня сегментации (как в случае с ATM);

· GFP наиболее полно приспособлен к современному состоянию сетей и поддержке большего числа протоколов.

2.3 Протокол VCAT — виртуальная конкатенация

Исторически первым решением проблемы согласования скоростей высокоскоростных цифровых сигналов был механизм смежной конкатенации. Полезная нагрузка нескольких контейнеров объединялась в конкатенированный контейнер С-4-Хс, емкость которого — суммарная ёмкость X подряд идущих контейнеров (например, VC-4−4c — это 4 контейнера VC-4, образующих тракт ёмкостью 599 040 кбит/с). Конкатенация предполагает слияние полей нагрузки, значение полей VC-POH контейнеров VC-4 не имеет смысла. В случае слияния четырёх контейнеров, три заголовка РОН заполняются фиксированными данными заполнения. Роль указателей конкатенированных контейнеров также изменяется — в составе указателей есть индикатор конкатенации, дающий понять, что указатель первого AU-4 выполняет все функции указателей AU-4−4c.

Таким образом, конкатенация позволяет расширить типовые каналы SDH, давая возможность проходить через сеть высокоскоростным потокам изначально «не влезающим» в иерархию скоростей PDH/SDH. Однако применение смежной конкатенации было ограничено: каждый сетевой элемент должен был поддерживать смежную конкатенацию, существовали ограничения на число контейнеров при кольцевой топологии с защитой и пр.

Принятый в 2000 году новый стандарт ITU-T G. 707 описывает вариант виртуальной конкатенации (virtual concatenation — VCAT), в котором можно было использовать контейнеры любого типа. Также, что немаловажно, при смежной конкатенации ёмкость группы VCG (Virtual Concatenation Group — VCG) поддерживается на всём пути транспортировки, тогда как при виртуальной конкатенации необходимая емкость собирается в конечных точках маршрута. Контейнеры могут следовать совершенно независимыми маршрутами и на пути их следования обрабатываться как обычные виртуальные контейнеры, то есть модернизация оборудования минимальна — только в точках завершения маршрута [5]. Достоинством виртуальной конкатенации так же является то, что поскольку могут объединяться даже контейнеры VC-12, можно добиться более точного и экономного сопряжения ёмкости VCG с требуемой полосой пропускания.

Пропускная способность виртуальных контейнеров показана в табл. 2.3.

Таблица 2. 3

Пропускная способность виртуальных контейнеров

Сетевой слой клиента

Сетевой слой сервера

Х

Пропускная способность, кбит/с

Минимальное изменение пропускной способности, кбит/с

VC11_Xv

VC3

От 1 до 28

От 1 600 до 44 800

1 600

VC11_Xv

VC4

От 1 до 64

От 1 600 до 102 400

1 600

VC11_Xv

Неопределенный, нехарактерный (unspecified)

От 1 до 64

От 1 600 до 102 400

1 600

VC12_Xv

VC3

От 1 до 21

От 2 176 до 45 696

2 176

VC12_Xv

VC4

От 1 до 63

От 2 176 до 137 088

2 176

VC12_Xv

Неопределенный

От 1 до 64

От 2 176 до 139 264

2 176

VC2_Xv

VC3

От 1 до 7

От 6 784 до 47 448

6 784

VC2_Xv

VC4

От 1 до 21

От 6 784 до 142 464

6 784

VC2_Xv

Неопределенный

От 1 до 64

От 6 784 до 434 176

6 784

Как видно из таблицы, процедура VCAT позволяет более эффективно использовать ресурс сети, сцепляя определенное количество контейнеров для получения нужной скорости.

2.3.1 VCAT HP — Конкатенация контейнеров высокого порядка

VCAT HP — это процедура конкатенации контейнеров высокого порядка VC-3 и VC-4. Здесь будет рассмотрена процедура с участием контейнеров VC-4.

Процедура виртуальной конкатенации происходит в два этапа. На первом этапе мультиплексор формирует конкатенированный контейнер С-4-Хс, потом этот конкатенированный контейнер разбивается на VC-4. Все заголовки НР — РОН соответствуют стандартным, кроме указателя Н4, который несёт информацию VСАТ.

Сверхцикл VСАТ имеет размер 512 мс и обозначается с помощью двух индикаторов сверхцикла — MFI1 и MFI2. MFI1 имеет размер 4 бита и изменяется от 0 до 15, MFI2 имеет размер 8 бит и изменяется от 0 до 255. MFI1 увеличивается с каждым циклом, MFI2 увеличивается с каждым сверхциклом. Полный сверхцикл составляет 4096 циклов SDH, каждый цикл в котором обозначается {MFI2, MFI1}.

Рис. 2.7 — Структура контейнера C-4-Xc

Чтобы определить порядок следования отдельных контейнеров VC-4 в цикле, вводится так называемый номер в последовательности — SQ. Номер состоит из восьми бит и может принимать значения от 0 до 255. Такая структура позволяет поместить информацию о сверхцикле VСАТ {MFI1, MFI2, SQ} в поток информационного поля Н4 РОН.

Рис. 2.8 — Нумерация VC в цикле VCAT

2.3. 2 VCAT LP — Конкатенация контейнеров низкого порядка

VCAT LP — это процедура конкатенации контейнеров низкого порядка VC-2 и VC-12. Здесь будет рассмотрена процедура с участием контейнеров VC-12.

Процедура формирования потока виртуальных контейнеров проходит также в два этапа — формирование контейнера С-12-Хс и передача его по частям при помощи VC-12.

Рис. 2.9 — Структура контейнера C-12-Xc

Полный сверхцикл VСАТ содержит 128 циклов VC-12 — 16 мс. Для передачи служебной информации используется бит № 2 байта К4. В 128 циклах образуются 32-битные циклы, в которых передаётся информация:

· номер цикла, передаётся в битах 1−5;

· номер последовательности SQ, передаётся в битах 6−11;

· остальные биты 12−32 равны 0.

Более подробно про байт К4 будет рассмотрено в следующей главе.

2.4 Процедура LCAS

Процедура LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme — схема регулирования размера канала, рекомендация МСЭ-Т G. 7042/Y. 1305) является надстройкой над процессом VCAT, позволяет динамически изменять ёмкость VCG, увеличивать в случае потребности передавать большие потоки данных, или уменьшать, вследствие выхода из строя отдельных элементов или уменьшения требуемой ёмкости. Протокол LCAS представляет систему сигнализации — источник и приёмник (So — Source, источник; Sk — Sink, приёмник) обмениваются сообщениями о текущем состоянии соединения и, если это необходимо делать запрос об увеличении или уменьшении числа контейнеров виртуальной группы, с помощью управляющего пакета. Изменения ёмкости контролируются протоколом и не приводят к потере данных.

Схема LCAS обеспечивает механизм управления, позволяющий прозрачно увеличивать или уменьшать пропускную способность группы VCG в целях удовлетворения потребностей в ширине полосы пропускания для соответствующего приложения. Прозрачное изменение полосы пропускания может быть достигнуто только в том случае, если передача активных элементов, принадлежащих группе VCG — до и после изменения ширины пропускания — происходит безошибочно. Она позволяет также временно удалить линии-элементы, испытавшие сбой. Схема LCAS исходит из принципа, что в случаях регулировки пропускной способности (т. е. создание, увеличение, уменьшение или исключение), построение или разрушение сквозного маршрута каждого отдельного элемента обеспечивается системами управления сетью и элементами.

Увеличение или уменьшение пропускной способности группы VCG может быть начато на любом конце. Взаимодействие источника и приёмника осуществляется посредством управляющего пакета. Каждый управляющий пакет описывает состояние линии во время следующего управляющего пакета. Изменения направляются заранее, с тем, чтобы приемник мог перейти на новую конфигурацию сразу же по ее прибытии.

Управляющие пакеты состоит из полей, каждому из которых отводится конкретная функция. Управляющий пакет содержит информацию, направленную от So к Sk, и информацию, направленную от Sk к So.

В направлении вперед, от So к Sk:

· поле многокадрового индикатора (MFI);

· поле индикатора последовательности (SQ);

· поле управления (CTRL);

· бит идентификации группы (GID).

В обратном направлении, от Sk к So:

· поле состояния элемента (MST);

· бит подтверждения смены последовательности (RS-Ack).

В обоих направлениях:

· поле CRC;

· неиспользованные биты резервируются и должны выставляться в «0».

2.5 Технология RPR

Технологи RPR (Resilient Packet Ring — Упругого пакетного кольца) была призвана адаптировать специфику передачи современного пакетного трафика к системам передачи колечной топологии, в том числе и к NGSDH. Стандартизация RPR была завершена документом IEEE 802. 17 в июле 2004 года.

Близкая связь технологии RPR и SDH заключается в использовании систем передачи колечной топологии. Как в SDH, RPR использует двойное кольцо с передачей информации навстречу друг другу.

RPR формирует три типа пакетов, передаваемых по сети:

· Пакеты данных (DATA)

· Пакеты управления (CONTROL)

· Пакеты глобального управления (FAIRNESS)

Пакеты данных (DATA) рассматриваются системой как пакеты первого приоритета, поскольку именно они переносят трафик.

На рис. 2. 10 представлена схема работы системы RPR с пакетами DATA. Как следует из рисунка, узлы сети RPR имеют три функции: ADD, DROP и PASS.

Пакеты DATA поступают от пользователей сети RPR, загружаются в систему передачи (функция ADD). На стороне приемника данных выполняется функция выделения пакетов из системы передачи (функция DROP). В случае, если пакет проходит через узел системы передачи транзитом, узел не работает с пакетом (функция PASS).

Рис. 2. 10 — Работа RPR с пакетами DATA

В системе RPR реализовано дифференцирование нагрузки. Система поддерживает три класса качества передачи данных, обозначаемые соответственно: класс A (высокий приоритет), класс В (средний приоритет) и класс C (низкий приоритет).

Сделаем некоторые выводы по технологии RPR, и ее преимущества по сравнению с SDH.

· RPR идеально адоптирована к системам колечной топологии, которые развернуты в современных городах.

· RPR адаптирована к пакетному трафику и имеет все необходимые для этого механизмы: сопряжение со стандартами Ethernet, ориентация на коммутацию пакетов, разные классы трафика и пр.

· RPR адаптирована к современным развернутым оптическим сетям. Переход от «классической» SDH к RPR может осуществляться простой заменой модулей в оборудовании.

· Система передачи RPR может эффективно расширяться. Подключение нового узла к системе RPR не требует масштабного изменения конфигурации, система сама динамично изменяет топологию.

· При всей гибкости работы RPR обеспечивает высокую скорость восстановления (< 50 мс) в случае возникновения сбоев в системе передачи.

Все перечисленные преимущества позволяют причислить RPR к одному из вариантов реализации концепции NGSDH. Хотя по стандартам RPR находится не так близко к SDH как технологии VCAT, GFP и LCAS, в ряде случаев RPR может оказаться более эффективной надстройкой над транспортной системой SDH.

Подводя итог этого раздела можно заключить, что технология NGSDH базируется на объединенном решении VCAT LCAS GFP, где каждый компонент выполняет свою роль:

· VCAT позволяет повысить эффективность использования ресурса систем передачи

· GFP эффективно адаптирует пакетный трафик к загрузке в систему SDH

· LCAS добавляет гибкости и позволяет повысить динамику использования сети

Таким образом, упрощенная архитектура NGSDH представлена на рис. 2. 11.

Рис. 2. 11 — NGSDH

Здесь схематично показана технологическая связь между трафиком Ethernet и системы SDH. Трафик Ethernet проходит преобразование в кадры GFP и затем методом VCAT, так что на схеме сегмент LCAS составляет только часть поля сегмента VCAT.

Глава 3. Архитектурное представление фрагмента сети с трактами VC-12

Рассмотрим, как строится архитектура классической SDH и перейдем к архитектуре с виртуальной конкатенацией.

Архитектура транспортных сетей имеет трехслойную структуру, состоящую из канального слоя, слоя трактов и слоя секций. Архитектурное представление транспортных сетей позволяет рассматривать и анализировать процессы передачи сигналов, методы формирования трактов, работу мультиплексоров и другие сетевые проблемы в целом и по отдельным процедурам и в этом случае все процессы, происходящие при функционировании сетей, представляются как элементарные или составные функции адаптации, завершения и соединения, а границы слоев как типовые интерфейсы, либо контрольные точки [8].

Функции соединения обеспечивают возможность маршрутизации и защиты.

К функциям завершения относятся создание и чтение заголовков трактов и секций.

К функциям адаптации может быть отнесена любая из функций, например: сглаживание фазовых дрожаний, мультиплексирование/ демультиплексирование, восстановление цикловой синхронизации и т. д.

Ассоциации сетевых слоев, состоящих в отношениях клиент/сервер, позволяют оценить функционирование каждого слоя сети в отдельности и всю сеть как единое целое.

Архитектура сети синхронной цифровой иерархии содержит сети слоев трактов виртуальных контейнеров низкого и высокого порядков, а также сети слоев секций (мультиплексных, регенерационных и физической среды передачи).

Выше было описано, как строится архитектура SDH, позволяющая наглядно рассмотреть процессы мультиплексирования в сети. Архитектура с использованием виртуальной конкатенации также будет иметь трехслойную структуру.

Приведем вариант виртуальной сцепки на примере VC-12−64v.

Так как процедура VCAT эффективно использует ресурсы и особенности топологии транспортной сети, то каждый контейнер VC-12, образованный в VCAT, передается по сети SDH независимо, т. е. по различным независимым маршрутам. Получается, что формирование виртуально-конкатенированного контейнера и его восстановление происходит только на оконечных мультиплексорах.

Процедура виртуальной конкатенации разделяется на два шага. Вначале, в мультиплексоре формируется виртуальная конкатенированная группа. Информация, в начале, как показано на рис. 3. 1, размещается в сцепленном контейнере C-12−64с, это является функцией адаптации. Затем этот контейнер разделяется на отдельные VC-12 побайтовым инверсным мультиплексированием, которые входят в группу каждый со своим заголовком. Для организации трактов VC-12 могут быть использованы четыре тракта VC-4, поэтому 64 VC-12 записываются в 4 VC-4. На приемной стороне используется инверсный демультиплексор. Формируется общий контейнер C-12−64c, из которого путем демультиплексирования принимаются пакеты.

Рассмотрим скорости контейнеров. Сvc-12=2176 кбит/с. Следовательно С-12−64с=64?2176=139 264 кбит/с. Скорость VC-12=2240 кбит/с. Как известно один контейнер VC-4 может быть заполнен 63 VC-12. В нашем случае организовываются 4 тракта VC-4, а следовательно ресурс будет 63?4 VC-12=252 VC-12. Исходя из этого, можно сказать, что часть контейнеров VC-4 будет заполнена не полностью.

Рис. 3.1 — Сетевой слой тракта VC-12−64v

Так как каждый из контейнеров VCG транспортируется по сети отдельно, то это приводит к различным задержкам при их распространении, которые должны быть учтены на приеме. Для выполнения этой цели используется сверхцикловая структура VCAT. Но тут встала задача выбора ресурса, в котором можно передать сверхцикловую структуру VCAT. Для целей VCAT используется ресурс байта K4 заголовка POH на нижнем уровне (рис. 3. 2).

Рис. 3.2 Структура цикла VC-12 (длительность цикла 500 мкс)

Биты с 5 по 7 байта V5 обеспечивают метку сигнала виртуального контейнера. Значение 101 указывает преобразование VC-12, задаваемое расширенной сигнальной меткой. Для всех других значений битов с 5 по 7 байта V5 бит расширенной сигнальной метки является неопределенным, и приемнику нужно игнорировать его.

Последовательная строчка из 32 битов (по 32 сверхциклам из четырех циклов) расставляется так, как показано на рис. 3.3. Эта строчка повторяется каждые 16 мс (32 бита ?500 мкс/бит) или каждые 128 циклов. В биты № 1 и № 2 байта К4 вводится следующая информация:

· Расширенная метка сигнала (биты 12−19 бита № 1)

· Сигнал сверхцикла MFAS (биты 1−11 бита № 1)

· Номер цикла (биты 1−5 бита № 2)

· Номера последовательности (SQ) (биты 6−11 бита № 2)

Остальные 21 бит сверхцикла VCAT являются резервными и по умолчанию равны 0.

Виртуально сцепленный контейнер VC-12 должен использовать расширенную сигнальную метку. В противном случае, фаза цикла для сверхцикла бита 2 K4 не может быть восстановлена.

Длительность сверхцикла виртуальной конкатенации равна:

500 мкс 32 32 = 512 мс.

Возможность расширения пакетного «коридора» осуществляется при увеличении скорости пакетов добавлением необходимого количества VC-12 в сцепку, а уменьшение скорости, следовательно, уменьшением числа VC-12 в сцепке. При этом в байте K4 осуществляется необходимые для компенсации и коммутации процедуры VCAT и LCAS.

Процедура контроля качества осуществляется индивидуально в каждом VC-12. Учитывая, что каждый из сцепленных виртуальных контейнеров имеет свой индивидуальный трактовый заголовок, так как каждый VC идет своим маршрутом, то качество передачи оценивается по каждому отдельному VC-4 посредством процедуры BIP-8, а внутри VC-4 находятся предназначенные для пакетной передачи тракты VC-12 с индивидуальными трактовыми заголовками с процедурой контроля BIP-2. Рассмотрим далее, как осуществляется контроль качества передачи в сетевых слоях.

Рис. 3.3 — Структура байта K4

Глава 4. Контроль качества передачи в сетевых слоях

Как известно, при передаче цифровых сигналов неминуемо возникают ошибки, например такие, как сбои символов. В системе SDH используются процедуры внутреннего контроля, которые применяются в каждом слое сети.

Метод контроля параметров ошибки, который получил название метода контроля четности BIP-n (Bit Interleaved Parity-n), используется в мультиплексных и регенерационных секциях, и в трактах виртуальных контейнеров. Таким образом, подсчет числа ошибок позволяет контролировать качество передачи на той или иной секции или тракте.

Принцип обнаружения ошибок заключается в том, что на передающей стороне по определенному правилу производится анализ некоторых параметров информационного блока N. По результату анализа формируется кодовое слово, которое переносится в заголовке. На приемной стороне этот же блок вновь анализируется по тому же правилу и для него вновь формируется кодовое слово, которое сравнивается с принятым. Любое различие кодовых слов говорит о наличии ошибок в полученном блоке. Статистика появления различий переданных и принятых кодовых слов позволяет судить о качестве передачи по данной секции или тракту.

Использование кода BIP-N заключается в следующем. Очередной передаваемый блок информации разделяется на подблоки, каждый из которых содержит n символов (рис. 4. 1). Все первые биты подблоков суммируются по модулю два (расчет четности). Результат помещается в первый бит кодового слова BIP-N. Аналогично обрабатываются биты подблоков, результат обработки помещается во второй бит кодового слова и так далее, вплоть до n-го бита. Полученное кодовое слово вставляется в соответствующий заголовок.

Рис. 4.1 — Формирование кодового слова BIP-N

Как было показано в предыдущей главе каждый виртуальный контейнер VC-4 идет своим маршрутом, то поэтому качество передачи оценивается по каждому контейнеру индивидуально, при помощи процедуры BIP-8. Для этого используется поле B3 в составе трактового заголовка высокого порядка (HP-POH) (рис. 4. 2). Байт B3 предназначен для обнаружения ошибок в пути передачи каждого VC-4. Одно кодовое слово BIP-8 (1байт) подсчитывается по всем битам виртуального контейнера за исключением бит указателя и вставляется в соответствующий байт B3 POH последующего VC.

Рис. 4.2 — Структура заголовка HP-POH

В случае обнаружения ошибок, количество обнаруженных ошибок передается в обратном направлении в виде сигнала REI. Количество ошибок, обнаруженное в канале B3, передается в байте G1 POH VC-4 следующего цикла. За это отвечают биты 1−4. Допустимые значения от 0 до 8. Появляющиеся недопустимые значения интерпретируются как 0 (отсутствие ошибок). В бите 5 на дальний конец передается сигнал о неисправности приема (RDI). В этом бите устанавливается 1, если условия исключают возможность нормального приема, например, принимается аварийный сигнал (AIS). Биты 6−8 не используются.

В контейнерах VC-4 находятся виртуальные контейнеры VC-12, контроль в которых осуществляется с помощью процедуры BIP-2. Для этого используется два бита поля V5 LP-POH. Первые два бита поля V5 POH предназначены для обнаружения ошибок в VC-12. Одно кодовое слово BIP-2 (2 бита) подсчитывается по всем битам виртуального контейнера за сверхцикл длительностью 500 мкс и вставляется в соответствующие битовые позиции байта V5 POH последующего VC.

На рис. 4.3 приведен пример контроля двунаправленного тракта виртуального контейнера VC-12 с использованием BIP-2. Как показано на рисунке, значение битов BIP-2 рассчитывается на передаче в завершении источника тракта VC-12 и записываются в биты 1 и 2 байта V5. На приеме в завершении стока также рассчитывается BIP-2, но уже по контейнеру, прошедшему линию связи. Результаты расчета сравниваются и результат сравнения, который будет являться числом нарушений, кодируется и вводится в сигнал индикации удаленной ошибки (REI) — бит 3, байта V5, для передачи в противоположенном направлении, т. е. по обратной связи. Если нарушений нет, то REI устанавливает ноль в 3 бите, а если число нарушений одно или два, то устанавливается единица.

В конце будет смоделирована процедура BIP-2 для контроля трактов VC-12.

Рис. 4.3 — Пример контроля двунаправленного тракта VC-12

Бит 4 служит для оповещения дальнего конца об удаленной неисправности (RFI), если в данном пункте отсутствуют сигналы о неисправности в направлении передачи, то в направлении приема в этом бите устанавливается 0. Биты 5−7 содержат сигнальную метку. Бите 8 устанавливается равным 1 для индикации в тракте VC-12 удаленного дефекта, в противном случае этот бит устанавливается равным 0.

Для оценки качества передачи могут быть использованы характеристики ошибок. В отношении сети интересует 4 параметра качества:

· Отличное качество передачи (без ошибок)

· Ухудшенное качество передачи (секунда с ошибками)

· Отказ (Секунда со значительными ошибками)

· Блоки с фоновыми ошибками

Блок с ошибками (Errored Block — EB) — блок, в котором отмечены один или несколько битов с ошибками.

Секунда с ошибками (Errored Second — ES) — интервал времени, равный одной секунде, в течение которого отмечены один или несколько блоков с ошибками или один дефект.

Секунда со значительными ошибками (Severely Errored Second -SES) — интервал времени, равный одной секунде, в течение которого отмечено не меньше Х% блоков с ошибками или один дефект.

Блоки с фоновыми ошибками (Background Block Error — BBE) — блоки с ошибками, которые не принадлежат секундам со значительными ошибками SES.

Соответственно характеристики будут следующими:

Относительная величина секунд с ошибками (Errored Second Ratio — ESR) — отношение секунд с ошибками ко всем секундам в течение времени наблюдения при нормальном состоянии тракта.

Относительная величина секунд со значительными ошибками (Severely Errored Second Ratio — SESR) — отношение секунд со значительными ошибками ко всем секундам в течение времени наблюдения при нормальном состоянии тракта.

Относительная величина фоновых блочных ошибок (Background Block Error Ratio — BBER) — отношение количества блоков с фоновыми ошибками ко всем блокам за исключением блоков, входящих в секунды со значительными ошибками SES. [9]

Зная характеристики ошибок необходимо обозначить для них допустимые рамки и ограничения.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой