В. Г. Фокин Когерентные оптические сети
 Скачать 13.92 Mb.
|
|
10.2.5. Оптическая транспортная платформа Cisco ONS 15454 Оборудование компании Cisco для транспортных сетей с 2004 г. известно в своих применениях различного масштаба на территории России и других стран. Наиболее известным решением является транспортная платформа OSN 15454, которая в последние годы пополнилась универсальными транспондерами NCS 2000 100G Tunable Line Card with CPAC Client и мукспондерами NCS 2000 10×10G Muxponder SFP+ Client на скорости передачи 40/100 Гбит/с с когерент- ным приемом. Кроме того новыми разработками Cisco для оптических транс- портных сетей стали модели с различной емкостью комплектации (рис. 10.3). Рис. 10.3. Модели оптической транспортной платформы Cisco ONS 15454 На основе модели М6 возможна комплектация стойки NCS 2006 на емкость 42×100 Гбит/с (4,2 Тбит/с) с семью блоками. На основе модели М12 возможна комплектация стойки NCS 4016 на емкость 64×100 Гбит/с (6,4 Тбит/с). Одно из последних решений Cisco (2014 г.) в создании платформ нового по- коления представлено оборудованием NCS 6000 IP Transport Router с производи- тельностью 1,2 Пбит/с (Пета, 10 15 ), масштабируемая слотами от 1 Тбит/слот до 5 Тбит/слот. Платформа предполагает интеграцию оптических когерентных модулей на скорости от 100 Гбит/с до 400 Гбит/с и в последующем поддержку оптических суперканалов на 1 Тбит/с. Более подробная информация о оборудовании когерентных оптических се- тей Cisco приводится на сайте компании. 10.2.6. Оптическая транспортная платформа Huawei OptiX OSN 9800 Линейка оборудования Huawei серии Optix пополнилась новым решением для когерентных оптических сетей – платформой OSN 9800, относящееся к направлению развития техники транспортных сетей P-OTS (пакетная передача и коммутация в оптической сети). Оборудование размещается в каркасе 19U на 14 слотов и поддерживает совокупную скорость со стороны линии 400 Гбит/с, 1 Тбит/с и 2 Тбит/с. Максимальная скорость передачи при спектральном муль- 329 типлексировании DWDM составляет 8 Тбит/с. В состав платформы входит коммутационное ядро с производительностью кросс-коммутации 5,6 Тбит/с. В платформе реализуются решения по 0, 1 и 2 протокольным уровням сети. Уровень 0 поддерживает физические функции оптической сети (PM-QPSK, PM-16QAM, DCM, когерентный прием). Уровень 1 выполняет функции образо- вания оптических каналов (стандартные блоки OTN – ODUk). Уровень 2 пред- назначен для пакетной коммутации (EoT, TP-MPLS). Возможна поддержка в перспективе до 128 спектральных каналов на скорости 100 Гбит/с каждый. Предусмотрена реализация сетевых функций ASON/GMPLS, защиты соединений 1+1 и кросскоммутация из резерва оборудования и каналов. Более подробная информация о оборудовании когерентных оптических се- тей Huawei приводится на сайте компании. Контрольные вопросы 1. Какие стандарты используются в качестве руководства для построения когерентных оптических систем и сетей? 2. Какой стандарт определяет технологию передачи информационных дан- ных в оптических каналах? 3. Какие стандарты определяют характеристики волоконных световодов для когерентных оптических систем? 4. Какие стандарты определяют характеристики оптических усилителей когерентных систем? 5. Какой стандарт определяет характеристики оптических мультиплексо- ров? 6. Какие стандарты определяют возможности оптических интерфейсов си- стем с WDM? 7. В каких стандартах определяются форматы модуляции когерентных си- стем? 8. Что входит в состав платформы «Волга»? 9. Какие возможности по реализации оптических каналов имеет платформа «Волга»? 10. Чем отличается платформа «Волга» от оборудования других произво- дителей? 330 11. МАРШРУТИЗАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ В КОГЕРЕНТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ С чем связаны задачи маршрутизации в оптических сетях DWDM, в том числе с когерентными каналами? Маршрутизация оптических каналов в сети необходима для наиболее эффективной организации соединений с точки зрения пропуска информацион- ного трафика и его защиты в условиях ограниченного числа несущих волн (все- го до 120 волн в диапазонах стандартных волокон C, L (1530–1625 нм) с волно- вым интервалом 0,8 нм (частотный интервал 100 ГГц) для каналов на скорости 112 Гбит/с или до 240 волн с волновым интервалом 0,4 нм (частотный интервал 50 ГГц)). Маршрутизация оптических каналов осуществляется в отдельных пе- рекрывающихся плоскостях W i , т. е. на различных длинах волн λ i с исключени- ем совпадений (рис. 11.1) и возможными вариантами управления одиночными и сцепленными соединениями (несколько каналов для одного соединения). Рис. 11.1. Варианты оптических соединений Кроме того, маршрутизация является одной из задач функций grooming в оптической сети. Термин «grooming» не имеет дословного смыслового перевода на русский язык, но служит обобщающим понятием в англоязычных научно-технических публикациях и ему соответствует объяснение на русском языке: оптимальное (по какому-либо критерию) использование ресурсов телекоммуникаций (кана- лов, трактов, секций мультиплексирования и передачи) для пропуска различ- ных объемов информационного трафика. Распределение трафика в оптической транспортной сети с позиций функ- ций grooming (Traffic grooming) может происходить статично, т. е. фиксирова- 331 но во времени и в пространстве соединений достаточно длительный период и динамично, т. е. изменением структуры предоставляемых ресурсов под инфор- мационный трафик по запросам на сеансы с ограниченной длительностью и из- меняемыми скоростями передачи. Для поддержки статической и динамической маршрутизации используются различные алгоритмы и протоколы с назначени- ем ресурсов оптических сетей, например, с назначением когерентных оптиче- ских каналов на различные требования по OSNR, общими участками, перепри- емами с коммутацией и без нее (Single-Hop Grooming WDM, Multi-Hop Groom- ing WDM – односкачковый (одноступенчатый) и многоскачковый (многосту- пенчатый) варианты назначения оптических каналов в сети со спектральным мультиплексированием) и т. п.[108, 109]. Помимо общих вопросов маршрутизации оптических соединений при про- ектировании сети необходимы решения в алгоритмах составления маршрутов с учетом специфики организации оптических когерентных каналов, которая свя- зана с ограничениями на OSNR и полосы частот канала, накоплениями линей- ных искажений оптических сигналов в волоконных световодах и в ROADM/PXC, накоплениями нелинейных помех и т. д. Исходной метрикой для построения алгоритмов составления маршрутов яв- ляются: физическая связность (оптические волокна между узлами сети); количе- ство требуемых длин волн; вероятность блокировки соединений (или ограниче- ния на полосу пропускания) к общему числу соединений; количество оптических соединений (волокон, спектральных каналов), обрабатываемых в узлах марш- рутизации. При этом от алгоритмов требуется простота в реализации и мини- мальная вычислительная сложность. 11.1. Статическая маршрутизация для оптической сети В рамках решения задач grooming для оптической сети с фиксированными во времени (статичными, static path) маршрутами решаются алгоритмические задачи маршрутизации и назначения длин волн (от англ. RWA, Routing and Wavelength Assignment или Static, SRWA) для организуемых оптических соеди- нений (световых путей, lightpath) с их защитой или без таковой. Статично со- здаваемые оптические соединения должны отвечать определенному набору требований, в том числе по оптимизации. К общим требованиям для оптиче- ского соединения типа «точка-точка» относят: ─ соответствие полосы пропускания заявленной скорости передачи для информационного трафика и симметрия соединения; ─ выполнение заданного коэффициента ошибок; ─ поддержка коммутируемого соединения сколь угодно продолжительно с заданными характеристиками; ─ реализация возможности использования одних и различных волн на различных участках коммутируемого соединения, обусловленного ограничен- ным числом волн DWDM; 332 ─ реализация возможности по организации защитного соединения с фик- сированным временем переключения (обычно до 50 мс). Для оптических соединений мультикастингового назначения «точка-много точек» в дополнении требований может быть асимметрия организуемых кана- лов по пропускной способности. Многие наработки алгоритмов RWA классифицируются как двухступенча- тые процессы, т. е. с первой ступенью вычисления маршрута(-ов) и второй сту- пенью – назначения маршрута(-ов). При этом каждая ступень может содержать два компонента: поиск и выбор по определенным заранее критериям [110]. Основная задача RWA формулируется в следующем порядке: известно множество оптических или световых путей, которые необходимо реализовать как соединения типа «точка-точка» и известно ограниченное число оптических волн на всех участках оптической сети (с определенными ограничениями по скорости передачи трафика). Необходимо определить маршруты возможных соединений и длины волн, которые могут быть назначены для световых путей. При этом требуется использовать минимальное количество необходимых длин волн или определена минимальная вероятность блокировки световых путей. В качестве критерия установления (назначения) световых путей может быть выбран критерий наименьшей протяженности соединения или наикротчайшего пути. Задача RWA может решаться методами теории графов, например, методом окрашивания графа для выбранных маршрутов. Каждому направлению с каким- то количеством путей соответствует свой граф с определенным весом (интегри- рованной оценкой). Так могут быть установлены пути с минимальным количе- ством волн, с минимальными расстояниями для соединений, с комбинирован- ными оценками по количеству волн и расстояний. Для реализации алгоритма маршрутизации определяются его функциональные элементы, которые могут быть реализованы программой вычислений и позволят ввести полную или частичную автоматизацию по поиску, выбору и назначению оптического пути (рис. 11.2). Функция выбора используется для К – кротчайших пу- тей по подходящему порядку выбора и правилу выбора последовательного алгоритма. Рис. 11.2. Функциональные элементы алгоритмов маршрутизации 333 Для других алгоритмов, т. е. эвристического и оптимального не требуется разбиение выбора. Сочетание алгоритмов эвристического и оптимального обра- зуют комбинационный алгоритм. Для реализации алгоритма назначения волн определяются его элементы, как и для алгоритма маршрутизации. Назначение длины волны может быть определено в терминах поиска и выбора. Поиск прост, если любая доступная волна может быть назначена в соответствии с выбранным маршрутом. Однако выбор из определенного числа доступных волн, которые могут сделать наибо- лее высоким коэффициент использования является проблемой. Подобно функ- циональным элементам алгоритмов маршрутизации по элементам алгоритмы назначения классифицируют на последовательные и комбинированные (эври- стические и оптимальные). Для последовательного выбора определяется поря- док и правило выбора из известного набора (рис. 11.3). Описание каждого функционального элемента назначения можно предста- вить в следующем порядке: для последовательного алгоритма определяется порядок выбора: изна- чально наибольшее число соседних маршрутов с попыткой назначить длину волны; изначально наибольшее число доступных волн в маршруте с сортиров- кой этих волн; изначально по наибольшему трафику с сортировкой маршрутов в порядке требования трафика; изначально самые длинные маршруты с учетом числа скачков; изначально кратчайшие маршруты с минимальным числом скачков; произвольно (случайно) с сортировкой маршрутов (по времени осво- бождения, по порядку исчисления, по доступности и т. д.); Рис. 11.3. Функциональные элементы алгоритмов назначения волн 334 правило выбора при назначении маршрута для последовательного алгоритма: произвольно, любую волну; первую доступную (подходящую) вол- ну; наиболее используемую волну; наименее используемую волну; для эвристического и оптимального алгоритмов выбора (комбиниро- ванного выбора): оптимальный выбор производится полным (исчерпывающим) поиском (все возможные варианты), что дает наилучшие результаты для окра- шивания графа (назначения волны), но назначение затратно вычислительными операциями и сложностью работы с большими графами; эвристические алго- ритмы менее затратны на вычисления и решают задачи окрашивания графа (назначения волны) на основе имеющегося опыта и при этом разделяются на генетические алгоритмы на основе сложных комбинационных задач оптимиза- ции и алгоритмы с модельной «закалкой» также сложной задачи оптимизации с преодолением локальных минимумов при оптимизации, и алгоритмов запретов (TABU), в которых запрещаются некоторые ходы поиска минимума [111]. Среди наиболее известных алгоритмов теории графов, часто используемый в качестве основы других алгоритмов RWA является алгоритм Дейкстры [112]. 11.2. Динамическая маршрутизация для оптической сети Динамическая маршрутизация DRWA (Dynamic Routing and Wavelength Assignment) в оптической сети позволяет преодолеть возможные блокировки на использование ресурсов сети благодаря непрерывному сбору информации о со- стоянии ресурсов, их назначению, использованию и высвобождению для ново- го назначения. При этом особенностью динамического режима маршрутизации и назначения волн для когерентных оптических каналов является необходи- мость существования только оптического пути без преобразований волн в узлах коммутации для сохранения стабильности оптического и цифрового синхро- низма. Структура DRWA алгоритмически строится аналогично SRWA, т. е. при- сутствуют двухступенчатые процессы (маршрутизации и назначения), но с алгоритмами поддержки возобновляемых баз данных по всем участкам оптиче- ской сети, расчетами реальных параметров передачи канальных сигналов и ми- нимизации блокировок соединений [113]. Во внимание принимаются возмож- ности использования множества волоконных световодов и множества возмож- ных оптических волн в этих волокнах. В динамических решениях в общем слу- чае предусматриваются возможности по изменению несущих волн, но с полной регенерацией цифрового потока, что в практической реализации потребует применение большего числа транспондерных блоков с высокой стоимостью и усложненного управления. Для реализации DRWA необходима сигнальная система, включающая в себя серверы сигнализации, протоколы сигнализации, каналы сигнальных со- общений, интерфейсы к кроссовому оптическому оборудованию, система сете- вого управления. Такое решение в оптической коммутируемой сети предусмот- рено международными стандартами ITU-T под общим названием «Автоматиче- 335 ски коммутируемые оптические сети» или ASON (Automatically Switched Optical Network), рекомендация G.8080/Y.1304 (02/2012), Architecture for the au- tomatically switched optical network (рис. 11.4). 11.3. Сети ASON Сети с автоматической коммутацией оптических каналов ASON получили достаточно широкое применение на сетях связи общего пользования во всем мире, поскольку определяют высокую эффективность использования общих ре- сурсов (пропускной способности волоконных световодов, оптических каналов, цифровых соединений OTN/OTH, Ethernet PBT, TP-MPLS, SDH-NGN). Рис. 11.4. Общая архитектура ASON по рекомендации G.8080 Основными архитектурными элементами ASON являются: транспортная плоскость (Transport plane) с оптическими коммутатора- ми (Optical switch); плоскость сигнального управления (Control plane) с контроллерами со- единений оптической сети OCC (Optical Connection Controller); плоскость административного управления (Management plane) c встро- енными функциями управления сетевыми элементами и сетью EM/NM (Element Management / Network Management); интерфейсы: физических соединений пользовательского оборудования (Client equipment) PI (Physical Interface); сигнального управления для пользова- теля UNI (User to Network Interface); контроллеров сигнального управления CCI (Connection Control Interface); межсетевого взаимодействия NNI (Network to Network Interface); управления транспортной сетью NMI-T (Network Manage- ment Interface for the Transport Network); сетевого управления плоскостью сиг- нализации NMI-A (Network Management Interface for the ASON Control plane). Пользовательские информационные сети могут взаимодействовать по пе- редаче трафика через ASON благодаря обслуживанию запросов на установле- 336 ние соединений в оптической транспортной сети с помощью сигнальной систе- мы, системы управления и пользовательских интерфейсов UNI (рис. 11.5). Рис. 11.5. Упрощенная модель ASON В сигнальном взаимодействии ASON используются части общего протокола многопротокольной коммутации по меткам G-MPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching), например, протокол резервирования ресурса – проектирования трафика RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering), являю- щийся составной частью спецификации UNI и NNI. Протоколом предусматри- ваются сообщения для обмена информацией между контроллерами сигнального управления (рис. 11.6), например, PATHmsg – используется для инициирования запроса на установление соединения, инициирования запроса на разъединение, инициирования промежуточного в направлении вызова запроса на разъедине- ние, ответ на сообщение RESVmsg. Сообщение RESVmsg используется для ответа на запрос об установлении соединения, инициирование запроса на разъ- единение от получателя вызова и т. д. Предметом сигнального взаимодействия в конечном итоге является назначение волнового тракта λ – LSP (Lambda Switched Paths – коммутируемый волновой тракт) для пользовательского со- единения FA (Forwarding Adjacency ) с определенной полосой пропускания BW (Bandwidth). Кроме того, составной частью сигнальной системы является кон- троллер вычисления маршрутов возможных соединений, в котором реализуется какой-либо из алгоритмов (последовательный, эвристический, оптимальный) для определения возможностей оптических путей по полосе, OSNR и т. д. 337 Рис. 11.6. Пример установления оптических маршрутов сигнальной системой с протоколом RSVP-TE На рис. 11.6 представлен пример двухэтапного варианта (a, b) установле- ния оптического соединения c назначением волн для оптического тракта (λ A-E , λ E-D , λ D-G ). На каждом участке установленного соединения фиксируется таблица маршрутизации с отметкой непрозрачного оптического соединения OLSA (Opaque Link State Advertisement), т. к. в узлах производится преобразование волн с регенерацией цифрового сигнала в электронном формате. В оптической сети ASON также важнейшая роль отводится системе адми- нистративного управления, которая строится на принципах TMN |