В. Г. Фокин Когерентные оптические сети
 Скачать 13.92 Mb.
|
|
2.2. Схема мультиплексирования OTH Схема мультиплексирования OTH определена стандартами ITU-T (G.709, G.798 и др.) и в упрощенном виде представлена на рис. 2.9–2.14. 51 Рис. 2.9. Схема мультиплексирования OTH. Формирование оптических модулей OTM Схема позволяет проследить гибкие возможности цифрового и оптическо- го мультиплексирования от простейших одноканальных решений по передаче в волоконной линии до формирования многоканальных сигналов в варианте с сервисными каналами, оптической и электрической кроссовой коммутацией и мониторингом соединений на различных уровнях сети (оптических каналов, секций мультиплексирования и передачи). По рис. 2.3 и 2.9 нетрудно проследить связь схемы мультиплексирования и структур интерфейсов OTN/OTH, начиная от OTUk до OTM-n.m (OTM-nr.m, OTM-0.m, OTM-0.mvn). Блоки оптического мультиплексирования представлены овальными струк- турами с обозначениями OTM-n.m, OCG-n.m, OCG-nr.m, OTLCG. В практиче- ском исполнении эти блоки представляют собой планарные оптические схемы мультиплексоров/демультиплексоров в виде волноводных решеток или цепочек интерферомеров Маха-Зендера, имеющих от 2 до n оптических входов/выходов (разъемные соединители, например, FC, ST, LT и др.) по числу оптических ка- налов. Отдельно нужно обратить внимание на овальную структуру (OOS) муль- типлексирования цифровых данных для оптического сервисного канала OSC. Для создания этой структуры используется отдельный контролер. Цифровые данные формируются для управления и мониторинга в секциях передачи, муль- типлексирования и оптических каналах полномасштабных интерфейсов и пред- 52 ставляют собой заголовки (OH) с определенным набором функций, рассматри- ваемом ниже. Блоки оптического размещения представлены прямоугольными структура- ми с обозначениями OTSn, OMSn, OPSn и т. д. В этих блоках реализуются функ- ции, например, электрооптических или оптоэлектронных преобразований (OOC, OOCr, OTLC), согласования с физическими средами передачи (OTM-nr.m, OTM-0.m, OTM-0.mvn) и т. д. Мультиплексируемые оптические каналы различаются скоростью перено- симых цифровых потоков, что в схеме мультиплексирования отражено индек- сами i, j, k (соответственно для OTU3, OTU2, OTU1). Для блока OTU4 приме- нен индекс 1. Рис. 2.10. Схема мультиплексирования OTH. Формирование оптического транспортного блока OTU4 Оптические транспортные блоки OTUk могут формироваться двумя путя- ми (рис. 2.10–2.13): ─ прямым размещением с согласованием по скорости сигналов клиентов (пользователей оптической сети) в OPUk(L); ─ размещением через ступени мультиплексирования ODTUGk и указани- ем на тип нагрузки (PT), обозначением OPUk(H), возможности по виртуальной сцепке нагрузочных блоков OPUk-Xv и фомированием фиксированных вре- менных слотов ts (tributary slots – блоки с установкой временных позиций). Эти пути мультиплексирования определены как пути высокого (H) и низкого (L) порядков. Нетрудно заметить, что реализация блоков с меткой «L» существенно проще т. к. не требует сложных операций согласования скоростей и синхронно- го мультиплексирования/демультиплексирования. Однако построение блоков с меткой «H» предполагает мультиплексирование разнородного, прежде всего пакетного потока, в однородную среду передачи одного оптического канала с возможностью доступа к отдельным цифровым потокам в промежуточных узлах без полного доступа к другим оптическим каналам. Это позволяет задей- ствовать меньшее число спектральных каналов, т. е. меньшее число достаточно дорогих транспондерных блоков. 53 Рис. 2.11. Схема мультиплексирования OTH. Формирование оптического транспортного блока OTU3 Рис. 2.12. Схема мультиплексирования OTH. Формирование оптического транспортного блока OTU2 54 Рис. 2.13. Схема мультиплексирования OTH. Формирование оптического транспортного блока OTU1 Отдельно представляет интерес рассмотрение структур мультиплексиро- вания транспортных модулей OTM-0.3v4 и OTM-0.4v4 (рис. 2.14). В этих структурах предусмотрено формирование четырех параллельных каналов с понижением скорости передачи ¼, т. е. поток OTU3 на скорости 43 Гбит/с будет представлен четырьмя потоками 10,75 Гбит/с, поток OTU4 на скорости 112 Гбит/с будет представлен четырьмя потоками 28 Гбит/с. В опти- ческой части каждого канала (OTLC), как уже указывалось выше, возможны варианты модуляции четырех отдельных волн λ, производимых отдельными оптическими генераторами, или модуляция амплитудно-фазовых и поляриза- ционных состояний оптических импульсов, производимых одним генератором. 55 Рис. 2.14. Схема мультиплексирования OTH. Формирование оптических транспортных блоков OTU3/4 и транспортных модулей OTM-0.3v4 и OTM-0.4v4 Второй вариант формирования OTLCG предпочтителен с точки зрения эффективности использования полосы пропускания оптической линии, т. к. позволяет обойтись окном до 50 ГГц при скорости исходного цифрового потока 112 Гбит/с и обойти ряд ограничений по дисперсионным искажениям и нели- нейным эффектам в стекловолокне и выиграть еще по ряду показателей (табл. 2.1) [14]. Также выигрышным для модулей OTM-0.3v4 и OTM-0.4v4 в одноволновом варианте может быть совмещение их с модулями OTM-n.m, т. к. может сохраняться выбранная сетка волн (50 или 100 ГГц). Табл. 2.1. Сравнительная оценка для схем мультиплексирования OTH на скорости 43/112 Гбит/с Сравниваемый параметр Многоволновый (4λ) Одноволновый с фазовой модуляцией Несущие волны 4 × 28 Гбит/с, интервал 50/25 ГГц Одна волна, 28 ГБод Модуляция Фильтруемый MСM DP-QPSK Детектирование Прямое Когерентное с цифровой обработкой Емкость в полосе С 2/4 Тбит/с 8 Тбит/с Спектральная эффективность 0,5/1 бит/с/Гц 2–3 бит/с/Гц Требуемый OSNR 21/24 дБ 12/15 дБ 56 Продолжение табл. 2.1 Сравниваемый параметр Многоволновый (4λ) Одноволновый с фазовой модуляцией Устойчивость к хроматической дисперсии >200 пс/нм >>1000 пс/нм Максимальное расстояние 600/200 км >2000 км Устойчивость к поляризационной дисперсии 5 пс >10 пс Расход энергии 75 % 100 % Исполнение (форм-фактор) 66 % 100 % Стоимость 50 % 100 % Примечание: сокращения, приведенные в табл. 2.1 – MСM, Multicarrier Modulation – модуляция многих несущих; DP-QPSK, Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keyed optical modulation – двойная поляризационная квадратурная фазовая манипуляция (оптическая модуляция). 2.3. Цифровые оптические блоки OTH и их формирование В оптической транспортной иерархии формируются три основных вида иерархических блоков с циклическим повторением: OTUk, ODUk, OPUk, где k = 1, 2, 3, 4. Цикличность и структура повторения этих блоков увязана с ранее разработанными транспортными технологиями, например с SDH кадрами. Кроме того, в OTH предусмотрено формирование специальных цифровых блоков: OPU0, OPUflex, OPU2e, OPUk-Xv, ODTU, ODTUG, с помощью которых реша- ются задачи по организации связи с каналами малой, фиксированной по техно- логии и гибко управляемой пропускной способности оптических соединений (табл. 2.2). Ниже представлено краткое рассмотрение этих блоков, их формиро- вание и назначение компонентов (заголовков и других полей цифровых данных). Табл. 2.2. Циклические структуры OTH 57 2.3.1. Транспортные блоки оптических каналов OTUk Общее обозначение ряда цифровых, циклически повторяющихся блоков OTU (Optical channel Transport Unit, транспортный блок оптического канала). Имеют место несколько разновидностей, отличающихся внутренним построе- нием. OTUk, completely standardized Optical channel Transport Unit-k – комплекс- но стандартизированный блок OТU уровня k, где k = 1, 2, 3, 4. OTUk-v, Optical channel Transport Unit-k with vendor specific OTU FEC – оптический транспортный блок со спецификацией упреждающей коррекции ошибок. OTUkV, functionally standardized Optical channel Transport Unit-k – функци- онально стандартизированный блок OТU. Общая структура блока OTUk представлена на рис. 2.15. Рис. 2.15. Структура блока OTUk Блок OTUk составлен в четырех строках и 4080 столбцах байт и имеет три специфицированных поля: поле заголовков (OPUk OH, ODUk OH, OTUk OH, FA OH) в столбцах с 1 по 16; поле нагрузки пользователя (клиента) в столбцах с 17 по 3824; поле упреждающей коррекции ошибок FEC в столбцах с 3825 по 4080. Особенностью блока OTUk является его фиксированная структура, которая не зависит от иерархического уровня. Однако иерархические уровни k = 1, 2, 3, 4 отличаются скоростными режимами передачи блоков. Номиналы битовой ско- рости OTUk представлены в табл. 2.3. Для исправления ошибок в OTU может применяться 16-символьный (бай- товый) код Рида–Соломона RS(255/239), который относится к классу линейных циклических блочных кодов. Его применение позволяет из цифрового сигнала с ошибками 10 -3 восстановить сигнал с ошибками не хуже 10 -12 58 Табл. 2.3. Типы и скорости OTUk Тип OTUk Номинал битовой скорости, кбит/с Допустимые отклонения скорости OTU1 255/238 × 2488320 = 2 666 057,143 ±20 × 10 -6 OTU2 255/237 × 9953280 = 10 709 225,316 ±20 × 10 -6 OTU3 255/236 × 39813120 = 43 018 413,559 ±20 × 10 -6 OTU4 255/227 × 99532800 = 111 809 973,568 ±20 × 10 -6 П р и м е ч а н и е : для OTU0, OTU2e и OTUflex спецификация скорости не определена. Эти блоки предназначены для гибкой загрузки клиентскими данны- ми, передаваемыми пакетами. Иерархическая стандартизация скорости увязана со скоростями STM-N в SDH через коэффициенты, например, 255/238 и т. д. Допустимые отклонения скорости могут обозначаться ppm или 10 -6 Каждый цикл OTUk разбивается на блоки данных по 239 байт (подстрока). Каждому такому блоку вычисляется контрольный блок подстроки из 16 симво- лов (байт) и присоединяется к 239 байтам (в структуре кадра OTU это столбцы байт в «хвосте») (рис. 2.16). В обозначениях кодирования Рида–Соломона (RS n,k) принято фиксиро- вать: n = 255, k = 239, т. е. объединенный блок из n байт, в котором n-k = 16 контрольная избыточная группа байт. Синхронное побайтовое мультиплекси- рование подстрок образует одну строку OTUk. Порядок передачи строки OTU слева направо. При формировании блока (n-k) блок данных k сдвигается на n-k и делится на производящий полином 1 2 3 4 8 x x x x P В результате получается частное от деления и остаток деления длиной n-k. Блок данных и остаток деления объединяются, образуя подстроку. После передачи подстроки на приемной стороне производится ее деление на производящий полином P, аналогичный тому, что был на передаче. Если по- сле деления остаток ноль, то передача прошла без ошибок. Если после деления остаток не равен нулю, то это признак ошибки. Место положения ошибки в блоке k обнаруживается по остатку, например табличным методом. Исправлению подлежит заданное количество ошибок в символе (байте). Благодаря тому, что код RS(255/239) имеет расстояние Хэмминга d min = 17 можно корректировать до 8 символьных ошибок в байте [15, 16, 17, 18]. Структура заголовка OH OТUk представлена на рис. 2.17 четырнадцатью байтами. В структуре заголовка OTUk можно выделить фиксированные после- довательности байт и бит, представляющих собой синхросигналы FAS (Frame Alignment Signal – синхросигнал, указывающий на начало цикла) и MFAS (Mul- tiframe Alignment Signal – синхросигнал сверхцикла) и три группы байт: SM, Section Monitoring – наблюдение секции; GCC, General Communication Channel – общий канал связи; RES, Reserved – резерв для будущей стандартизации. 59 Рис. 2.16. Формирование поля FEC Рис. 2.17. Структура заголовка ОН OTUk В структуре SM использованы три байта для различных идентификаторов, индикаторов и контроля ошибок, используемых в интервале одного цикла и в интервале множества циклов (0…63): TTI, Trail Trace Identifier – идентификатор маршрута тракта; BIP-8, Bit Interleaved Parity – пересчет чередующихся бит для определения ошибок в оптическом канале; SAPI, Source Access Point Identifier – идентификатор источника (передат- чика) точки доступа; 60 DAPI, Destination Access Point Identifier – идентификатор адреса информа- ции точки доступа; BEI, Backward Error Indication – индикатор ошибки в обратное направле- ние; BIAE, Backward Incoming Alignment Error – ошибки согласования на входе для передачи в обратном направлении; BDI, Backward Defect Indication – индикация дефекта в обратное направле- ние; IAE, Incoming Alignment Error – ошибки согласования на входе. Назначение и функции элементов (байтов) структуры заголовка OH OTUk представлено ниже. Сигнал FASпредставлен шестью байтами, из которых первые три имеют постоянное чередование «1111 0110», а вторые три постоянное чередование «0010 1000». Сигнал MFAS(рис. 2.18)представлен одним байтом с изменяемой структу- рой в 256 циклах и используется для распределения данных байта TTI и для объединения данных OTUk/ODUk. В сверхцикле может быть образована цик- ловая структура, например, с циклами 2, 4, 8, 16, 32, и т. д., используемыми другими цикловыми структурами (ODU, OPU). Байт TTI,Trail Trace Identifier – идентификатор маршрута тракта; байт используется в 64 последовательных байтах, организуемых в сверхцикле из 256 циклов, где размещается четыре группы байт по 64. В подгруппе SAPI (Source Access Point Identifier – идентификатор точки доступа источника) может помещаться уникальный глобальный идентификатор соответствующего уровня сети или подгруппа имеет заполнение «0». В подгруппе DAPI (Distantion Access Point Identifier – идентификатор удаленной точки доступа) также может приме- няться уникальный глобальный идентификатор или подгруппа имеет заполне- ние «0». BIP-8, Bit Interleaved Parity-8 – контроль ошибок методом паритетного сложения 8 бит. BEI, Backward Error Indication – индикация ошибки в обратном направле- нии, используется с системой контроля BIP-8 для оповещения удаленной сто- роны о ошибках. Индицируемые состояния приведены в табл. 2.4. BDI, Backward Defect Indication – индикация дефекта (повреждения) в обрат- ном направлении. Информация передается одним битом, если число обнару- женных ошибок BIP-8 превысит 8. STAT, Status – состояние тракта OTUk, оцениваемое как исправное или не- исправное. Первые четыре бита BEI/BIAE (см. табл. 2.4) предназначены для индикации ошибок приема OTUk и ошибки рассогласования упаковки на приеме. Байт ис- пользуется в направлении противоположном приему первых двух байт заголовка OTUk. Битами BEI сообщается о числе ошибок, обнаруженных по байту BIP8 в 61 оптическом канале OTUk. Битами BIAE производится оповещение о ошибочном состоянии упаковки данных в OTUk при мониторинге оптического канала OTUk. Рис. 2.18. Структура MFAS При индикации BIAE код «1011» указывает на нормальное состояние с размещением информации в OTUk. Бит BDI является сигналом дефекта, направляемым в обратную по отно- шению к приему сторону. Этот сигнал устанавливается в случае повреждения секции OTUk. Индикацией повреждения является «1», а нормального состояния «0». Бит IAE используется в качестве сигнала ошибки упаковки, получаемого на приеме OTUk. Это фазовый сдвиг цикла или ошибки обнаружения фазы цик- ла, обусловленные искажениями информации цикла. Индикация ошибки это «1», а нормальное состояние «0». Биты RES зарезервированы для будущих стандартов. Их состояние при передаче «00». Табл. 2.4. Состояния бит BEI/BIAE и их интерпретация Состояние бит BEI/BIAE Интерпретация BIAE Сообщение о числе ошибок по BIP-8 0 0 0 0 Ненормально 0 0 0 0 1 Ненормально 1 0 0 1 0 Ненормально 2 0 0 1 1 Ненормально 3 0 1 0 0 Ненормально 4 0 1 0 1 Ненормально 5 0 1 1 0 Ненормально 6 0 1 1 1 Ненормально 7 1 0 0 0 Ненормально 8 1 0 0 1, 1 0 1 0 Ненормально 0 1 0 1 1 Нормально 0 1 1 0 0 до 1 1 1 1 Ненормально 0 62 2.3.2. Блоки данных оптических каналов ODUk Общее обозначение ряда цифровых, циклически повторяющихся блоков ODU (Optical channel Data Unit, блок данных оптического канала). Имеют место несколько разновидностей, отличающихся внутренним построением. ODUk, Optical channel Data Unit-k – комплексно стандартизированный блок ODU уровня k, где k = 1, 2, 3, 4. ODUk.ts, Optical channel Data Unit k fitting in ts tributary slots – блоки с установкой временных позиций. ODUkP, Optical channel Data Unit-k Path monitoring level – блоки с уровнем мониторингом соединения (тракта) из конца в конец. ODUkT, Optical channel Data Unit-k Tandem connection monitoring level – блоки с определенным уровнем мониторинга тандемных соединений. ODUk-Xv, X virtually concatenated ODUks – виртуально сцепленные блоки (Х – число блоков). Пример общей структуры блока ODUk приведен на рис. 2.19, а в табл. 2.5 представлены скоростные режимы цифровых блоков ODUk и их производных ODU2e, ODUflex и т. д. Рис. 2.19.Структура циклического блока данных оптического канала ODUk в оптической транспортной иерархии OTH Заголовок ODUk (рис. 2.20) наибольший (42 байта) из всех заголовков в OTH и предназначен для реализации ряда функций мониторинга, управления, служебной связи, защиты соединения при нарушении тракта и кроссовых опе- раций. |