Транспортные сети

1. Транспортные сети.

1. Какие отличия можно  определить между транспортной  и первичной сетями?

 Транспортная сеть – часть  сети связи, охватывающая магистральные  узлы, междугородные станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные, междугородные).

Цифровая первичная  сеть (ЦПС) опирается на структуру  цифровой транспортной сети и может быть проведена по определенным признакам, характерным для большинства узлов сети. Наиболее существенными из них являются – вид применяемого оборудования ЦПС (АТМ, SDH, PDH и т.п.), объем трафика (загрузки ) узла, наличие дополнительного сетевого оборудования (системы управления, оборудования коммутации, синхронизации, доступа и др.), тип сопряжения узла с другими сегментами сети или вторичными сетями и/или сетями доступа.

2. Назовите  отличия в моделях транспортных  сетей.

Любая транспортная сеть представляет собой сложный многокомпонентный  комплекс, выполняющий две основные задачи: организацию транспортного  потока данных и управление потоком данных (трафиком). Для того, чтобы упростить описание указанных задач, необходимо иметь соответствующую сетевую транспортную модель.

Принципы построения транспортных сетей определены сектором телекоммуникации Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т) в серии рекомендаций:

G.803 – транспортная сеть SDH;

G.805 – общая функциональная архитектура транспортных сетей;

I.326 - функциональная архитектура транспортной сети на основе АТМ;

G.872 – оптическая транспортная сеть;

В этих рекомендациях  предложено рассматривать транспортные сети в виде многоуровневых моделей. Каждый уровень представлен отдельной службой эл. связи, предоставляющей услуги другой службе, расположенной выше.

                SDH                                                      АТМ                          оптическая сеть

Рис.1. Модели транспортной сети.

3. Какие интерфейсы  применяются в аппаратуре транспортных сетей?

В аппаратуре транспортных сетей используются интерфейсы электрических  сигналов (Рек G.703) и интерфейсы оптических сигналов STM-N (Рек. G.957).

4. Объясните назначение мультиплексоров (терминального и ввода /вывода), кроссового коммутатора, оптического усилителя и регенератора.

 Основным функциональным  модулем сети SDH является мультиплексор.  Их основная задача – сборка  высокоскоростных потоков из  низкоскоростных потоков и обратное преобразование.

Мультиплексоры SDH выполняют функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются более универсальными и гибкими устройствами, позволяющими решать практически все задачи мультиплексирования и коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора – SMUX , при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включенных в спецификацию мультиплексора. Выделяют два типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибами PDH и SDH иерархии. Терминальный мультиплексор может вводить каналы, т.е. коммутировать их с входа трибного интерфейса на выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать их с линейного входа на выход трибного интерфейса. Он может также осуществлять локальную коммутацию входа одного трибного интерфейса на выход другого трибного интерфейса. Как правило эта коммутация ограничена трибами 1,5 и 2Мбит/с. если PDH трибы являются «электрическими» т.е. использующими электрический сигнал для передачи данных, то SDH трибы могут быть как электрическими, так и оптическими (STM-1, 4, 16).

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор. Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приема на канал передачи на обоих сторонах в случае выхода из строя одного из направлений. Позволяет пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Все это дает возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Кроссовый коммутатор DCX в синхронной сети он позволяет установить связи между различными каналами, ассоциированными с определенными пользователями сети, путем организации полупостоянной (временной) перекрестной связи, или кросс-коммутации, между ними. Возможность такой связи позволяет осуществить маршрутизацию в сети SDH на уровне виртуальных контейнеров VC-n, управляемую сетевым менеджером (управляющей системой) в соответствии с заданной конфигурацией сети. Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.

Существует несколько типов  коммутаторов SDXC в зависимости от того, какие виртуальные контейнеры они могут коммутировать.

Коммутатор выполняет ряд специфических  функций в зависимости от режима работы и состава оборудования, с которым он работает:

• Маршрутизация виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке РОН соответствующего контейнера;
• Консолидация или объединение виртуальных контейнеров VC проводимая в режиме работы концентратора/хаба;
• Трансляция потока от точки к нескольким очкам, или к мультиточке, (point-to-point), осуществляемая при использовании режима связи «точка-мультиточка»;
• Сортировка или пересортировка виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных, например, по типу контейнеров, потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;
• Доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования;
• Ввод/вывод виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.

Емкость кросс-коммутатораов  может быть достаточно большой до 4096 х 4096 (или 4032 х 4032) соединений. Мультиплексоры, имеющие такие мощные коммутаторы, дают возможность осуществить два типа взаимодействия в сети SDH. Во-первых, осуществить связь двух колец SDH с перегрузкой трафика с одного кольца на другое. Во-вторых, мультиплексор, рассматриваемый как автономный узел сети, может осуществлять функции концентратора с перегрузкой потоков на три (трех лучевая звезда) или на четыре (четырех лучевая звезда) направления. Это позволяет использовать их в сетях с ячеистой структурой, характерной для телефонных сетей общего пользования, где кольцевые схемы иногда менее эффективны в виду большого различия потоков в сегментах замкнутого маршрута, называемого «технологическим кольцом», чтобы отличать его от топологического кольца SDH, где число потоков во всех сегментах одинаково.

Оптический усилитель  - служит для усиления амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания. 

Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал, - как правило, оптический триб STM-N и один или два (при использовании схемы защиты 1+1) агрегатных выхода.

Он используется для  допустимого увеличения расстояния между узлами сети SDH путем регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15-40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40-80 км – для 1500 нм, хотя при использовании оптических усилителей оно может достигать 100-150 км. более точно это расстояние определяется отношением допустимых для секции регенератора суммарных потерь к затуханию на 1 км  длины кабеля.

5. Назовите  особенности архитектур транспортных  сетей (точка-точка, линейная цепь, кольцо, радиально-ячеистой).

Точка-точка – это соединение двух узлов с помощью терминальных мультиплексоров.  «Точка-точка» пример наиболее простой организации сети, однако он может быть предложен для участков магистральной сети с большой протяженностью и напряженной нагрузкой (уровни STM-16, STM-64) при 100% резервировании линии группового оборудования аппаратуры (мультиплексоров и регенераторов).

 Линейная цепь – это конфигурация применяется, если интенсивность нагрузки в сети невелика, и в ряде точек линии необходимо сделать ответвления для ввода и вывода каналов доступа. Она реализуется использованием как терминальных (ТМ), как и мультиплексоров ввода-вывода (ADM). Эта топология напоминает линейную цепь, состоящую из отдельных звеньев мультиплексоров ввода/вывода.

Кольцо – эта архитектура широко используется для построения транспортных сетей местного и регионального масштаба. Главное преимущество кольцевой архитектуры – простота организации защиты типа 1+1 благодаря наличию в мультиплексоре двух отдельных (запад и восток) оптических агрегатных входов/выходов.

6. Назначение резервирования аппаратуры, трактов и секций в транспортной сети.

Мультиплексоры оснащены защитой с автоматическим переключением, управляемым блоком контроллера оборудования.

Защита секций мультиплексирования (АPS) – этот вид защиты срабатывает при сбое в секции мультиплексирования. Обычно защита реализуется по принципу 1+1, в некоторых случаях по принципу 1+N.

Защита трактов (PPS) – этот вид защиты используется, в основном, при кольцевых соединениях в секциях мультиплексирования и срабатывает при сбоях в трактах.

7.  Какие секции могут быть образованы в транспортной сети? В чем состоит их отличие?

В транспортной сети могут быть образованы регенерационные и мультиплек-сные секции.

Мультиплексорная секция (верхний слой), выполняет часть  функций аппаратуры группообразования: ввод и ответвление цифровых потоков, ввод частот синхронизации и т.д.

Регенерационная секция (нижний слой) содержит регенераторы, восстанавливающую форму линейного сигнала и осуществляющие, при необходимости, ввод и вывод цифровых потоков.

8. Какие тракты могут быть образованы в транспортной сети? В чем состоит их отличие?

В транспортной сети могут быть образованы тракты:

• Тракт сетевой – типовой групповой тракт или несколько последовательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе аппаратурой образования тракта.
• Тракт системы передачи линейный – комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сигналов электросвязи в полосе частот или со скоростью, соответствующей данной системе передачи.

В зависимости от среды  распространения линейный тракт  называют кабельным, радиорелейным, спутниковым или комбинированным, а по типу системы передачи – аналоговым или цифровым.

9. Чем отличается режим резервирования 1+1 от режима 1:1 (1:n)?

Резервирование  по схеме 1+1 – в узле приема сигналы анализируются и выбирается тот, который имеет наилучшие рабочие параметры, или тот, который фактически возможен.

Резервирование по схеме 1:1 – в узле приема альтернативным маршрутам назначаются приоритеты: низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по сигналу аварийного переключения от системы управления.

10.  Что представляет собой оптическая транспортная сеть с WDM?

WDM – это технология волнового мультиплексирования транспортных магистральных сетей, основанная на спектральном уплотнении оптического излучения по длине волны.   

11.  Сколько оптических каналов стандартизировано для сетей с WDM и DWDM?

Выпускаемая аппаратура WDM/DWDM позволяет объединять в одном оптическом волокне до 40 и более оптических каналов, а некоторые промышленные системы DWDM позволяют объединять до 128-160 каналов.

12. Объясните смысл WDM и DWDM?

Смысл WDM и DWDM заключается в том, что бы увеличить пропускную способность оптических сетей доступа.   

13. Какие технологии цифровой передачи используются для создания транспортных сетей? Объясните их отличие.

Для построения современных транспортных сетей наибольшее применение находят сетевые технологии PDH, SDH и АТМ. В последние годы получили развитие такие технологии как DWDM, IP поверх АТМ и IP поверх SDH. Недавно появились новые технологии передачи IP-трафика с унифицированным соединением IP-маршрутизаторов, использующими в качестве канальной среды такие технологии как WDM, DWDM, SDH и ОВ в виде «темных волокон».

Технологии PDH, SDH и АТМ широко применяются для построения транспортных сетей разного масштаба. В качестве технологии построения транспортных сетей технология АТМ все еще находится в стадии становления и не до конца стандартизирована. В отличии от PDH и SDH эта технология охватывает не только уровень первичной или транспортной сети, но и объединяет уровни вторичных сетей и сетей доступа с первичной сетью.

14. Назовите преимущества кольцевых сетей.

Преимущество кольцевых  сетей состоит в том, что в  этих сетях организована защита трафика  путем дублирования передачи информационных потоков по встречным направлениям в разных кольцах или организована защита отдельных секций передачи путем переключения всего трафика на резервное кольцо.

Переключение в кольце позволяют локализовать поврежденные участки линии или мультиплексоры.

Задача 1

Определить максимальную дальность передачи в секции регенерации транспортной сети при известных параметрах оптических интерфейсов аппаратуры SDH [4].

При этом необходимо учесть как потери в секции, так и совокупную допустимую дисперсию. Объяснить смысл обозначений S1.1, L1.1 и т. д. по варианту.

                              Таблица 1.1                                       Таблица 1.2

Решение:

По совокупности дисперсии  определяем максимальную длину секции регенерации:

                                                                               (1.1)

Определим совокупное затухание:

                                                              (1.2)

где n – число стыков строительных длин   n = m – 1

2 – учитывает потери на стыке  передатчика и приемника с  линией.

                                                                                  (1.3)

n = 29

α_∑ = 0.35*204,5+(29+2)*0.05=680,62 дБ

Так как совокупное затухание  превышает допустимое затухание  секции, поэтому произведем перерасчет длины секции с учетом допустимых потерь мощности по соотношению (1.4):

                                                                 (1.4)

                             А = Р_{пер. min} – Р_{пр. min} – α_дисп                      (1.5)

А = 12-(-40)-2=50 дБ

n – оцениваем из соотншения (1.6):

n = 21 – 1 =20

Максимальная длина секции регенерации  с учетом допустимых потерь мощности составляет 139,7 км, что соответствует заданному классу оборудования.

2. Сети доступа.

1. Что такое сеть доступа и из каких элементов она состоит?

Сеть доступа (access network) - совокупность абонентских линий и станций местной сети, обеспечивающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть.

Сеть доступа является частью вторичной  сети связи.

2. Перечислите и изобразите типовые структурные решения сетей доступа.

Инфраструктура сети с применением оптических линий  может быть представлена активной АОN (Active Optical Networks) и пассивной PON (Passive Optical Networks) оптическими сетями рис.4.

Активная оптическая сеть может быть реализована в  виде звезды ONU, в виде каскада ONU, в виде кольца ONU рис.5

Пассивная оптическая сеть чаще всего реализуется в виде звезды или в виде пунктов с  несколькими пассивными разветвителями рис.6

3. Какие физические среды используются в сети доступа? Приведите их сравнительные характеристики (полосы пропускания, дальности передачи, помехоустойчивости).

Симметричные  медные пары могут обеспечить передачу сигналов низких частот (до 200 кГц) и высоких частот (от 200 кГц до 6…9 МГц). При этом высокочастотные пары могут быть экранированными, что обеспечивает необходимую защищенность линии от внешних и переходных помех. Могут использоваться в компьютерных сетях на скоростях до 130 Мбит/с на расстоянии до 120 метров.

Коаксиальные  радиочастотные кабели. Эти кабели имеют в сравнении с симметричными лучшие частотные характеристики: погонное затухание; допустимое отклонение волнового сопротивления; переходные помехи и др. Могут быть использованы в сетях доступа для высокоскоростной цифровой передачи (до 155 Мбит/с).

Оптоволоконные кабели. Преимущества: 1) очень малое затухание сигнала в волокне; 2) широкая полоса пропускания, обусловлена высокой несущей частотой (~ 10¹⁴ Гц), что означает возможность передачи по оптической линии связи информации со скоростью порядка 10¹² Бит/с; 3) высокая помехозащищенность, обусловленная нечувствительностью к электромагнитным помехам.

Атмосферные лазерные линии. Отлаженные приемники и передатчики лазерной линии при правильном выборе частоты оптической несущей позволяют передавать информацию на скорости до 155 Мбит/с на расстоянии до 10 км. Поглощение оптического излучения в атмосфере вызвано водяными парами и углекислым газом, частицами пыли, а также излучением траектории лучей (рефракция) и замиранием.

Радиочастоты. Для реализации радиочастотного варианта доступа в телекоммуникационные сети используется следующие диапазоны: от 300 до 500 МГц, от 800 до 960 МГц, от 1400 до 1500 МГц, от 1850 до 1910 МГц, от 2100 до 2700 МГц, от 3400 до 3600 МГц.

4. Что такое система гибкого доступа?

Гибкие мультиплексоры – устройства, предназначенные для реализации широких возможностей по предоставлению услуг в сети доступа. Они состоят из системы гибкого доступа (абонентская сторона NU) и окончания гибкого доступа (станционная сторона CDN). Эта система предполагает использование методов плезиохронной цифровой иерархии для мультиплексирования. В системах гибкого доступа применяется кроссовое соединение для организации постоянных и кратковременных каналов между пользователями и для других целей.

5. Какие функциональные блоки содержат гибкие мультиплексоры сети доступа?

Гибкие мультиплексоры сети доступа содержат следующие  функциональные блоки:

- плезиохронный физический  стык;

- компонентный физический  стык;

- окончание плезиохронного  тракта (высшего и низшего порядка);

- плезиохронное мультиплексирование;

- кроссовая коммутация;

- адаптация компонентного  сигнала;

- хронирующие интерфейсы;

- хронирующий источник  мультиплексора;

- функция управления  аппаратурой;

- функция передачи  сообщений;

- специальные функции;

- кроссовое соединение сигнализации;

- автоматическая защита.

6. Назовите типовые интерфейсы сети доступа и дайте им краткую характеристику.

Интерфейс – определенная стандартами граница между взаимодействующими объектами сети доступа.

1. Электрические, радио и оптические интерфейсы. Относятся к группе интерфейсов физического уровня, то есть имеющими характеристики, связанными с характеристиками среды передачи. Рекомендации G.703 закрепляют характеристики электрических стыков для скоростей передачи плезиохронной цифровой передачи 2,048 Мбит/с; 8,448 Мбит/с; 34,638 Мбит/с; 139,264 Мбит/с; и основного цифрового канала 64 кбит/с.
2. Интерфейсы логических уровней:  

- интерфейсы сетей  коммутации каналов определены  для межстанционных и абонентских  участков. Цифровые интерфейсы типа  А служат для обеспечения соединения в направлении других станций на первом иерархическом уровне Е1 (2,048 Мбит/с). Интерфейс типа В, предназначен для обеспечения соединения в направлении других станций на втором иерархическом уровне Е2 (8,448 Мбит/с).

- интерфейсы сетей с коммутацией пакетов. Необходимо различать сети с коммутацией пакетов и сети с быстрой коммутацией пакетов (с асинхронным режимом передачи – АТМ), поскольку они реализуются на основе различных логических и функциональных модулей, состоящих из различного числа логических уровней. Характерной особенностью этих интерфейсов является динамическая управляемость, направленная на адаптивность к условиям передачи с требуемым качеством.