Название окна

Содержание всплывающего окна

Название окна

Содержание всплывающего окна

MS AER
Locations of visitors to this page
Цифровая кросс-коммутация OTN
Цифровая кросс-коммутация OTN

Цифровая кросс-коммутация OTN

OTN – основная технология построения магистральных волоконно-оптических сетей связи на сегодняшний день, сменившая SDH/SONET. Аббревиатура OTN расшифровывается как Optical Transport Network («оптическая транспортная сеть»).

Технология OTN стандартизирована сектором телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-T) в декабре 2009 года, см. «ITU-T Recommendation G.709 «Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)»».

Принцип действия

Принцип технологии OTN заключается в том, что сигналы различных форматов упаковываются в стандартные контейнеры, которые затем передаются по волоконно-оптической сети. Таким образом, обеспечивается возможность передачи по транспортной сети любых необходимых типов клиентских сигналов (STM, ATM, IP, Fibre Channel, InfiniBand и др.), а также эффективное использование пропускной способности за счет плотной упаковки разнородного трафика.

В заголовки контейнеров может добавляться служебная информация, которая позволяет контролировать прохождение трафика по сети и обнаруживать ошибки работы, а также избыточное кодирование, которое позволяет восстанавливать повреждённый трафик без необходимости его повторной передачи.

Технология коррекции ошибок FEC, применяемая в сетях OTN, позволяет успешно восстанавливать переданный сигнал даже после существенных искажений и затуханий, что даёт возможность строить оптоволоконные магистрали OTN протяжённостью сотни и тысячи километров.

Историческая справка

Исторически в телекоммуникациях развивались два типа технологий:

1) ориентированные на передачу каналов: синхронные (SDH) и асинхронные (ATM);

2) ориентированные на передачу пакетов: Ethernet/IP.

Технологии первого типа гарантируют доставку трафика между терминальными узлами сети за фиксированное время[1], однако требуют использования более сложного и дорогостоящего оборудования, и более уязвимы к повреждениям оборудования в узлах сети. Пакетные технологии более просты, дешевы и устойчивы к атакам на промежуточные узлы, но при этом время доставки трафика (и вообще доставка любого отдельно взятого пакета) не гарантируется; задача повторной отправки утерянных пакетов возложена на клиентское оборудование.

На протяжении последних двух десятков лет доля технологий первого типа (SDH, ATM) на сетях связи неуклонно снижается, а технологий второго типа (Ethernet/IP) – возрастает. Развитие технологии SDH остановилось на скорости 40 Гбит/с (STM-256), ATM – на скорости 10 Гбит/с. В то же время, пакетные технологии успешно развиваются: сегодня уже успешно применяется технология 100 Гбит/с Ethernet, и это наверняка не предел. Клиентское оборудование до сих пор использует оба типа интерфейсов.

Необходимость передачи по магистральным сетям скоростного трафика разных форматов (SDH, Ethernet и др.) стала одной из основных предпосылок для разработки технологии OTN. Эта технология позволяет передавать по транспортной сети данные разных типов внутри стандартных контейнеров с фиксированным временем доставки.

Структура контейнера OTN

Контейнер OTN строится путём добавления к исходным клиентским данным нескольких заголовков, каждый из которых выполняет свою функцию.

Во-первых, клиентский трафик разбивается на части нужного размера, после чего к каждой из них добавляется заголовок, описывающий тип трафика. Получившийся блок информации называется OPU – Optical Payload Unit, «оптический блок нагрузки». Блок OPU передаётся в неизменном виде из конца в конец сети – т.е. от точки приёма клиентских данных до точки выдачи этих данных клиенту.

Во-вторых, к блоку OPU добавляется служебная информация, необходимая для мониторинга прохождения сигнала по сети и управления процессом передачи сигнала. Получившийся блок информации называется ODU – Optical Data Unit, «оптический блок данных». Блок ODU также передаётся в неизменном виде из конца в конец сети – т.е. от точки приёма клиентских данных до точки выдачи этих данных клиенту.

В-третьих, к блоку ODU добавляется избыточное кодирование (FEC) и дополнительная служебная информация – для мониторинга, контроля и восстановления трафика на отдельном сегменте сети между двумя транспондерами. Получившийся блок информации называется OTU – Optical Transport Unit, «оптический транспортный блок». Блок OTU передаётся в неизменном виде в пределах участка сети, ограниченного транспондерами (т.е. пунктами, где сигнал преобразуется в электронный вид для 3R-регенерации).

Таким образом, по сети OTN передаются контейнеры OTU, каждый из которых представляет собой «матрёшку», где под несколькими слоями служебных данных скрывается исходный клиентский сигнал. Можно сказать, что клиентский сигнал «завёрнут» в несколько слоёв служебных данных – поэтому технологию OTN называют также «digital wrapper technology», или «optical channel wrapper» (англ. wrapper – обёртка).

Скорость в сети OTN

На уровне ODU стандартизированы следующие скорости:

OTN-контейнер

Полезная скорость

Применение

Транспорт

Мультиплексирование

ODU-0 1,25 Гбит/с STM-1/4, Gigabit Ethernet, Fibre Channel
ODU-1 2,5 Гбит/с STM-16, 2 Gigabit Fibre Channel 2 ODU-0
ODU-2 10 Гбит/с STM-64, 10 Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Fibre Channel 8 ODU-04 ODU-1
ODU-3 40 Гбит/с STM-256, 40 Gigabit Ethernet 32 ODU-016 ODU-14 ODU-2
ODU-4 100 Гбит/с 100 Gigabit Ethernet 80 ODU-040 ODU-110 ODU-22 ODU-3
ODU-FLEX N*1,25 Гбит/с EPON, GPON, InfiniBand, CPRI и др.

 

Таблица представляет иерархию контейнеров OTN в упрощённом виде.

Полный перечень стандартизированных контейнеров
на уровнях OTU и ODU и точные значения скоростей можно найти в документах ITU-T.

OTN-транспорт и OTN-мультиплексирование

Изначально в стандарте OTN предполагалась передача внутри контейнера только соответствующего клиентского сигнала («прозрачный» транспорт). Например, в контейнере ODU-2 мог передаваться либо сигнал STM-64, либо сигнал 10 Gigabit Ethernet.

Впоследствии было принято дополнение, которое стандартизировало возможность OTN-мультиплексирования: т.е. передачи в контейнере более высокого уровня нескольких контейнеров более низкого уровня со смешанным клиентским трафиком. Таким образом, контейнер ODU-2 стало возможным использовать, например, для передачи четырёх контейнеров ODU-1, в трех из которых передается клиентский трафик STM-16, а в четвертом – два контейнера ODU-0 с клиентским трафиком Gigabit Ethernet в каждом.

Современные сети связи построены, в основном, с использованием мукспондеров – устройств, которые объединяют несколько низкоскоростных клиентских каналов в один высокоскоростной OTN-канал с использованием OTN-мультиплексирования.

На начальном этапе развития OTN-сетей, OTN-мультиплексирование позволяло наиболее эффективно использовать имеющуюся пропускную способность, и широко применялось операторами связи.

По мере развития OTN-сетей и перехода к все более скоростным каналам (ODU-4 и в перспективе выше) проявились недостатки такой архитектуры: громоздкость (необходимость использования мукспондеров двух или даже трёх уровней) и необходимость ручной перекоммутации для изменения структуры трафика.

Например, для передачи клиентских каналов Gigabit Ethernet (GE) в составе скоростного канала 100 Гбит/с необходимо использовать, по меньшей мере, два уровня мукспондеров: один для агрегации каналов GE в уровень ODU2 (10 Гбит/с), и второй – для агрегации каналов ODU2 в ODU4 (100 Гбит/с). При этом внутри каждого мукспондера агрегация выполняется также в несколько этапов: GE→ODU-0→ODU-1→ODU-2, и ODU-2→ODU-3→ODU-4. Если в какой-то момент оператору связи потребуется переключить данный канал GE в другой высокоскоростной канал 100 Гбит/с (например, с целью оптимизации загрузки скоростных каналов разнородным трафиком), необходимо будет вручную перекоммутировать патчкорды.

Объективные ограничения OTN-мультиплексирования и необходимость дальнейшего развития транспортных сетей привели к внедрению OTN-коммутации.

OTN-коммутация

Термин «OTN-коммутация» (OTN X-Connect) означает возможность произвольно перераспределять OTN-трафик между различными портами одного устройства на уровне отдельных контейнеров ODU.

Например, терминальный OTN-коммутатор позволяет оператору управлять распределением трафика клиентских портов по транспортным каналам. При этом каждый клиентский порт больше не связан жестко с определённым транспортным каналом (как в мукспондере): трафик можно перебрасывать на любой транспортный интерфейс через систему управления, либо вообще настроить автоматическое перераспределение трафика в зависимости от загрузки каналов.

 

Эффективное использование полосы перспективных «суперканалов» (500 Гбит/с, 1 Тбит/с) возможно только с использованием OTN-коммутаторов. Сложно предположить, как ручная коммутация мукспондеров позволила бы эффективно управлять загрузкой такой полосы, оперативно перестраивать структуру трафика в зависимости от потребностей клиентов и загрузки транспортной сети.

Ещё более многообещающая идея – использование OTN-коммутаторов в промежуточных узлах транспортной сети. Это позволит динамически распределять по различным сетевым маршрутам множество низкоскоростных контейнеров OTN, имеющих разные источники генерации и терминирования.

OTN и DWDM

Технология OTN обычно используется вместе с технологией спектрального уплотнения (DWDM). При этом по одному волокну передаются одновременно несколько каналов OTN на разных длинах волн.

На сегодняшний день, ведущие производители магистрального оптического оборудования предлагают DWDM-системы, которые обеспечивают передачу до 96 каналов по одному волокну с полезной скоростью в каждом канале до 100 Гбит/с (OTU4). Ведётся разработка перспективных DWDM-систем, как в области увеличения количества каналов (до нескольких сотен), так и в области увеличения скорости в каждом канале (до 200 Гбит/с, 400 Гбит/с и т.д.).

Связка технологий OTN и DWDM сегодня является типовым, наиболее распространённым решением для построения оптоволоконных магистралей, которое активно развивается и будет применяться в будущем в долгосрочной перспективе.

OTN и ROADM

Для управления отдельными длинами волн в сети DWDM (например, их перенаправления на тот или иной маршрут) могут использоваться перестраиваемые оптические мультиплексоры ввода-вывода (ROADM, reconfigurable optical add-drop multiplexer).

ROADM-коммутация может применяться одновременно с OTN-коммутацией. ROADM позволяет управлять потоками данных на уровне оптических каналов (длин волн) – например, перенаправляя поток 100 Гбит/с по тому или иному маршруту транспортной сети. OTN-коммутация позволяет управлять потоками данных на уровне отдельных контейнеров ODU (т.е. от 1,25 Гбит/с) – например, перенаправляя низкоскоростные потоки клиентских данных на тот или иной скоростной оптический канал.

OTN и IP MPLS

При небольшом масштабе транспортной сети связи (городская, корпоративная) можно рассматривать два основных варианта её построения: на основе технологии Ethernet (на коммутаторах IP MPLS) и на основе оборудования DWDM/OTN с поддержкой различных форматов клиентских сигналов (включая, в том числе, и Ethernet).

В штатном режиме работы, оба варианта транспортной сети способны обеспечить примерно одинаковую функциональность. В то же время, по мнению многих операторов связи, технология OTN выглядит предпочтительнее по ряду причин:

1) Сети IP MPLS строятся в расчете на среднюю загрузку, а не на максимальную. Это эффективно экономически, что и обуславливает популярность таких сетей в массовых применениях – но при превышении трафиком среднестатистического уровня избыточные пакеты сбрасываются. В сетях OTN сброс пакетов не предусмотрен в принципе, все данные поступившие на входной порт канала OTN гарантировано передаются на выходной порт.

2) В силу мощных встроенных механизмов коррекции ошибок технология OTN намного лучше приспособлена к обработке сильно зашумлённого и искажённого оптического сигнала. Кодирование FEC в сети OTN позволяет восстанавливать сильно искажённый и зашумлённый сигнал, снижая частоту ошибок на десять порядков: с 10-2 до 10-12. В сетях IP MPLS коррекция ошибок осуществляется за счёт существенно более примитивной технологии – помехоустойчивого кодирования с использованием CRC (циклических сумм). При этом, в случае ошибки при передаче, происходит не восстановление пакета (как в случае с кодированием FEC), а его повторная передача.

3) Время доставки пакета в сети IP MPLS не гарантируется; в сети OTN передача трафика происходит с жёсткой привязкой к тактовым частотам и таким образом время доставки пакетов между портами сети строго детерминировано.

4) Переключение на резервный канал в сети OTN осуществляется за время не более 50 мс, в реальности для коротких линков время переключения может составлять 10-20 мс. В сетях IP MPLS декларируется время переключения не более 50 мс.

5) Возможности мониторинга и управления трафиком для сетей OTN развиты в большей степени, чем для IP MPLS, в силу изначальной ориентированности на магистральные транспортные сети. Возможен вывод детальной статистики о состоянии портов и сервисов в режиме реального времени, анализ и визуализация трафика. Сети IP MPLS предполагают более простой функционал мониторинга и управления.

Таким образом, хотя технологии OTN и IP MPLS близки по своим параметрам, гарантированная доставка разнородного трафика и наличие кодирования FEC делают технологию OTN / DWDM более предпочтительной для реализации критичных приложений транспортного уровня. Важным преимуществом является и широкие возможности расширения полосы (N*100 Гбит/с по паре волокон, где N может достигать нескольких десятков), недостижимые в сетях IP MPLS.

В качестве оптимальной архитектуры сети, вероятно, следует рассматривать связку OTN/DWDM и IP MPLS, где OTN/DWDM используется как базовая транспортная технология (опорная сеть связи уровня N*100 Гбит/с), а IP MPLS используется для интеграции низкоскоростных пользовательских интерфейсов, коммутации и маршрутизации трафика.

Кросс-коммутатор OTN производства Т8

Кросс-коммутатор OTN позволяет производить коммутацию потоков ODU на уровнях ODU0/1/2/3/4 в неблокирующем режиме с пропускной способностью до 900 Гбит/с.

Устройство имеет 11 слотов: 9 слотов общего назначения для подключения интерфейсных карт и 2 слота для подключения матриц кросс-коммутации.

Состав оборудования:

  • Шасси высотой 10U с горизонтальным расположением 11 слотов
  • Управляющий контроллер (1 или 2 шт.)
  • Слотовые устройства:
    • Карта линейных интерфейсов
    • Карта клиентских интерфейсов
    • Карта – матрица кросс-коммутации (1 или 2 шт.)
  • Блок питания DC 1600W – 4 шт.
  • Блок вентиляторов
  • Плата индикации

В шасси можно установить до двух управляющих контроллеров. Каждый из контроллеров имеет независимый канал управления каждым элементом шасси.

Таким образом, поддерживается резервирование: по матрице кросс-коммутации (1+1), по блокам питания (2+2), по управляющему контроллеру (1+1).

Кросс-коммутатор OTN позволяет управлять отдельными потоками ODU (от 1,25 Гбит/с до 100 Гбит/с) в составе каналов, поступающих на линейные и клиентские интерфейсы (порты). Любой поток на уровне ODU0/1/2/3/4 с любого интерфейсного порта может быть направлен на любой другой интерфейсный порт шасси. Управление шасси осуществляется через ПО (EMS/NMS) «Фрактал», а также через стандартные, для данного типа оборудования, сетевые протоколы.

Типы линейных каналов: OTU1, OTU2, OTU3, OTU4 и другие.

Типы клиентских каналов: 1GE-100GE, ODU0-4, STM16-64 и другие.

 

 

Article printed from Компания «Т8». Цифровая кросс-коммутация OTN http://t8.ru

НПО «Восток»
Республика Казахстан, 050057 Алматы
ул. Сатпаева 36, кв. 4 (уг.ул. Ауэзова)
Тел./факс:+7 (727) 274-2190
 +7 (727) 275-1979
 +7 (727) 328-6332
Моб.тел.:+7 (701) 1111-682