Исследование оптических транспортных сетей на основе пакетной коммутации - Диссертация

Как показывает международный опыт, целый ряд новых проблем и задач в инфокоммуникациях возникает в результате интенсивного роста объема трафика данных, который в развитых странах превысил уже голосовой трафик, и перехода от технологий, базирующихся на традиционной коммутации каналов, к высокоскоростным технологиям на основе коммутации пакетов и организации новых служб передачи данных. Учитывая сложившиеся тенденции, и выделяя развитие информационно-коммуникационных аппаратуры в качестве стратегического приоритета экономического развития и повышения уровня благосостояния народа, Правительство Узбекистана, своими Постановлениями Кабинета Министров Республики Узбекистан № 307 от 1 августа 1995г. Рост пакетного трафика показал, что нужно иметь возможность не просто использовать механизм инкапсуляции пакетного трафика в транспортные модули, а уже в самом транспорте, с операторским качеством и надежностью, с возможностью четкого контроля характеристик, работать с пакетами. В конечном итоге, мы идем к построению новых гибридных узлов, способных всю пакетную информацию передавать гибко на любом уровне: электрическом, оптическом, программном, управляемом. оптический сеть трафик коммутация Транспортные оптические сети, построенные на базе стандартов SDH, развиваются благодаря применению технологий NG-SDH, АТМ, GFP, MPLS и OTN, что обеспечивает плавный переход от TDM-сетей к пакетным сетям.Однако в новых поколениях SDH реализованы методы (сцепка виртуальных контейнеров), позволяющие передавать и высокоскоростные потоки любого трафика (ATM, IP) на скоростях вплоть до 10 Гбит/с. Немаловажное значение имеет высокая отказоустойчивость и малое время восстановления работоспособности SDH-сетей. Технология получила массовое распространение - на сегодняшний день в мире построено более 150 тыс. сетей SDH и около 150 тыс. сетей SONET в США.Модель транспортной сети SDH представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями: уровень среды передачи; уровень трактов (маршрутов передачи информации); уровень каналов. Уровень среды передачи (рис.1.1.2.) базируется преимущественно на оптоволоконных линиях (среда передачи), в которых создаются секции регенерации цифровых линейных сигналов и секции мультиплексирования цифровых данных, поддерживаемые соответствующими секционными заголовками RSOH (Regeneration Section Overhead) и MSOH (Multiplex Section Overhead). Среда передачи содержит: стекловолокна, электрооптические преобразователи на передаче и оптоэлектронные преобразователи на приеме; оптические усилители, оптические аттенюаторы и компенсаторы дисперсии; разъемные и неразъемные оптические соединители; линейные кодеры и декодеры; оптические модуляторы и оптические детекторы. Секцией мультиплексирования начинается и заканчивается участок волоконнооптической системы передачи. Уровни трактов сети SDH представлены двумя плоскостями: высокого и низкого уровней (порядков), стандартно обозначаемых в технической литературе: HOV-C (Higher Order Virtual Container) - виртуальный контейнер высшего уровня и LOV-C (Lower Order Virtual Container) - виртуальный контейнер низшего уровня.Цифровые транспортные сети SDH строятся по территориальному принципу и подразделяются на местные, внутризоновые, национальные и международные. Указанные сети могут быть разделены на еще более мелкие части, например, транзитные сети, сети доступа [1]. 2) быстро организовать и устойчиво управлять действиями персонала сети по восстановлению поврежденных соединений; 3) активно применять гибкие и разнообразные способы изменения конфигурации сети. Вторым основным типом оборудования систем передачи SDH является аппаратура цифрового доступа с кросс-соединением цифровых потоков DACS (Digital Access Cross-Connect System) или DXC (Digital Cross-Connect.Первая особенность построения циклов передачи синхронных ЦСП состоит в том, что они поддерживают в качестве входных сигналов доступа цифровые потоки плезиохронных ЦСП и формируют на выходах синхронных терминальных и линейных мультиплексоров систем передачи SDH соответствующего уровня цифровые потоки с указанными скоростями передачи. Вторая особенность систем передачи SDH заключается в процедуре формирования структуры их циклов передачи. При наличии иерархии составных элементов структуры цикла передачи элемент верхнего уровня может строиться из элементов нижнего уровня иерархии. Несколько полученных по первому правилу элементов структуры одного уровня иерархии могут быть объединены в один общий элемент верхнего уровня иерархии. Третья особенность иерархии SDH - положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки.Аппаратура систем передачи SDH многофункциональна и имеет высокую степень унификации. Транспортная сеть SDH имеет четкое послойное строение, что позволяет внедрять новые технологии в каждом сетевом слое , и иметь в каждом слое собственные средства

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

1.1 Анализ принципов построения оптических транспортных сетей телекоммуникаций на основе SDH технологии

1.1.1 Модель транспортной оптической сети на основе SDH технологии

1.1.2 Основные принципы построения сетей SDH

1.1.3 Особенности построения циклов передачи сигналов синхронных цифровых систем передачи

1.1.4 Преимущества и недостатки систем передачи и сетей SDH

1.2 Анализ принципов построения оптических транспортных сетей телекоммуникаций на основе технологии поверх SDH

1.2.1 Противостояние технологий IP и АТМ

1.2.2 Протоколы оптической транспортной сети

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ПОВЕРХ SDH

2.1 Исследование трафика оптических транспортных сетей телекоммуникаций

2.1.1 Анализ трафика телекоммуникаций

2.1.2 Типы трафика и требования к качеству обеспечения его обслуживания

2.2 Принципы построения оптических транспортных сетей телекоммуникаций поверх SDH

2.2.1 Отображение моделей и технологий транспортных сетей в оптических мультисервисных транспортных платформах

2.2.2 Технология NGSDH

2.2.3 Автоматически коммутируемые транспортные сети ASON

2.3 Исследование принципов построения полностью оптических транспортных сетей телекоммуникаций на основе технологии поверх SDH

2.3.1 Классы полностью оптических транспортных сетей

2.3.2 Полностью оптические сети с коммутацией пакетов

2.3.3 Оптические транспортные сети OTN

3. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ОПТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЯХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХ SDH

3.1 Анализ качественных показателей оптических транспортных сетей телекоммуникаций

3.1.1 Общие параметры синхронных линейных трактов

3.1.2 Контроль качества функционирования систем передачи и сетей SDH

3.1.3 Контроль ошибок, неисправностей и параметров

3.2 Исследование технологии пакетной коммутации на уровне транспортных сетей

3.2.1 Буферы и очереди

3.2.2 Задержки в транспортной сети с коммутацией пакетов

3.2.3 Исследование коммутатора пакетов на примере коммутатора АТМ

3.3 Методы оценки качества передачи информации в оптических транспортных сетях телекоммуникаций на основе пакетной коммутации

3.3.1 Классификация методов оценки качества каналов с коммутацией пакетов

3.3.2 Методы оценки качества пакетных коммутаторов в оптической транспортной сети

3.3.3 Функциональная модель пакетного коммутатора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

В последние годы в Республике Узбекистан сфера связи и информатизации становится одной из важнейших инфраструктур страны и ей принадлежит особая роль во многих отраслях деятельности общества. Как показывает международный опыт, целый ряд новых проблем и задач в инфокоммуникациях возникает в результате интенсивного роста объема трафика данных, который в развитых странах превысил уже голосовой трафик, и перехода от технологий, базирующихся на традиционной коммутации каналов, к высокоскоростным технологиям на основе коммутации пакетов и организации новых служб передачи данных.

Учитывая сложившиеся тенденции, и выделяя развитие информационно-коммуникационных аппаратуры в качестве стратегического приоритета экономического развития и повышения уровня благосостояния народа, Правительство Узбекистана, своими Постановлениями Кабинета Министров Республики Узбекистан № 307 от 1 августа 1995г. «Национальная программа реконструкции и развития телекоммуникационной сети Республики Узбекистан», № 18 от 26 мая 1996 года 2 «О программе развития социальной инфраструктуры села Республики Узбекистан», № 200 от 6 июня 2002 г. «О мерах по дальнейшему развитию компьютеризации и внедрению информационно-коммуникационных аппаратуры» определила приоритетные направления развития информационно-коммуникационных технологий: · Развитие инфраструктуры телекоммуникаций

· Развитие национального сегмента сети Интернет

· Оснащение компьютерной техникой и развитие компьютерных сетей

· Создание индустрии программных продуктов

· Формирование и использование информационных ресурсов

· Подготовка кадров в области информационно-коммуникационных технологий.

· Развитие конкурентной среды в сфере ИКТ

· Совершенствование нормативно-правовой базы, стандартизации и сертификации

Программой развития местных телекоммуникационных сетей на период 2000 - 2010 годы были предусмотрены: ежегодный прирост основных телефонных аппаратов на 3%, ввод цифровых АТС емкостью 749,052 тыс. номеров, проведение реконструкции аналоговых телефонных станций со сроком эксплуатации свыше 15-20 лет.

Рост пакетного трафика показал, что нужно иметь возможность не просто использовать механизм инкапсуляции пакетного трафика в транспортные модули, а уже в самом транспорте, с операторским качеством и надежностью, с возможностью четкого контроля характеристик, работать с пакетами. При этом, оптический уровень должен быть прозрачным и гибким, чтобы мы могли управлять лямбда-каналами так, как это делается в SDH. Что же касается скорости, то, если раньше мы говорили о 10 Гбит/с на оптический лямбда-канал, сегодня у нас уже есть 40 Гбит/с, а в будущем будет освоен рубеж в 100 Гбит/с на канал. В конечном итоге, мы идем к построению новых гибридных узлов, способных всю пакетную информацию передавать гибко на любом уровне: электрическом, оптическом, программном, управляемом. оптический сеть трафик коммутация

Для внедрения новейших технологий необходима мощная стабильная основа. Транспортные сети являются каркасом при построении сетей связи. Развитие именно этого сегмента отрасли дает возможность реализации высокоскоростных мультисервисных сетей телекоммуникаций.

Транспортные оптические сети, построенные на базе стандартов SDH, развиваются благодаря применению технологий NG-SDH, АТМ, GFP, MPLS и OTN, что обеспечивает плавный переход от TDM-сетей к пакетным сетям.

На базе технологии SDH создается универсальная транспортная сеть, которая является высшим достижением для систем с канальным разделением ресурсов сети. Системы передачи SDH постоянно совершенствуют в соответствии с требованиями времени. Современное оборудование позволяет интегрировать технологию SDH с другими существующими и новыми технологиями, обеспечивая транспортирование различных видов трафика.

Наиболее перспективным для развертывания мультисервисных сетей доступа поверх существующих SDH транспортных сетей будет оборудование, построенное на основе этой же технологии. Однако, по своей идеологии оно должно отличаться от транспортного оборудования SDH за счет развитого набора ориентированных на область применения функциональных свойств: · возможность межсетевого взаимодействия (interoperability);

· мультисервисность;

· высокая эффективность транспортной сети;

· модульность и гибкость оборудования;

· единая система мониторинга и управления сетью.

Для преодоления этих ограничений, производители SDH оборудования пошли по пути создания систем SDH следующего поколения (Next Generation SDH, NG SDH). Оборудование NG SDH имеет интегрированные интерфейсы передачи данных, а также использует новые технологии, которые позволяют более эффективно выделять требуемую полосу для служб данных и обеспечивать низкую стоимость внедрения этих технологий в уже существующие сети, так как поддержка дополнительной функциональности требуется только на граничных узлах сети.

Ключевыми моментами технологии оптических транспортных сетей поверх SDH и факторами, которые влияют на современное развитие этого уровня технологии являются: Во-первых, необходимо выделить многообразие технических решений, протоколов, подходов. В транспортной сети присутствуют самые разные типы связей: от виртуальных коридоров до схем групповой рассылки, различные технологии, уровни и протоколы.

Во-вторых, трафик в современной транспортной сети является динамичным и не может быть описан простыми моделями или схемами «точка точка» и «точка-многоточка». В сети имеют место каналы обмена данными, виртуальные туннели симметричного или асимметричного типа. В то же время имеются вещательные каналы, а также каналы групповой рассылки.

В-третьих, все технологии транспортной сети не только сосуществуют в рамках единого «облака», но взаимно конкурируют за ресурс различных систем передачи, которые используются в транспортных сетях.

Выше сказанное заключает о важности развития транспортных волоконнооптических сетей связи.

Актуальность темы. Бурное развитие современных технологий передачи данных, диктуемое ростом пакетизированного трафика, и необходимость роста скоростей и пропускной способности оптических транспортных сетей требуют модернизации последних. Тенденции создания сетей следующего поколения ведут к созданию мультисервисных транспортных платформ и сокращению уровней иерархии транспортных сетей. Вследствие чего необходимо исследование и внедрение оптических транспортных сетей с коммутацией пакетов и создание на их основе полностью оптических прозрачных транспортных сетей связи.

Целью работы является исследование оптических транспортных сетей телекоммуникаций на основе пакетной коммутации.

Задачи, решаемые в магистерской диссертации: 1. Изучить принципы построения оптических транспортных сетей телекоммуникаций;

2. Сравнить технологии пакетной коммутации, применяемые в оптических транспортных сетях;

3. Проанализировать телекоммуникационный трафик и выявить его влияние на развитие транспортных сетей;

4. Исследовать качественные показатели оптических транспортных сетей телекоммуникаций;

5. Определить методы оценки качества передачи информации в оптических транспортных сетях на базе пакетной коммутации.

Научная новизна работы заключается в следующем: - исследованы и проанализированы оптические транспортные сети на базе пакетной коммутации;

- охарактеризованы принципы работы основных технологий, позволяющих передавать пакетный трафик непосредственно по оптическим транспортным сетям телекоммуникаций с учетом конвергенции сетей связи;

- проведен анализ трафика услуг телекоммуникаций и выявлено его влияние на развитие и внедрение технологий передачи данных в транспортных сетях связи;

- исследованы основные факторы, влияющие на качество передачи информации в оптических транспортных сетях телекоммуникаций;

- разработаны и систематизированы методы оценки качественных показателей оптических транспортных сетей с пакетной коммутацией.

Апробация : Основные результаты диссертации освещались: на Республиканской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и одаренных студентов «Ахборот-коммуникация технологиялари», Ташкент 2010 г., и на VII Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов государств участников регионального содружества в области связи, Алматы 2009 г.

Практическая ценность.

1. Даны рекомендации по применению технологий передачи данных поверх оптических транспортных сетей телекоммуникаций;

2. Предложен сценарий миграции к полностью оптическим транспортным сетям на базе пакетной коммутации;

3. Разработана методика оценки качественных показателей оптических транспортных сетей с пакетной коммутацией.

Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложения. Работа изложена на 115 страницах, иллюстрирована 59 рисунками и содержит 8 таблиц. Список литературы включает 37 наименований. В приложении приведены слайды электронной презентации.