Оптическая ячеистая сеть - Optical mesh network

Транспортная сеть на основе кольцевой архитектуры SONET / SDH

An оптическая ячеистая сеть это тип оптический телекоммуникационная сеть используя проводной волоконно-оптическая связь или беспроводной оптическая связь в свободном пространстве в сетка сетевая архитектура.

Самый оптический ячеистые сети используют волоконно-оптическую связь и обслуживаются интернет-провайдеры в городских и региональных, а также национальных и международных сценариях. Они быстрее и менее подвержены ошибкам, чем другие сетевые архитектуры, и поддерживают планы резервного копирования и восстановления для установленных сетей в случае аварии, повреждения или сбоя. В настоящее время планируется спутниковые группировки стремятся создать оптические ячеистые сети в космосе с помощью беспроводных лазерная связь.

Пример ячеистой сети: NSFNET 14 узлов

История транспортных сетей

Транспортные сети, лежащие в основе оптоволокно -основанный слой телекоммуникационные сети, произошли от Цифровая система кросс-коммутации (DCS) основанные на сетке архитектуры в 1980-х, чтобы SONET / SDH (синхронная оптическая сеть / синхронная цифровая иерархия) кольцевые архитектуры 1990-х гг. В ячеистых архитектурах на основе DCS операторы связи развернули системы восстановления для Схемы DS3 Такие как AT&T FASTAR (БЫСТРО автоматическое восстановление )[1][2][3] и MCI Восстановление в реальном времени (RTR),[4] восстановление цепей за считанные минуты после сбоя сети. В кольцах SONET / SDH реализованы несущие кольцо защиты Такие как СОНЕТ Кольцо с однонаправленной коммутацией каналов (UPSR)[5] (также называемый Защита подключения к подсети (SCNP) в SDH сети) или СОНЕТ Двунаправленное кольцо с коммутацией линий (BLSR)[6] (также называется мультиплексной секцией - общее защитное кольцо (MS-SPRing) в SDH сетей), защищая от сбоев сети и восстанавливаясь после них за 50 мс или меньше,[7] значительное улучшение времени восстановления, поддерживаемое в Восстановление сетки на основе DCS и ключевой драйвер для развертывания кольцевой защиты SONET / SDH.

Были попытки улучшить и / или развить традиционную кольцевую архитектуру, чтобы преодолеть некоторые из ее ограничений, с трансокеанской кольцевой архитектурой (определенной в ITU-T Рек. G.841[8]), Защита "P-циклов",[9] SONET / SDH нового поколения оборудование, которое может обрабатывать несколько звонков или иметь возможность не закрывать сторону рабочего или защитного кольца, или разделять защитную способность между кольцами (например, с помощью Virtual Line Switched Ring (VLSR)[10]).

Технологические достижения в оптических транспортных коммутаторах [11] в первом десятилетии 21 века, наряду с непрерывным развертыванием плотное мультиплексирование с разделением по длине волны Системы (DWDM) побудили поставщиков телекоммуникационных услуг заменить свои кольцевые архитектуры SONET архитектурами на основе ячеек для нового трафика. Новые оптические ячеистые сети поддерживают такое же быстрое восстановление, которое ранее было доступно в кольцевых сетях, при этом повышая эффективность использования емкости и снижая капитальные затраты. Такое быстрое восстановление (от десятков до сотен миллисекунд) в случае сбоев (например, сбоя сетевого канала или узла) достигается за счет интеллекта, встроенного в это новое оптическое транспортное оборудование, что позволяет выполнять восстановление автоматически и обрабатывать его в самой сети. как часть сети плоскость управления, не полагаясь на внешние управление сетью система.

Оптические ячеистые сети

Коммутация, мультиплексирование и обработка трафика в устройстве OEO

Оптические ячеистые сети относятся к транспортным сетям, которые построены непосредственно на ячеистой волоконно-оптической инфраструктуре, развернутой в городских, региональных, национальных или международных (например, за океанических) областях путем развертывания оптического транспортного оборудования, способного переключение трафик (на уровне длины волны или субволны) от входящего волокна к исходящему волокну. Помимо переключения длин волн, оборудование, как правило, также способно мультиплекс более низкая скорость движения в длины волн для транспорта и для жених трафик (если оборудование так называемое непрозрачное - см. подраздел о прозрачности). Наконец, это оборудование также обеспечивает восстановление трафика в случае сбоя сети. Поскольку большинство транспортных сетей развиваются в сторону ячеистой топологии с использованием интеллектуальных сетевых элементов (оптические кроссы или же оптические переключатели [11]) для предоставления и восстановления услуг были разработаны новые подходы к проектированию, развертыванию, эксплуатации и управлению ячеистыми оптическими сетями.

Оптические переключатели, производимые такими компаниями, как Сикамор и Ciena (с СТС-1 степень детализации переключения) и Теллиум (с СТС-48 степень детализации коммутации) были развернуты в действующих ячеистых сетях. Calient построил полностью оптические переключатели на основе 3D МЭМС технологии.

Сегодня оптические ячеистые сети обеспечивают не только транкинговую пропускную способность для сетей более высокого уровня, таких как связь между маршрутизаторами или коммутаторами в IP, MPLS, или же Ethernet -центричная пакетная инфраструктура, но также поддерживает эффективную маршрутизацию и быстрое восстановление после сбоев в высокоскоростных двухточечных службах Ethernet и SONET / SDH.

Несколько запланированных спутниковые группировки Такие как SpaceX Starlink Предназначен для глобального предоставления доступа в Интернет с целью создания оптических ячеистых сетей в космосе. Созвездия, состоящие из нескольких сотен и тысяч спутников, будут использовать лазерная связь для оптических межспутниковых линий связи с высокой пропускной способностью. Архитектура взаимосвязанной сети позволяет осуществлять прямую маршрутизацию пользовательских данных со спутника на спутник и обеспечивает бесшовное управление сетью и непрерывность обслуживания.[12]

Восстановление в оптических ячеистых сетях

Защита общего пути резервного копирования - до сбоя
Защита общего пути резервного копирования - после сбоя и восстановления

Оптические ячеистые сети поддерживают создание коммутационного режима. ориентированный на соединение Сервисы. Несколько механизмов восстановления, обеспечивающих разные уровни защиты [13] или восстановление [14] против различных режимов отказа доступны в ячеистые сети. Канал-, связь -, сегмент- и дорожка - защита - самые распространенные схемы защиты. P-циклы[9] это еще один тип защиты, который усиливает и расширяет кольцевую защиту. Реставрация еще один метод восстановления, который может работать сам по себе или дополнять более быстрые схемы защиты в случае множественных сбоев.

В ячеистых сетях с защитой пути некоторые соединения могут быть незащищенными; другие можно защитить от единичных или множественных отказов различными способами. Соединение может быть защищено от единичного сбоя путем определения резервного пути, отличного от основного пути, используемого соединением через ячеистую сеть. Путь резервного копирования и связанные ресурсы могут быть выделены для соединения (защита выделенного пути резервного копирования, также известная как защита выделенного пути (1 + 1), Защита подключения к подсети (SNCP) в SDH сети или UPSR в СОНЕТ кольцевые сети) или совместно используются несколькими соединениями (Защита общего пути резервного копирования ), как правило, те, чьи основные пути вряд ли выйдут из строя одновременно, что позволяет избежать конкуренции за общие ресурсы в случае отказа одного канала или узла. Может быть реализован ряд других схем защиты, таких как использование замещаемых путей или только частично различных резервных путей. Наконец, можно спроектировать несколько различных маршрутов, чтобы соединение имело несколько маршрутов восстановления и могло восстанавливаться даже после нескольких сбоев (примеры ячеистых сетей через Атлантический и Тихий океан океаны [15]).

Прозрачность

Непрозрачное переключение трафика между оптоволоконными линиями
Прозрачное переключение трафика между оптоволоконными линиями

Традиционные транспортные сети состоят из волоконно-оптических линий связи между телекоммуникационными офисами, в которых используются разные длины волн. мультиплексированный для увеличения емкости волокна. Длины волн ограничены на электронных устройствах, называемых транспондеры, подвергаясь оптическому преобразованию в электрическую для Повторное усиление, изменение формы и синхронизация сигнала (3R). Внутри телекоммуникационного офиса сигналы затем обрабатываются и переключаются транспортным коммутатором (также известным как оптический кросс-коммутатор или оптический коммутатор) и либо сбрасываются в этом офисе, либо направляются на исходящую оптоволоконную линию, где они снова передаются в виде мультиплексированных длин волн. в эту оптоволоконную линию к следующему телекоммуникационному офису. Акт прохождения оптико-электрического-оптического (O-E-O) преобразования через телекоммуникационный офис приводит к тому, что сеть считается непрозрачный. Когда входящие длины волн не подвергаются преобразованию оптических сигналов в электрические и переключаются через телекоммуникационный офис в оптической области с использованием полностью оптических переключателей (также называемых фотонная кросс-коммутация, оптический мультиплексор ввода-вывода, или же Реконфигурируемый оптический мультиплексор ввода-вывода (ROADM) систем) сеть считается прозрачный. Гибридные схемы, которые используют оптические обходы и обеспечивают ограниченное преобразование O-E-O в ключевых точках сети, называются полупрозрачный сети.

Прозрачные оптические ячеистые сети на основе ROADM были развернуты в городских и региональных сетях с середины 2000-х годов.[16] В начале 2010-х годов действующие сети дальней связи по-прежнему оставались непрозрачными, поскольку существуют ограничения и ухудшения передачи, которые не позволяют расширить прозрачность за пределы определенной точки.[17]

Маршрутизация в оптических ячеистых сетях

Маршрутизация является ключевым аспектом управления и эксплуатации оптических ячеистых сетей. В прозрачных или полностью оптических сетях маршрутизация соединений тесно связана с процессом выбора и назначения длины волны (так называемый Маршрутизация и назначение длины волны, или «RWA»). Это связано с тем, что соединение остается на одной и той же длине волны от конца до конца по всей сети (иногда это называется ограничением непрерывности длины волны, в отсутствие устройств, которые могут преобразовывать длины волн в оптическом диапазоне). В непрозрачной сети проблема маршрутизации заключается в нахождении основного пути для соединения и, если требуется защита, резервного пути, отличного от основного пути. Длины волн используются на каждом канале независимо друг от друга. Можно использовать и комбинировать несколько алгоритмов для определения основного пути и разнообразного резервного пути (с или без совместного использования ресурсов по резервному пути) для соединения или службы, например: кратчайший путь, включая Алгоритм Дейкстры; k-кратчайший путь,[18] Такие как Алгоритм Йены; разнесенная по краям и узлам или несвязанная маршрутизация, включая Алгоритм Суурбалле;[19] и многочисленные эвристика. В общем, однако, проблемы оптимальной маршрутизации для защиты выделенного резервного пути с произвольной Группы ссылок на общий риск (SRLG),[20] и для защиты пути общего резервного копирования НП-полный.[21]

Приложения

Развертывание оптических ячеистых сетей позволяет поставщикам услуг предлагать своим клиентам новые услуги и приложения, такие как

Он также поддерживает новые сетевые парадигмы, такие как

  • Архитектура IP-оптических сетей[24]

Связанные сетевые архитектуры

Ячеистая сеть в целом и беспроводная ячеистая сеть особенно.

Смотрите также

Телекоммуникации и сети

Телекоммуникационное оборудование

Пакетные сети

Сеть с установлением соединения

Доступность

Рекомендации

  1. ^ БЫСТРО автоматическое восстановление - FASTAR.
  2. ^ БЫСТРО автоматическое восстановление - FASTAR.
  3. ^ БЫСТРО автоматическое восстановление - FASTAR.
  4. ^ Восстановление в реальном времени (RTR).
  5. ^ Кольцо с однонаправленной коммутацией каналов (UPSR).
  6. ^ Двунаправленное кольцо с коммутацией линий (BLSR).
  7. ^ Нужно ли 50 мс?
  8. ^ Рек. МСЭ-Т. G.841
  9. ^ а б В. Д. Гровер, (Приглашенный доклад) "p-Cycles, гибриды кольцевой сети и" кольцевой майнинг: "варианты новых и развивающихся оптических сетей", Proc. Конференция по оптоволоконной связи (OFC 2003), Атланта, 24–27 марта 2003 г., стр.201–203. (связанная презентация ).
  10. ^ Виртуальное кольцо с коммутацией линий (VLSR).
  11. ^ а б Также упоминается как оптические кроссы или же оптические переключатели. Термин оптический не означает, что оборудование полностью обрабатывает сигналы в оптической области, и в большинстве случаев оно не обрабатывает, мультиплексирует и переключает сигналы в электрической области, хотя некоторое оборудование (называемое фотонное кросс-соединение ) осуществляют переключение (только) полностью в оптической области без какого-либо преобразования O-E-O.
  12. ^ «Илон Маск собирается запустить первый из 11 925 предложенных интернет-спутников SpaceX - больше, чем все космические аппараты, которые сегодня вращаются вокруг Земли». Business Insider. Получено 15 апреля 2018.
  13. ^ а б Защита относится к заранее спланированной системе, в которой путь восстановления предварительно вычисляется для каждого потенциального отказа (до того, как произойдет отказ), а путь использует заранее назначенные ресурсы для восстановления после отказа (выделенные для конкретных сценариев отказа или совместно используемые для разных сценариев отказа)
  14. ^ а б С восстановление, путь восстановления вычисляется в реальном времени (после сбоя), а свободная емкость, доступная в сети, используется для перенаправления трафика вокруг сбоя.
  15. ^ Оптическая ячеистая сеть доказала свою ценность для Verizon во время землетрясения в Японии[постоянная мертвая ссылка ]
  16. ^ ROADM и будущее городских оптических сетей, Тяжелое чтение отчет
  17. ^ Дж. Стрэнд, А. Чиу, Р. Ткач. Проблемы с маршрутизацией на оптическом уровне. IEEE Communications Mag., Февраль 2001 г.
  18. ^ K-я задача о кратчайшем пути.
  19. ^ Дж. В. Суурбалле, Р. Э. Тарджан, "Быстрый метод нахождения пар кратчайших непересекающихся путей".
  20. ^ "Группа ссылок на общий риск (SRLG)". Архивировано из оригинал на 2013-02-14. Получено 2012-09-20.
  21. ^ "Г. Эллинас, Э. Булье, Р. Рамамурти, Ж.-Ф. Лабурдетт, С. Чаудхури, К. Бала, Архитектуры маршрутизации и восстановления в ячеистых оптических сетях (журнал Optical Networks, январь / февраль, 2003 г.)" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2006-09-12. Получено 2012-09-21.
  22. ^ Пропускная способность Verizon по запросу (Совет директоров)
  23. ^ ФОТОСЕТЕВЫЕ СВЯЗИ, спецвыпуск на «Оптические виртуальные частные сети (oVPN)»
  24. ^ RFC 3717 - IP по оптическим сетям: платформа

дальнейшее чтение

  • «Сайт по защите сети - методы защиты сети, восстановление после сбоя сети, события сбоя сети» [1]
  • "Живые транспортные сети на основе ячеистой сети: варианты и стратегии для оптических сетей, сетей MPLS, SONET и ATM", Уэйн Гровер [2]
  • «Управление оптической сетью: архитектура, протоколы и стандарты», Грег Бернштейн, Бала Раджагопалан и Дебанджан Саха [3]
  • "Маршрутизация пути в ячеистых оптических сетях", Эрик Булье, Георгиос Эллинас, Жан-Франсуа Лабурдетт и Раму Рамамурти. [4], [5], [6]
  • «P-циклы: обзор», Р. Астхана, Ю.Н. Сингх, У.Д. Гровер, IEEE Communications Surveys and Tutorials, февраль 2010 г. [7]
  • «Живущие сети: алгоритмы для разнообразной маршрутизации», Рамеш Бхандари [8]

внешняя ссылка

  • Появляются самовосстанавливающиеся сетчатые оптические сети [9]
  • AT&T Повышение скорости оптической полосы пропускания по запросу за счет увеличения скорости обслуживания клиентов [10]
  • AT&T предлагая полностью интегрированные оптические услуги [11]
  • Verizon Бизнес расширяет трансатлантическую сеть [12]
  • Verizon Бизнес повышает производительность и надежность подводных кабельных систем Тихого океана в глобальной сети [13]
  • В Интернет2 Сеть динамических цепей (DCN) [14]
  • Интеллектуальная оптическая сеть расширяет возможности цифровой мультимедийной сети [15]
  • VSNL и Тата Teleservices создает первую общенациональную интеллектуальную оптическую ячеистую сеть в Индии, используя Ciena CoreDirector [16], [17]
  • 360сетей Развертывает самую разветвленную в мире оптическую ячеистую сеть [18]
  • Verizon Глобус деловых кругов с оптической ячеистой сетью; Начинается расширение на Ближний Восток [19]
  • Verizon Инвестиции в глобальную ячеистую сеть для бизнеса приносят большие дивиденды корпоративным клиентам во время многочисленных сбоев в работе подводных кабельных систем в Азиатско-Тихоокеанском регионе [20]
  • Verizon строит оптическую сеть с 18 городами [21]
  • Оптическая ячеистая сеть оправдывает себя Verizon в течение Японское землетрясение [22][постоянная мертвая ссылка ]