Оптическая ячеистая сеть

Оптическая ячеистая сеть — это тип оптической телекоммуникационной сети, использующей проводную оптоволоконную связь или беспроводную оптическую связь в свободном пространстве в архитектуре ячеистой сети .

Большинство оптических ячеистых сетей используют оптоволоконную связь и обслуживаются интернет-провайдерами в городских и региональных, а также национальных и международных сценариях. Они работают быстрее и менее подвержены ошибкам, чем другие сетевые архитектуры, и поддерживают планы резервного копирования и восстановления существующих сетей в случае какой-либо катастрофы, повреждения или сбоя. Планируемые в настоящее время спутниковые группировки направлены на создание оптических ячеистых сетей в космосе с использованием беспроводной лазерной связи .

История транспортных сетей

Транспортные сети, базовый уровень оптического волокна на основе телекоммуникационных сетей , в 1980-х годах превратились из ячеистых архитектур на основе цифровой системы кросс-коммутации (DCS) в кольцевые архитектуры SONET/SDH (синхронная оптическая сеть/синхронная цифровая иерархия) в 1990-х годах. . В ячеистых архитектурах на базе DCS операторы связи развернули системы восстановления для каналов DS3, такие как AT&T FASTAR ( FAST Auto Restoration ). ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} и восстановление в реальном времени MCI (RTR), ^{[ 4 ]} восстановление цепей за считанные минуты после сбоя в сети. В кольцах SONET/SDH операторы реализовали защиту кольца , такую как SONET (UPSR). кольцо с однонаправленной коммутацией путей ^{[ 5 ]} (также называемое защитой подсетевых подключений (SCNP) в SDH сетях SONET (BLSR) ) или кольцо с двунаправленной коммутацией линий ^{[ 6 ]} (также называемая «Мультиплексная секция — общее защитное кольцо» (MS-SPRing) в сетях SDH ), защита от сбоя сети и восстановление после него за 50 мс или меньше, ^{[ 7 ]} значительное улучшение времени восстановления, поддерживаемое при восстановлении ячеистой сети на основе DCS , а также ключевой драйвер для развертывания кольцевой защиты SONET/SDH.

Предпринимались попытки улучшить и/или развить традиционную кольцевую архитектуру, чтобы преодолеть некоторые ее ограничения, с помощью трансокеанской кольцевой архитектуры (определенной в Рекомендации МСЭ-Т G.841). ^{[ 8 ]}), защита «П-циклов», ^{[ 9 ]} оборудование SONET/SDH следующего поколения , которое может обрабатывать несколько колец или имеет возможность не замыкать сторону рабочего или защитного кольца, или распределять защитную мощность между кольцами (например, с помощью кольца с виртуальной коммутацией линий (VLSR)).

Технологические достижения в области оптических транспортных коммутаторов ^{[ 10 ]} В первом десятилетии 21-го века, наряду с постоянным развертыванием систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM), поставщики телекоммуникационных услуг заменили свои кольцевые архитектуры SONET на ячеистые архитектуры для нового трафика. Новые оптические ячеистые сети поддерживают такое же быстрое восстановление, которое ранее было доступно в кольцевых сетях, обеспечивая при этом более высокую эффективность использования пропускной способности и приводя к снижению капитальных затрат. Такое быстрое восстановление (за десятки-сотни миллисекунд) в случае сбоев (например, отказ сетевого канала или узла) достигается за счет интеллекта, встроенного в это новое оптическое транспортное оборудование, которое позволяет автоматически выполнять восстановление и выполнять его внутри самой сети. как часть плоскости управления сетью , не полагаясь на внешнюю систему управления сетью .

Оптические ячеистые сети

Коммутация, мультиплексирование и обработка трафика в устройстве OEO

Оптические ячеистые сети относятся к транспортным сетям, построенным непосредственно на ячеистой волоконно-оптической инфраструктуре, развернутой в городских, региональных, национальных или международных (например, трансокеанских) регионах путем развертывания оптического транспортного оборудования, способного переключать трафик (на длина волны или субволновой уровень) от входящего волокна к исходящему волокну. Помимо переключения длин волн, оборудование обычно также способно мультиплексировать низкоскоростной трафик в длины волн для транспортировки и обслуживать трафик (пока оборудование является так называемым непрозрачным — см. подраздел о прозрачности). Наконец, это оборудование также обеспечивает восстановление трафика в случае сбоя в сети. Поскольку большинство транспортных сетей развиваются в сторону ячеистых топологий, использующих интеллектуальные сетевые элементы ( оптические кросс-соединения или оптические коммутаторы). ^{[ 10 ]}) для предоставления и восстановления услуг были разработаны новые подходы к проектированию, развертыванию, эксплуатации и управлению ячеистыми оптическими сетями.

Оптические коммутаторы, созданные такими компаниями, как Sycamore и Ciena (с STS-1 детализацией коммутации ) и Tellium (с детализацией коммутации STS-48 ), были развернуты в действующих ячеистых сетях. Calien создала полностью оптические переключатели на основе технологии 3D MEMS .

Сегодня оптические ячеистые сети не только обеспечивают транкинговую пропускную способность для сетей более высокого уровня, таких как соединение между маршрутизаторами или коммутаторами в пакетной инфраструктуре, ориентированной на IP , MPLS или Ethernet , но также поддерживают эффективную маршрутизацию и быстрое восстановление после сбоев высокопроизводительных сетей. пропускная способность двухточечных сервисов Ethernet и SONET/SDH.

Несколько планируемых спутниковых группировок, таких как SpaceX Starlink, предназначенных для глобального интернет-обеспечения, направлены на создание оптических ячеистых сетей в космосе. Группировки, состоящие из нескольких сотен и тысяч спутников, будут использовать лазерную связь для создания высокопроизводительной оптической межспутниковой связи. Взаимосвязанная сетевая архитектура обеспечивает прямую маршрутизацию пользовательских данных со спутника на спутник, а также обеспечивает бесперебойное управление сетью и непрерывность обслуживания. ^{[ 11 ]}

Восстановление в оптических ячеистых сетях

Оптические ячеистые сети поддерживают создание услуг, ориентированных на соединение в коммутационном режиме . Несколько механизмов восстановления, обеспечивающих разные уровни защиты. ^{[ 12 ]} или восстановление ^{[ 13 ]} доступны различные режимы отказа в ячеистых сетях . Защита каналов, каналов , сегментов и путей являются наиболее распространенными схемами защиты. P-циклы ^{[ 9 ]} — это еще один тип защиты, который усиливает и расширяет защиту на основе кольца. Восстановление — это еще один метод восстановления, который может работать сам по себе или дополнять более быстрые схемы защиты в случае множественных сбоев.

В ячеистых сетях с защищенным путем некоторые соединения могут быть незащищенными; другие можно защитить от одиночных или множественных сбоев различными способами. Соединение можно защитить от единичного сбоя, определив резервный путь, отличный от основного пути, используемого соединением в ячеистой сети. 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 подключений подсети (SNCP) в сетях SDH или UPSR в кольцевых сетях SONET ) или совместно использоваться несколькими соединения (защита общего резервного пути), обычно такие, основные пути которых вряд ли откажутся одновременно, что позволяет избежать конкуренции за общие ресурсы в случае сбоя одного канала или узла. Можно реализовать ряд других схем защиты, таких как использование вытесняемых путей или только частично различных путей резервного копирования. Наконец, можно спроектировать несколько разнообразных маршрутов, чтобы соединение имело несколько маршрутов восстановления и могло восстанавливаться даже после нескольких сбоев (примеры ячеистых сетей по всему миру). Атлантический и Тихий океаны ^{[ 14 ]}).

Прозрачность

Традиционные транспортные сети состоят из оптоволоконных линий связи между телекоммуникационными офисами, где несколько длин волн мультиплексируются для увеличения пропускной способности волокна. Длины волн ограничиваются электронными устройствами, называемыми транспондерами , которые подвергаются опто-электрическому преобразованию для повторного усиления, изменения формы и изменения синхронизации сигнала (3R) . Внутри телекоммуникационного офиса сигналы затем обрабатываются и коммутируются транспортным коммутатором (так называемым оптическим кроссовым соединением или оптическим коммутатором) и либо сбрасываются в этом офисе, либо направляются на исходящую оптоволоконную линию, где они снова передаются в виде мультиплексированных длин волн. в этот оптоволоконный канал к следующему телекоммуникационному офису. Процесс преобразования оптико-электро-оптический (OEO) через телекоммуникационный офис приводит к тому, что сеть считается непрозрачной. ^{[ 15 ]} Когда входящие длины волн не подвергаются опто-электрическому преобразованию и коммутируются через телекоммуникационный офис в оптической области с использованием полностью оптических переключателей (также называемых фотонным кросс-коммутатором , оптическим мультиплексором ввода-вывода или реконфигурируемым оптическим вводом-выводом). Мультиплексорные (ROADM) системы) сеть считается прозрачной . ^{[ 16 ]} Гибридные схемы, в которых используются оптические обходы и обеспечивают ограниченное преобразование OEO в ключевых точках сети, называются полупрозрачными сетями. ^{[ 17 ]}

Прозрачные оптические ячеистые сети на базе ROADM развертываются в городских и региональных сетях с середины 2000-х годов. ^{[ 18 ]} В начале 2010-х годов действующие сети дальней связи все еще имели тенденцию оставаться непрозрачными, поскольку существуют ограничения и нарушения передачи, которые не позволяют расширить прозрачность за пределы определенного уровня. ^{[ 19 ]}

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 называемая маршрутизация и назначение длины волны , или «RWA»). Это связано с тем, что соединение остается на одной и той же длине волны от начала до конца по всей сети (иногда это называется ограничением непрерывности длины волны из-за отсутствия устройств, которые могут осуществлять преобразование между длинами волн в оптической области). В непрозрачной сети проблема маршрутизации заключается в поиске основного пути для соединения и, если необходима защита, резервного пути, отличного от основного пути. Длины волн используются в каждом канале независимо друг от друга. Для определения основного пути и разнообразного резервного пути (с совместным использованием ресурсов вдоль резервного пути или без него) для соединения или службы можно использовать и комбинировать несколько алгоритмов, например: кратчайший путь , включая алгоритм Дейкстры ; k-кратчайший путь , ^{[ 20 ]} такие как алгоритм Йена ; маршрутизация с разнесением по краям и узлам или непересекающаяся маршрутизация , включая алгоритм Суурбалля ; ^{[ 21 ]} и многочисленные эвристики . Однако в целом проблемы оптимальной маршрутизации для защиты выделенного резервного пути с произвольными группами ресурсов с общим риском ^{[ 22 ]} а для общего резервного пути защиты являются NP-полными . ^{[ 23 ]}

Приложения

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

Защита качества обслуживания (QoS), позволяющая предоставлять услуги с различными уровнями защиты: упреждающая, незащищенная, защищенная с гарантированным восстановлением от сбоя одного канала или одного узла, защищенная от множественных сбоев (посредством комбинации защиты ^{[ 12 ]} и восстановление ^{[ 13 ]})
Динамические услуги, такие как пропускная способность по требованию (BoD), ^{[ 24 ]} пропускная способность «точно в срок» (JIT), планирование пропускной способности и посредничество в пропускной способности
Оптические виртуальные частные сети ^{[ 25 ]}
Многоадресные световые пути

Он также поддерживает новые сетевые парадигмы, такие как

Архитектуры IP-оптических сетей ^{[ 26 ]}

Связанные сетевые архитектуры

Ячеистые сети в целом и беспроводные ячеистые сети в частности.

См. также

Телекоммуникации и сети

Телекоммуникационное оборудование

Кросс-соединение

Пакетная сеть

Сети, ориентированные на соединение

Доступность

Доступность

Ссылки

^ БЫСТРОЕ автоматическое восстановление — FASTAR .
^ БЫСТРОЕ автоматическое восстановление — FASTAR .
^ БЫСТРОЕ автоматическое восстановление — FASTAR .
^ Восстановление в реальном времени (RTR) .
^ Кольцо с однонаправленной коммутацией путей (UPSR) .
^ Кольцо с двунаправленной коммутацией линий (BLSR) .
^ Необходимо ли 50 мс?
^ Рек. МСЭ-Т. Г.841
^ Jump up to: ^а ^б У. Д. Гровер, (приглашенный доклад) «p-циклы, гибриды кольцевой сетки и кольцевой майнинг: варианты для новых и развивающихся оптических сетей», архивировано 9 марта 2012 г. в Wayback Machine Proc. Конференция по оптоволоконной связи (OFC 2003), Атланта, 24–27 марта 2003 г., стр. 201–203. ( соответствующая презентация. Архивировано 9 марта 2012 г. на Wayback Machine ).
^ Jump up to: ^а ^б Также называется оптическими кросс-коннекторами или оптическими переключателями . Термин «оптический» не подразумевает, что оборудование полностью обрабатывает сигналы в оптической области, и в большинстве случаев оно этого не делает, а вместо этого обрабатывает, мультиплексирует и переключает сигналы в электрической области, хотя некоторое оборудование (называемое фотонным перекрестным -connect ) выполняет коммутацию (только) полностью в оптическом домене без какого-либо преобразования OEO.
^ «Илон Маск собирается запустить первый из 11 925 предложенных SpaceX интернет-спутников — больше, чем все космические корабли, которые сегодня вращаются вокруг Земли» . Бизнес-инсайдер . Проверено 15 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б Защита — это заранее спланированная система, в которой путь восстановления заранее рассчитывается для каждого потенциального сбоя (до того, как сбой произойдет), и этот путь использует заранее назначенные ресурсы для восстановления после сбоя (выделенные для конкретных сценариев сбоя или совместно используемые для различных сценариев сбоя).
^ Jump up to: ^а ^б При восстановлении путь восстановления рассчитывается в реальном времени (после возникновения сбоя), а свободная мощность, доступная в сети, используется для перенаправления трафика в обход сбоя.
^ Оптическая ячеистая сеть доказывает свою ценность для Verizon во время землетрясения в Японии.
^ «Непрозрачные сети» . www.optical-network.com . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 19 апреля 2022 г.
^ «Прозрачные сети» . www.optical-network.com . Архивировано из оригинала 13 декабря 2010 года . Проверено 19 апреля 2022 г.
^ «Прозрачные сети» . www.optical-network.com . 29 июля 2010 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2010 г.
^ ROADM и будущее городских оптических сетей, Heavy Reading отчет
^ Дж. Стрэнд, А. Чиу и Р. Ткач. Проблемы маршрутизации на оптическом уровне. Журнал IEEE Communications, февраль 2001 г.
^ «К-я задача о кратчайшем пути» . Архивировано из оригинала 11 января 2012 г. Проверено 5 ноября 2010 г.
^ Суурбалле, JW; Тарьян, Р.Э. (1984). «Быстрый метод поиска кратчайших пар непересекающихся путей» . Сети . 14 (2): 325–336. дои : 10.1002/net.3230140209 .
^ «Группа общего риска (SRLG)» . Архивировано из оригинала 14 февраля 2013 г. Проверено 20 сентября 2012 г.
^ «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 оригинала (PDF) 12 сентября 2006 г. Проверено 21 сентября 2012 г.
^ Пропускная способность Verizon по требованию (BoD)
^ ФОТОННЫЕ СЕТИ КОММУНИКАЦИИ, специальный выпуск «Оптические виртуальные частные сети (oVPN)»
^ RFC 3717 - IP через оптические сети: основа

Дальнейшее чтение

«Защита сети - методы защиты сети, восстановление после сбоев сети, события сбоев сети» [1]. Архивировано 30 ноября 2010 г. на Wayback Machine.
«Выживаемые транспортные сети на основе Mesh: варианты и стратегии для оптических сетей, сетей MPLS, SONET и ATM», Уэйн Гровер [2]. Архивировано 23 марта 2012 г. на Wayback Machine.
«Управление оптической сетью: архитектура, протоколы и стандарты», Грег Бернштейн, Бала Раджагопалан и Дебанджан Саха [3]
«Маршрутизация путей в ячеистых оптических сетях», Эрик Буйе, Георгиос Эллинас, Жан-Франсуа Лабурдетт и Раму Рамамурти [4] , [5] , [6]
«P-циклы: обзор», Р. Астана, Ю. Н. Сингх, В. Д. Гровер, Обзоры и учебные пособия IEEE Communications, февраль 2010 г. [7]
«Жизнеспособные сети: алгоритмы разнообразной маршрутизации», Рамеш Бхандари [8]

Внешние ссылки

Появляются самовосстанавливающиеся оптические сети [9]
Оптическая полоса пропускания AT&T по требованию увеличивает скорость за счет увеличения скорости обслуживания клиентов [10] ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
AT&T предлагает полностью объединенные оптические услуги [11]
Verizon Business расширяет трансатлантическую сеть [12]
Verizon Business повышает производительность и надежность тихоокеанских подводных кабельных систем в глобальной сети [13]
[ 14 Динамическая сеть Интернет2 (DCN) ]
Интеллектуальная оптическая сеть расширяет возможности цифровой медиасети [15]
VSNL и Tata Teleservices создают первую общенациональную интеллектуальную оптически ячеистую сеть в Индии с использованием Ciena CoreDirector [16] , [17]
360networks развертывает самую разветвленную в мире оптически ячеистую сеть [18]. Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine.
Verizon Business Circles Global с оптической ячеистой сетью; Начинается расширение на Ближний Восток [19]
Инвестиции Verizon Business в глобальные Mesh-сети приносят большие дивиденды корпоративным клиентам во время многочисленных сбоев в работе подводных кабельных систем в Азиатско-Тихоокеанском регионе [20]
Verizon строит оптическую сеть из 18 городов [21]
Оптическая ячеистая сеть доказала свою ценность для Verizon во время землетрясения в Японии [22]

[1] БЫСТРОЕ автоматическое восстановление — FASTAR .

[2] БЫСТРОЕ автоматическое восстановление — FASTAR .

[3] БЫСТРОЕ автоматическое восстановление — FASTAR .

[4] Восстановление в реальном времени (RTR) .

[5] Кольцо с однонаправленной коммутацией путей (UPSR) .

[6] Кольцо с двунаправленной коммутацией линий (BLSR) .

[7] Необходимо ли 50 мс?

[8] Рек. МСЭ-Т. Г.841

[P-cycles-9] Jump up to: ^а ^б У. Д. Гровер, (приглашенный доклад) «p-циклы, гибриды кольцевой сетки и кольцевой майнинг: варианты для новых и развивающихся оптических сетей», архивировано 9 марта 2012 г. в Wayback Machine Proc. Конференция по оптоволоконной связи (OFC 2003), Атланта, 24–27 марта 2003 г., стр. 201–203. ( соответствующая презентация. Архивировано 9 марта 2012 г. на Wayback Machine ).

[transport_switches-10] Jump up to: ^а ^б Также называется оптическими кросс-коннекторами или оптическими переключателями . Термин «оптический» не подразумевает, что оборудование полностью обрабатывает сигналы в оптической области, и в большинстве случаев оно этого не делает, а вместо этого обрабатывает, мультиплексирует и переключает сигналы в электрической области, хотя некоторое оборудование (называемое фотонным перекрестным -connect ) выполняет коммутацию (только) полностью в оптическом домене без какого-либо преобразования OEO.

[11] «Илон Маск собирается запустить первый из 11 925 предложенных SpaceX интернет-спутников — больше, чем все космические корабли, которые сегодня вращаются вокруг Земли» . Бизнес-инсайдер . Проверено 15 апреля 2018 г.

[protection-12] Jump up to: ^а ^б Защита — это заранее спланированная система, в которой путь восстановления заранее рассчитывается для каждого потенциального сбоя (до того, как сбой произойдет), и этот путь использует заранее назначенные ресурсы для восстановления после сбоя (выделенные для конкретных сценариев сбоя или совместно используемые для различных сценариев сбоя).

[restoration-13] Jump up to: ^а ^б При восстановлении путь восстановления рассчитывается в реальном времени (после возникновения сбоя), а свободная мощность, доступная в сети, используется для перенаправления трафика в обход сбоя.

[14] Оптическая ячеистая сеть доказывает свою ценность для Verizon во время землетрясения в Японии.

[15] «Непрозрачные сети» . www.optical-network.com . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 19 апреля 2022 г.

[16] «Прозрачные сети» . www.optical-network.com . Архивировано из оригинала 13 декабря 2010 года . Проверено 19 апреля 2022 г.

[17] «Прозрачные сети» . www.optical-network.com . 29 июля 2010 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2010 г.

[18] ROADM и будущее городских оптических сетей, Heavy Reading отчет

[19] Дж. Стрэнд, А. Чиу и Р. Ткач. Проблемы маршрутизации на оптическом уровне. Журнал IEEE Communications, февраль 2001 г.

[20] «К-я задача о кратчайшем пути» . Архивировано из оригинала 11 января 2012 г. Проверено 5 ноября 2010 г.

[21] Суурбалле, JW; Тарьян, Р.Э. (1984). «Быстрый метод поиска кратчайших пар непересекающихся путей» . Сети . 14 (2): 325–336. дои : 10.1002/net.3230140209 .

[22] «Группа общего риска (SRLG)» . Архивировано из оригинала 14 февраля 2013 г. Проверено 20 сентября 2012 г.

[23] «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 оригинала (PDF) 12 сентября 2006 г. Проверено 21 сентября 2012 г.

[24] Пропускная способность Verizon по требованию (BoD)

[25] ФОТОННЫЕ СЕТИ КОММУНИКАЦИИ, специальный выпуск «Оптические виртуальные частные сети (oVPN)»

[26] RFC 3717 - IP через оптические сети: основа

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]