Ewolucja sieci stacjonarnych

Andrzej JAJSZCZYK*
Ewolucja sieci stacjonarnych
Gwa³towny wzrost zapotrzebowania na pasmo, zmiany charakteru ruchu telekomunikacyjnego, a tak¿e wzrost liczby i zró¿nicowanie podmiotów œwiadcz¹cych us³ugi telekomunikacyjne
spowodowa³y koniecznoœæ nowego spojrzenia na budowê sieci
telekomunikacyjnych. W artykule skoncentrowano siê na kszta³cie sieci stacjonarnych w perspektywie dziesiêciu lat. Bior¹c pod
uwagê tempo zmian we wspó³czesnej telekomunikacji, jest to
okres bardzo d³ugi, umo¿liwiaj¹cy jednak realistyczne przewidywania. Wychodzenie poza ten okres by³oby ju¿ poruszaniem siê
w obszarze science fiction.
Wydaje siê, ¿e w omawianej perspektywie zasadnicz¹ rolê
w technice sieciowej bêd¹ odgrywaæ warstwa optyczna i posadowiona bezpoœrednio na niej (z uwzglêdnieniem odpowiedniego
ramkowania) warstwa IP. Tego typu rozwi¹zanie jest stosowane
ju¿ obecnie. Zmiany, jakich mo¿na oczekiwaæ, bêd¹ dotyczy³y
g³ównie eliminacji urz¹dzeñ elektronicznych w warstwie optycznej, a tak¿e wprowadzenia jednolitej p³aszczyzny sterowania zarówno dla warstwy optycznej, jak i warstwy IP, opartej na technice MPLS (Multiprotocol Label Switching). Pierwsza ze zmian
umo¿liwi ca³kowicie optyczny transport informacji, na du¿e odleg³oœci, bez koniecznoœci konwersji sygna³u optycznego na sygna³ elektryczny. Konwersje takie bêd¹ stosowane jedynie
w punktach koñcowych i w niektórych interfejsach miêdzysieciowych, na przyk³ad rozdzielaj¹cych ró¿nych operatorów. Druga
zmiana umo¿liwi znaczne uproszczenie ca³oœci sterowania sieci¹ i u³atwi realizacjê zadañ sterowania w czasie rzeczywistym.
W dalszej czêœci artyku³u bêd¹ opisane bardziej szczegó³owo
zagadnienia zwi¹zane ze wspomnianymi zmianami.
SIECI CAŁKOWICIE OPTYCZNE
Powody wprowadzania sieci ca³kowicie optycznych w najni¿szej warstwie transportowej mo¿na zestawiæ nastêpuj¹co [1]:
M mo¿liwoœæ korzystania z bardzo szerokiego pasma transmisyjnego,
M niezale¿noœæ od protoko³ów wy¿szych warstw,
M prostota funkcjonalna,
M mo¿liwoœæ uzyskania du¿ej odpornoœci sieci na uszkodzenia.
Dostêpnoœæ szerokiego pasma transmisyjnego wynika z postêpu w budowie œwiat³owodów i systemów z gêstym podzia³em d³ugoœci fali DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex). Oczekuje siê, ¿e œwiat³owody produkowane w przysz³oœci bêd¹
zapewnia³y pasmo o szerokoœci 50 THz [2] (obecnie ok. 25 THz),
to jest oko³o 2000 razy szersze ni¿ ca³e u¿yteczne widmo radiowe na ziemi. Obecnie stosowane systemy modulacji umo¿liwi¹
w takim przypadku uzyskanie w pojedynczym w³óknie przep³ywnoœci siêgaj¹cych 20 Tbit/s. Zastosowanie bardziej z³o¿onej modulacji QAM (Quadrature Amplitude Modulation) mo¿e, teoretycznie, podwy¿szyæ tê przep³ywnoœæ do 200 Tbit/s (granica wynikaj¹ca wprost z twierdzenia Shannona wynosi ok. 350 Tbit/s [3]).
Praktyczna granica mo¿e byæ ni¿sza ze wzglêdu na niezbyt jeszcze rozpoznany wp³yw nieliniowoœci œwiat³owodów przy wyma* Akademia Górniczo−Hutnicza w Krakowie, Katedra Telekomu−
nikacji, e−mail: [email protected]
16
ganych poziomach mocy sygna³u [2]. Ju¿ obecnie s¹ oferowane
systemy o 160 d³ugoœciach fali, z których ka¿da przenosi sygna³
o przep³ywnoœci 2,5 Gbit/s [1]. Uzyskana sumaryczna przep³ywnoœæ takiego systemu umo¿liwia przes³anie 12 tysiêcy tomów encyklopedii w ci¹gu sekundy! W 1999 roku uda³o siê eksperymentalnie zademonstrowaæ dzia³anie systemu DWDM o 1021 kana³ach [3]. Mo¿na tak¿e zaobserwowaæ istotny postêp w dziedzinie
szybkoœci uk³adów elektronicznych stosowanych w telekomunikacji. Obecnie testuje siê systemy transmisyjne o przep³ywnoœciach
siêgaj¹cych 40 Gbit/s na jednej d³ugoœci fali.
Wszystkie przedstawione mo¿liwoœci systemów œwiat³owodowych mog¹ byæ w pe³ni wykorzystane dopiero przy wyeliminowaniu stosowanych obecnie i ograniczaj¹cych szerokoœæ pasma
konwersji sygna³u optycznego na elektryczny w celu jego regeneracji b¹dŸ komutacji. Eliminacja taka jest obecnie mo¿liwa
dziêki opracowaniu optycznych prze³¹cznic OXC (Optical Crossconnects) i krotnic transferowych OADM (Optical Add-Drop
Multiplexers), a tak¿e stosowaniu wzmacniaczy optycznych.
Kolejn¹ istotn¹ zalet¹ systemów optycznych jest ich niezale¿noœæ od protoko³ów wy¿szych warstw. Umo¿liwia to stosowanie,
na odrêbnych d³ugoœciach fal, dotychczasowych protoko³ów,
a jednoczeœnie wprowadzanie i testowanie nowych protoko³ów
korzystaj¹cych z innych d³ugoœci fal. Taka przezroczystoœæ protoko³owa bêdzie u³atwiaæ operatorom przechodzenie do nowych
zestawów protoko³ów w warstwach le¿¹cych powy¿ej warstwy
optycznej.
Jedn¹ z trudnoœci w dzia³aniu wspó³czesnych sieci telekomunikacyjnych jest koniecznoœæ przechodzenia przez wiele warstw
protoko³ów w ka¿dym z wêz³ów sieci. Prowadzi to do powstawania opóŸnieñ i zwiêksza prawdopodobieñstwo wyst¹pienia b³êdów. Trudnoœæ tê eliminuje zastosowanie sieci ca³kowicie
optycznych, w których nie trzeba bêdzie monitorowaæ przep³ywaj¹cych bitów (z wyj¹tkiem bitów zwi¹zanych z „opakowaniem
cyfrowym kana³u optycznego”). Zyskuje siê w ten sposób znaczn¹ funkcjonaln¹ prostotê systemu.
Prawid³owo zbudowana sieæ ca³kowicie optyczna powinna byæ
bardzo odporna na uszkodzenia. Umo¿liwi to wprowadzenie nowych mechanizmów odtwarzania (wznawiania pracy po wyst¹pieniu uszkodzeñ) i protekcji na poziomie optycznym.
SIECI SZKIELETOWE
Architektura
Sieci szkieletowe w przysz³oœci bêd¹ zawieraæ mniejsz¹ liczbê
warstw ni¿ sieci obecne. Znikn¹ prawdopodobnie warstwy SDH
i ATM, a ich funkcjonalnoϾ zostanie przeniesiona do warstwy
optycznej i warstwy IP. Ogólna architektura transportowa sieci
bêdzie mia³a postaæ z rys. 1 [4]. G³ówne funkcje warstwy optycznej mo¿na zestawiæ nastêpuj¹co:
M szybkie zestawianie dróg optycznych,
M protekcja i odtwarzanie w dziedzinie optycznej,
M zarz¹dzanie pasmem,
λS (Multiprotocol Lambda SwitM komutacja fal optycznych MPλ
ching).
PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ! ROCZNIK LXXIV ! nr 1/2001
O Rys. 1. Architektura optycznej sieci IP
O Rys. 2. Sieć zbudowana z „wysp” optycznych. Oznaczenia:
OADM – optyczna krotnica transferowa, OXC – przełącznica optycz−
na
Warstwa optyczna bêdzie sk³ada³a siê z „wysp” ca³kowicie
optycznych po³¹czonych ze sob¹ urz¹dzeniami optoelektronicznymi, tak jak to przedstawiono na przyk³adzie z rys. 2. Takie
urz¹dzenia optoelektroniczne bêd¹ wymagane np. na granicach
sieci nale¿¹cych do ró¿nych operatorów, w celu umo¿liwienia
pe³nego monitorowania przep³ywaj¹cych strumieni, zwi¹zanego
z rozliczeniami miêdzyoperatorskimi, i weryfikacji porozumieñ
o jakoœci obs³ugi. Innym powodem umieszczania urz¹dzeñ optoelektronicznych miêdzy wyspami optycznymi mo¿e byæ koniecznoœæ elektrycznej regeneracji sygna³ów, zwi¹zanej z osi¹gniêciem dopuszczalnych granic mocy b¹dŸ dyspersji sygna³u
optycznego.
Sterowanie
Sterowanie sieci „ca³kowicie” optycznej bêdzie wymaga³o realizacji nastêpuj¹cych funkcji [5]:
M automatycznego wykrywania topologii sieci,
M szybkiego wykrywania i lokalizowania b³êdów oraz przesy³ania
zwi¹zanych z nimi informacji,
M automatycznego wznawiania pracy sieci po wyst¹pieniu
uszkodzeñ,
M in¿ynierii ruchu,
M automatycznego zestawiania po³¹czeñ,
M pomiarów jakoœci istniej¹cych po³¹czeñ,
M wspó³pracy urz¹dzeñ pochodz¹cych od ró¿nych dostawców.
Automatyczne wykrywanie topologii sieci umo¿liwia znaczne
przyspieszenie procesu konfigurowania sieci w chwili przy³¹czaPRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ! ROCZNIK LXXIV ! nr 1/2001
nia do niej nowych urz¹dzeñ. U³atwia te¿ unikniêcie b³êdów wystêpuj¹cych czêsto przy konfigurowaniu rêcznym. Mechanizmy
automatycznego wykrywania topologii mog¹ korzystaæ z protoko³ów rozproszonych, takich jak np. OSPF (Open Shortest Path
First) lub te¿ byæ realizowane w centrum zarz¹dzania sieci¹.
W tym ostatnim przypadku wêz³y sieci przesy³aj¹ do centrum zarz¹dzania informacje o ich powi¹zaniach z wêz³ami s¹siednimi.
Ze wzglêdu na wielkie przep³ywnoœci oferowane przez sieci
optyczne niezbêdne jest szybkie wykrywanie b³êdów i uszkodzeñ
wystêpuj¹cych w sieci, precyzyjne ich lokalizowanie oraz przesy³anie informacji o b³êdach do odpowiednich wêz³ów. W tym celu
jest konieczne istnienie odpowiedniego systemu sygnalizacji
i zarz¹dzania. Wznawianie pracy sieci po wyst¹pieniu uszkodzeñ
obejmuje mechanizmy protekcji i odtwarzania. Te pierwsze s¹
oparte na bardzo szybkim prze³¹czaniu uszkodzonych zasobów
na zasoby rezerwowe. Odtwarzanie sieci obejmuje wolniejsze
wyszukiwanie nowych dróg i nie korzysta siê przy tym z wczeœniej zarezerwowanych zasobów.
Termin „in¿ynieria ruchu” w odniesieniu do optycznych sieci IP
obejmuje zagadnienia wyboru dróg spe³niaj¹cych okreœlone warunki, np. zwi¹zane z oferowan¹ jakoœci¹ obs³ugi. Wybór ten bêdzie mo¿liwy dziêki korzystaniu z techniki MPLS. Trzeba przy
tym uwzglêdniæ fakt, ¿e w warstwie optycznej mo¿na pos³ugiwaæ
siê znacznie mniejsz¹ liczb¹ etykiet (odpowiadaj¹cych d³ugoœciom fali) ni¿ w przypadku warstwy IP. Ró¿norodne ograniczenia
zwi¹zane z sieciami optycznymi i znaczne wielkoœci przesy³anych strumieni powoduj¹ koniecznoœæ bardzo starannego planowania ruchowego sieci.
Zestawianie po³¹czenia dzier¿awionego o du¿ej przep³ywnoœci zajmuje obecnie czêsto wiele tygodni. Dlatego te¿ jest konieczne znaczne skrócenie tego czasu. Trwa obecnie dyskusja,
czy warto d¹¿yæ do pe³nej automatyzacji zestawiania dróg
optycznych w ci¹gu kilku sekund (co wymaga³oby u¿ycia odpowiedniego systemu sygnalizacji) czy te¿ wystarcz¹ czasy rzêdu
minut, które mo¿na osi¹gn¹æ przez automatyzacjê procesów zarz¹dzania.
W przysz³ych sieciach optycznych bêdzie prawdopodobnie
trudno oczekiwaæ pe³nej zgodnoœci standardów. Jest to spowodowane tempem zachodz¹cych zmian i du¿¹ konkurencj¹ miêdzy czo³owymi producentami sprzêtu i oprogramowania. Dlatego
te¿ oczekuje siê, ¿e du¿e fragmenty sieci bêd¹ budowane z u¿yciem urz¹dzeñ od jednego dostawcy. Urz¹dzenia nale¿¹ce do
tych fragmentów bêd¹ mog³y byæ ze sob¹ œciœle powi¹zane, co
umo¿liwi dogodne wprowadzanie nowych eksperymentalnych
rozwi¹zañ w ramach urz¹dzeñ sieciowych jednego producenta.
Poszczególne fragmenty bêd¹ natomiast po³¹czone z u¿yciem
interfejsów o ograniczonej funkcjonalnoœci.
Ograniczenie architektury sieci transportowej do dwóch
warstw umo¿liwi zastosowanie jednolitego sterowania opartego
na MPLS. W przypadku warstwy optycznej bêdzie to odmiana tej
techniki nazywana MPλS [6]. Technika MPLS polega na dodaniu
do pakietów IP krótkich etykiet, na podstawie których pakiety
w wêz³ach sieci s¹ kierowane do odpowiednich wyjœæ. W takim
przypadku w ka¿dym z wêz³ów zastêpuje siê tradycyjn¹ analizê
ca³ego adresu docelowego w pakiecie IP analiz¹ etykiety. Poniewa¿ ró¿nym strumieniom pakietów (nawet przep³ywaj¹cych miêdzy tymi samymi wêz³ami koñcowymi) mo¿na przypisaæ ró¿ne
etykiety, mo¿na utworzyæ szereg odrêbnych „œcie¿ek wirtualnych” prowadz¹cych ró¿nymi drogami w zale¿noœci np. od potrzeb zwi¹zanych ze zró¿nicowanymi wymaganiami dotycz¹cymi
jakoœci obs³ugi. Technika MPLS wymaga istnienia odpowiednich
tablic kierowania w wêz³ach sieci, a tak¿e mechanizmów przesy³ania informacji zwi¹zanych z etykietami (czyli odpowiedniej sygnalizacji).
Technika MPλS jest podobna do klasycznej techniki MPLS,
z tym, ¿e rolê etykiety pe³ni tu informacja o u¿ytej d³ugoœci fali.
Przyk³ad optycznej sieci IP, w której jednolicie stosuje siê techni-
17
kê MPLS (MPλS), przedstawiono na rys. 3 [7]. W tym przypadku
w ruterach IP dokonuje siê przydzielenia etykiet „elektronicznych” oraz zestawia œcie¿ki komutowane etykietowo LSP (Label
Switched Path). Prze³¹cznice brzegowe OXC mog¹ dokonywaæ
³¹czenia (agregacji) mniejszych strumieni przychodz¹cych z domeny elektronicznej i przypisywaæ im d³ugoœæ fali zwi¹zan¹
z okreœlon¹ optyczn¹ œcie¿k¹ LSP, zaznaczon¹ na rysunku lini¹
przerywan¹. Prze³¹cznice znajduj¹ce siê wewn¹trz sieci optycznej mog¹ dokonywaæ konwersji d³ugoœci fali odpowiadaj¹cej
zmianie etykiety. W ogólnym przypadku funkcjonalnoœæ prze³¹cznicy optycznej sterowanej z u¿yciem techniki MPλS mo¿na
przedstawiæ tak, jak na rys. 4 [7].
O Rys. 3. Przykład optycznej sieci IP z jednolicie stosowaną techni−
ką MPLS. Oznaczenia: R – ruter IP, OXC – przełącznica optyczna
Sterowanie w warstwie optycznej i warstwie IP mo¿e byæ ze
sob¹ powi¹zane w ró¿ny sposób. Mo¿na wyró¿niæ trzy nastêpuj¹ce modele powi¹zañ [8]:
M model partnerski, w którym sieci obu warstw s¹ traktowane jako jedna, wspólnie sterowana i zarz¹dzana sieæ (czyli prze³¹cznice OXC s¹ traktowane jako rutery);
M model nak³adkowy, w którym wybór dróg, rozsy³anie informacji o topologii i sygnalizacja w sieci IP s¹ niezale¿ne od odpowiednich protoko³ów w sieci optycznej;
M model miêdzydomenowy, w którym wybór dróg w obu sieciach
odbywa siê w zasadzie oddzielnie, lecz informacje zwi¹zane
z wyborem dróg w jednej z sieci przesy³a siê za poœrednictwem
drugiej z sieci.
Pierwszy z modeli jest konceptualnie najprostszy, ale wymaga
znajomoœci przez rutery IP informacji specyficznych dla sieci
optycznych. Wydaje siê wiêc, ¿e mo¿e byæ zastosowany dopiero
w dalszej perspektywie. Przy wyborze dróg w sieciach korzystaj¹cych z modelu partnerskiego zarówno rutery IP, jak i prze³¹cznice optyczne, korzystaj¹ z tego samego protoko³u, np. OSPF. Po
znalezieniu drogi w sieci jej segment optyczny musi byæ traktowany jako pojedyncze ³¹cze wirtualne o ustalonej przep³ywnoœci.
Drugi model przypomina klasyczn¹ „nak³adkê” IP over ATM i mo¿e byæ stosunkowo ³atwo wprowadzony. Model ten wymaga istnienia w warstwie optycznej rejestru, w którym rutery brzegowe
zapisuj¹ swoje adresy i identyfikatory wirtualnych prywatnych sieci optycznych. W modelu miêdzydomenowym wybór dróg w sieciach IP i optycznej odbywa siê niezale¿nie, przy czym potrzebny
jest jeszcze dodatkowy protokó³ miêdzydomenowy, np. odpowiednio zaadaptowany protokó³ BGP (Border Gateway Protocol).
O Rys. 4. Funkcjonalność przełącznicy optycznej sterowanej z użyciem techniki MPLS [7]
Odpowiednikiem nak³adania etykiet (label stacking) w klasycznej technice MPLS1) jest tu wprowadzanie jednego lub wiêcej
strumieni o etykietach w dziedzinie elektronicznej do jednej
œcie¿ki optycznej. Zastosowanie techniki MPλS wymaga jeszcze
rozwi¹zania wielu zagadnieñ szczegó³owych.
1)
W MPLS pakiet z etykiet¹ mo¿e byæ uzupe³niony etykiet¹ wy¿szego rzêdu, np. w sieci tranzytowej, i kierowany w tej sieci tylko na podstawie takiej zewnêtrznej etykiety. Opuszczaj¹c sieæ tranzytow¹ usuwa siê etykietê wy¿szego rzêdu i uwzglêdnia pozosta³¹ etykietê. W ogólnym przypadku mo¿e istnieæ wiêcej takich hierarchicznych etykiet.
18
Zestawianie kana³ów
w sieciach optycznych
W obecnie istniej¹cych sieciach WDM i DWDM stosuje siê wy³¹cznie po³¹czenia optyczne typu punkt-punkt miêdzy poszczególnymi prze³¹cznicami b¹dŸ krotnicami elektronicznymi. Usuniêcie „w¹skich garde³” zwi¹zanych z konwersjami sygna³u
optycznego na elektroniczny bêdzie wymaga³o zestawiania œcie¿ek optycznych w ramach ca³ej „wyspy” optycznej. Przyk³ad sieci optycznej z zestawionymi œcie¿kami optycznymi przedstawioPRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ! ROCZNIK LXXIV ! nr 1/2001
nizmy warstwy IP oparte zarówno na tradycyjnym wyborze nowych dróg, jak i na protokole MPLS.
Wykrywanie uszkodzeñ wymaga m.in. mo¿liwoœci mierzenia
stopy b³êdów. W sieciach SDH korzysta siê w tym przypadku
z odpowiednich bajtów w nag³ówkach jednostek STM. Podobny
mechanizm wprowadza siê w warstwie optycznej. Zdefiniowano
w tym celu tzw. cyfrowe opakowanie kana³u optycznego (optical
channel digital wrapper). Jeden z proponowanych formatów takiego „opakowania”, a tak¿e jego podstawowe funkcje, przedstawiono na rys. 6 [10]. Funkcje opakowania cyfrowego obejmuj¹,
poza monitorowaniem jakoœci sygna³u optycznego, tak¿e automatyczn¹ korekcjê b³êdów za pomoc¹ odpowiedniego kodowania.
O Rys. 5. Przykład sieci optycznej z zestawionymi ścieżkami: a) bez
konwersji długości fali; b) z konwersją długości fali
no na rys. 5a. Mo¿na zauwa¿yæ, ¿e fali o d³ugoœci λ1 u¿yto dwukrotnie. Takie wielokrotne u¿ywanie tych samych d³ugoœci fal
w przestrzennie roz³¹cznych œcie¿kach optycznych mo¿e znacznie powiêkszyæ ca³kowit¹ pojemnoœæ sieci. Na rys. 5a za³o¿ono,
¿e ka¿da œcie¿ka optyczna korzysta z jednej d³ugoœci fali, podczas gdy na rys. 5b dopuszczono mo¿liwoœæ konwersji d³ugoœci
fal w wêz³ach sieci. Pozwala to na oszczêdniejsze gospodarowanie d³ugoœciami fal. Przewiduje siê, ¿e ze wzglêdu na wysokie
koszty takiej konwersji, rozwi¹zanie z rys. 5a bêdzie szerzej stosowane, przynajmniej w pocz¹tkowym okresie rozwoju sieci
optycznych.
Listê parametrów zestawianego dynamicznie kana³u optycznego sformu³owa³o stowarzyszenie ODSI (Optical Domain Service Interconnect) powo³ane w roku 2000. Parametry te s¹ nastêpuj¹ce [9]:
M rodzaj warstwy fizycznej (np. SDH, Ethernet, fala optyczna
o okreœlonej d³ugoœci),
M szerokoϾ pasma,
M priorytet,
M rodzaj zastosowanych mechanizmów wznawiania pracy kana³u po wyst¹pieniu uszkodzeñ,
M maksymalna wartoœæ opóŸnieñ sygna³ów,
M dopuszczalne fluktuacje fazy,
M maksymalna stopa b³êdów,
M wspó³czynnik gotowoœci,
M brak wspó³dzielenia zasobów z innymi kana³ami,
M dodatkowe parametry zale¿ne od dostawców sprzêtu i oprogramowania.
O Rys. 6. Jedna z proponowanych struktur opakowania cyfrowego
kanału optycznego
Ewolucjê systemów protekcji i odtwarzania optycznego przedstawiono na rys. 7 [11]. Przebiega ona od obecnie stosowanych
systemów protekcji liniowej 1 + 1, przez protekcjê w sieci pierœcieniowej, a¿ do mechanizmów odtwarzania w sieci kratowej.
Pierwszy z wymienionych mechanizmów przypomina protekcjê
sekcji zwielokrotnienia typu 1 + 1, stosowan¹ w sieciach SDH.
Zastosowanie protekcji typu 1 : 1 umo¿liwi przesy³anie ruchu
o niskim priorytecie w œcie¿ce zapasowej. Dalsze zwiêkszenie
efektywnoœci zabezpieczania bêdzie mo¿na osi¹gn¹æ przez u¿y-
OdpornoϾ sieci optycznej
na uszkodzenia
W optycznych sieciach IP, w szczególnoœci tych, które nie zawieraj¹ poœrednicz¹cych warstw SDH i ATM, warstwa optyczna
bêdzie mia³a wbudowane mechanizmy protekcji i odtwarzania
pozwalaj¹ce na utrzymanie ci¹g³oœci pracy sieci po wyst¹pieniu
uszkodzeñ. Mechanizmy te bêd¹ uzupe³nione przez mechaPRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ! ROCZNIK LXXIV ! nr 1/2001
O Rys. 7. Ewolucja systemów wznawiania pracy sieci po wystąpie−
niu uszkodzeń w warstwie optycznej: a) protekcja typu 1 + 1; b) pro−
tekcja w sieci pierścieniowej; c) odtwarzanie w sieci kratowej na
podstawie wcześniej obliczonych ścieżek i przy scentralizowanym
zarządzaniu; d) odtwarzanie rozproszone w sieci kratowej
19
cie struktur pierœcieniowych. Zastosowanie prze³¹cznic optycznych pozwoli na budowê sieci kratowych i u¿ycie w nich odtwarzania opartego na œcie¿kach obliczonych przez scentralizowany
system zarz¹dzania, jeszcze przed wyst¹pieniem uszkodzenia.
Taka centralizacja obliczeñ œcie¿ek zapasowych jest mo¿liwa
w sieciach o stosunkowo niewielkich rozmiarach. W dalszej perspektywie problem skalowalnoœci sieci mo¿e byæ rozwi¹zany
przez wprowadzenie rozproszonego obliczania œcie¿ek.
Terminal) z jednostkami wyniesionymi ONU (Optical Network
Unit), w których dokonuje siê konwersji sygna³u optycznego na
elektryczny. Jednostka centralowa mo¿e byæ po³¹czona z wieloma ONU za poœrednictwem pasywnej sieci optycznej PON (Passive Optical Network). Dostêp do wspólnego pasma w sieci PON
jest na ogó³ realizowany za pomoc¹ podzia³u czasowego TDM.
W przysz³oœci szczególnie wymagaj¹cy u¿ytkownicy bêd¹ te¿
mogli korzystaæ z podzia³u falowego WDM.
✽✽✽
SIECI DOSTĘPOWE
W zwi¹zku z rosn¹cymi wymaganiami u¿ytkowników koñcowych, zwi¹zanymi g³ównie z potrzeb¹ szerokopasmowego dostêpu do Internetu, przewiduje siê znacz¹ce zmiany w budowie
sieci dostêpowych. Trzeba liczyæ siê ze znacznym zró¿nicowaniem stosowanych technik, zale¿nie od potrzeb, warunków lokalnych, a tak¿e preferencji operatorów. Techniki te bêd¹ korzystaæ
z przewodów miedzianych, szerokopasmowego dostêpu radiowego, torów œwiat³owodowych, a tak¿e kombinacji wymienionych
rozwi¹zañ. W przypadku par miedzianych szerokie zastosowanie znajd¹ techniki ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
i VDSL (Very high-rate Digital Subscriber Line). Pierwsza z nich
umo¿liwia przesy³anie w kierunku u¿ytkownika koñcowego sygna³ów o przep³ywnoœci od kilkuset kilobitów do kilku megabitów
na sekundê. Stosuj¹c drug¹ z technik mo¿na osi¹gn¹æ symetryczne przep³ywnoœci rzêdu dziesi¹tków megabitów na sekundê. Uzasadnieniem asymetrii ³¹cza abonenckiego by³o za³o¿enie, ¿e u¿ytkownicy koñcowi bêd¹ pobierali du¿e pliki ze stron
www b¹dŸ serwerów wideo, sami natomiast bêd¹ generowali
niewielki ruch w kierunku sieci. Obecnie uwa¿a siê, ¿e równie¿
ruch pochodz¹cy od u¿ytkowników koñcowych, szczególnie
zwi¹zany z funkcjonowaniem ma³ych i œrednich firm, a tak¿e firm
domowych, mo¿e osi¹gaæ znaczne wielkoœci. Ruch taki mog¹
powodowaæ aplikacje zwi¹zane ze wspomaganym komputerowo
projektowaniem, wideokonferencjami, zdalnym redagowaniem
ksi¹¿ek i czasopism, realizacj¹ filmów, a tak¿e z konsultacjami
medycznymi. Wymienione aplikacje bêd¹ wymaga³y istnienia ³¹czy symetrycznych.
Przewiduje siê rosn¹c¹ rolê techniki œwiat³owodowej równie¿
w sieciach dostêpowych. Wzrost ten wynika zarówno ze wzrostu
zapotrzebowania na szerokoœæ pasma, jak i malej¹cego kosztu
³¹czy optycznych. W przypadku du¿ych i œrednich firm mo¿e byæ
op³acalne doprowadzenie do nich ³¹cza œwiat³owodowego, niekiedy nawet w postaci pierœcienia (gdy wymagana jest wysoka
niezawodnoœæ). W dalszej perspektywie pojawi¹ siê ³¹cza
z podzia³em d³ugoœci fali umo¿liwiaj¹ce uzyskanie przezroczystoœci protoko³owej. Pozwoli to np. na niezale¿ny dostêp np.
w technikach SDH i gigabitowego Ethernetu. W ramach samej
firmy natomiast powinna dominowaæ skrêtka miedziana, skutecznie konkuruj¹ca z rozwi¹zaniami optycznymi. W przypadku u¿ytkowników mieszkaniowych bêdzie siê stosowaæ m.in. rozwi¹zania korzystaj¹ce z po³¹czeñ przewodów miedzianych i œwiat³owodów, znane pod ogóln¹ nazw¹ FITL (Fiber In The Loop).
Œwiat³owód bêdzie ³¹czy³ jednostki centralowe OLT (Optical Line
W najbli¿szych kilku latach cech¹ charakterystyczn¹ sieci stacjonarnych bêdzie mo¿liwoœæ oferowania u¿ytkownikom koñcowym szerokiego pasma, a tak¿e przezroczystoœci protoko³owej.
Uzyska siê to przez szerokie stosowanie „wysp ca³kowicie
optycznych” w sieci szkieletowej, podczas gdy w sieciach dostêpowych bêd¹ u¿ywane ró¿norodne techniki transmisyjne. Chocia¿ u¿ytkownicy bêd¹ mieli swobodê wyboru protoko³ów w warstwach powy¿ej warstwy optycznej, dominuj¹cym protoko³em
bêdzie protokó³ IP korzystaj¹cy bezpoœrednio z warstwy optycznej. Mechanizmy wznawiania pracy sieci po uszkodzeniach bêd¹ korzysta³y z techniki IP, a tak¿e z protekcji i odtwarzania
w warstwie optycznej. P³aszczyzna sterowania obu warstw bêdzie oparta na jednolitym podejœciu typu MPLS.
LITERATURA
[1] Green P.: All-optical networking, IEEE Communications Magazine,
vol. 39, nr 1, 2001
[2] Alferness R. C., Kogelnik H., Wood T. H.: The evolution of optical systems: optics everywhere, Bell Labs Technical Journal, vol. 5, nr 1,
2000
[3] Glass A. M. , et al.: Advances in fiber optics, Bell Labs Technical
Journal, vol. 5, nr 1, 2000
[4] Besier H., Gebehenne H.: Terabit routers and high speed IP networks, Proc. Int. Conf. on Software, Telecommunications and Computer Networks SoftCOM 2000, Split, Venice 2000
[5] Gerstel O.: Optical layer signaling: how much is really needed?,
IEEE Communications Magazine, vol. 38, nr 10, 2000
[6] Awduche D., et al.: Multi-protocol lambda switching: combining MPLS
traffic engineering control with optical crossconnects, IETF Internet
draft, Nov. 1999 (praca w toku)
[7] Ghani N.: Lambda-labeling: a framework for IP-over-WDM using
MPLS, Optical Networks Magazine, vol. 1, nr 2, 2000
[8] Rajagopalan B., Pendarakis D., Saha D., Ramamoorthy R. S., Bala
K.: IP over optical networks: architectural aspects, IEEE Communications Magazine, vol. 38, nr 9, 2000
[9] Copley A.: Optical domain service interconnect (ODSI): defining mechanisms for enabling on-demand high-speed capacity from the optical domain, IEEE Communications Magazine, vol. 38, nr 10, 2000
[10] Bonenfant P., Rodriguez-Moral A., Manchester J.: IP over WDM: the
missing link, White Paper, Lucent Technologies 1999
[11] Anderson J., Manchester J. S., Rodriguez-Moral A., Veeraraghavan
M.: Protocols and architectures for IP optical networking, Bell Labs
Technical Journal, vol. 4, nr 1, 1999
Artykuł recenzowany
(Artyku³ nades³ano do red. – listopad 2000 r.)
Prosimy pamiętać o prenumeracie
PTiWT
na rok 2001
20
PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ! ROCZNIK LXXIV ! nr 1/2001