Konvergenznetzwerke
Die heutigen TDM-basierten Transportnetze wurden entwickelt, um ein sicheres Maß an Leistung und Zuverlässigkeit für die vorherrschenden Sprach- und Basisleitungsdienste zu bieten. Bewährte Technologien wie SDH sind weit verbreitet und bieten Transport mit hoher Kapazität, skalierbar auf Gigabit pro Sekunde, für Sprach- und Mietleitungsanwendungen. SDH-Selbstheilungsringe ermöglichen die Wiederherstellung des Service-Levels innerhalb von zehn Millisekunden nach Netzwerkausfällen. Alle diese Funktionen werden von etablierten globalen Standards unterstützt, die ein hohes Maß an Interoperabilität mit mehreren Anbietern ermöglichen.
Das heutige Netzwerk
Im Gegensatz zu den heutigen TDM-basierten Transportnetzen (und in gewissem Maße mit ATM-Netzen) fehlen IP-Netzen mit "bestem Aufwand" im Allgemeinen die Mittel, um eine hohe Zuverlässigkeit und vorhersehbare Leistung zu gewährleisten. Der bestmögliche Service, den die meisten älteren IP-Netzwerke mit unvorhersehbarer Verzögerung, Jitter und Paketverlust bieten, ist der Preis, der für die Erzielung einer maximalen Verbindungsauslastung durch statistisches Multiplexing gezahlt wird. Die Verbindungsauslastung (z. B. die Anzahl der Benutzer pro Bandbreiteneinheit) war eine wichtige Gütezahl für Datennetze, da die Verbindungen normalerweise auf Mietleitungen über das TDM-Transportnetz übertragen werden.
Angesichts der inhärenten Burst-Natur des Datenverkehrs sind die Pipes mit fester Bandbreite des TDM-Transports möglicherweise keine ideal effiziente Lösung. Diese Ineffizienz wurde jedoch traditionell als weniger wichtig angesehen als die Netzwerkzuverlässigkeits- und Überlastungsisolationsfunktionen eines TDM-basierten Transportnetzwerkanbieters.
Die steigende Nachfrage nach Diensten mit hoher Bandbreite und differenzierten Datendiensten stellt dieses duale Architekturmodell für TDM-basierte Transport- und Best-Effort-Paketnetzwerke nun in Frage. Es ist nicht kosteneffektiv, die Nützlichkeit von Best-Effort-Netzwerken zu erweitern, indem die Netzwerkbandbreite übermäßig bereitgestellt und das Netzwerk leicht belastet wird.
Darüber hinaus kann dieser Ansatz aufgrund des geringen Nachfragewachstums nicht immer erreicht oder garantiert werden und ist ein besonderes Problem für die Netzwerkzugriffsdomäne, die am empfindlichsten auf die wirtschaftlichen Zwänge nicht ausgelasteter Einrichtungen reagiert. Infolgedessen verfügen Datendienstanbieter heute im Allgemeinen nicht über die Netzwerkinfrastrukturunterstützung, um kundenspezifisch differenzierte Servicegarantien und entsprechende Service-Level-Agreements bereitzustellen.
Netzwerk der nächsten Generation
Netzwerkarchitekturen der nächsten Generation für eine kostengünstige, zuverlässige und skalierbare Entwicklung werden sowohl Transportnetzwerke als auch erweiterte Serviceschichten verwenden und komplementär und interoperabel zusammenarbeiten. Diese Netzwerke der nächsten Generation werden die Kapazität der Backbone-Netzwerkinfrastruktur drastisch erhöhen und maximal gemeinsam nutzen und eine ausgefeilte Service-Differenzierung für neu entstehende Datenanwendungen bieten.
Durch die Transportvernetzung können die Serviceschichten effektiver arbeiten, wodurch sie von Einschränkungen der physischen Topologie befreit werden und sich auf die ausreichend große Herausforderung konzentrieren können, die Serviceanforderungen zu erfüllen. Als Ergänzung zu den zahlreichen Verbesserungen der Service-Schicht bietet das optische Transportnetzwerk eine einheitliche, optimierte Schicht für das Bandbreitenmanagement mit hoher Kapazität und hoher Zuverlässigkeit und schafft sogenannte optische Datennetzwerklösungen für Datendienste mit höherer Kapazität und garantierter Qualität.
Optisches Transportnetzwerk: Eine praktische Sichtweise
Visionen der optischen Vernetzung haben seit der schnellen und erfolgreichen Kommerzialisierung von WDM die Fantasie von Forschern und Netzwerkplanern gleichermaßen erweckt. In der ursprünglichen Vision der optischen Transportvernetzung entsteht ein flexibles, skalierbares und robustes Transportnetzwerk, das einer wachsenden Vielfalt von Client-Signalen mit gleich unterschiedlichen Serviceanforderungen (Flexibilität, Skalierbarkeit und Überlebensfähigkeit in Verbindung mit Bitrate und Protokollunabhängigkeit) gerecht wird.
Das Versprechen einer Verkehrsinfrastruktur, die in der Lage ist, die wachsenden Bandbreitenanforderungen bis weit in dieses neue Jahrhundert hinein zu erfüllen, in dem Wellenlängen Zeitschlitze als Medium für die zuverlässige Übertragung von Diensten mit hoher Bandbreite über das Netzwerk ersetzen, ist in der Tat verlockend. Aber was ist optische Vernetzung? Die Antwort ist sehr unterschiedlich und hat sich in den letzten Jahren tatsächlich weiterentwickelt. Frühe Versuche der optischen Vernetzung konzentrierten sich auf eine optische Transparenz und den Entwurf optisch transparenter Netzwerke auf globaler Ebene.
Praktische Lösung
In Ermangelung praktikabler "rein optischer" Lösungen berücksichtigen praktischere Lösungen für die optische Vernetzung die Notwendigkeit einer Optoelektronik zur Unterstützung der optischen Signalregeneration und der Überwachung der optischen Signalleistung. Bei der sogenannten rein optischen Vernetzung durchlaufen Signale das Netzwerk vollständig im optischen Bereich, ohne dass eine Form der optoelektronischen Verarbeitung vorliegt. Dies impliziert, dass die gesamte Signalverarbeitung - einschließlich - Signalregeneration, Routing und Wellenlängenaustausch - vollständig im optischen Bereich stattfindet.
Aufgrund von Einschränkungen der analogen Technik (z. B. ist der begrenzende Faktor in einem ordnungsgemäß entworfenen digitalen System eine Genauigkeit bei der Umwandlung der ursprünglichen analogen Nachrichtenwellenform in digitale Form) und unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Technik in der rein optischen Verarbeitungstechnologie ist der Begriff der globalen oder sogar nationalen optischen Netze praktisch nicht erreichbar.
Insbesondere kann eine optoelektronische Umwandlung in Opto-Netzwerkelementen erforderlich sein, um die Anhäufung von Übertragungsstörungen zu verhindern - Beeinträchtigungen, die sich aus solchen Faktoren ergeben, Bereiche Faserfaser-chromatische Dispersion und Nichtlinearitäten, Kaskadierung nicht idealer Verstärker mit flacher Verstärkung, optisches Signalübersprechen, und Verengung des Übertragungsspektrums von kaskadierten nicht flachen Filtern. Die optoelektronische Umwandlung kann auch den Wellenlängenaustausch unterstützen, was derzeit eine Herausforderung darstellt, die im gesamten optischen Bereich zu realisieren ist.
Kurz gesagt, in Ermangelung kommerziell erhältlicher Geräte, die eine Signalregeneration durchführen, um die Akkumulation von Beeinträchtigungen zu verringern und die Wellenlängenumwandlung im rein optischen Bereich zu unterstützen, sollte in kurzfristigen praktischen optischen Netzwerkarchitekturen ein gewisses Maß an optoelektronischer Umwandlung erwartet werden. Die resultierenden optischen Netzwerkarchitekturen können durch optisch transparente (oder rein optische) Teilnetze charakterisiert werden, die durch eine merkmalsverbesserte Optoelektronik begrenzt sind, wie in der obigen Abbildung gezeigt.
Client-Signaltransparenz
Über die analoge Netzwerktechnik hinaus werden praktische Überlegungen weiterhin die endgültige Realisierung des OTN bestimmen. Ausschlaggebend für diese Überlegungen ist der Wunsch des Netzbetreibers nach einem hohen Maß an Transparenz der Client-Signale innerhalb der künftigen Verkehrsinfrastruktur.
Was versteht man unter "Client Signal Transparenz"? Insbesondere werden für den gewünschten Satz von Client-Signalen, die für den Transport auf dem OTN bestimmt sind, einzelne Zuordnungen definiert, um diese Signale als Nutzlasten von OCh-Serversignalen (Optical Channel) zu übertragen. Zu den im OTN erwarteten Signalen gehören ältere SDH- und PDH-Signale sowie paketbasierter Datenverkehr wie Internet Protocol (IP), ATM, GbE und Ssimple Ddata Llink (SDL). Sobald ein Client-Signal beim Eintritt des OTN in sein OCh-Server-Signal abgebildet wurde, muss ein Betreiber, der ein solches Netzwerk bereitstellt, keine detaillierten Kenntnisse über das Client-Signal (oder Zugriff darauf) haben, bis es beim Netzwerk-Ausgang demapiert wird.
Die Eingangs- und Ausgangspunkte des optischen Netzwerks sollten den Bereich der Transparenz des OTN-Client-Signals begrenzen. Daher ist der wichtigste Faktor bei der Realisierung der Transparenz von Client-Signalen die Eliminierung aller Client-spezifischen Geräte und die Verarbeitung zwischen OTN-Eingangs- und Ausgangspunkten. Glücklicherweise ist es einfacher, kundenabhängige Geräte beim Ein- / Ausstieg zu akzeptieren, da sie in der Regel pro Service reserviert werden.
Optisches Transportnetzwerk über digitale Wrapper
Der weit verbreitete Einsatz der DWDM-Technologie hat die Dienstleister vor eine neue Herausforderung gestellt: Wie kann die zunehmende Anzahl von Wellenlängen kostengünstig verwaltet werden, um ihren Endkunden schnelle und zuverlässige Dienste bereitzustellen? Um Wellenlängen oder OChs effektiv verwalten zu können, müssen optische Netzwerke Funktionen für Betrieb, Verwaltung und Wartung (OAM) auf Wellenlängen- oder OCh-Ebene unterstützen.
ITU (T) Rec. G872 definiert einige Funktionen für OAM auf OCh-Ebene, die in Form von Overheads implementiert sind, ohne anzugeben, wie dieser Overhead übertragen werden soll. Bisher war die einzige Möglichkeit, die Signalregeneration zu unterstützen und OChs (Wellenlängen) zu überwachen, zu analysieren und zu verwalten, die Verwendung von SDH-Signalen und -Ausrüstungen im gesamten Netzwerk. Dies erfordert, dass die Signale auf jeder der Wellenlängen im WDM-System SDH-formatiert sind.
Ein optischer Kanal (Wellenlänge)
Unter Verwendung der vorhandenen optoelektronischen Regenerationspunkte in DWDM-Systemen bietet der Gedanke der Verwendung der Digital Wrapper-Technologie eine ähnliche Funktionalität und Zuverlässigkeit wie SDH, jedoch für jedes Client-Signal, wodurch wir der Verwirklichung der ursprünglichen Vision der optischen Transportvernetzung einen Schritt näher kommen .
Die Digital Wrapper-Technologie bietet die in ITU (T) Rec. G.872 zum Aktivieren von OTNs. Dazu gehören die Leistungsüberwachung der optischen Schicht, die Fforward-Fehlerkorrektur (Fforward Eerror Ccorrection, FEC) sowie der Ringschutz und die Netzwerkwiederherstellung auf Wellenlängenbasis, unabhängig vom Eingangssignalformat, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Der Gedanke, einen digitalen (oder TDM-) Wrapper pro "um" den OCh-Client zu verwenden, um den kanalassoziierten OCh-Overhead zu unterstützen, wurde kürzlich vorgeschlagen und tatsächlich als Grundlage für die Definition des OCh übernommen. Dieses Schema nutzt die Notwendigkeit einer OCh-Regeneration, um dem OCh-Client zusätzliche Kapazität hinzuzufügen. Sobald wir die Möglichkeit haben, dem OCh-Client-Signal digital Overhead hinzuzufügen, ist es natürlich sinnvoll, dies zu verwenden, um alle OAM-Anforderungen auf OCh-Ebene zu unterstützen.
Insbesondere der digital hinzugefügte Overhead macht es fast trivial, das Hauptproblem der Leistungsüberwachung des OTN zu lösen, nämlich den Clientunabhängigen Zugriff auf Bbit Eerror Rrate (BER) bereitzustellen. Durch die optionale Verwendung von FEC kann die digitale Wrapper-Methode die BER-Leistung des Client-Signals erheblich verbessern und den Bedarf an optoelektronischer Umwandlung weiter minimieren.
Eine Methode zur Verbesserung der Leistung des Transportnetzes ist die Verwendung von FEC, die derzeit in einigen Geräten bereitgestellt wird. Ein zusätzlicher Vorteil der Digital Wrapper-Technik ist daher die Möglichkeit, optional FEC zur Verbesserung der Systemmargen zu unterstützen.
OCh-Rahmenstruktur
In funktionaler Hinsicht sollten die OCh-Nutzlast und der OAM vom FEC-Mechanismus trennbar sein. Dies ermöglicht es, die Nutzlast und das OAM durch das Netzwerk zu übertragen, während verschiedene FEC-Schemata auf verschiedenen Verbindungen verwendet werden. Ein offensichtliches Beispiel dafür, wo dies auftreten könnte, ist zwischen U-Boot- und terrestrischen Verbindungen. Im ersteren werden neue FEC-Codes für die nächste Systemgeneration untersucht.
Die folgende Abbildung unten zeigt die vorgeschlagene Grundrahmenstruktur des OCh und die Arten von Funktionen, die in der OCh-Rahmenstruktur ausgeführt werden können. Es könnte argumentiert werden, dass dieser Vorschlag nicht mit den langfristigen Zielen der gesamten optischen Vernetzung vereinbar ist, aber wir sollten nicht erwarten, dass die Notwendigkeit einer Regeneration verschwindet.
Der Abstand zwischen den Regenerationspunkten wird weiter zunehmen. Die Notwendigkeit einer Regeneration an Signalübergabepunkten bleibt jedoch bestehen. In Verbindung mit der Verwendung des Ooptical Ssupervisory Cchannel (OSC) zur Verwaltung von OChs in optisch transparenten Subnetzen unterstützen digitale Wrapper die End-to-End-Verwaltung von OChs (Wellenlänge) über nationale oder globale OTNs hinweg.
Die 3R-Regeneration (Umformen, Retiming und Regeneration) erfolgt mittels optisch-elektrischer Umwandlung und umgekehrt, und der Vorschlag für eine digitale Hülle nutzt dies aus. Würde sich das Bild ändern, wenn eine rein optische 3R-Regeneration verfügbar wird? Wenn die rein optische Regeneration Overhead hinzufügen kann, bleibt das Argument unverändert. Nur die Regeneratorimplementierung würde sich ändern.
Wenn optische Regeneratoren keinen Overhead hinzufügen können, verschwindet der Bedarf an OChs-Overhead nicht. ;; Optische Regeneratoren würden dann einfach den potentiellen Abstand zwischen den optoelektronischen Regenerationspunkten vergrößern, und die digitale Hülle würde sie transparent durchlaufen. Die Auswirkungen der Verwendung digitaler Wrapper auf die Entwicklung der optischen Transportvernetzung können tiefgreifend sein, insbesondere im Zusammenhang mit Datennetzwerktrends.
Protokollstapelauswahl
Das IP-Protokoll ist eindeutig die Konvergenzschicht in den heutigen Datenkommunikationsnetzen, und es ist absehbar, dass es diese Rolle in den kommenden Jahren auf Netze mit mehreren Diensten ausweiten wird. IP kann über eine Vielzahl von Datenverbindungsschichtprotokollen und zugrunde liegenden Netzwerkinfrastrukturen transportiert werden. Die folgende Abbildung unten zeigt einige der möglichen Protokollstapel oder Zuordnungen von IP zu einer WDM-Netzwerkinfrastruktur.
Was ist IP über WDM?
Die in der folgenden Abbildung mit a, b und d bezeichneten Protokollstapel werden heute am häufigsten eingesetzt. Sie verwenden die klassische IP-über-ATM-über-SDH-Zuordnung, wie in Abb. (A) gezeigt. Paket über SDH (POS) wie in Fig. (b) gezeigt; oder das klassische und gut erweiterte IP über Ethernet, wie in Fig. (d) gezeigt. In den Fällen (e) und (f) wird Simple Data Link (SDL) verwendet, eine neue Datenverbindungsschicht, die kürzlich als Alternative zu POS vorgeschlagen wurde. Der mit (c) bezeichnete Protokollstapel ist eine Alternative zu Fall (a), in dem die SDH-Zwischenschicht entfernt wird und eine direkte Abbildung von ATM-Zellen in WDM durchgeführt wird.
Diese unterschiedlichen Protokollstapel bieten unterschiedliche Funktionen hinsichtlich Bandbreiten-Overhead, Raten-Skalierbarkeit, Verkehrsmanagement und QOS. Es ist äußerst unaufrichtig zu behaupten, dass eine bestimmte Zuordnung IP über WDM darstellt.
Diese Vielfalt von Datenverbindungsschichtprotokollen und Zuordnungen von IP zu verschiedenen zugrunde liegenden Netzwerkinfrastrukturen ist eine der Hauptstärken von IP und eine Eigenschaft, die nicht verschwinden wird. Im Gegenteil, es ist durchaus möglich, dass neue, innovative und effizientere Protokollzuordnungen für den Transport von IP-Paketen vorgeschlagen werden. Dies ist bereits bei Netzwerken mit geringer Bandbreite und geringer Zuverlässigkeit der Fall, und dies gilt auch für Netzwerke mit hoher Bandbreite und hoher Zuverlässigkeit. Diese Ansicht passt auch in die Vision von "alles auf IP und IP auf alles".