Mạng hội tụ

Các mạng truyền tải dựa trên TDM ngày nay đã được thiết kế để cung cấp mức hiệu suất và độ tin cậy được đảm bảo cho các dịch vụ thoại và dịch vụ dựa trên đường dây chiếm ưu thế. Các công nghệ đã được chứng minh, chẳng hạn như SDH, đã được triển khai rộng rãi, cung cấp khả năng truyền tải dung lượng cao, có thể mở rộng đến tốc độ gigabit trên giây, cho các ứng dụng thoại và kênh thuê riêng. Vòng tự phục hồi SDH cho phép khôi phục mức dịch vụ trong vòng hàng chục mili giây sau khi lỗi mạng. Tất cả các tính năng này đều được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn toàn cầu đã được thiết lập tốt cho phép khả năng tương tác đa vũ trụ ở mức độ cao.

Mạng ngày nay

Trái ngược với các mạng truyền tải dựa trên TDM ngày nay (và ở một mức độ nào đó, với mạng ATM), mạng IP "nỗ lực cao nhất" thường thiếu các phương tiện để đảm bảo độ tin cậy cao và hiệu suất có thể dự đoán được. Dịch vụ nỗ lực tốt nhất được cung cấp bởi hầu hết các mạng IP cũ, với độ trễ không thể đoán trước, chập chờn và mất gói, là cái giá phải trả để đạt được việc sử dụng liên kết tối đa thông qua ghép kênh thống kê. Việc sử dụng liên kết (ví dụ: số lượng người dùng trên một đơn vị băng thông) là một yếu tố quan trọng đáng giá đối với mạng dữ liệu, vì các liên kết thường được thực hiện trên các mạch thuê thông qua mạng truyền tải TDM.

Với bản chất vốn có của lưu lượng dữ liệu, các đường ống băng thông cố định của truyền tải TDM có thể không phải là một giải pháp lý tưởng hiệu quả. Tuy nhiên, sự kém hiệu quả này theo truyền thống được coi là ít quan trọng hơn độ tin cậy của mạng và các tính năng cách ly tắc nghẽn của nhà cung cấp mạng truyền tải dựa trên TDM.

Nhu cầu gia tăng về băng thông cao và các dịch vụ dữ liệu khác biệt hiện đang thách thức mô hình kiến ​​trúc kép của mạng gói truyền tải dựa trên TDM và mạng gói nỗ lực cao nhất. Sẽ không hiệu quả về chi phí khi mở rộng tính hữu dụng của mạng nỗ lực cao nhất bằng cách cung cấp quá mức băng thông mạng và giữ cho mạng được tải nhẹ.

Hơn nữa, cách tiếp cận này không phải lúc nào cũng đạt được hoặc đảm bảo do nhu cầu tăng nhanh và là một vấn đề cụ thể đối với miền truy cập mạng, lĩnh vực nhạy cảm nhất với các hạn chế kinh tế của các cơ sở chưa được sử dụng. Do đó, nói chung, các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu ngày nay không có sự hỗ trợ về cơ sở hạ tầng mạng để cung cấp các đảm bảo dịch vụ khác biệt dành riêng cho khách hàng và các thỏa thuận mức dịch vụ tương ứng.

Mạng thế hệ tiếp theo

Các kiến ​​trúc mạng thế hệ tiếp theo để phát triển hiệu quả về chi phí, đáng tin cậy và có thể mở rộng sẽ sử dụng cả mạng truyền tải và các lớp dịch vụ nâng cao, hoạt động cùng nhau theo kiểu bổ sung và tương hỗ. Các mạng thế hệ tiếp theo này sẽ gia tăng đáng kể và chia sẻ tối đa dung lượng cơ sở hạ tầng mạng xương sống và cung cấp sự khác biệt về dịch vụ tinh vi cho các ứng dụng dữ liệu mới nổi.

Mạng truyền tải cho phép các lớp dịch vụ hoạt động hiệu quả hơn, giải phóng chúng khỏi các ràng buộc của cấu trúc liên kết vật lý để tập trung vào thách thức đủ lớn trong việc đáp ứng các yêu cầu dịch vụ. Do đó, bổ sung cho nhiều cải tiến của lớp dịch vụ, mạng truyền tải quang sẽ cung cấp một lớp thống nhất, tối ưu hóa quản lý băng thông dung lượng cao, độ tin cậy cao và tạo ra cái gọi là giải pháp mạng dữ liệu quang cho các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn với chất lượng đảm bảo.

Mạng truyền tải quang: Một góc nhìn thực tế

Các hình ảnh của mạng quang học đã thu hút trí tưởng tượng của các nhà nghiên cứu cũng như các nhà hoạch định mạng, kể từ khi WDM được thương mại hóa nhanh chóng và thành công. Trong tầm nhìn ban đầu của mạng truyền tải quang, một mạng truyền tải linh hoạt, có thể mở rộng và mạnh mẽ xuất hiện, phục vụ cho nhiều loại tín hiệu khách hàng khác nhau với các yêu cầu dịch vụ đa dạng như nhau (tính linh hoạt, khả năng mở rộng và khả năng tồn tại cùng với tốc độ bit và tính độc lập của giao thức).

Lời hứa về một cơ sở hạ tầng giao thông có khả năng đáp ứng tốt nhu cầu băng thông đang phát triển trong thế kỷ mới này, trong đó bước sóng thay thế các khe thời gian làm phương tiện cung cấp truyền tải đáng tin cậy các dịch vụ băng thông cao trên mạng, thực sự là một sự trêu ngươi. Nhưng mạng quang học là gì? Câu trả lời rất khác nhau và trên thực tế đã phát triển trong những năm gần đây. Những nỗ lực ban đầu đối với mạng quang học tập trung vào độ trong suốt quang học và thiết kế các mạng quang học trong suốt trên quy mô toàn cầu.

Giải pháp thực tế

Trong trường hợp không có các giải pháp "toàn quang" khả thi, các giải pháp thực tế hơn cho mạng quang đáp ứng nhu cầu quang điện tử để hỗ trợ tái tạo tín hiệu quang và giám sát hiệu suất tín hiệu quang. Trong cái được gọi là mạng toàn quang, tín hiệu đi qua mạng hoàn toàn trong miền quang, không có hình thức xử lý quang điện tử. Điều này ngụ ý rằng tất cả quá trình xử lý tín hiệu - bao gồm - tái tạo tín hiệu, định tuyến và trao đổi bước sóng - diễn ra hoàn toàn trong miền quang học.

Do những hạn chế của kỹ thuật tương tự (ví dụ: yếu tố hạn chế trong hệ thống kỹ thuật số được thiết kế phù hợp là độ chính xác của việc chuyển đổi dạng sóng bản tin tương tự ban đầu thành dạng kỹ thuật số) và xem xét tình trạng hiện tại của công nghệ xử lý toàn quang , khái niệm về tất cả các mạng quang toàn cầu hoặc thậm chí quốc gia là không thể đạt được trên thực tế.

Đặc biệt, chuyển đổi quang điện tử có thể được yêu cầu trong các phần tử mạng quang học để ngăn chặn sự tích tụ của các suy giảm truyền dẫn - sự suy giảm do các yếu tố này gây ra trong các khu vực phân tán sắc độ và phi tuyến của sợi quang, xếp tầng của các bộ khuếch đại độ lợi phẳng không lý tưởng, nhiễu xuyên âm tín hiệu quang, và thu hẹp phổ truyền dẫn từ các bộ lọc không phẳng theo tầng. Chuyển đổi quang điện tử cũng có thể hỗ trợ trao đổi bước sóng, hiện đang là một tính năng thách thức để thực hiện trong tất cả các miền quang học.

Nói tóm lại, trong trường hợp không có các thiết bị thương mại có thể tái tạo tín hiệu để giảm thiểu sự tích tụ suy giảm và hỗ trợ chuyển đổi bước sóng trong miền toàn quang, một số biện pháp chuyển đổi quang điện tử nên được mong đợi trong các kiến ​​trúc mạng quang thực tế trong thời gian ngắn. Các kiến ​​trúc mạng quang thu được có thể được đặc trưng bởi các mạng con trong suốt về mặt quang học (hoặc toàn bộ quang học), được bao bọc bởi quang điện tử nâng cao về tính năng, như thể hiện trong hình trên.

Tính minh bạch của tín hiệu máy khách

Ngoài kỹ thuật mạng tương tự, các cân nhắc thực tế sẽ tiếp tục chi phối khả năng hiện thực hóa cuối cùng của OTN. Điều quan trọng nhất trong số những cân nhắc này là mong muốn của nhà điều hành mạng về mức độ minh bạch cao của tín hiệu khách hàng trong cơ sở hạ tầng giao thông trong tương lai.

"Tính minh bạch của tín hiệu máy khách" có nghĩa là gì? Cụ thể, đối với tập hợp các tín hiệu khách mong muốn được nhắm mục tiêu để truyền tải trên OTN, các ánh xạ riêng lẻ được xác định để mang các tín hiệu này dưới dạng tải trọng của tín hiệu máy chủ kênh quang (OCh). Các tín hiệu được mong đợi trong OTN bao gồm tín hiệu SDH và PDH kế thừa, và lưu lượng dựa trên gói như Giao thức Internet (IP), ATM, GbE và Ssimple Ddata Llink (SDL). Khi một tín hiệu máy khách đã được ánh xạ thành tín hiệu máy chủ OCh của nó tại sự xâm nhập của OTN, nhà điều hành triển khai một mạng như vậy không cần phải có kiến ​​thức chi tiết về (hoặc truy cập vào) tín hiệu máy khách, cho đến khi nó được ánh xạ ở đầu ra mạng.

Các điểm vào và ra của mạng quang phải phân định miền minh bạch của tín hiệu máy khách OTN. Do đó, yếu tố quan trọng nhất trong việc thực hiện tính minh bạch của tín hiệu máy khách là loại bỏ tất cả các thiết bị và quá trình xử lý dành riêng cho máy khách giữa các điểm vào và ra OTN. May mắn thay, việc chấp nhận thiết bị phụ thuộc vào khách hàng dễ dàng hơn ở đầu vào / đầu ra, vì nó thường được dành riêng trên cơ sở từng dịch vụ.

Kết nối mạng truyền tải quang thông qua gói kỹ thuật số

Việc sử dụng rộng rãi công nghệ DWDM đã đặt ra cho các nhà cung cấp dịch vụ một thách thức mới: làm thế nào để quản lý chi phí hiệu quả số lượng bước sóng ngày càng tăng để cung cấp dịch vụ nhanh chóng, đáng tin cậy cho khách hàng cuối của họ. Để quản lý hiệu quả bước sóng hoặc OChs, yêu cầu các mạng quang hỗ trợ các chức năng hoạt động, quản trị và bảo trì (OAM) theo bước sóng hoặc mức OCh.

ITU (T) Rec. G872 xác định một số chức năng cho OAM cấp OCh được triển khai dưới dạng chi phí chung mà không chỉ định cách thực hiện chi phí chung này. Cho đến nay, cách khả thi duy nhất để hỗ trợ tái tạo tín hiệu và theo dõi, phân tích và quản lý OChs (bước sóng) là dựa vào tín hiệu SDH và thiết bị trên toàn mạng. Điều này yêu cầu các tín hiệu trên mỗi bước sóng trong hệ thống WDM phải được định dạng SDH.

Kênh quang học (bước sóng)

Tận dụng các điểm tái tạo quang điện tử hiện có trong hệ thống DWDM, khái niệm sử dụng công nghệ trình bao bọc kỹ thuật số sẽ cung cấp chức năng và độ tin cậy tương tự như SDH, nhưng đối với bất kỳ tín hiệu máy khách nào, đưa chúng ta tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa tầm nhìn ban đầu của mạng truyền tải quang .

Công nghệ trình bao bọc kỹ thuật số cung cấp các chức năng quản lý mạng được nêu trong ITU (T) Rec. G.872 để kích hoạt OTN. Chúng bao gồm giám sát hiệu suất lớp quang học, Hiệu chỉnh lỗi nhanh (FEC), bảo vệ vòng và khôi phục mạng trên cơ sở từng bước sóng, tất cả đều độc lập với định dạng tín hiệu đầu vào như được thể hiện trong hình sau.

Khái niệm sử dụng trình bao bọc kỹ thuật số (hoặc TDM) cho mỗi "xung quanh" máy khách OCh để hỗ trợ chi phí OCh liên quan đến kênh đã được đề xuất gần đây và trên thực tế, đã được chấp nhận làm cơ sở cho định nghĩa OCh. Đề án này sẽ tận dụng nhu cầu tái tạo OCh để bổ sung thêm dung lượng cho máy khách OCh. Tất nhiên, khi chúng ta có một phương tiện để thêm chi phí vào tín hiệu máy khách OCh bằng kỹ thuật số, thì việc sử dụng nó để hỗ trợ tất cả các yêu cầu OAM cấp OCh là rất hợp lý.

Đặc biệt, chi phí kỹ thuật số được thêm vào khiến việc giải quyết vấn đề giám sát hiệu suất chính của OTN gần như trở nên đơn giản, cụ thể là cung cấp quyền truy cập vào Bbit Eerror Rrate (BER) theo cách độc lập với khách hàng. BA và bằng cách tùy chọn sử dụng FEC, phương pháp trình bao bọc kỹ thuật số có thể nâng cao đáng kể hiệu suất BER của tín hiệu máy khách, giảm thiểu hơn nữa yêu cầu chuyển đổi quang điện tử.

Một phương pháp để nâng cao hiệu suất của mạng lưới giao thông là thông qua việc sử dụng FEC, hiện đang được cung cấp trong một số thiết bị. Do đó, một lợi ích bổ sung của kỹ thuật trình bao bọc kỹ thuật số là khả năng tùy chọn hỗ trợ FEC để nâng cao lợi nhuận hệ thống.

Cấu trúc khung OCh

Về mặt chức năng, trọng tải OCh và OAM nên được tách biệt khỏi cơ chế FEC. Điều này cho phép thực hiện tải trọng và kết thúc OAM kết thúc trên toàn mạng, trong khi sử dụng các sơ đồ FEC khác nhau trên các liên kết khác nhau. Một ví dụ rõ ràng về nơi điều này có thể xảy ra là giữa các liên kết tàu ngầm và trên cạn. Trước đây, các mã FEC mới đang được điều tra cho thế hệ hệ thống tiếp theo.

Hình sau Hình dưới đây minh họa cấu trúc khung cơ bản được đề xuất của OCh và các loại chức năng có thể được thực hiện trong cấu trúc khung OCh. Mặc dù có thể lập luận rằng đề xuất này không phù hợp với các mục tiêu dài hạn của tất cả các mạng quang, chúng ta không nên mong đợi nhu cầu tái tạo sẽ biến mất.

Khoảng cách giữa các điểm tái tạo sẽ tiếp tục tăng lên; tuy nhiên, nhu cầu tái tạo tại các điểm phát tín hiệu sẽ vẫn còn. Cùng với việc sử dụng Kênh giám sát quang học (OSC) để quản lý OChs trong các mạng con minh bạch về mặt quang học, trình bao bọc kỹ thuật số sẽ hỗ trợ quản lý đầu cuối của OChs (bước sóng) trên các OTN quốc gia hoặc toàn cầu.

Tái tạo 3R (Định hình lại, Kích thích và Tái tạo) được cung cấp bằng phương tiện chuyển đổi quang thành điện và ngược lại, và đề xuất trình bao bọc kỹ thuật số tận dụng lợi thế này. Liệu hình ảnh có thay đổi nếu khả năng tái tạo 3R toàn bộ quang học không? Nếu tái tạo toàn bộ quang học có khả năng thêm chi phí, đối số là không thay đổi; chỉ việc triển khai trình tái tạo sẽ thay đổi.

Nếu bộ tái tạo quang học không thể thêm chi phí, nhu cầu về chi phí OChs sẽ không biến mất. ; Các bộ tái tạo quang học sau đó sẽ chỉ đơn giản là tăng khoảng cách tiềm năng giữa các điểm tái tạo quang điện tử và trình bao bọc kỹ thuật số sẽ đi qua chúng một cách trong suốt. Các tác động của việc sử dụng các trình bao bọc kỹ thuật số đối với sự phát triển của mạng truyền tải quang có thể rất sâu sắc, đặc biệt là khi xét trong bối cảnh xu hướng mạng dữ liệu.

Lựa chọn ngăn xếp giao thức

Giao thức IP rõ ràng là lớp hội tụ trong các mạng truyền thông dữ liệu ngày nay, và có thể thấy trước rằng nó sẽ mở rộng vai trò này sang các mạng đa dịch vụ trong những năm tới. IP có thể được truyền qua nhiều loại giao thức lớp liên kết dữ liệu và cơ sở hạ tầng mạng cơ bản. Hình sau Hình dưới đây cho thấy một số ngăn xếp giao thức có thể có, hoặc ánh xạ, của IP vào cơ sở hạ tầng mạng WDM.

IP qua WDM là gì?

Các ngăn xếp giao thức có nhãn a, b và d trong Hình trên máy tính sau đây được triển khai phổ biến nhất hiện nay. Họ sử dụng IP cổ điển qua ATM qua ánh xạ SDH như trong Hình (a) ;. gói qua SDH (POS) như trong Hình (b); hoặc IP cổ điển và được mở rộng tốt qua Ethernet như trong Hình (d). Các trường hợp (e) và (f) sử dụng Liên kết Dữ liệu Đơn giản (SDL), một lớp liên kết dữ liệu mới được đề xuất gần đây như một giải pháp thay thế cho POS. Ngăn xếp giao thức có nhãn (c) là một giải pháp thay thế cho trường hợp (a), trong đó lớp SDH trung gian bị loại bỏ và ánh xạ trực tiếp của các ô ATM vào WDM được thực hiện.

Các ngăn xếp giao thức khác nhau này cung cấp các chức năng khác nhau, về chi phí băng thông, khả năng mở rộng tốc độ, quản lý lưu lượng và QOS. Để tuyên bố rằng bất kỳ một ánh xạ cụ thể nào đại diện cho IP qua WDM là cực kỳ khó hiểu.

Sự đa dạng của các giao thức lớp liên kết dữ liệu và ánh xạ IP thành các cơ sở hạ tầng mạng bên dưới khác nhau là một trong những điểm mạnh chính của IP và nó là một đặc tính sẽ không biến mất. Ngược lại, rất có thể ánh xạ giao thức mới, sáng tạo và hiệu quả hơn sẽ được đề xuất cho việc vận chuyển các gói IP. Điều này đã xảy ra đối với các mạng băng thông thấp và độ tin cậy thấp, và cũng sẽ xảy ra đối với các mạng quang băng thông cao và có độ tin cậy cao. Quan điểm này cũng phù hợp với tầm nhìn "mọi thứ trên IP và IP trên mọi thứ".