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 .
Транспортные сети, базовый уровень телекоммуникационных сетей на основе оптоволокна , 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 цепей DS3 , такие как AT&T FASTAR ( FAST Auto Restoration ) [1] [2] [3] и MCI Real Time Restoration (RTR), [4] восстанавливающие цепи в течение нескольких минут после сбой сети. В кольцах SONET/SDH операторы реализовали кольцевую защиту , такую как кольцо с однонаправленной коммутацией каналов SONET (UPSR) [5] (также называемое защитой подключений подсети (SCNP) в сетях SDH ) или кольцо с двунаправленной коммутацией линий SONET (BLSR) [6]. (также называемое «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 по сравнению со временем восстановления, поддерживаемым при восстановлении 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 помощью трансокеанской кольцевой архитектуры (определенной в Рекомендации МСЭ-Т G.841 [8] ), защиты «P-циклов», [ 9] оборудование SONET/SDH следующего поколения , которое может обрабатывать несколько колец или иметь возможность не замыкать сторону рабочего или защитного кольца, или распределять защитную мощность между кольцами (например, с помощью кольца с виртуальной коммутацией линий (VLSR) [10] ).
Технологические достижения в области оптических транспортных коммутаторов [11] в первом десятилетии 21-го века, наряду с постоянным развертыванием систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM), побудили поставщиков телекоммуникационных услуг заменить свои кольцевые архитектуры SONET на ячеистые архитектуры для новый трафик. 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, сбой сетевого канала или узла) достигается за счет интеллекта, встроенного в это новое оптическое транспортное оборудование, которое позволяет автоматизировать восстановление и выполнять его внутри самой сети. как часть плоскости управления сетью , не полагаясь на внешнюю систему управления сетью .
Оптические ячеистые сети относятся к транспортным сетям, которые построены 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 [11] ) для предоставления и восстановления услуг, были разработаны новые подходы к проектированию, развертыванию, эксплуатации и управлению ячеистыми оптическими сетями. сети.
Оптические коммутаторы, созданные такими компаниями, как Sycamore [12] и Ciena [13] (с детализацией коммутации STS-1 ) и Tellium [14] (с детализацией коммутации STS-48 ), были развернуты в действующих ячеистых сетях. Компания Calient [15] 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 запланированных 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. [16]
Оптические ячеистые сети поддерживают создание услуг, ориентированных на соединение в коммутационном режиме . В ячеистых сетях доступны несколько механизмов восстановления, которые обеспечивают разные уровни защиты [17] или восстановления [18] от разных режимов сбоя . 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 колец. Восстановление — 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 те, 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 так, чтобы соединение имело несколько маршрутов восстановления и могло восстанавливаться даже после нескольких сбоев (примеры ячеистых сетей через Атлантический и Тихий океаны [ 19] ).
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. [20] Когда входящие длины волн не подвергаются опто-электрическому преобразованию и переключаются через телекоммуникационный офис в оптической области с использованием полностью оптических переключателей (также называемых фотонным кросс-коммутатором , оптическим мультиплексором ввода-вывода или реконфигурируемым оптическим В системах Add-Drop Multiplexer (ROADM) сеть считается прозрачной . [21] Гибридные схемы, которые используют оптические обходы и обеспечивают ограниченное преобразование OEO в ключевых точках сети, называются полупрозрачными сетями.
Прозрачные оптические ячеистые сети на базе ROADM развертываются в городских и региональных сетях с середины 2000-х годов. [22] 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. [23]
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 , [24] такой как алгоритм Йена ; маршрутизация с разделением по краям и узлам или непересекающаяся маршрутизация , включая алгоритм Суурбалля ; [25] и многочисленные эвристики . Однако в целом проблемы оптимальной маршрутизации для защиты выделенного пути резервного копирования с произвольными группами ссылок общего риска (SRLG) [ 26] и для защиты общего пути резервного копирования являются NP-полными . [27]
Развертывание оптических ячеистых сетей позволяет поставщикам услуг предлагать своим клиентам новые услуги и приложения, такие как
Он также поддерживает новые сетевые парадигмы, такие как
Ячеистые сети в целом и беспроводные ячеистые сети в частности.
Телекоммуникации и сети
Телекоммуникационное оборудование
Пакетная сеть
Сети, ориентированные на соединение
Доступность