Методы организации систем сверхвысокоскоростных каналов (10 Гбит/с) на базе технологии DWDM

Методы организации систем сверхвысокоскоростных каналов (10 Гбит/с) на базе технологии DWDM

Ключевые слова:

сверхвысокоскоростные каналы, DWDM, сетевой метод метод прямых каналов.

Тенденцией последних лет является рост спроса на сверхвысокоскоростные каналы 10 Гбит/с и более. Предоставление подобных услуг с гарантированной пропускной способностью на ранее развернутых традиционных сетях далеко не всегда возможно, так как часто приводит к "забиванию" магистральных линий связи не давая "прохода" другим сервисам. Поэтому разверты-вание новой, специальной сети в большинстве случаев является наиболее предпочтительным. Учитывая высокую стоимость оборудования, нерациональная реализация сети может привести к значительным капитальным затратам. Рассматриваются два основных метода организации системы каналов 10 Гбит/с. При первом методе (прямых каналов), каналы организуются по выделенным оптическим волокнам с использованием пары терминальных модемов. Второй, сетевой метод, основан на применении высокоскоростного транспортного ядра, с примыкающими к нему абонентскими линиями, оконцованными терминальными модемами. Транспортное ядро строится на безе технологии многоволнового уплотнения оптической линии — DWDM. Проведено сопоставление сетевого метода и метода прямых каналов, приведена методология расчета наиболее важных параметров системы 10 Гбит/с каналов при оптимизации ее по стоимостному критерию.

Спиридонов Ю.С.,

главный специалист, ОАО КОМКОР,

YSpiridonov@akado-telecom.ru

В настоящее время системы связи претерпевают бурное развитие, став одной из основ развития глобального информационного пространства.

Спрос на услуги связи, такие как традиционная и мобильная телефония, широкополосный Internet, телевизионные услуги, различного рода VPN и многие другие, постоянно растет. При этом особое внимание уделяется повышению скорости передачи информации [1]. Согласно исследованиям Cisco VNI к 2016 г. объем глобального IP-трафика составит 1,3 зеттабайт (один зеггабайт равен секстиллиону байт, или триллиону гигабайт). При этом только за период с 2011 по 2016 гг. (рис. 1) ежемесячный прирост IP-трафика прогнозируется более чем в 3 раза с 31 до 110 эксабайт (1 эксабайт эквивалентен, например, содержимому 250 млн. DVD дисков).

Рис. 1. Прогноз роста 1Р-трафика в период с 2011 по 2016 гг. [2]

Одной из тенденций развития телекоммуникаций последних лет в рассматриваемом плане является рост спроса на сверхвысокоскоростные каналы 10 Гбит/с и более. Примерами использования таких высокоскоростных каналов может являться организация доступа к граничным шлюзам 1п1ете1, построение магистральных УРЫ-соединений крупных предприятий, подключение удаленных регионов к сетям провайдеров, прямые соединения территориально раз-

несенных офисов больших предприятий, организация подключений host-провайдеров и др. Таких каналов, в силу их уникальности, требуется обычно немного - десятки или сотни соединений, но их совокупный трафик весьма велик и может занимать несколько Тбит/с.

Предоставление такого рода услуг с гарантированной пропускной способностью может вызвать определенные трудности у операторов связи. На уже развернутых традиционных сетях: PDH, SDH, ATM, GE и др. подключение подобных экстремальных услуг, как правило, чревато возможностью их перегрузки. Эти сети изначально не были рассчитаны на столь высокие скорости передачи и организация достаточно большого количества сверхвысокоскоростных каналов на них может привести к высокой вероятности “забивания” соответствующих магистральных линий не давая “прохода” другим, многочисленным, относительно низкоскоростным сервисам.

Для формирования таких каналов в большинстве случаев целесообразно развертывать новую, отдельно выделенную сеть, специально для них предназначенную.

В рамках выполнения подобной задачи можно рассматривать два основных метода организации таких сверхвысокоскоростных (СВ) услуг связи:

— метод выделенных каналов (МВК), организованных по выделенным оптическим волокнам с использованием пары терминальных модемов (m);

— сетевой метод (СМ), основан на применении высокоскоростного транспортного ядра (ТрЯ), с примыкающими к нему абонентскими линиями (AJ1), оконцованными терминальными модемами (/и). Наиболее подходящей технологией для построения такого ядра является получивший в последнее время метод волнового уплотнения xWDM (DWDM), рассчитанный на передачу ограниченного числа каналов с очень высокими скоростями [3,4].

Топология ТрЯ на базе DWDM обычно строится в виде кольцевой структуры. Это связано с необходимостью обеспечения высокой надежности за счет резервирования путей прохождения сигналов.

На практике для построения системы высокоскоростных (10 Гбит/с) каналов типа «точка-точка» (СКтт) используется комбинация обоих этих методов. При этом встает ряд вопросов, ответы на которые требуют специального исследования. В частности:

Рис. 3. Схематичное представление топологической структуры СМ для нескольких каналов «точка-точка» и шести узлов DWDM

Из двух указанных подходов, метод выделенных каналов (МВК) является более гибким, позволяя наращивать количество соединений, постепенно, закупая оборудование по мере привлечения новых клиентов. Однако он подразумевает наличие большого количества дорогостоящих свободных волоконно-оптических линий у оператора либо их аренду, что не всегда возможно. Организация же услуг на основе сетевого метода (СМ) требует первоначально больших капитальных вложений, но дает возможность в дальнейшем оперативно увеличивать клиентский пул без значительных затрат. Операторам, которые планируют постоянное наращивание таких сверхвысокоскоростных услуг связи необходимо заранее определиться с методом их организации.

Исследование, проведенное в данной работе, позволяет определить оптимальную комбинацию обоих выше-

Для СМ места расположения узлового оборудования DWDM в системе ВОЛС определяются либо на основе статистического анализа, где основным критерием оптимальности может являться минимальная совокупная длинна абонентских линий, либо экспертно, когда операторам необходимо помимо длины АЛ учитывать такие аспекты как наличие свободного места в стойках, достаточности электропитания, условий кондиционирования, стоимости аренды и др.

Для сопоставления МВК и СМ в описанных условиях, при заданном предельном количестве каналов (N), необходимо определить усредненную приведенную стоимость канала при МВК (С!^К}) и абонентской линии

при СМ (Ci( М) )• Для СМ необходимо, помимо вышеска-

' се

занного, оценить требуемые приведенные затраты на оборудование DWDM транспортного ядра . Эти

затраты будут зависеть от количества сетевых узлов в ТрЯ (с/) и максимального количества каналов, на которое рассчитана DWDM — система ТрЯ (v).

для различных значений МЛП DWDM (d), причем d\ < d, < d- (значения V примем одинаковыми).

к«лнч*<т*о канале*, л

Рис. 7. Зависимость стоимости системы от количества каналов для СМ

Из рисунка 8 видно, что прямые для С(/)(СМ)(п) пересекают прямую С(,ША|(я) в критических точках

. Правее этих точек, очевидно, метод СМ имеет

преимущество перед методом МВК и выигрыш ДС/5(я) в стоимости сооружений системы СМ по отношению к МВК состоит в отличии значений соответствующих прямых при определенном п. Естественно, для я < пкг, сетевой метод СМ проигрывает методу МВК.

Рис. 8. Зависимость стоимости системы от количества каналов для СМ и МВК

Проведенный сопоставительный анализ СКтт из п каналов (10 Гбит/с), построенной по сетевому методу с использованием ТрЯ, имеющего d узлов при реальной максимальной пропускной способности пКР каналов по отношению к аналогичной системе СКтт, но реализованной по методу выделенных каналов, рассчитанной на тоже количество каналов (и), показал:

1. Максимальный выигрыш в приведенной стоимости системы на основе СМ по отношению к МВК, зависящей от числа МЛП DWDM (d) и их пропускной способности (v), возрастает с увеличением количества пользовательских каналов (я).

2. Максимально допустимое количество пользовательских каналов (я) при СМ ограничивается некоторым предельным значением, зависящим от пропускной способности ядра и количества узлов DWDM в нем. Приведенная методика позволяет вычислить эти значения для любых вариантов реализации системы по сетевому методу.

3. При малом числе узлов и малой пропускной способности DWDM ядра во многих случаях преимущество метода СМ может в принципе отсутствовать. Сетевой метод построения СКтт с использованием DWDM ядра целесообразно использовать при достаточно большом числе требуемых пользовательских каналов (и >пКР).

При п < пКР применение метода выделенных каналов предпочтительнее.

Перечень сокращений и условных обозначений

Список сокращений

А, Б - пара абонентских линий между пользователями и ядром (ТрЯ) при СМ;

АЛ - абонентская линия;

АР - арендованная линия;

МЛП - мультиплексор DWDM;

МВК - метод построения СКтт на базе выделенных каналов с использованием прямых волокон;

В - выделенный канал на основе прямых волокон при СМ;

С - сетевой канал при СМ;

СВ - сверхвысокоскоростной канал

СБ - собственная линия оператора связи;

СКтт - исследуемая система высокоскоростных (10Гбит/с) каналов типа «точка-точка»;

СМ - сетевой метод построения СКтт на базе транспортного ядра DWDM;

ТрЯ - транспортное ядро;

УП - уплотненная линия.

Условные обозначения

m - высокоскоростной модем (общее обозначение);

к()ВК~ выделенный канал на основе прямых волокон при МВК;

кс - сетевой канал при СМ;

- выделенный канал на основе прямых волокон при СМ;

п - количество каналов типа «точка-точка» в СКтт — текущее значение;

пКр- критическое количество каналов СКтт, когда приведенные стоимости обеих систем (СМ и МВК) равны;

d- количество сетевых узлов (МЛП) в ТрЯ;

Vd~ максимальное количество каналов, на которое рассчитана DWDM - система ТрЯ;

Уц - реальная предельная пропускная способность системы ТрЯ (с учетом N,B) каналов);

С[ср) усредненная приведенная стоимость 1 канала при МВК;

С<к,вк) _ приведенная к году стоимость /-го канала при МВК;

r<cs>

— средняя удельная стоимость собственных линии оператора (долл./км);

Г<,ЛГ)

- средняя удельная стоимость арендованных линии (долл./км);

Г

С (я) - приведенная стоимость СКтт на основе п выделенных каналов (т.долл.);

N— количество каналов отправной (тестовой) группы;

JV(C) - количество сетевых каналов из отправной группы при СМ построения СКтг, Ы{С) < N ;

N(B) - количество выделенных каналов из отправной группы при СМ построения СКтт, NiB) < N;

(~)1 - коэффициент, отражающий долю сетевых каналов при сетевом методе для количества узлов DWDM равном d,

v«o

,=—; d N

Nпд ~ г|Редельное общее количество каналов, при котором

ТрЯ DWDM входит в насыщение, д/<^> _ v.f ;

т в,

С

при сетевом методе СМ (т. долл.);

С(а7) ~ совокупная приведенная стоимость AJ1 для

NiB) при СМ (т. долл.);

С£?~ средняя приведенная стоимость сетевых каналов при СМ (долл./канал);

С',"1 - средняя приведенная стоимость выделенных каналов при СМ (долл./канал);

СфМ) - совокупная приведенная (фрагментарная) стоимость каналов при СМ без учета стоимости ТрЯ (т. долл.);

С1ГАО _ средняя приведенная (фрагментарная) стоимость

Фсг

1 канала в СКтт при СМ без учета стоимости ТрЯ (т.долл.). C(JnCM)(n) - приведенная стоимость СКтг на основе

N{C) N{!!) D{tp и сетевого метода (т.долл.);

DjV)- приведенная стоимость ТрЯ DWDM с пропускной способностью v каналов и количеством узлов d(r. долл.);

AC(J\n) - выифыш в стоимости СКтт при применении

СМ по отношению к МВК для п каналов и при количестве МЛП (DWDM) -d и их пропускной способности - у (т. долл.).

Литература

1. Гамм Ю.А. Проблемы развития больших оптоволоконных сетей городского типа на примере Москвы // Вопросы оборонной техники. - Серия 3, выпуск 3(316), 2003. - С.56-62.

2. http://www.cisco.com/en/US/netsol/ns827/networking_ solu-tions_sub_solution.html#~forecast.

3. Слепое Н. Особенности современной технологии WDM // Электроника: НТВ, 2004. № 6. - С. 68-76.

4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети, 3-е издание // Питер, 2007. - С.366-368.

Methods of the organization of the very high speed 10 Gbit\s channels systems, based on the DWDM technology Yury Sergeevich Spiridonov,

Principle Expert of a development networks department, JSC "COMCOR" Moscow, Russia,YSpiridonov@akado-telecom.ru

Abstract

Tendency of the last years is increase in demand for very high speed 10 Gbit/s channels and more. Sometimes provisioning of similar services with the guaranteed bandwidth on the earlier deployed traditional networks is not workable, since there is taking place "clog" of trunk communication lines and not allowing to other services "pass". Therefore, deployment of a new, special network is most preferable in the many cases. Considering high cost of the equipment, unreasonable implementation of a network can lead to capital expenditure. Two basic methods of the organization of system of 10 Gbit/s channels' systems are examined. At the first method (direct channels), channels will be organized on the allocated optical fibers with pair of terminal modems. The second (networking) method is based on application of a high speed transport core and subscriber lines with terminal modems abutting to the core. The transport core is built on the Dense Wave Division Multiplexing technology - DWDM. Comparison of a networking method and method of direct channels is done; the methodology of calculation of the most important parameters of 10 Gbit/s system is resulted with the optimization by cost criterion.