Технологии создания магистральных сетей: современное состояние и перспективы

Герхард Кафка

Tакие явления, как банкротство, отрицательный баланс и сокращение штатов у потребителей и поставщиков сетевых услуг, оказывают значительное влияние на состояние телекоммуникационного рынка. Тем не менее мы можем говорить о начале всеобщего прорыва в области конвергенции сетевых архитектур в мировом масштабе. Имеющие непосредственное отношение к этому процессу предприятия единодушно заявляют о том, что остановить его уже невозможно, а его реализация — вопрос времени. Сверхзадача следующего поколения сетей состоит в том, чтобы объединить лучшие качества старых и новых технологий. От операторов требуют повышения надежности системы с открытой архитектурой и, в конечном итоге, замены до сих пор раздельных и параллельно функционирующих сетей, каждая из которых рассчитана на определенный круг приложений. Новейшие сети должны обладать высокой степенью готовности, безопасности и качества услуг наряду с большой гибкостью, масштабируемостью и экономичностью. Чтобы в будущем все без исключения телекоммуникационные услуги можно было оказывать на должном уровне на основе единой платформы, кроме всего прочего, необходимо выполнение перечисленных далее предпосылок:

1. Гибкие механизмы для быстрой организации новых видов сервиса. Имеющиеся опции должны при необходимости позволять клиентам самим конфигурировать услуги.

2. Шлюзы и концентраторы для согласования уже существующих приложений. Так называемые интегрированные устройства доступа (Integrated Aceess Device, IAD) предлагают для этого традиционные интерфейсы (V.24, ISDN, Ethernet и др.) и отвечают за конвертацию в протокол глобальной платформы.

3. Широкополосный доступ для преодоления имеющихся до сих пор узких мест при переходе от локальной сети к глобальной. Временные решения, например цифровая абонентская линия (xDSL), беспроводная местная линия связи (WLL), Powerline и кабельный модем, задействуют уже функционирующие инфраструктуры, на смену которым в долгосрочной перспективе должно прийти оптическое волокно.

4. Неблокирующие и работающие в режиме реального времени магистральные сети с возможностью гибкого предоставления ступенчатого качества услуг для различных применений. Ethernet и TCP/IP теснят все в большей степени традиционные технологии передачи данных WDM, SDH/SONET и ATM.

4. Последовательный ввод компонентов сети связи. Помимо высокой степени готовности на уровне 99, 999% должны быть соблюдены такие условия, как масштабируемость и оснащенность.

ТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО

Проложенное по всему миру оптическое волокно предоставляет избыточную емкость: из пригодных для использования длин волн, согласно исследованиям рынка географии телекоммуникаций, до сих пор задействовано лишь 1-2%. Если взять за основу закон Глидера — объем предаваемой информации увеличивается каждый год, — тогда имеющейся транспортной емкости хватит на долгие годы.

Новые успехи в науке и технике должны способствовать достижению теоретического максимума пропускной спасобности 100 Tбит/с, распространению технологии всеволнового оптического волокна, применение которого открывает до сих пор не используемую область из-за присутствия ионов воды 1400 нм (см. врезку «Всеволновое оптическое волокно»), WDM, новых технологий модуляции и техники солитоновой передачи (метод передачи путем специальных оптических импульсов со свободной регенерацией). Современные коммерческие системы достигают пропускной способности свыше 1 Tбит/с; в лабораторных условиях уже продемонстрирована возможность передачи со скоростью свыше 10 Tбит/с.

WDM КАК КЛЮЧЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Ключевой технологией для интегрированных телекоммуникационных сетей и высокоскоростных сетей передачи данных является технология спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM). Она позволяет одновременно передавать через оптическое волокно несколько сигналов. Каждый сигнал при этом подается со слегка отличной несущей частотой и имеет, к тому же, свой цвет. WDM — нейтральная по отношению к услугам транспортная платформа. В рекомендациях Международного телекоммуникационного союза G.692 в области 1550 нм предусматривается 40 каналов DWDM (плотное спектральное уплотнение), ширина полосы каждого из них составляет 100 ГГц (приблизительно 0, 8 нм). Каждая длина волны (лямбда) несет нагрузку в 2, 5 либо 10 Гбит/с. Дальнейшее развитие предусматривает ширину канала в 0, 4 и 0, 2 нм, за счет чего число лямбд повысится, соответственно, на 80 и 160. Разработчики хотят довести скорость передачи до 160 Гбит/с.

Так как оптическое волокно имеет свойство поглощать оптические сигналы, без регенерации или усиления они передаются только на ограниченное расстояние (обычно от 70 до 300 км). Для усиления оптические сигналы необходимо сначала преобразовать в электрические, а затем снова в световые. На электрическом уровне реализуются также функции мультиплексирования, коммутации и ввода/вывода.

ФОТОННЫЕ СЕТИ

Все-таки будущее принадлежит полностью оптическим (фотонным) сетям. Уже сегодня усилители на основе волокна с примесью эрбия (EDFA) в комбинации с усилителями Рамана регенерируют оптические сигналы, так что расстояния свыше 1000 км становятся легко преодолимыми. Кроме того, имеющиеся оптические компоненты коммутации, такие, как микроэлектромеханические системы (MEMS) с крошечными зеркалами, способны маршрутизировать отдельные длины волны.

При помощи 2D-систем реализуются типичные соединения 32 на 32 порта (N); благодаря будущим 3D-системам ожидается увеличение числа портов сначала до 256 и 1024, а затем и до 8192. 2D-системам необходимо на одну лямбду N2 зеркал, тогда как 3D-системам — 2N зеркал. Конечно, управлять ими очень тяжело. Простое управление 2D-системами и масштабируемость 3D-систем должны быть скомбинированы в 1D-системах. Эти системы работают с N зеркалами на лямбду и предвеща