Hullámhossz-multiplexálás alapú optikai transzporthálózatok tervezése

Hullámhossz-multiplexálás alapú optikai transzporthálózatok tervezése Technológia, architektúrák, tervezési kérdések – összefoglaló az EURESCOM P413, P615 és P709 projektjeinek főbb eredményeiről Paksy Géza MATÁV PKI-FI [email protected]

Jakab Tivadar BME Híradástechnikai tanszék [email protected]

Kulcsszavak: optikai hálózatok, architektúrák, műszaki gazdasági elemzés, tervezés

1. Bevezető A szélessávú szolgáltatások megjelenésének és terjedésének, valamint az Internet dinamikus térhódításának eredményeként a távközlő hálózatok átviteli kapacitásai iránti igények rohamosan növekszenek. Az elmúlt években megépített kábelhálózatok optikai szálai jóval nagyobb sávszélességgel rendelkeznek, mint amekkora az SDH technológia keretei között kihasználható. Az optikai átviteli technológia jelentős fejlődésének köszönhetően a növekvő kapacitásigények kielégítésére a meglévő optikai infrastruktúrán kialakítható új optikai hálózati megoldások szolgálhatnak. A hullámhossz-multiplexáláson (WDM) alapuló optikai hálózati réteg fokozatos kialakulása, az optikai hálózati megoldások elterjedése rövidtávon prognosztizálható, illetve már folyamatban van. Az új technológia megjelenése szükségessé teszi a hálózattervezési folyamatok, módszerek és a hálózattervezést támogató eszközök adaptálását és fejlesztését annak érdekében, hogy az optikai hálózatok tervezése során felmerülő módosult vagy újszerű tervezési problémák hatékonyan megoldhatóak legyenek. Az európai távközlési szolgáltatók által alapított és működtetett EURESCOM az elmúlt években szisztematikusan egymásra épülő projektek keretében folyamatosan dolgozta fel a WDM átviteli technika széles körű bevezetéséhez kapcsolódó problémákat. Ezen kutatási-fejlesztési együttműködések első szakasza az optikai átviteli technológiai alapjait, az optikai alapon megvalósítható hálózati funkciókat tekintette át össze (P413 „Optical Networking”, 1. feladatcsoport), második szakasza az optikai technológia hálózati vonatkozásait elemezte részletesen (P615 „Evolution Towards an Optical Network Layer”), harmadik szakasza pedig az optikai hálózatok tervezésének kérdéseit foglalta össze (P709 „Planning Full Optical Networks”). A MATÁV PKI-FI és a Budapesti Műszaki Egyetem Híradástechnikai tanszékének munkatársai sikeresen vettek részt ezen projektek munkájában, és a projektek File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Hetedik változat, 2000. február 27. Jakab Tivadar

1

eredményei alapján jelen cikkben kísérelnek meg áttekintést adni a WDM alapú átviteli hálózatok jelentősebb technológiai, alkalmazási és tervezési vonatkozásairól. A cikk az első részben röviden összefoglalja a WDM alapú optikai hálózatokban alkalmazott technológia főbb jellemzőit, és az ezen a területen az elmúlt időszakban elért legújabb eredményekre is utal. Ezután a cikk második része az optikai hálózati réteg megvalósításában előreláthatóan meghatározó szerepet játszó optikai hálózati architektúrákat tárgyalja össze, valamint kitér ezen architektúrák gazdasági-műszaki elemzésének eredményeire, és az optikai és SDH architektúrák néhány meghatározó jellemzőjének (erőforrás igény, beruházási költség, rendelkezésre állás, üzemeltetési jellemzők) összevetése alapján adható értékelésekre is. A cikk harmadik része az optikai hálózati réteg megjelenéséből adódó új tervezési problémákat elemzi, és röviden érinti az optikai hálózatok bevezetéséhez kapcsolódó stratégiai megfontolásokat is. A zárórész az összefoglalás és a végkövetkeztetések mellett az ismertetett eredményeket részletesen tárgyaló irodalmi hivatkozásokat is megadja.

2. WDM hálózati technológia A WDM hálózati technikát a szükséges hálózati funkciók optikai rétegbeli megvalósíthatósága, megvalósítása oldaláról tárgyaljuk. A különböző multiplexálási elveken alapuló (PDH, SDH, WDM), transzporthálózatok hasonló csomóponti és ezekre alapozottan hasonló - hálózati funkciók alapján építhetők fel. 2.1. Csomóponti funkciók A hálózati csomópontokban szükséges funkciók három csoportba sorolhatók. A funkciók egy része az információt hordozó nyalábok felépítésére és lebontására szolgál (végmultiplexer és leágazó multiplexer funkciók). További funkciók szükségesek az átviteli szakasz, az átviteli közeg jellegéből, valamint a jelprocesszálásra szolgáló berendezések beiktatásából adódó teljesítményvesztések (csillapítás) és jeltorzulások, zaj, hatásának kompenzálására (erősítők, regenerátorok). A funkciók harmadik csoportja az útképzéshez és a védelmi sémák implementálásához szükséges rendezési és kapcsolási képességeket biztosítja (kapcsolók, rendezők). A csomóponti funkciók negyedik csoportja az üzemeltetéshez, az átvitel minőségének felügyeletéhez és a hálózati hibák detektálásához szükséges monitorozási, üzemeltetési folyamatokat támogatja. 2.2. Hálózati funkciók Az alapvető csomóponti funkciókból az összetett hálózati funkciók (útképzés, védelem/helyreállítás) implementálhatók. Az útképzési funkció pont-pont összeköttetés esetén a végmultiplexálási, erősítési, és regenerálási csomóponti funkciók alapján építhető fel. Gyűrűarchitektúrák esetén a végmultiplexer funkciót felváltja a leágazó multiplexer, és az útképzés szabályai alapján egyirányú (egy kétirányú pont-pont összeköttetés egyes irányai különböző gyűrűágakon) illetve kétirányú (egy kétirányú pont-pont összeköttetés egyes irányai azonos gyűrűágon) gyűrűarchitektúrák alakíthatók ki. Szövevényes hálózati szerkezet esetén a szövevény alapesetben pont-pont összeköttetések összességeként szemlélhető, ugyanakkor a magasabb fokszámú (több átviteli irányt is fogadó) csomópontokban a rugalmas kapcsolókon alapuló rendező funkció (cross-connect - XC) is gyakran kiegészíti a hálózati képet. A pont-pont összeköttetések védelme az SDH kapcsán széles körben elterjedt 1+1 és n:m sémákon alapul. Az előbbi, dedikált tartalékú megoldást tipikusan útrétegben, az File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

2

utóbbi osztott tartalékelem-hozzárendelést is lehetővé tevő sémát multiplex szakasz, valamint erősítő szakasz rétegben alkalmazzák. Gyűrűarchitektúrák esetén egy további speciális megoldást jelent az osztott multiplex szakasz védelem (MSSP) az SDH-ban kidolgozott algoritmusokkal és kiterjesztésekkel (squelching, drop and continue). Szövevényes hálózatokban, amennyiben a csomópontokban a rugalmas rendező funkció, hálózati szinten pedig egy fejlett üzemeltetési rendszer rendelkezésre áll, ezen funkciókra alapozott helyreállítás szolgálhat az öngyógyító struktúra kialakítására (az SDH kapcsán kidolgozott helyreállítási stratégiákkal). A védelmi és helyreállítási hálózati funkciók felépítésében az útképzési, kapcsolási és rendezési csomóponti funkciókon túl a hibadetektálásra, az átvitel monitorozására szolgáló csomóponti funkciók is szükségesek. 2.3. Csomóponti funkciók megvalósítása a WDM hálózatokban A WDM hálózatok csomópontjaiban elhelyezett optikai berendezések realizálják a fentiekben ismertetett csomóponti funkciókat. A csomópontokat összekötő átviteli közeg, az optikai szál. Ezen a szálon az ITU által definiált C sávban (1530-1565 nm) és az L sávban (1565-1605 nm) 8-160 hullámhosszat lehet elhelyezni 200, 100 vagy 50 GHz távolságonként, egyenként 2.5-10 Gbps sebességű jel átvitelével. A pont-pont közötti összeköttetések megvalósítására a legegyszerűbb végződő optikai multiplex berendezések (OTM: Optical Terminal Multiplexer) szolgálnak. Az OTMek által megvalósított fontosabb funkciók: Hullámhossz transzponálás, mely folyamán az interfészek szabványosított λ0 =1510 nm-es hullámhosszait a WDM multiplex egy tetszőleges λi, =1,2,…n hullámhosszává alakítja. Az optikai csatornák menedzseléséhez szükséges járulékos információk hozzáadása az információt hordozó nyalábhoz (digital wrapper) Az optikai csatorna teljesítmény szintjének –lehetőleg automatikus- beállítása, az állandó közös adóteljesítmény biztosítása érdekében. Az egyedi λi hullámhosszú optikai jelek összenyalábolása a WDM nyaláb kialakítása Vételi irányban optikai erősítés, demultiplexálás. Vételi irányban a hullámhossz inverz hullámhossz transzponálás nem szükséges, mert a vételi oldali interfész vevőegységek képesek széles hullámhossz tartományban működni. Az Optikai leágazó multiplexer (OADM: Optical Add-Drop Multiplexer) az OTM végződő multiplexerhez képest alkalmas tetszőleges vagy előre meghatározottan beállított λi hullámhosszú optikai csatornák leágaztatására. Belső optikai leágazó szűrő vagy belső optikai kapcsolómátrix az add-drop funkciók létrehozására Belső optikai átkapcsoló elemek a gyűrűvédelmi folyamatok megvalósítására. A vezérelt optikai rendezők (OXC: Optical Cross-connect) a szövevényes optikai hálózatok kulcseleme. Legfontosabb eleme az optikai kapcsoló-mátrix, mely tér- és hullámhosszosztásban képes a kapcsolódó optikai szálak között tetszőleges blokkolásmentes átkapcsolást végrehajtani. Hullámhosszak közötti átkapcsolás legfontosabb eleme a hullámhossz konverter, mely képes tetszőleges i és j esetén a λi→ λj hullámhossz átalakítást végrehajtani. Jelenlegi ipari színvonal még csak O/E/O konverzió utján lehet végrehajtani, ezért az optikai transzparencia megszűnik

File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

3

Az optikai kapcsolómátrix méretének kb. 256x256-nak kell lennie. Az alkalmazható optikai eszközök skálája igen széles a hangolható optikai szűrőktől az optomechanikai eszközökön át a termo-optikai eszközökig. 2.3.1. Optikai átviteli korlátok és a transzparencia A nagy optikai hálózatokban kialakítható optikai csatornák maximális hosszát több tényező is befolyásolja. Ezek közül két alapvető fizikai-technológiai korlátot mutatunk be. A digitális fényimpulzus sorozatok számára az optikai csatorna analóg átviteli tulajdonságot mutat. Ez a közeg egy lineáris, diszperzív, zajos kommunikációs csatorna, melyben a digitális hírközléselméletből jól ismert jel degradációk lépnek fel. Az additív zajok, lineáris és nem-lineáris torzítások forrása merőben más, mint az elektronikus átvitelnél, de hatása végeredményben az átvitt impulzus sorozat bit hibaarányának növekedését idézi elő. A teljesség igénye nélkül felsoroljuk a legfontosabb befolyásoló tényezőket: Az optikai csillapítása és különféle diszperzió. (kromatikus, polarizációs módus, stb.) Az optikai szál nemlieáris effektusai A WDM szűrők zárósávján átjutó áthallások, Lézerek véges spektrális szélessége és annak gyors változásai (chirp), Az optikai erősítők spontán emissziója, és dinamikus tranziensei. A fenti hatások többségét különféle erősítési és kompenzálási technikákkal csökkenteni lehet, de összességében a sorba kapcsolt WDM mux szűrők, optikai erősítők, és optikai szál hossza egy fizikai korlátot hoz létre a hibamentes elektronikus jeldetektálásban. A probléma megoldása a digitális hírközléselméletből jól ismert: az átviteli láncban bizonyos szakaszonként teljes jel-regenerenerációt kell végrehajtani, újraidőzítéssel. Ez a PCM technikából már jól ismert eljárást, röviden 3R regenerálást, a WDM rendszerekben jelenleg csak optikai/elektronikus/optikai (O/E/O) konverziókon keresztül az elektronikus tartományban lehet megvalósítani. 2.3.2. A transzparencia és korlátai Az optikai átviteli szakaszokba helyezett O/E/O konverziós pontok megszakítják az optikai átvitelt, az optikai csatornát végződtetik. Ezzel megszakítják az adott hullámhosszon terjedő fény számára az átlátszóságot-transzparenciát. A transzparens optikai átvitel az optikai hálózatok megvalósításában előnyöket, de hátrányokat is hordoz. Legfőbb előnye az, hogy általában a csomóponti és hálózati funkciókat az optikai tartományban egyszerűbben, kisebb helyfoglalással, gyakran passzív optikai eszközökből lehet megvalósítani, amiknek a működési sebességük is gyakorta sokkal gyorsabb, mint az elektronikus alternatíváé. Előny az is, hogy ameddig az optikai csatorna transzparens, addig az átvitel független az átvitt információ sebességétől, hullámformájától és protokolljától. Ezzel az optikai hálózatot függetleníteni lehet a jelenlegi vagy jövőbeli kliens rétegektől. A transzparens átvitel átvitelnek azonban vannak korlátai, sőt hátrányai is. A korlátok között meg kell említeni azt a fentiekben tárgyalt maximális hosszt korlátozó tényezőket, amire a teljesen optikai tartományban működő 3R regenerátorok nyújthatnának megoldást. Ezek azonban ma még csak alapkutatás szintjén vannak, megoldására még éveket kell várni. A transzparens csatorna monitorozása, menedzselése nagyon nehézkes, ma inkább az elektronikus megoldásokat alkalmazzák. A transzparencia megvalósításának talán legnagyobb kérdése a transzparens optikai kapcsoló mátrixok megvalósíthatósága. Ez nem csupán a nagy optikai rendezők (OXC) kérdése, de fontos probléma a dinamikusan programozható, File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

4

teljes konnektivitású OADM-eknél is. Jelenleg még nagyméretű, transzparens OXC nem elérhető, csak O/E/O konverziós nem transzparens megoldások léteznek. Az optikai hálózat tervezés szempontjából a korlátozott transzparencia következménye tehát az, hogy egy nagy hálózatban transzparens alhálózatokat kell kialakítani, melyeket nagy nem-transzparens OXC-k kötnek össze (0. ábra). Ez megoldás jelenthet bizonyos hullámhossz konfliktusok feloldására is, amikor is olyan hullámhossz ütközések lépnek fel, melyek feloldásához nagyszámú hullámhossz konverterre lenne szükség.

3. Optikai hálózati architektúrák (JT: P615 D1, 24 egység, 6000 karakter, 1.2 oldal) Hálózati architektúráknak meghatározott csomóponti rendszertechnikára alapozott rögzített útképzési és védelmi/helyreállítási sémát alkalmazó hálózati megoldásokat tekintünk. Az optikai hálózati architektúrák számbavételekor abból célszerű kiindulni, hogy az optikai hálózati réteg a technológiai fejlődés ütemétől függően fokozatosan lesz képes egyre összetettebb hálózati funkciók megvalósítására. Az útképzés és védelem/helyreállítás tisztán optikai, illetve részben elektronikus (esetünkben döntően SDH), részben optikai tartományban történő megvalósítása alapján különböző architektúrák specifikálhatók [P615 D1]. Tisztán optikai megoldások esetén transzparens optikai hálózatokról beszélhetünk, mivel ezekben az optikai szerver réteg a kliens elektronikus réteg technológiájától függetlenül képes a kliensjelek optikai átvitelére [D.M. NOC’99]. Amennyiben a hálózati funkciók egy része az elektronikus tartományban implementált, akkor ezen funkciókat a különböző kliensrétegek technológiájának megfelelően kell megvalósítani. Az így létrejött architektúrák nem transzparensek, mivel csak korlátozott jelleggel képesek a különböző kliensjelek kiszolgálására. 3.1. Optikai gyűrűk és szövevények Az optikai technológiában az SDH technológiához hasonlóan gyűrű és szövevény szerkezetű hálózati architektúrák specifikálhatók. Mivel a bonyolult hálózati funkciók fénytartományban történő megvalósításához szükséges fotonikai eszközök és WDM berendezések kifejlesztése fokozatosan halad, az új technológiából származó előnyök mielőbbi kiaknázásához hibrid architektúrák alkalmazása is szükséges lehet. Ezekben a hibrid architektúrákban azokat a funkciókat, amelyeket fénytartományban még nem lehetséges megvalósítani, az elektronikus tartományból szükséges „kölcsönvenni” (1. ábra). A technológia további fejlődésével aztán a transzparens, tisztán optikai megoldásokra alapozott hálózati architektúrák kerülnek előtérbe. Az e megfontolások alapján kiválasztott hálózati architektúrák rövid ismertetését és műszaki-gazdasági összehasonlító elemzését adjuk [P615 D2] alapján a továbbiakban. Topológiai adottságok következtében kiegyensúlyozatlan terhelésű SDH gyűrűkben a tranzit és végződő utak kapacitásainak kedvezőtlen aránya nem megfelelő berendezés-kihasználtságot eredményezhet: szabad tributary kapacitások a tranzitok által elfogyasztott aggregate kapacitások miatt nem használhatók ki. Erre a problémára kínál megoldást egy kizárólag SDH kliens számára specifikált hibrid architektúra részben optikai, részben elektronikus útképzéssel, elektronikus tartományban megvalósított lineáris multiplex szakasz védelemmel. A két optikai szálra épülő színezett multiplex szakaszokból (Colored Section - CS) gyűrű csomópontjait a lineáris MSP miatt duplikál vonali végződésekkel ellátott SDH ADM-ek és OADM-ek alkotják. Az architektúra alapötlete, hogy az SDH multiplex File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

5

szakaszokhoz különböző hullámhosszakat rendelve kialakított pont-pont optikai összeköttetésekre ráépíthető egy hagyományos SDH gyűrű. A megoldás előnye, hogy alkalmazásához minden berendezés rendelkezésre áll. A különböző hullámhosszakkal megvalósított SDH multiplex szakaszok és a hullámhossz-útképzés az optikai kábelhálózati tolológiától független logikai csomópontsorrend meghatározását teszi lehetővé (2. ábra). A csomópontsorrend alkalmas megválasztása biztosíthatja az optimális tranzitkapacitás-arányok kialakítását, és így az esetek többségében a teljes SDH ADM berendezéskapacitás üzemi célokat szolgálhat [J.T. NETWORKS’96]. Az architektúra nem transzparens jellege mellett további hátrány jelent, hogy alapesetben a lineáris MSP nem nyújt teljes védelmet (a közbülső útképző funkciójú csomópontok hibájával szemben védtelen az architektúra), de ez a hátrány kiegészítő védelmi megoldásokkal megszüntethető [J.T. ICTS’98]. Tisztán optikai, transzparens gyűrűarchitektúra alakítható ki az SDH kapcsán kidolgozott MSSP védelmi séma optikai rétegben történő megvalósításával. Az osztott optikai multiplex szakasz védett (Optical Multiplex Section Shared Protected OMSSP) gyűrű két optikai szálra épül, csomópontjaiban OADM-ekkel és a védelmi átkapcsoláshoz szükséges optikai kapcsolókkal [R.G. DRCN’98]. SDH kliens esetén TM, ADM vagy DXC a kliens rétegben végződtetési funkciókat ellátó berendezés (3. ábra). Az architektúra alapvető előnye transzparens jellege mellett az, hogy a kliensréteg szempontjából rugalmasan bővíthető pont-pont összeköttetésekből felépülő szövevény a szerverrétegben egyszerűen üzemeltethető gyűrűvédelemmel kombinált. Hátránya, hogy az optikai védelemhez a hibadetektálás, és az OMSSP architektúrák transzparens, védett optikai hálózattá történő összekapcsolásához a drop and continue funkciókat az optikai rétegben implementáló hálózatelemek szükségesek. A két gyűrűarchitektúra mellett transzparens optikai szövevényes hálózatok kialakítására alkalmas csomópontszerkezeten alapuló többhullámhosszú szövevényes hálózat (Multi-Wavelength Transport Network - MWTN) szerepel a részletesebben elemzett architektúrák listáján (4. ábra). A csomópontok kulcsberendezése az optikai rendező (OXC), erre alapozottan valósítható meg az optikai útképzés és az optikai csatornarétegben megvalósított helyreállítás. SDH kliens esetén a csomópont SDH DXC-vel egészül ki [P615 D1]. Az architektúra legfőbb előnye transzparens volta mellett a szövevényes jellegből adódó robusztusság, és az optikai rendezőkre alapozott rugalmas konfigurálhatóság. Hátránya, hogy gyakorlati alkalmazásához az optikai rendezők és az optikai helyreállítást támogató funkciók további fejlesztése szükséges. A röviden ismertetett architektúrák főbb jellemzőit az 1. táblázat foglalja össze. További gyűrűk és szövevényes architektúrák részletes ismertetése [P615 D1]-ben és [P709 D1]-ben. 3.2. Optikai hálózati architektúrák gazdasági-műszaki elemzése Az új technológia lehetőségeinek és korlátainak, az alkalmazás várható előnyeinek és esetleges hátrányainak számbavételéhez a felmerülő hálózati megoldások sokoldalú analízise szükséges. Az alábbiakban röviden összefoglalt elemzés [P615 D2] célja a kiválasztott optikai architektúrák általános jellemzőinek meghatározása, az alkalmazásuktól várható előnyök és lehetséges hátrányok összevetése referencia SDH architektúrákkal (OMSSP, DXC alapú szövevény). Az egyes architektúrák elemzése magában foglalja az erőforrásigényre utaló jellemzőket (optikai szálak hossza), a beruházási költséget (csak berendezésköltség), File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

6

az átviteli utak rendelkezésre állását (DTR) és üzemeltetési jellemzőket (optikai védelmi kapcsolási, optikai helyreállítási idők). Az elemzés célja nem egyes hálózati alkalmazások specifikumainak, hanem az egyes architektúrák általános jellemzőinek vizsgálata. Ennek érdekében az architektúrákat tipikus, csomópontszámban, igénymintában, igénykapacitásokban eltérő hálózati alkalmazások alapján vizsgáljuk. Az egyes mintahálózatok különböző architektúrákkal történő megvalósítását részletesen megtervezve határozhatók meg a számszerű hálózatjellemzők. Annak érdekében, hogy a WDM megjelenésének korai szakaszában még hiányosan rendelkezésre álló információk lehetőleg ne befolyásolják a vizsgálat eredményét, a hálózatelemek jellemzői az egyes architektúrák funkcionális modelljeinek elemeihez rendeltek, ezáltal az azonos funkciók azonos jellemzők melletti megvalósítása (modellezése) az eltérő architekturális megoldásokban is biztosítható. A különböző architektúrák erőforrásszükségletét az adott kapacitású átviteli igényminta kiszolgálásához szükséges optikai szál szükséglet alapján vizsgáljuk 5 és 8 csomópontos gyűrűben különböző igényminták mellett. SDH kliensjeleket feltételezve az SDH rendszerek STM-16 kapacitásúak, a hullámhossz-multiplexált rendszerek 16 hullámhosszt kezelnek optikai szálanként. Az 5. ábra a relatív optikai szál megtakarításokat szemlélteti az STM-16 MSSP gyűrűt tekintve viszonyítási alapnak. (Néhány esetben további referenciaként a hipotetikus STM-64 MSSP gyűrű eredményei szerepelnek.) Az eredmények alapján megállapítható, hogy kisebb igénykapacitásokra 60-90%, nagyobb igénykapacitásokra 80-90% szálmegtakarítás érhető el az optikai gyűrűk alkalmazásával. A megtakarítást részben a nagyobb optikai sávszélességet kihasználó hullámhossz-multiplexálás, részben a kiegyensúlyozottabb gyűrűterhelés és az optikai védelem miatt csökkent SDH átviteli kapacitásigény eredményezi. Az erőforrásszükséglet mellett fontos jellemző a beruházási költség, melyet a bemutatott esetben relatív egységekben, csak a berendezésköltség alapján kalkuláltunk. (Feltételeztük, hogy az optikai szálak rendelkezésre állnak, de felhasználásukat további költséggel reprezentáltuk.) A 6. ábra a DXC alapú SDH és az MWTN szövevény beruházási költségének összehasonlítását adja az egyes költségösszetevők részletezésével (6 csomópontos mintapélda). Megállapítható, hogy kisebb igénykapacitások mellett az MWTN költségesebb, ugyanakkor alkalmazásával nagyobb igénykapacitások mellett jelentős költségmegtakarítás érhető el. A nyereség abból ered, hogy a felhasznált optikai berendezések költsége kisebb, mint az alkalmazásukkal elérhető optikai szál megtakarításból, valamint az optikai helyreállítással megtakarítható optikai végberendezésekből származó költségcsökkenés. A gazdaságossági jellemzők mellett a teljesítőképesség és a szolgáltatásminőség is fontos szerepet játszik a különböző megoldások értékelésében. Ezen jellemzők közül a 7. ábra a rendelkezésre állási értékeket, a 8. ábra a védelmi átkapcsolási időket mutatja. A 7. ábrán 1 STM-1 kapacitású SDH klienset is magába foglaló, egy és két szakaszból álló átviteli út DTR-jei láthatók 6 csomópontos gyűrűn, különböző architektúrák esetén. A többségében passzív, nagy megbízhatóságú optikai komponensek alkalmazása ellenére a CS és OMSSP védelmi alapesetben kalkulált értékei rosszabbak, mint az SDM MSSP gyűrűéi. Ennek oka a CS gyűrű esetén a nem teljes védelem, hiszen a lineáris MSP a közbülső csomópontok hibáival szemben nem védi az utat. Az OMSSP gyűrű esetén a kliensrétegbeli nem védett funkciók rontják le a rendelkezésre állást. A CS gyűrűn megvalósított átviteli út rendelkezésre állása a File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

7

csomópontsorrend alkalmas megválasztásával és SDH rétegbeli 1+1 útvédelem alkalmazásával javítható [J.T. ICTS’98, J.T. NETWORKS’98]. Az OMSSP gyűrű esetén a rendelkezésre állás javítására kliensrétegbeli berendezés szintű 1+1 hardvervédelem szolgálhat. A javított védelmi képességű optikai gyűrűk rendelkezésre állási jellemzői az SDH MSSP gyűrűéivel gyakorlatilag azonosak [J.T. DRCN’98]. Az architektúrákra alapozott hálózatokban nyújtható szolgáltatások minőségére az átviteli utak rendelkezésreállása mellett a védelmi átkapcsolási idők is befolyással vannak. Ilyen jellemzők összehasonlítására szolgál a 8. ábra, amelyen az elektronikus és optikai tartományban implementált MSSP védelmi átkapcsolási időket vethetjük össze 6 csomópontos gyűrűre, különböző meghibásodások esetén. Az összehasonlításból kitűnik, hogy az optikai védelmi átkapcsolás lassúbb, de 15ms-on belüli minden hiba esetén befejeződik. Optikai architektúrák további részletes vizsgálatának eredményei [P615 D2]-ben, az eredmények összefoglalása [J.T. NOC’98]-ban található. 3.3. Optikai hálózat – összekapcsolt optikai architektúrák Az optikai hálózat réteg az optikai architektúrák összekapcsolásával alakítható ki. Az íly módon létrejövő hálózat szerkezete előreláthatóan nagyban hasonlítani fog a hierarchikus SDH hálózatok szerkezetéhez. Ennek egyik oka, hogy a szerkezetnek célszerű illeszkednie ahhoz a meglévő hálózati infrastruktúrához és üzemeltetetési struktúrához, amely az SDH kapcsán alakult ki az elmúlt években. Az SDH hálózatokéihoz hasonló szerkezetet valószínűsíti a hasonló architektúraválaszték (gyűrűk, szövevény), valamint a WDM technológiában is meglévő, az SDH-éhoz hasonló vagy még szigorúbb fizikai korlátok (maximális erősítetlen szakaszhossz, sorba kapcsolható vonali erősítők maximális száma) hatása is. Az optikai architektúrák összekapcsolásakor meghatározó szempont a különböző kliensrétegek kiszolgálására alkalmas transzparens, hálózati szinten is védett, öngyógyító megoldások kialakítása. A szóbajövő architektúrák felhasználásával két, a fenti szempontoknak megfelelő megoldás képzelhető el [P709 D2]. Az egyik dualhoming elven összekapcsolt OMSSP gyűrűkre épül, a gyűrűk összekapcsolásához az SDH technológiában is alkalmazott drop and continue funkció fénytartománybeli implementálása szükséges. A másik megoldás az optikai csatorna dedikált védelmére épülő gyűrű és az MWTN szövevény összekapcsolása a dual-homing elv alapján. Az így létrejött hálózati szerkezetben az 1+1 optikai csatornavédelem alkalmazható hálózati szinten.

4. Optikai hálózatok tervezésének néhány kérdése Az optikai hálózati réteg kialakítása, a WDM technológia bevezetése szempontjából fontos a tervezési módszerek optikai hálózatok tervezésének támogatására képes elemeinek kialakítása. A hálózattervezési eljárások fejlesztése során alapvető törekvés a meglévő tapasztalatok és módszerek hasznosítása, kiterjesztése az új technológiájú hálózatok tervezésére. Az optikai hálózatok tervezésére történő felkészülés esetében a meglévő módszerek és tapasztalatok alapvetően az SDH hálózatok tervezési folyamataiból származnak. A WDM hálózatok nagyrészt az SDH hálózatokban meglévőekhez hasonló csomóponti és hálózati funkciókat eltérő technológiával valósítanak meg, a funkciók alapján az SDH-éihoz hasonló hálózati architektúrák származtathatók. A két különböző technológián alapuló hálózatok között tervezési szempontból jelentős File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

8

hasonlóságok, analógiák fedezhetők fel, ugyanakkor az WDM technológia sajátságai az egyes tervezési problémákat módosítják és új problémákat is vetnek fel [P709 D3]. Az optikai hálózatok tervezésének kérdéseit alapvetően a klasszikus SDH tervezési folyamat alapján tárgyaljuk. A tervezési folyamat meghatározó elemei a tipikus tervezési megközelítések (stratégiai, távlati, középtávú), melyek közül a technológia és a piaci viszonyok gyors változásainak következtében a rövid távú megközelítés a gyakorlatban sokszor összeolvad a középtávúval. Általánosan érvényesek a klasszikus tervezési feladatok (hálózatméretezés, topológiaoptimalizálás, struktúraoptimalizálás, optimális hálózatbővítés), és a tervezési folyamat alapfeladatai (elvezetéstervezés, nyalábolástervezés, berendezéskonfigurálás és berendezéshozzárendelés). 4.1. WDM-SDH analógiák és hasonlóságok Ha az SDH és WDM technológiát tervezési szempontból szemléljük, a technológiai jellemzők és az egyes hálózatelemek tervezési feladatokra és folyamatokra gyakorolt hatását vizsgáljuk, azt állapíthatjuk meg, hogy mindkét technológia hasonló csomóponti és hálózati funkciókra alapozottan, hasonló elveken működő architektúrák megvalósítására alkalmas (2. táblázat). A hasonlóságok és analógiák mellett egy meghatározó különbségre szükséges itt felhívni a figyelmet. Egy STM-n SDH multiplex szakasz például n db VC-4 csatornát fog össze. Ha több ilyen STM-n vonali rendszer fut be egy csomópontba, amely rendezési funkcióval ellátott, akkor átviteli utak felépítése során bármely nyaláb bármely VC-4 csatornái összekapcsolhatók egymással. Ha az STM-n analógiájának egy n hullámhosszból álló hullámhossz-multiplexált nyalábot tekintünk, a VC-4 analógiájának pedig egy adott hullámhosszon megvalósított optikai csatornát akkor, máris látszik a meghatározó különbség: hullámhosszkonverzió nélkül a WDM hálózati esetben nem kapcsolhatók össze a különböző hullámhosszon megvalósított optikai csatornák. Mint látni fogjuk, ennek a különbségnek mind az útképzés és nyalábolás, mind pedig az átrendezhető tartalékhálózat tervezése kapcsán jelentősége van. 4.2. Az optikai hálózatok tervezésének elemi problémái A klasszikus tervezési feladatok elemzésével azonosíthatóak azok az alapvető elemi tervezési problémák, amelyek valamilyen változatban mindegyik tervezési feladatban szerepelnek [P709 D3]. Az alábbiakban ezen elemi problémákat az optikai hálózatokra értelmezve a műszaki tartalom, a tervezés elvárt eredménye, a potenciális korlátozó tényezők és az elemi probléma lehetséges kiterjesztései segítségével jellemezzük, valamint összevetjük a hasonló SDH tervezési problémával. Az ismertetett elemi tervezési problémák a következők: • elvezetés tervezés • nyalábolás tervezés • átviteli rendszerek és berendezések méretezése. Az ismertetés végén egy összetett problémát is tárgyalunk röviden. Ezen összetett probléma is felbontható elemiekre, de műszaki megfontolások, modellezési szempontok, és algoritmikus vonatkozásai miatt célszerű összetettebb formában szemlélni. Ez az önállóan tárgyal összetett probléma az átrendezhető tartalékhálózat méretezése.


9

4.2.1. Elvezetéstervezés A probléma műszaki tartalma: az optikai csatornákban adott igény átviteli útjainak nyomvonalát kell a hálózaton meghatározni. A nyomvonalra vonatkozó (védelmi, fizikai) előírások a kliensigényektől, a kliensrétegbeli alkalmazásoktól függhetnek. Bemenő adatok: az átviteli igények, a hálózati struktúra és topológia az útképzés szabályai és a védelmi megoldások. A tervezés eredménye: az átviteli igények útjainak nyomvonala. Potenciális korlátozó szempontok: korlátozások származhatnak a technológia fizikai korlátaiból (maximális szakaszhossz, maximális szakaszszám), valaamint abból, hogy a szakaszonként együtt futó utakat optikai hullámhosszban vagy optikai szálban kell megkülönböztetni. A probléma lehetséges kiterjesztései: a probléma kiterjesztése a hullámhosszak utakhoz rendeléséből adódhat (lásd később). Hasonlóságok és különbségek az SDH problémával összevetve: alapvetően az SDH problémához hasonló, az eltérések a hullámhossz-út összerendelésből következhetnek [A.D. ON’2000], [A.D. INFORMS’2000]. 4.2.2. Nyalábolástervezés A probléma műszaki tartalma: az optikai csatornák útjait optikai szálakba kell rendezni. Az azonos szakaszon futó utakat vagy hullámhosszban vagy optikai szálban kell elkülöníteni. Következésképpen az elvezetések nyomvonalának meghatározása, a hullámhosszak utakhoz rendelése és az utak szálakba nyalábolása szorosan összefüggő probléma. Lehet három részfeladatra szeparáltan kezelni, de ez korlátozza a kialakítható megoldásokat. Bemenő adatok: az optikai csatornák útjai, (rendelkezésre álló optikai szálak) A tervezés eredménye: az utak optikai szálakba nyalábolása Potenciális célfüggvények és korlátozó szempontok: minimális költség, optimális erőforrás kihasználás. Korlátozó szempont lehet bizonyos erőforrások kapacitása (szálszám, hullámhossz szám). A probléma lehetséges kiterjesztései: a hullámhosszkiosztás adhatja a probléma kiterjesztését, további kiterjesztés, ha az elvezetéstervezést is hozzákapcsoljuk. Hasonlóságok és különbségek az SDH problémával összevetve: hullámhossz konverziót feltételezve az SDH problémához hasonló, de annál jóval egyszerűbb (egy lépéses multiplexálás: optikai csatorna → optikai szál). Hullámhossz konverzió nélkül az elvezetés - hullámhossz kiosztás – nyalábolás problémaegyüttes alapvetően új. A nagy alapegység miatt (optikai csatorna 2.5-10Gbps) a kliensrétegbeli nyalábolás jelentősen felértékelődik [M.B. ON’2000]. 4.2.3. Egy új tervezési probléma – hullámhossz-kiosztás A probléma műszaki tartalma: az optikai csatornák átviteli útjainak megvalósításához az egyes utakhoz hullámhosszat kell rendelni. Hullámhosszútról beszélünk, ha egyetlen hullámhossz szolgál az út megvalósítására és virtuális hullámhosszútról, ha optikai tartományban megvalósított hullámhossz konverziót felhasználva több hullámhossz valósítja meg az utat. A probléma az út-hullámhossz összerendelésről szól. Az út-hullámhossz összerendelések során az átlapolódó útszakaszokat hullámhosszban vagy optikai szálban kell elkülöníteni. Bemenő adatok: az optikai csatornákban adott átviteli igények útjai, (a rendelkezésre álló hullámhosszak és optikai szálak száma), hullámhossz konverziós funkcióval ellátott csomópontok. File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

10

A tervezés eredménye: az út-hullámhossz összerendelések. Potenciális célfüggvények és korlátozó szempontok: minimális költség, optimális erőforrás kihasználás. A probléma lehetséges kiterjesztései: Mivel a hullámhosszkiosztás után a nyalábolási probléma megoldása jelentősen egyszerűsödik, továbbá mivel a nyomvonal megválasztása jelentősen befolyásolja a hullámhosszkiosztást és így a nyalábolást is, ezért célszerűnek látszik a három probléma egyesítése és együttes megoldása. Hasonlóságok és különbségek az SDH problémával összevetve: az SDH tervezésben nincs hasonló probléma. Speciális útképzési szabályok mellett (pl. OMSSP gyűrű esetén) a hullámhosszkiosztási problémára egyszerűbb megoldások adhatók [D.M. NOC’99] 4.2.4. Berendezésméretezés és konfigurálás A probléma műszaki tartalma: hasonlóan az SDH problémához, itt is a tipikusan funkcionális alapú hálózati modell és a berendezésmodellek összevetéséből meghatározható berendezésméretezés és konfigurálás a feladat lényege. Bemenő adatok: méretezett hálózat, berendezésmodellek A tervezés eredménye: berendezéskapacitások és konfigurációk Potenciális célfüggvények és korlátozó szempontok: minimális berendezésszám, minimális költség. A probléma lehetséges kiterjesztései: az optikai berendezések egyszerű felépítése miatt optimalizációs jellegű kiterjesztés nem valószínű, megbízhatósági szempontok szerepet játszhatnak. Hasonlóságok és különbségek az SDH problémával összevetve: alapvetően jellegében hasonló, de a várhatóan sokkal egyszerűbb szerkezetű optikai berendezések miatt kevésbé bonyolult probléma, mint SDH esetben. 4.2.5. Átrendezhető tartalékhálózat tervezése, méretezése A probléma műszaki tartalma: OXC alapú helyreállításhoz szükséges többletkapacitások meghatározása. Bemenő adatok: optikai csatornák útjai, hullámhosszkiosztás, optikai szálba nyalábolás, OXC funkciók helyei, hullámhosszkonverziós csomópontok. A tervezés eredménye: tartalékkapacitások és helyreállítási utak Potenciális célfüggvények és korlátozó szempontok: A probléma lehetséges kiterjesztései: több technológiai réteg együttes kezelése lehet egy kiterjesztés [M.G. NOC’98]. Hasonlóságok és különbségek az SDH problémával összevetve: az SDH esetben az átviteli kapacitások költsége dominál, ezért e tartalékok minimalizálása a domináns cél. Optikai hálózatok esetén valószínű, hogy a kapcsolási költség a meghatározó, ez eltérő tervezési modelleket és módszereket igényelhet. Ha hullámhosszkonverzió nincs, akkor minden hullámhossznak egy külön tartalékkapacitás réteg szükséges a hálózatban, ha minden csomópontban van hullámhosszkonverzió, akkor teljes az analógia [F.T. IBCOF’99]. 4.3. Optikai hálózatok tervezésének folyamatai Az optikai hálózatok tervezési folyamatai kapcsán két olyan tényezőt érdemes kiemelnünk, amely a klasszikus tervezési megközelítésektől való eltérésre vezethet. Az egyik ilyen szempont, hogy a hullámhosszkiosztási probléma. Ennek megjelenésével a klasszikus feladatparticionálás (elvezetéstervezés, nyalábolástervezés, berendezésméretezés és konfigurálás) változhat, mivel az File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

11

elvezetés - hullámhosszkiosztás – nyalábolás szorosan összefüggő problémakört alkotva e problémák egyesített megoldását implikálhatja a tervezési folyamatban. A másik befolyásoló tényező hatása nem korlátozódok az optikai hálózatok tervezésére, mégis alapvetően befolyásolhatja azt. Az optikai hálózati réteg megjelenésével párhuzamosan mind szélesebb körben teret hódító IP technológiával együtt négy, részben hasonló hálózati funkciók megvalósítására alkalmas technológia hosszabb távú együttélése prognosztizálható (SDH, ATM, IP, WDM), és technológiai értelemben többrétegű hálózatok tervezésére és üzemeltetésére kell felkészülni. 4.3.1. Tervezés több technológiai rétegből felépülő hálózati környezetben A technológiai többrétegűség alapvetően új tervezési problémaként veti fel, hogy miként lehet a kliens-szerver viszonyban lévő rétegek között a hálózati funkciókat optimálisan megosztani, és a funkciómegosztások alapján az optimális hálózati szerkezeteket kialakítani [P709 D3]. Kézenfekvően adódóik a fentről lefelé haladó rétegenkénti tervezési megközelítés, amikor a kliens rétegek a szerver réteggel szembeni elvárásaikat pont-pont átviteli igények és ezek kielégítésének szabályain keresztül adják meg. Ez a klasszikus megközelítés lehetőséget ad az egyes technológiai rétegek tervezési sajátságainak maximális figyelembevételére, ugyanakkor a hasonló hálózati funkciók optimális megvalósítását jelentősen nehezítheti, például a védelmi és helyreállítási funkciók ilyen jellegű tervezése nemkívánatos redundanciákhoz vezethet. Egy másik lehetséges megközelítés, ha a rétegek tervezésével alulról felfelé haladunk, ekkor a pontosan meghatározott átviteli igények és igénymegvalósítási szabályok ismeretének hiánya korlátozhatja az optimális tervezést. Ugyanakkor az optikai hálózatok nagy kapacitása és viszonylag alacsony fajlagos költsége lehetővé tehet egy paradigmaváltást a tervezésben, és a kapacitástervezés helyett a strukturális és funkcionális tervezésre kerülhet a hangsúly. A harmadik lehetőség a rétegek együttes tervezése. Ez mindenképpen optimálisabb megoldásra vezethet az előbbieknél, de fennáll annak a veszélye, hogy a tervezési szempontból eltérő tulajdonságú kliensek együttes kezelése túlságosan elbonyolítja a folyamatot. A fenti megfontolásokból célszerűen következő kompromisszumként lehet egy iteratív megközelítés, amely mind a felülről lefelé, mind az alulról felfelé haladó tervezési folyamat eredményességét jelentősen javíthatja. 4.3.2. Kapacitásoptimalizálás helyett struktúraoptimalizálás? Több technológiai rétegből felépülő hálózatok tervezése során egy lehetséges megközelítésként az alulról felfelé haladó tervezési folyamat is felmerül. Az eddigi tervezési gyakorlat alapján eretnekségnek tűnhet kliensigények származtatása nélkül egy szerverréteg tervezése, méretezése. Van e realitása egy ilyen megközelítésnek? Ha vetünk egy pillantást 6. ábrára azt láthatjuk, hogy MWTN hálózatra SDH kliens esetén a beruházási költségek több mint kétharmada az SDH réteg költségeiből származik. Ha figyelembe vesszük, hogy az MWTN csomópont költsége optikai rendezői helyett az optikai gyűrűk OADM-eket alkalmaznak, akkor beláthatjuk, hogy az optikai berendezések költsége optikai gyűrűk esetén, SDH klienst feltételezve átlagosan nem haladja meg az összköltség 5-10%-át. A fajlagosan jelentősen olcsóbb optikai kapacitások mellet nem tűnik ésszerűtlennek egy, a hagyományos kapacitásoptimalizálástól eltérő tervezési megközelítés megfontolása. Ez a megközelítés olyan tervezési folyamatot eredményezhet, File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

12

amelyben az eltérő, sokszor nehezen prognosztizálható és dinamikusan változó kliensigényekből kiinduló kapacitásoptimalizálás helyett adott határok között változó kliensigények kiszolgálásra képes hálózatszerkezet kialakítása a cél. Egy ilyen jellegű tervezési megközelítésben például a csomóponti funkciók optimális elhelyezésének, méretezésének problémája felértékelődhet. 4.3.3. A tervezési folyamatok koherenciája A sikeres hálózatfejlesztés és a hatékony beruházás szempontjából kulcsfontosságú, hogy a hálózattervezés különböző időtávlatú folyamatai koherensen illeszkedjenek egymáshoz. Mivel az egyre bonyolódó tervezési problémák mellett ennek biztosítása nem triviális tekintsük át a nem koherens illeszkedés lehetséges okait és az inkoherenciák kiküszöbölésére szolgáló módszereket [P709 D3]. A tervezési lépések (eredmények) inkoherens illeszkedésének egyik alapvető oka a prognózisok és előrejelzések bizonytalansága lehet. A hosszabb időtávra tekintő előrejelzések nagyobb bizonytalansága a kapcsolódó tervezési folyamatok illeszkedésének zavaraihoz vezethet. Ez a veszély alapvetően az igényprognózisoknál jelentkezik, de a költségtrendek és a technológiai fejlődés ütemének előrejelzése kapcsán is felmerül. Az átviteli igények váratlan változásai (különösen új, nagy átviteli kapacitásigényű szolgáltatások megjelenése és gyors elterjedése idején) jelentős zavarokat eredményezhetnek a hálózatfejlesztésben. Az inkoherens illeszkedés másik oka az anyagi erőforrások korlátossága, amely a hálózatfejlesztésre rendelkezésre álló költségvetés változásaiból is eredhet. Ennek következtében bizonyos hálózati erőforrások az eredeti tervekhez képest későbbi időpontban állnak csak rendelkezésre, és ez a beruházások egymásra épülő ütemezésének felborulásához eredményezheti. Az inkoherens illeszkedés harmadik tipikus kategóriája az egyes tervezési periódusok eltérő optimalizálási kritériumaiból és az erőforrásfelhasználás eltérő stratégiájából is származhat (Rövidebb távon általában a minimális bővítés, még hosszabb távon az optimális, rugalmas hálózati szerkezet a domináns szempont). Mindkét kiváltó ok felmerülésének lehetősége az éleződő távközlési piaci versennyel növekszik. A különböző okokból felmerülő illeszkedési inkoherenciák következményei eltérők attól függően, hogy a távlati és a középtávú vagy a középtávú (rövidtávú) fázisok között merültek-e fel. A távlati és középtávú tervezés közti inkoherencia a stratégiai döntéseket gyengíti, illetve eliminálja, de nem befolyásolja közvetlenül a piaci jelenlétet. A stratégiai döntések orientáló erejének időszakos gyöngülése ellentmondásos hálózatszerkezet kialakulására vezethet, és ez többszörös hálózatátrendezéseket, költséges és kockázatos hálózatkonszolidációs beavatkozásokat eredményezhet. A középtávú és rövidtávú tervezési folyamatok illeszkedési zavarainak folyománya lehet, hogy bizonyos átviteli igények csak részben vagy egyáltalán nem elégíthetők ki a tervezett időpontban, ami a piaci jelenlétre, a szolgáltatásokra, illetve azok minőségre is közvetlenül hatással lehet. Az inkoherens folyamatokat előidéző okokat és az inkoherencia felszámolásához szükséges intézkedéseket a 3. és 4. táblázat foglalja össze.

5. Az optikai hálózati technológia bevezetésének néhány stratégiai aspektusa A WDM hálózati térhódítása, az önálló optikai réteg megjelenése jellegében új folyamatot jelent, hiszen az eddig tipikusan technológiaváltás jelleggel végbemenő változásokhoz (analóg – digitális kapcsolástechnika, PDH – SDH) képest ez az új File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

13

technológia additív, kiegészítő jelleggel, kliens-szerver viszonyban szemlélve a hálózatot új szerverréteg kialakítása kapcsán jelenik meg. A megjelenés jellegét az is befolyásolja, hogy a technológia jelenlegi fejlettségi szintjéből adódóan csak korlátozott mértékben képes a meglévő hálózati funkciók átvételére. Ez a tény azonban a megjelenés jellege mellett a bevezetési folyamatok szempontjából is jelentős hatással bír, mert az optikai hálózati réteg kialakítása során arra kell felkészülni, hogy ez az új hálózati réteg csak fokozatosan veszi át, egészíti ki a más rétegekben már megvalósított hálózati funkciókat. A bevezetés stratégiáját ebben az esetben alapvetően az optikai rétegtől rövidebb és hosszabb távon elvárt előnyökből, az optikai réteg kialakítását motiváló hajtóerőkből és kényszerekből lehet származtatni. Az alábbiakban négy olyan motivációs tényezőt foglalunk össze a hozzá illeszkedő bevezetési stratégia alapvető megfontolásaival, amely tényezők a gyakorlatban egyidejűleg jelen lehetnek, és valamilyen súlyozott kombinációban határozzák meg a tényleges stratégiai döntéseket. Az optikai hálózati réteg kialakításának alapvető motivációját adhatja az optikai infrastruktúra szűkössége, a meglévő optikai kábelhálózat biztosította sávszélességnek csak töredékét kihasználó egyetlen hullámhosszt használó optikai pont-pont rendszerek lecserélése. Ebben az esetben rövidtávon a pont-pont WDM rendszerek alkalmazása, és nem transzparens hálózati megoldások kaphatnak teret (pl. CS gyűrű), mert a szükséges berendezések és hálózati megoldások gyakorlatilag rendelkezésre állnak. A technológiaváltások kapcsán kialakult klasszikus terminológiával élve egy viszonylag lassú ütemű fejlesztésben kisebb-nagyobb szigetek alakíthatók ki, amelyek nem transzparens jelleggel lehetnek összekapcsolva. Az optikai technológia nyújtotta kedvezőbb üzemeltetési jellemzők (nagyobb megbízhatóság, egyszerű védelem optikai rétegben, kisebb üzemeltetési költségek) szintén motiválhatják az optikai hálózati réteg kialakítását, amihez társulhat az, hogy az új hálózati réteg nyújtotta lehetőségek alkalmat adhatnak a meglévő szolgáltatások minőségének javítása (pl. PSTN két út SDH rétegben, OCP vagy OMS védelem optikai rétegben). Ebben az esetben az optikai hálózati réteg kialakításának az előzőnél gyorsabb üteműnek kell lennie, és ki kell terjednie az egész hálózatra, mert a várt előnyök meghatározó mértékben csak a széleskörű alkalmazásból származnak. A megoldáshoz nem transzparens és transzparens architektúrák egyaránt felhasználhatók, a bevezetés az egész hálózatot lefedő jellegű. A harmadik bevezetési megközelítés az új szolgáltatások (transzparens hullámhossz alapú szolgáltatások, tranzitösszeköttetések hullámhossz szinten) bevezetéséből származtatható. Ekkor alapvetően transzparens architektúrák alkalmazásával, sziget jelleggel folyhat az optikai réteg kialakítása, a szigeteket vékony lefedés jellegű hálózatrészekkel kötve össze. Az optikai hálózati réteg kialakításának és fejlesztésének általános stratégiai vonatkozásait [P615 D3] tárgyalja.

6. Összefoglalás, végkövetkeztetések A hullámhossz-multiplexáláson alapuló optikai hálózati réteg kialakítása számos előnyt kínál a hálózatüzemeltetők és távközlési szolgáltatók számára. Az előnyök között meghatározó a meglévő optikai kábelhálózat biztosította sávszélesség jobb kihasználása, és az egyszerűbb, megbízhatóbb, fajlagosan olcsóban megvalósítható és üzemeltethető hálózati funkciók. Az új technológia tervezési szempontból az SDH-WDM analógiák alapján közelíthető meg, ugyanakkor új problémákat is felvet, mint a hullámhossz kiosztás és a többrétegű hálózatok tervezése. File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

14

Az optikai hálózati réteg kialakítását meghatározó stratégiák összetett motivációkból vezethetők le, és a bevezetési folyamatokat lényegesen befolyásolhatja a technológia aktuális fejlettsége és prognosztizálható fejlődési üteme. Az optikai hálózati réteg kialakítását megelőző felkészülési szakaszban elengedhetetlen a folyamat stratégiai megközelítése és a tervezési támogatottság megteremtése. Az optikai hálózati réteg kialakítása számos előnyt kínál, de ezek az előnyök csak megfelelően megalapozott bevezetési és fejlesztési folyamatokban aknázhatók ki optimálisan.

7. Irodalomjegyzék Projektek zárótanulmányai [P615 D1] [P615 D1

[P615 D3] [P709 D1] [P709 D2] [P709 D3]

M. O. van Deventer (editor) Deliverable 1 of EURESCOM Project P615 Understanding optical architecture, see: www.eurescom.de ]T. Jakab (editor): Promising Optical Ring Architectures - Comparison of Reference Configuration Models, Deliverable 2 of EURESCOM Project P615 Evaluation towards an Optical Network Layer, for full publication, September 1998, see www.eurescom.de M. Schiess (editor) Deliverable 3 of EURESCOM Project P615 Guidelines for the introduction of optical network functions, see www.eurescom.de J. Chawki (editor) Deliverable 1 of EURESCOM Project P709 Considerations on optical network architectures: Functionalities, configurations and client signals, , see: www.eurescom.de J. Ramos (editor)Deliverable 2 of EURESCOM Project P709 Basic factors influencing optical networks, , see: www.eurescom.de R. Clemente (editor): Planning of Full Optical Networks, Deliverable 3 of EURESCOM Project P709 Planning full optical networks, for full publication, November 1999, see www.eurescom.de

Hivatkozott publikációk [M.S. NOC’98]

M. Schiess, R. S. Grant, L. Cucala, J. van der Tol, Chr. Zimmer: Introduction Scenarios for Optical Network Architectures - Results from EURESCOM P615, Proc. NOC’98, Vol. 3, pp. 251-258, June 1998., Manchester UK [R.G. DRCN’98] R. Grant: Optical protection in a WDM ring: from functional model to implementation Proc. of DRCN'98 Ref. IL1, May, 1998, Brugge, Belgium [J.T. ICTS’98] T. Jakab, D. Arato, A. Hamel: Availability Modelling and Analysis of Optical Transmission Network Architecture, 6th Int. Conf. on Telecomm.Systems, Proc. pp 372-387, March 1998, Nashville, TN, USA [J.T. DRCN’98] T. Jakab, D. Arató, D. D. Marcenac: Availability Analysis of Some Optical Ring Network Architectures - Results from EURESCOM P615 Project, Proc. of DRCN'98, Ref. O43, May, 1998, Brugge, Belgium [J.T. NETWORKS’98] T. Jakab, D.Arató, A. Ruiz Cantera: Cost Efficient Optical Ring Architectures - Results from EURESCOM P615 Project, Proceedings of Networks’98 pp 371-376, 18-23 Oct. 1998, Sorrento, Italy [F.T. IBCOF’99] F. Tillerot, “Optical layer restoration and protection” IBC Optical networking Forum ’99, Amsterdam, May 1999 [D.M. NOC’99] D. Marcenac et al., “Practical benefits of 4-fibre WDM rings with realistic dynamic traffic” NOC’99, Delft, June 1999 [D.M. NOC’99] D. Marcenac et al. “Transparency in WDM systems” NOC’99, Delft, June 1999 [A.D. WON’2000] A. Daurell, "A mixed integer programming model for inter-sub-network demand routing in hybrid SDH/WDM networks" Workshop on Optical Networks, Dallas, January 2000 [M.B. WON’2000] M. Bettin, “Grooming of tributary traffic to optical networks: planning problems and algorithms” Workshop on Optical Networks, Dallas, January 2000 [A.D. INFORMS’2000] A. Daurell, N. Gómez et al., “A mixed integer programming model for intersub-network dimensioning“ INFORMS’2000, Florida, March 2000 [M.G. NOC’98] M. Gryeesels, R. Clemente, P. Demeester: Protection strategies for SDH-overWDM multilayer networks, Proc of NOC’98, Vol. 2, pp.156-163, June 1998. Manchester UK File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

15

További kapcsolódó publikációk M. O. van Deventer, J. Ramos, L. Blain, R. Grant, B. Skjoldstrup: Node functionalities and architectures for the optical network layer, results from EURESCOM P615, Proceedings of the European Conference on Networks and Optical Communications 1997, vol. Broadband Access Networks, pp. 34-41. T, Jakab, M. Schiess: Techno-economical analysis of optical network architectures and their introduction into today’s networks, Proceedings of the European Conference on Networks and Optical Communications 1997, vol. Broadband Access Networks, pp 42-46. T. Jakab, D. Arató, P. Fonseca, J. Orfanos, A. Ruiz Cantera, M. Luyten, D.D Marcenac, A. Hamel “Techno-economical analysis of some optical network architecture, results from EURESCOM P615 project”, Invited Paper, Proc of NOC’98, Vol. 3, pp.227-234, June 1998., Manchester UK D. Marcenac et al., “Practical benefits of 4-fibre WDM rings with realistic traffic”. OFC ’99, San Diego, March 1999 T. Jakab, D. Arató, E. Kállay: Availability Analysis of Optical Network Architectures, accepted paper, DRCN'2000, Ref. P47, April 2000, Munich, Germany


16

8. Ábrák

SNI: subnetwork interface CS: client systems

0.

ábra

Transzparens optikai alhálózatok összekapcsolása

SDH védelem alkalmazása

Elektronikus védelem és optikai útképzés Optikai védelem és optikai útképzés

Elektronikus védelem és elektronikus útképzés

SDH védelem nem alkalmazható

Optikai védelem és elektronikus útképzés

Jelen

idõ

1. ábra Az optikai hálózati réteg kialakításának a technológiai fejlődés ütemétől függően lehetséges lépései A

D

B

C

A

D

B

C

2. ábra Osztott optikai multiplex szakasz védett gyűrű hibamentes, és szakaszhibás állapotban File: C:\JakabM\Apu web pages\Papers\2000\MaTavk2000.doc Harmadik változat, 2000. február 24. Jakab Tivadar

17

OXC-k

hangolható szûrõk

hangolható adó

DXC

hangolható vevõ

beléptetés

3. ábra Többhullámhosszú szerkezete SDH kliens esetén

kiléptetés

szövevényes

OADM

hálózat

(MWTN)

csomóponti

SDH ADM

4. ábra Színezett multiplex szakaszokból felépülő (CS) gyűrű szerkezete és üzemi útképzése


18

CSR

100.00%

OMS-SP STM64

90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00%

5. ábra Optikai szálmegtakarítás különböző igényminták esetén (referencia az STM-16-os SDH gyűrű) 16

Infrastruktúra

14

Optikai ber.

12

SDH ber.

Költség )

10 8 6 4 2 0 SDH

MWTN

SDH MWTN ötszörös igénynagyság 6. ábra DXC alapú SDH és optikai MWTN szövevény beruházási költségének összetevői különböző kapacitású igényminták esetén


19

N8_UN_H

N8_HU_H

N8_NN_H

N5_UN_H

N5_HU_H

N5_NN_H

N8_UN_N

N8_HU_N

N8_NN_N

N5_UN_N

N5_HU_N

N5_NN_N

40.00%

7.0000E-05

6.0000E-05

5.0000E-05

DTR

4.0000E-05

1 szakasz 2 szakasz

3.0000E-05

SDH MSSP

2.0000E-05

1.0000E-05

0.0000E+00

MSSP

CSR

CSRREO

OMSSP

OMSSP t

OMSSP a

OMSSP lte OMSSP all

7. ábra 1 STM-1 kapacitású átviteli út rendelkezésre állása 6 csomópontos gyűrűkben 14 12

SDH MSSP OMSSP

Idõ [ms]

10 8 6 4 2 0

Csp. hiba

Kétirányû kapcsolat hibája

Egyirányú kapcsolat hibája

Egyirányú jelminõség romlás

8. ábra Elektronikus (SDH) és optikai (WDM) rétegben implementált MSSP séma védelmi átkapcsolási idői, különböző hibák esetén


20

Architektúra

Útképzés

Védelem

Csomóponti berendezések1

Jellemzés

Colored Section gyűrű

elektronikus (SDH) és optikai

lineáris multiplex szakasz védelem (SDH)

SDH ADM

csak SDH kliens számára

OMSSP gyűrű

optikai

optikai osztott multiplex szakasz védelem

SDH ADM vagy DXC

OADM

transzparens

OADM optikai kapcsolók

MWTN szövevény

optikai

1. táblázat

optikai csatorna szintű helyreállítás

SDH DXC

transzparens

optikai XC

Az elemzésbe bevont optikai architektúrák főbb jellemzői jellemző

SDH

WDM

átviteli igény

VC-n

optikai csatorna

csomóponti funkciók (berendezések)

végmultiplexer

hullámhossz-multiplexer

digitális rendező (DXC)

optikai rendező (OXC)

leágazó multiplexer (ADM)

optikai leágazó multiplexer (OADM)

regenerátor (reg.)

regenerátor (O/E/O, 3R)

DXC alapú szövevény

OXC alapú szövevény

SNCP-DP gyűrű

OCH-DP gyűrű

MS-SP gyűrű

OMS-SP gyűrű

lineáris SNCP (1+1, 1:1)

lineáris OCHP(1+1, 1:1)

SNCP-DP gyűrű

OCH-DP gyűrű

MS-SP gyűrű

OMS-SP gyűrű

helyreállítás

DXC alapú alacsonyabb vagy magasabb útrétegben

OXC alapú WP vagy VWP rétegben

multiplexálás

n-szer VC-4-ből STM-n multiplex rendszer

w darab OCH –ból w hullámhosszból álló OMS

hálózati szerkezet

többszintű hierarchikus

többszintű hierarchikus

architektúrák

védelem

2. táblázat

Az SDH és WDM technológia összehasonlítása tervezési szempontból

Inkoherencia oka előrejelzések bizonytalansága

Hol jelentkezik? távlati – középtávú középtávú – rövidtávú korlátozott költségvetés távlati – középtávú eltérő optimalizálási kritériumok távlati – középtávú eltérő erőforrásfelhasználási stratégiák távlati – középtávú középtávú – rövidtávú 3. táblázat Tervezési folyamatok inkoherens illeszkedésének okai 1

SDH klienst feltételezve


21

Inkoherencia oka előrejelzések bizonytalansága korlátozott költségvetés eltérő optimalizálási kritériumok eltérő erőforrásfelhasználási stratégiák

4. táblázat

Megelőző intézkedés az előrejelzési módszerek javítása, az időtávlatok rövidítése a hálózatfejlesztési folyamatok tökéletesítése hálózatátrendezés -

Korrigáló intézkedés kockázati analízis -

a hálózatfejlesztési folyadinamikus matok tökéletesítése igénynövekedési az időtávlatok rövidítése modellek hálózatátrendezés egyszerűbb hálózati megoldások preferálása Tervezési folyamatok inkoherens illeszkedésének kiküszöbölésére szolgáló intézkedések


22

Hullámhossz-multiplexálás alapú optikai transzporthálózatok tervezése

Recommend Documents