Συγχρονισμένο Οπτικό Δίκτυο (Synchronous Optical Network, SONET) Δεύτερο Μέρος

Στοιχεία Δικτύωσης SONET Αν και τα στοιχεία δικτύων (network elements, NEs) είναι συμβατά στο επίπεδο OC-n, εντούτοις μπορούν να διαφέρουν στα χαρακτηριστικά γνωρίσματα τους από προμηθευτή σε προμηθευτή. Η τεχνολογία SONET δεν περιορίζει τους κατασκευαστές στο να παρέχουν ένα και μοναδικό τύπο προϊόντος, ούτε μάλιστα απαιτεί να παρέχουν και όλους τους τύπους. Παραδείγματος χάριν, ένας προμηθευτής μπορεί να προσφέρει στην αγορά έναν add/drop multiplexer με πρόσβαση στο DS-1 μόνο, ενώ ένας άλλος προμηθευτής να προσφέρει ταυτόχρονη πρόσβαση στο DS-1-rate και στο DS-3-rate.

Τα στοιχεία Δικτύωσης του SONET

Add/Drop Multiplexer (ADM) Ένας multiplexer/demultiplexer μιας φάσης μπορεί να κάνει πολυπλεξία διαφόρων σημάτων input σε ένα σήμα OC-n. Όμως στην μεριά του add/drop, μόνο εκείνα τα σήματα στα οποία χρειάζεται να γίνει πρόσβαση μπορούν να εισαχθούν ή να απορριφθούν. Η υπόλοιπη κυκλοφορία συνεχίζεται μέσω των δικτυακών συσκευών χωρίς να υπάρχει απαίτηση να υπάρχουν ειδικές μονάδες διέλευσης ή επεξεργασίας σήματος. Σε διάφορες εφαρμογές μικρού βεληνεκούς ένα ADM μπορεί να χρησιμοποιείται και να ενσωματώνεται σε ένα τελικό σημείο του δικτύου (δηλαδή κάποιο Η/Υ ή ένα τερματικό) ή σε οποιαδήποτε άλλη μεσάζουσα θέση για την παγίωση της κυκλοφορίας σε τοποθεσίες κόμβων αρκετά μακριά η μια από την άλλη. Ένα ADM μπορεί επίσης να μορφοποιηθεί ως ένας "βιώσιμος δακτύλιος" (survivable ring).

Η διαδικασία Drop and Repeat Το SONET επιτρέπει την χρήση της διαδικασίας drop and repeat (που συνήθως ή αλλιώς ονομάζεται drop and continue), η οποία διαδικασία είναι μια βασική δυνατότητα ιδιαίτερα σε εφαρμογές τηλεφωνίας και καλωδιακής τηλεόρασης. Με την διαδικασία drop and repeat, ένα σήμα σταματά σε έναν κόμβο, αναπαράγεται, και στέλνεται έπειτα στον επόμενο κόμβο και σε επόμενους γενικά κόμβους με την ίδια μεθοδολογία Στις εφαρμογές ικανότητας επιβίωσης δακτυλίων, (ring-survivability applications) η διαδικασία drop and repeat παρέχει μια εναλλακτική δρομολόγηση για την δικτυακή κυκλοφορία που περνά μέσω της διασύνδεσης δύο ή περισσότερων δακτυλίων με την μορφοποίηση που ονομάζεται “matched-nodes”. Εάν η σύνδεση δεν μπορεί να γίνει δια μέσω ενός από τους κόμβους, τότε το σήμα επαναλαμβάνεται και διοχετεύεται κατά μήκος μιας εναλλακτικής διαδρομής στον κόμβο προορισμού.

Η διαδικασία Drop and Repeat-Συνέχεια Στις εφαρμογές κατανεμημένων πολλαπλών κόμβων, ένα κανάλι μετάδοσης μπορεί αποτελεσματικά να μεταφέρει την δικτυακή κυκλοφορία μεταξύ αυτών των πολλαπλών κόμβων. Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση video, κάθε κανάλι προγραμματισμού παραδίδεται (δηλαδή κάνει drop) στον κόμβο και επαναλαμβάνεται (δηλαδή κάνει repeat) για την παράδοσή του στους επόμενους κόμβους. Δεν χρειάζεται όλο το εύρος ζώνης (δηλαδή τα προγραμματισμένα κανάλια) να τερματίζεται σε όλους τους κόμβους. Κανάλια μη-τερματιζόμενα σε κάποιο κόμβο μπορεί να περάσουν δια μέσω αυτού του κόμβου χωρίς κάποια φυσική επέμβαση στην συγκεκριμένη συσκευή.

Διαδικασία ευρυζωνικής ψηφιακής διασύνδεσης (Broadband Digital Cross-Connect) Μια SONET διαδικασία ψηφιακής διασύνδεσης δέχεται τις διάφορες οπτικές μεταδώσεις, έχει πρόσβαση στα σήματα STS-1 και κάνει switching σε αυτό το επίπεδο. Η χρήση της είναι ιδανική σε ένα SONET-Hub. Μια βασική διαφορά μεταξύ της πολυπλεξίας cross-connect και της πολυπλεξίας add-drop είναι ότι η cross-connect μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συνδέσει έναν αρκετά μεγαλύτερο αριθμό από STS-1s. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον "καλλωπισμό" (δηλαδή την παγίωση ή τον διαχωρισμό) των STS1’s ή επίσης και για την διαχείριση της ευρυζωνικής κυκλοφορίας. Παραδείγματος χάριν, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαχωρίσει την κυκλοφορία υψηλού εύρους ζώνης από την κυκλοφορία χαμηλού εύρους ζώνης και να τις στείλει ξεχωριστά στο switch υψηλού εύρους ζώνης (παραδείγματος χάριν βίντεο) και στο switch χαμηλού εύρους ζώνης ((παραδείγματος χάριν φωνή). Είναι το συγχρονισμένο αντίστοιχο ενός DS-3 digital cross-connect και υποστηρίζει δικτυακές αρχιτεκτονικές με hub.

Διαδικασία υπερ-ευρυζωνικής ψηφιακής διασύνδεσης (Wideband Digital Cross-Connect) Αυτός ο τύπος είναι παρόμοιος με την διαδικασία ευρυζωνικής ψηφιακής διασύνδεσης εκτός από το ότι το switching γίνεται στο επίπεδο των VT (δηλαδή παρόμοια με τα επίπεδα DS-1/DS-2). Είναι παρόμοιο με ένα DS-3/1 cross-connect επειδή δέχεται DS-1s και DS-3s, και είναι εξοπλισμένο με τις οπτικές διεπαφές για να δεχτούν τα οπτικά σήματα μεταφορέων. Είναι κατάλληλο για τις εφαρμογές DS-1 καλλωπισμού επιπέδων στις θέσεις που βρίσκονται τα hubs. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της υπερ-ευρυζωνικής ψηφιακής διασύνδεσης είναι ότι απαιτείται λιγότερο de-multiplexing και multiplexing επειδή προσεγγίζονται ή μεταγάγονται μόνο τα απαραίτητα υπο-κανάλια .

Η ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΜΗ-ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Παραδοσιακά, τα συστήματα μετάδοσης είναι ασύγχρονα, με κάθε τερματικό στο δίκτυο που τρέχει με βάση το δικό του ρολόι. Στην ψηφιακή μετάδοση, "η χρονομέτρηση" είναι μια από τις σημαντικότερες εκτιμήσεις. Η χρονομέτρηση σημαίνει μια σειρά από επαναλαμβανόμενους παλμούς με σκοπό να κρατήσουμε σταθερό το bit-rate των δεδομένων και να υποδείξουμε εάν τα δυαδικά ρεύματα των σημάτων πραγματικά περιέχονται σε ένα ρεύμα δεδομένων. Δεδομένου ότι αυτά τα ρολόγια των τερματικών σταθμών τρέχουν ανεξάρτητα και δεν είναι συγχρονισμένα, υπάρχουν μεγάλες διασπορές που εμφανίζονται στην συχνότητα των ρολογιών και στο data-rate των διαφόρων ρευμάτων δεδομένων στο δίκτυο. Παραδείγματος χάριν, ένα σήμα DS-3 το οποίο είναι διαμορφωμένο σε συχνότητα 44.736 Mbps + 20 PPM (μέρη ανά εκατομμύριο) μπορεί να παραγάγει μια διασπορά μέχρι και 1789 bps μεταξύ του ενός εισερχόμενου DS-3 σε σχέση με ένα άλλο. Η ασύγχρονη πολυπλεξία χρησιμοποιεί πολλαπλά στάδια. Όταν τα σήματα όπως π.χ. τα ασύγχρονα DS-1 πολύ-πλέκονται, τότε προστίθενται μερικά bits (αυτό λέγεται bit-stuffing) για να αποτελέσουν τρόπους ανίχνευσης της διασποράς κάθε ξεχωριστού ρεύματος δεδομένων και συνδυάζονται με άλλα bits (δηλαδή τα bits των πλαισίων) για να διαμορφώσουν ένα σήμα DS-2. Η διαδικασία του Bit-stuffing χρησιμοποιείται επίσης για να γίνει πολυπλεξία σε σήμα DS-3. Τα σήματα DS-1 δεν είναι ούτε ορατά ούτε προσιτά μέσα σε ένα πλαίσιο DS-3. Τα σήματα DS-3 πολυ-πλέκονται σε υψηλότερα bit-rates με τον ίδιο ακριβώς τρόπο.

Η ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΜΗ-ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΥ-ΣΥΝΕΧΕΙΑ Στα υψηλότερα ασύγχρονα rates τα σήματα μετάδοσης δεν μπορούν να προσεγγιστούν χωρίς αποπολυπλεξία. Σε ένα συγχρονισμένο σύστημα, όπως είναι το SONET, η μέση συχνότητα όλων των ρολογιών μέσα το σύστημα πρέπει να είναι η ίδια (δηλαδή να υπάρχει συγχρονισμός) ή σχεδόν η ίδια (δηλαδή αυτό που ονομάζεται plesiochronous σύστημα). Κάθε ρολόι μπορεί να τροφοδοτείται με μια ιδιαίτερα σταθερή μπαταρία ανεφοδιασμού. Κατά συνέπεια, το rate του STS-1 παραμένει κανονικά σε μια συχνότητα 51,84 Mbps, επιτρέποντας σε πολλά συγχρονισμένα STS-1 σήματα που συσωρεύονται όταν πολυπλέκονται μαζί χωρίς την ύπαρξη οποιουδήποτε bit-stuffing. Κατά συνέπεια, τα σήματα STS-1 προσεγγίζονται εύκολα σε ένα υψηλότερο rate STS-n. Τα χαμηλής συχνότητας σήματα των εικονικών υποκαναλιών (VT) είναι επίσης απλά ως προς την παρεμβολή τους και την μετάδοσή τους με υψηλότερες συχνότητες. Στις χαμηλές ταχύτητες, τα DS-1 μεταδίδονται με συγχρονισμένα σήματα VT-1.5 και με ένα σταθερό rate συχνότητας 1.728 Mbps. Η πολυπλεξία ενός βήματος μέχρι και το επίπεδο του STS-1 δεν απαιτεί bit stuffing και τα VTs προσεγγίζονται εύκολα. Επίσης υπάρχουν και διάφοροι δείκτες οι οποίοι προσαρμόζουν τις διαφορές στις συχνότητες σε σχέση με την πηγή αναφοράς και την φάση της και αποτρέπουν διασπορές συχνοτήτων λόγω αποτυχιών συγχρονισμού.

Ιεραρχία Συγχρονισμού Τα ψηφιακά switches και τα ψηφιακά συστήματα διασύνδεσης υιοθετούνται συνήθως σε μια ιεραρχία συγχρονισμού ψηφιακών δικτύων. Το δίκτυο οργανώνεται με μια δομή οργάνωσης του τύπου master-slave με τα ρολόγια των κόμβων πιό υψηλού επιπέδου να τροφοδοτούν σήματα συγχρονισμού στα ρολόγια των κόμβων των χαμηλότερων επιπέδων. Όλοι οι κόμβοι μπορούν να επισημανθούν σε σχέση με μια αρχική αναφορά μια πηγής η οποία έχει ένα ρολόι υψηλής πιστότητας, σταθερότητας και ακρίβειας. Τα λιγότερο σταθερά ρολόγια είναι επαρκή ώστε να υποστηρίξουν τους "χαμηλότερους σε συχνότητα" κόμβους. Το δίκτυο στο επόμενο σχήμα επεξηγεί την ιεραρχία συγχρονισμού ψηφιακών δικτύων, με όλα τα ρολόγια να λειτουργούν κανονικά στην ίδια συχνότητα σε σχέση με την πηγή αναφοράς. Ένα μεγάλο δίκτυο μπορεί να περιλάβει τη διασύνδεση πολλών τέτοιων συστάδων κόμβων, όπου ο κάθε ένας λειτουργεί με συχνότητα plesiochronous.

Διάγραμμα Ιεραρχίας Συγχρονισμού

Συγχρονισμός στο SONET

Συγχρονισμός στο SONET-Συνέχεια Το εσωτερικό ρολόι ενός τερματικού SONET μπορεί να αντλήσει το σήμα συγχρονισμού του από μια γεννήτρια κτήσης ολοκληρωμένου συγχρονισμού (building integrated timing supply, BITS) που χρησιμοποιείται στα συστήματα switching αλλά και σε άλλα συστήματα δικτύωσης. Κατά συνέπεια, αυτό το συγκεκριμένο τερματικό θα χρησιμεύσει ως ένας master για άλλους κόμβους SONET, προσφέροντας ένα σήμα εξόδου OC-n. Οι υπόλοιποι κόμβοι SONET θα λειτουργήσουν υπο την μορφή slave η οποία ονομάζεται χαρακτηριστικά "μορφή συγχρονισμού βρόχων" με τα εσωτερικά ρολόγια τους να συγχρονίζονται σε σχέση με το εισερχόμενο σήμα Oc-n. Τα παρόντα standards έως σήμερα διευκρινίζουν ότι ένα δίκτυο SONET πρέπει να είναι σε θέση να παραγάγει μόνο του το συγχρονισμό του από ένα ρολόι του στρώματος -3 (Stratum 3 ) ή από ένα ρολόι στρώματος υψηλότερου από 3.

ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ SONET

Πολυσημειακές Διαμορφώσεις (Multipoint Configurations)

Πολυσημειακές Διαμορφώσεις (Multipoint Configurations) Τα περισσότερα υπάρχοντα ασύγχρονα συστήματα είναι μόνο κατάλληλα για point-to-point, ενώ η τεχνολογία SONET υποστηρίζει και πολυσημειακές διαμορφώσεις ή διαμορφώσεις των hubs. Ένα hub είναι μια ενδιάμεση περιοχή ή ένας ενδιάμεσος σταθμός μέσα από τον οποίο η κυκλοφορία διανέμεται σε τρία ή περισσότερα σημεία. Το hub επιτρέπει στους τέσσερις κόμβους να επικοινωνήσουν μεταξύ τους ως ένα ενιαίο δίκτυο αντί σαν τρία χωριστά συστημάτων. Το Hubbing μειώνει τις απαιτήσεις για back-to-back multiplexing και de-multiplexing, και βοηθά στο να αντιληφθούμε τα πλεονεκτήματα του καλλωπισμού της κυκλοφορίας (traffic grooming). Με αυτό τον τρόπο, οι προμηθευτές δικτύων δεν χρειάζεται πλέον να είναι οι ιδιοκτήτες και να παρέχουν υποστήριξη ως αφορά τον εξοπλισμό που βρίσκεται (δηλαδή τοποθετείται) στους διάφορους τερματικούς σταθμούς (π.χ. hubs που τοποθετούνται σε κάποιο οικιακό δίκτυο). Μια πολυσημειακή εφαρμογή επιτρέπει στο OC-n να διασυνδέει και τέτοιυ είδους δίκτυα, επιτρέποντας στους προμηθευτές δικτύων και τους πελάτες τους να βελτιστοποιήσουν αυτή την κοινή κατά κάποιο τρόπο δικτυακή υποδομή του SONET όσον αφορά την χρήση του.

Καλλωπισμός της κυκλοφορίας (Traffic Grooming) Ο καλλωπισμός αναφέρεται είτε στην παγίωση είτε το διαχωρισμό της κυκλοφορίας για να κάνει αποδοτικότερη την χρήση κάποιων λειτουργιών και αποδοτικότερη την χρήση του δικτυακού εξοπλισμού. Από την άλλη πλευρά υπάρχει και η έννοια της σταθεροποίησης της κυκλοφορίας. Η σταθεροποίηση σημαίνει ότι σύνθεση της κυκλοφορίας από διαφορετικές θέσεις σε μια συσκευή. Στο προηγούμενο σχήμα, παραδείγματος χάριν, οι συνδέσεις οπτικών ινών από τον κόμβο Α στον κόμβο C και από τον κόμβο Β στον κόμβο C είναι και οι δύο μη-βέλτιστες όσον αφορά την χρήση τους. Αντί της σύνδεσης δύο οπτικών ινών από τον κόμβο Α στον κόμβο D, η δικτυακή κυκλοφορία παγιώνεται κατά μήκος μιας οπτικής ίνας προς τον κόμβο D, που μεγιστοποιεί τη χρησιμοποίηση των εγκαταστάσεων.

Διαχωρισμός της κυκλοφορίας Ο διαχωρισμός είναι ο χωρισμός της κυκλοφορίας. Παραδείγματος χάριν, η κυκλοφορία από τον κόμβο D πρέπει να πάει στους κόμβους Α και Β. Με τα υπάρχοντα συστήματα, η δυσκίνητη τεχνική της προς-τα-πίσω μεταφοράς (backhauling) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μειώσει τη δαπάνη του επαναλαμβανόμενου multiplexing και de-multiplexing. Κατά συνέπεια, η κυκλοφορία για τον κόμβο Β μεταφέρεται μετά από τον κόμβο C προς τον κόμβο Α. Η δικτυακή κυκλοφορία για τον κόμβο Α επιρρίπτεται κανονικά ενώ η δικτυακή κυκλοφορία για τον κόμβο Β δρομολογείται πίσω, δηλαδή προς τον κόμβο C χρησιμοποιώντας την πλεονάζουσα χωρητικότητα της ίνας και με αυτό τον τρόπο φθάνει στον τελικό προορισμό της (δηλαδή στον κόμβο Β). Ο καλλωπισμός αποβάλλει τις ανεπαρκείς τεχνικές όπως είναι η προς-τα-πίσω-μεταφορά. Είναι δυνατό να καλλωπίσουμε την κυκλοφορία σε ασύγχρονα συστήματα, εντούτοις για να το κάνουμε απαιτείται μεγάλο κόστος λόγω της χρήσης των back-to-back διαμορφώσεων και της χρήσης των DSX-panels τα οποία χρησιμοποιούνται με χειρονακτική διαχείριση (δηλαδή δεν είναι αυτοματοποιημένα).

Διαχωρισμός της κυκλοφορίας -Συνέχεια Αντιθέτως, ένα σύστημα SONET μπορεί να διαχωρίσει την κυκλοφορία είτε σε επίπεδο STS-1 είτε σε VT επίπεδο για να την στείλει στους κατάλληλους κόμβους. Ο καλλωπισμός της κυκλοφορίας μπορεί επίσης να παρέχει αυτόματα τον διαχωρισμό των υπηρεσιών. Παραδείγματος χάριν, σε μια συγκεκριμένη σύνδεση ενός δικτυακού σημείου, μια εισερχόμενη γραμμή SONET μπορεί να περιέχει όλους τους διαφορετικούς τύπους traffic, (switched voice, data, ή video). Ένα δίκτυο SONET μπορεί βολικά να διαχωρίσει την μεταστρεφόμενη και τη μη-μεταγαγόμενη κυκλοφορία.