Optikai hálózati megoldások Ígéretes optikai architektúrák Jakab Tivadar Budapesti Mûszaki Egyetem Híradástechnikai Tanszék E-mail: jakab@hit.bme.hu Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 1
Célkítûzés az optikai hálózati technológiából származó lehetséges elõnyök számbavétele elõnyös tulajdonságokkal rendelkezõ optikai hálózati architektúrák bemutatása klasszikus SDH és új optikai átviteli hálózati architektúrák gazdasági-mûszaki összehasonlító elemzése az optikai hálózati architektúrákkal gerinchálózati és nagyvárosi környezetben elérhetõ elõnyök összefoglalása optikai hálózatok tervezésének néhány lényeges szempontja EURESCOM P615 és P709 projektek eredményei Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 2
Az SDH átviteli hálózatok felismerhetõ korlátai a rendelkezésre álló optikai szálak sávszélességének csak töredékét képesek kihasználni (egyetlen hullámhossz) a robbanásszerû átviteli kapacitásigény növekedést a technológia nem képes hatékonyan követni kapacitáskihasználsái korlátok gyûrûkben kapacitásbõvítési nehézségek telítés határára került gyûrûkben Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 3
Optikai hálózati réteg Mi változhat és mi marad változatlan? változatlan alapvetõ hálózati funkciók alapelvei (védelem, útképzés) hálózati szerkezet (részhálózatok hierarchiájára épül) átviendõ információ döntöen elektronikus formában újdonságok komponensek, berendezések, hálózati funkciók imple-mentálása, passzív elemek meghatározó súlya Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 4
Az optikai hálózati technológia térhódításától várható elõnyök az optikai szálak sávszélességének többszörös kihasználása: WDM - hullámhossz-multiplexálás hálózati szinten többlet átviteli kepacitás viszonylag kis komplexitásnövekedés mellett kis megbízhatósági többletkockázat mellett - a döntõen passzív optikai elemek nagy megbízhatóságúak viszonylag kis többletköltség mellett - a döntõen passzív optikai elemek viszonylag olcsóak az optikai hálózati réteg kínálta többletrugalmasság szolgáltatásminõségi és kapacitáskihasználtsági többletet eredményezhet Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 5
Optiakai hálózati architektúrák gazdasági-mûszaki elemzése 1. Motiváció az optikai hálózati réteg kialakításában meghatározó szerepre alkalmas architektúrák azonosítása az egyes architektúrák relatív elõnyeinek és hátrányainak meghatározása (referencia a rokon SDH architektúra) az egyes architektúrák optimális alkalmazási feltételeinek meghatározása (pl. gerinchálózati/nagyvárosi környezet, optimális igényminta,) Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 6
Optiakai hálózati architektúrák gazdasági-mûszaki elemzése 2. Az alkalmazott elemzési módszer összehasonlítás tipikus hálózati alkalmazások alapján 5-8 csomópontos hálózati mintapéldák különbözõ átviteli igénymintákkal és nagyságokkal részletes hálózatméretezés (átviteli utak és kapacitások, eszközkonfigurációk és kapacitások) analízis a méretezett mintapéldák alapján Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 7
Optikai hálózatok kialakítása SDH védelem alkalamzása Elektronikus védelem és optikai útképzés Elektronikus védelem és elektronikus útképzés SDH védelem nem alkalamzható Optikai védelem és elektronikus útképzés Optikai védelem és optikai útképzés Jelen idõ Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 8
Az elemzett hálózati architektúrák Architektúra Útképzés Védelem Kulcsberendezések Elektromos Optikai SDH MSSP elektromos elektromos osztott multiplex szakasz ADM nincs gyûrû védelem (MSSP) CS gyûrû optikai + elektromos lineáris multiplex szaelektromos ADM OADM elektromos kasz védelem (MSP) javítható a csomópontok logikai sorrendcseréjével OMSSP gyûrû optikai optikai osztott multiplex szakasz ADM vagy DXC OADM és (+ elektromos) védelem (MSSP) (SDH kliens) opt. kapcsolók SDH DXC elektromos DXC alapú helyreállítás DXC nincs szövevény MWTN optikai ) ( OXCalapú helyreállítás DXC OXC szövevény (+elektromos) ( optikai) (SDH kliens ) Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 9
Színezett szakaszokból álló gyûrû Colored Section Ring - France Telecom hullámhossz útképzés lineáris multiplex szakasz védelem (SDH) hagyományos SDH ADM-ek (duplikált optikai vonalvégzõ-désekkel a lineáris MSP miatt) motiváció: kapacitásnövelés, jobb berendezéskihasználás alkalamzás: nagyvárosi hálózatok Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 10
CS gyûrû csomóponti képe Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 11
CS gyûrû útképzés Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 12
CS gyûrû védelem Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 13
Színezett szakaszokból álló gyûrû teljes elektronikus kapacitás üzemi célokra (SDH PP, MSSP) logikai gyûrû: megváltoztatható csomópontsorrend logikai értelemben nem szomszédos csomópontok között elektronikus útképzés alapesetben az elektronikus útképzõ közbülsõ pontok hibájával szemben védtelen a lineáris MSP miatt Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 14
Extra védelmek CS gyûrûn MSSP gyûrû CS gyûrû felett védelmet javítja kapacitásfelhasználási elõnyöket rontja bonyolult együttes mûködtetés (lineáris MSP - MSSP) 1+1 útvédelem CS gyûrû felett átvédelem a csomóponthiba ellen a kapacitásfelhasználási elõnyök rontása árán csomópontátsorrendezés a nem védett funkció eliminálására a nem védett funkciót szükségtelenné teszi, nem kell elektronikus útképzés, a végpontok szomszédosak, minden Elsõ magyar út egyetlen WDM Workshop multiplex 1999. szakasz március 23. 15
OMSSP gyûrû osztott optikai multiplex szakasz védett gyûrû optikai útképzés optikai védelem transzparens SDH kliens esetén TM, ADM vagy DXC a csomóponti eszköz az OADM mellett Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 16
OMSSP csomópont Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 17
OMSSP útképzés és védelem A B A B D C D C Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 18
OMSSP gyûrû transzparens optikai architektúra szövevény gyûrû infrastruktúrán könnyen bõvíthetõ csak optikai rétegbeli védelemt biztosít, a kliens rétegbeli funkciók védelmérõl gondoskodni kell Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 19
MWTN szövevény Multi-Wavelength Transport Network - ACTS projekt eredmény optikai útképzés optikai védelem (helyreállítás) opcionális az elektronikus útképzés lehetséges az elektronikus (SDH) helyreállítás Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 20
MWTN csomópont TUNABLE FILTERS OXCs TUNABLE Tx DROP DXC TUNABLE Rx ADD Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 21
Elemzési szempontok Fizikai méret kapacitásigény, optikai szál szükséglet Gazdasági szempontok - egyszerûsített megközelítés csak beruházási költség (berendezés, optikai szál alépítmény nélkül) Rendelkezésreállás átviteli utak jellemzése: DTR Üzemeltetés - csak korlátozott vizsgálatok optikai védelmi átkapcsolási idõk (MSSP gyûrû) optikai helyreállítási idõk - elosztott algoritmus esetén Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 22
Optikai szál megtakarítása SDH MSSP gyûrûvel összehasonlításban (%) 100.00% 90.00% CSR OMS-SP STM64 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% N5_NN_N N5_HU_N N5_UN_N N8_NN_N N8_HU_N N8_UN_N N5_NN_H N5_HU_H N5_UN_H N8_NN_H N8_HU_H N8_UN_H Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 23
Elemzési szempontok szerinti következtetések (4/1) Méret, méretezés jelentõs optikai szál megtakarítás érhetõ el az optikai architektúrák alkalamzásával (több mint 50%-os megtakarítás SDH MSSP STM-16-tal összevetve) az egyes optikai architektúrák különbözõ igényminták esetén biztosítanak optimális kapacitáskihasználást pl. CS gyûrû - ciklikus (csak szomszédok közötti) igények az SDH architektúrák méretezésére kifejlesztett módszerek az optikai architektúrákra adaptálhatók Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 24
Beruházási költségek megoszlása OMSSP gyûrû esetén (SDH kliens réteg, SDH DXC ber.) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% N5_NN_N N5_NN_H N5_HU_N N5_HU_H N5_UN_N N5_UN_H N8_NN_N N8_NN_H N8_HU_N N8_HU_H N8_UN_N N8_UN_H Optical Electrical Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 25
Beruházási költségek megoszlása MWTN szövevény esetén 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% infr. opt. ber. SDH ber. 30% 20% 10% 0% 5 nn_n 5 nn_h 5 h_n 5 h_h 5 u_n 5 u_h 8 nn_n 8 nn_h 8 h_n 8 h_h 8 u_n 8 u_h Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 26
Beruházási költségek megoszlása CS gyûrû esetén 100% 80% 60% 40% 20% Optical Electrical 0% N5_NN_N N5_NN_H N5_HU_N N5_HU_H N5_UN_N N5_UN_H N8_NN_N N8_NN_H N8_HU_N N8_HU_H N8_UN_N N8_UN_H Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 27
Relatív berendezésköltségmegtakarítások SDH MSSP gyûrûvel összevetve (%) 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% -10.00% N5_NN_N N5_HU_N N5_UN_N N8_NN_N N8_HU_N N8_UN_N N5_NN_H N5_HU_H N5_UN_H N8_NN_H N8_HU_H N8_UN_H -20.00% -30.00% -40.00% -50.00% -60.00% -70.00% CSR OMS-SP Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 28
Költség (MECU) Beruházási költségek összehasonlítása MWTN és SDH szövevényre Beruházási költség 5 csomópontos egyenletes igényminta mellett 16 14 12 10 8 6 4 2 0 SDH MWTN SDH MWTN ötszörös igénynagyság Infrastruktúra Optikai ber. SDH ber. Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 29
Elemzési szempontok szerinti következtetések (4/2) Költség: beruházási költség beruházási költségben jelentõs megtakarítások érhetõk el (30-70% a referencia SDH architektúrákhoz viszonyítva) növekvõ átviteli igényekkel a megtakarítások nõnek a beruházási költség jelentõs részét az SDH berendezések adják (SDH kliens réteg) az optikai berendezések alacsony költségûek (SDH kliens esetén az SDH berendezésköltségekhez viszonyítva) az SDH berendezése 5-25%-a OXC alkalamzás esetén magasabb - megnõhet 40%-ra Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 30
CS gyûrû rendelkezésreállása Különbözõ STM-1 kapacitású átviteli utak 8 csomópontos gyûrûben 6.0000E-05 5.0000E-05 4.0000E-05 DTR 3.0000E-05 2.0000E-05 1.0000E-05 CSR CSR REO 0.0000E+00 4 phys.spans 3 phys.spans 2 phys.spans CSR 1+1 PP Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 31
OMSSP gyûrû rendelkezésreállása STM-1 kapacitású utak 5 csomópontos gyûrûben 7.0000E-05 6.0000E-05 5.0000E-05 DTR 4.0000E-05 3.0000E-05 2.0000E-05 DXC 1szakasz DXC 2 szakasz DXC 3 szakasz ADM 1szakasz ADM 2 szakasz ADM 3 szakasz 1.0000E-05 0.0000E+00 default 1+1 t 1+1 a 1+1 a&t 1+1 LTE 1+1 LTE&a&t 1+1 LTE&a 1+1 LTE&t Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 32
STM-1 kapacitású utak rendelkezésreállásának összevetése 7.0000E-05 6.0000E-05 5.0000E-05 DTR 4.0000E-05 3.0000E-05 1 szakasz 2 szakasz 2.0000E-05 SDH MSSP 1.0000E-05 0.0000E+00 MSSP CSR CSRREO OMSSP OMSSP t OMSSP a OMSSP lte OMSSP all Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 33
STM-1 kapacitású utak rendelkezésreállásásnak összevetése MWTN és SDH szövevényen DTR 5.0E-05 4.5E-05 4.0E-05 3.5E-05 3.0E-05 2.5E-05 2.0E-05 1.5E-05 1.0E-05 5.0E-06 0.0E+00 STM-1 kapacitású átviteli utak rendelkezésreállása 8 csomópontos hálózatban SDH szöv. MWTN 1 szakasz 2 szakasz 3 szakasz Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 34
Elemzési szempontok szerinti következtetések (4/3) Rendelkezésreállás az optikai és SDH architektúrák rendelkezésreállási jellemzõi (átviteli utak vizsgálata alapján) hasonlóak az optikai gyûrûk kicsit jobb, az optikai szövevény kicsit rosszabb jellemzõket mutat, mint a megfelelõ SDH architektúra a különbség egy-egy STM-1 kapacitású átviteli útra nézve néhány tizedmásodperces eltérést jelent a rendelékezésre-állásban éves szinten Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 35
Elektronikus és optikai kapcsolási idõk MSSP esetén 14 12 10 SDH MSSP OMSSP Idõ [ms] 8 6 4 2 0 Csp. hiba Kétirányû kapcsolat hibája Egyirányú kapcsolat hibája Egyirányú jelminõség romlás Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 36
Helyreállítási idõk SDH és MWTN szövevényen 350 300 Helyreállítási idõ [ms] 250 200 150 100 50 Max. Min. 0 5 csp. 8 csp. 5 csp. 8 csp. 5 csp. 8 csp. SDH MWTN MWTN hullámhosszkonverzióval Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 37
Elemzési szempontok szerinti következtetések (4/3) Üzemeltetés: reagálási idõk az optikai védelmi átkapcsolás lassabb mint az elektronikus, de a 15 ms-os tartományon belül marad a vizsgált hétcsomó-pontos gyûrû esetén az optiaki alapú helyreállítás 5-10%-kal lassabb mint az elektronikus (min. értékek, elosztott algoritmus esetén) a hullámhossz-konverzió alkalmazása felgyorsítja az optikai alapú helyreállítást, és növelí a tartalékfelhasználás hatékonyságát Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 38
Architektúrák szerinti következtetések (3/1) Színezett szakaszokból álló gyûrû a beruházási költség jelentõsen kisebb mint SDH gyûrû esetén (30-70%), és kisebb mint OMSSP gyûrû esetén az SDH gyûrûhöz képest elérhetõ költségmegtakarítás növekvõ átviteli igényekkel növekszik több optikai csatornát igényel mint az OMSSP gyûrû a kliens SDH rétegben implementált védelem (lineáris MSP) véd mind a kliens mind a szerver rétergbeli hibákkal szemben, és hatékonyan javítható az optikai réteg többletrugalmasságának köszönhetõen az átviteli utak rendelkezésreállása kicsit jobb mint MSSP gyûrûben Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 39
Architektúrák szerinti következtetések (3/2) Osztott optikai multiplex szakasz védett gyûrû hatékony költségfelhasználás nagy átviteli igények esetén érhetõ el bár az útképzés és a védelem optikai, a költségek meghatározó hányada az SDH berendezésekbõl származik (SDH kliens) védelmet csak az optikai (szerver) rétegben biztosít, a kliens rétegbeli funkciók védelmérõl külön kell gondoskodni Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 40
Architektúrák szerinti következtetések (3/3) Többhullámhosszú szövevény hatékony költségfelhasználás nagy átviteli igények esetén érhetõ el az SDH szövevényhez képest elérhetõ költségmegtakarítás növekvõ átviteli igényekkel növekszik Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 41
Architektúrák elõnyei és hátrányai (3/1) Színezett szakaszokból álló gyûrû elõnyök SDH berendezések újrafelhasználása a kapacitáskihasználás javításával egyszerû védelmi séma gyakorlatilag rendelkezésre áll, telepíthetõ hátrányok csak SDH kliens réteg számára az SDH gyûrûknél megismertel azonos bõvítési nehézségek optimális alkalmazási környezet: nagyvárosi hálózatok Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 42
Architektúrák elõnyei és hátrányai (3/2) Osztott optikai multiplex szakasz védett gyûrû elõnyök transzparens optikai átvitelt biztosít a kliens rétegben pont-pont kapcsolatok, egyszerûen bõvíthetõk hátrányok az MSSP védelem optikai implementálása még további fejlesztést igényel optimális alkalmazási környezet: nagyvárosi és gerinchálózat Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 43
Architektúrák elõnyei és hátrányai (3/3) Többhullámhosszú szövevény elõnyök transzparens optikai átvitelt biztosít hátrányok az optikai alapú helyreállítás az optikai hálózati réteg további fejlesztéseket igényel az optikai hálózatmendzselés terén bevezethetõsége, alkalmazhatósága alapvetõen az optikai rendezõ (OXC) érettségétõl függ optimális alkalmazási környezet: gerinchálózat Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 44
Optikai hálózatok tervezési kérdései az SDH hálózatok tervezése, méretezése során kidolgozott módszerekre és eljárásokra alapozható az SDH hálózatokra kidolgozott módszerek és eljárások jelentõs része adaptálható új tervezési részproblémák jelennek meg, új módszerek is szükségesek pl. hullámhossz-útképzés - színezési probléma CS gyûrû - csomópontsorrendezés többrétegû hálózatok - hálózati funkciók optimális megvalósítása (védelem, helyreállítás) technológiafüggetlen tervezõeszközök szükségesek stratégiai tervek szükségesek (bevezetés, kialakítás) Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 45
Összefoglalás, végkövetkeztetések a hullámhossz-multiplexálás alapú optikai hálózatok jelentõs elõnyöket kínálnak az átviteli hálózatok fejlesztésében: meglévõ optikai szálak kapacitásának kihasználása nagyobb kapacitású átviteli rendszerk relatíve kis többletbonyolultség és többletköltség árán új szolgáltatások, jobb szolgáltatásminõség, hatékonyabb költségfelhasználás jelentõs megtakarítások az SDH architektúrákkal összehasonlítva (szál: >50%, költség: 20-50%) az optikai hálózatok tervezése a meglévõ tervezési módszerekre ráépíthetõ, új tervezési problémák is felmerülnek, a technológiafüggetlen tervezési megközelítésé a jövõ Elsõ magyar WDM Workshop 1999. március 23. 46