Введение

Виртуальная конкатенация (VCAT) — это техника обратного мультиплексирования, создающая контейнер полезной нагрузки большой емкости, распределенный по нескольким сигналам TDM меньшей емкости. Эти сигналы могут передаваться или маршрутизироваться независимо друг от друга. Виртуальная конкатенация определена для сигналов SONET/SDH, OTN и PDH. Альтернативными методами конкатенации SONET/SDH являются последовательная конкатенация и произвольная конкатенация.

Переменная передача битовых данных

Виртуальная конкатенация считается основным усовершенствованием для SONET/SDH, оптимизированных для передачи голоса, для обеспечения транспортировки потоков данных переменной скорости. Другие недавние усовершенствования SONET/SDH включают схему адаптации пропускной способности канала (LCAS) и общую процедуру формирования (GFP). В сочетании с LCAS и GFP, виртуальная конкатенация позволяет равномерно распределять требуемую полосу пропускания между заданным числом подканалов, называемых виртуальными трибутариями (VT). Виртуальная конкатенация специфицирована в Рекомендациях ITU-T G.707 (2007) и G.783 (2006). Виртуальная конкатенация используется для разделения пропускной способности Sonet/SDH на группы оптимального размера. Эти виртуально конкатенированные группы могут использоваться для поддержки различных клиентов и услуг с соответствующим выставлением счетов. VCAT работает на существующей инфраструктуре и может значительно повысить эффективность использования сети за счет эффективного распределения нагрузки по всей сети. Sonet/SDH – это иерархическая сеть. На каждом уровне полезные данные представляют собой конкатенацию полезных данных более низкого порядка. Например, полезные данные STS192 (10 Гбит/с) состоят из четырех конкатенированных полезных данных OC48 (2,5 Гбит/с). С помощью VCAT полезные данные STS192 могут состоять из нескольких виртуально конкатенированных групп, каждая из которых содержит до 192 несмежных полезных данных STS1 (51 Мбит/с). Каждый STS1 в группе может быть выделен по разным участкам сети. VCAT поддерживает как высокоуровневые пути, так и низкоуровневые притоки.

Высокопоставленный VCAT

Каждый путь в группе имеет пропускную способность приблизительно 51 Мбит/с (STS1/VC3) или 155 Мбит/с (STS3c/VC4). Пропускная способность выделяется с использованием байта H4 в служебной информации пути. Выделение пропускной способности осуществляется кратными 51 Мбит/с, что позволяет использовать высокопорядковую VCAT для передачи трафика с пониженной скоростью по Gigabit Ethernet. Это делает высокопорядковую VCAT оптимальным решением для городских сетей.

ВКАТ низкого порядка

Каждый путь в группе составляет приблизительно 1,5 Мбит/с (VT1.5/VC11) или 2 Мбит/с (VT2/VC12). Пропускная способность выделяется с использованием байта Z7/K4 в служебной информации пути. Пропускная способность выделяется блоками по 2 Мбит/с, что позволяет использовать VCAT низкого порядка для передачи трафика с пониженной скоростью по Ethernet 10/100 Мбит/с, применяемому в сети доступа.

Виртуальная группа конкатенации

Несколько виртуальных трибутарий формируют часть виртуальной группы конкатенации (VCG). Виртуальные трибутарии для передачи данных по сети с поддержкой VCAT во многих случаях, особенно когда базовая сеть относительно перегружена, могут обойтись дешевле, чем поиск единственного пути, удовлетворяющего требуемой пропускной способности. Такое разделение потоков часто позволяет находить более короткие маршруты для передачи трафика. Протокол виртуальной конкатенации осуществляет доставку контента посредством процесса, называемого байтовой интерляцией. Например, если требуется обеспечить услугу Gigabit Ethernet (n, 1 Гбит/с), то она будет предоставлена через (7) STS nc VT, где каждый член VCG несет пропускную способность, эквивалентную V = n/k [бит/с], где в данном случае n = 1 Гбит и k = 7. Как правило, данные интерлируются таким образом, что первый байт помещается в VT1, второй байт – в VT2 и так далее, пока седьмой байт не будет помещен в VT7. Процесс повторяется, начиная с восьмого байта, который отправляется на VT1.

Дифференциальная задержка

VCAT позволяет предоставлять услуги дешевле и быстрее, чем последовательная конкатенация. Однако это приводит к возникновению дифференциальной задержки, при которой каждый созданный путь, представленный VT, имеет различную задержку распространения в сети. Разница между этими задержками называется "дифференциальной задержкой" (D). Основная проблема, связанная с дифференциальной задержкой, – это необходимость использования высокоскоростных буферов на принимающем узле для хранения входящей информации до тех пор, пока все пути не сойдутся. Этот объем буферной памяти (B) можно выразить как произведение пропускной способности на задержку: B = n * D. Таким образом, каждое виртуально конкатенированное соединение требует B бит буферного пространства. Эта потребность в буферном пространстве в конечном итоге увеличивает стоимость сети, поэтому крайне важно выбирать пути, которые минимизируют дифференциальную задержку, которая напрямую пропорциональна необходимому объему буферной памяти. Существует несколько эвристических алгоритмов, предназначенных для минимизации дифференциальной задержки и поиска решения. Это сложная задача, математически относящаяся к классу NP-полных задач, для которых не существует известного алгоритма, находящего оптимальное решение за полиномиальное время.