Методы обеспечения живучести сети

Одной из сильных сторон первичных сетей SDH является разнообразный набор средств отказоустойчивости, который позволяет сети быстро (за десятки милли­секунд) восстановить работоспособность в случае отказа какого-либо элемента сети — линии связи, порта или карты мультиплексора, мультиплексора в целом.

В SDH в качестве общего названия механизмов отказоустойчивости использует­ся термин автоматическое защитное переключение (Automatic Protection Swit­ching, APS), отражающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного. Сети, поддерживаю­щие такой механизм, в стандартах SDH названы самовосстанавливающимися.

В сетях SDH применяются три схемы защиты.

Соединения

□ Защита 1+1 означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной. Например, при защите трибутарной карты по схеме 1 + 1 трафик проходит как через рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную).

□ Защита 1:1 подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа.

□ Защита 1:N предусматривает выделение одного защитного элемента на N за­щищаемых. При отказе одного из защищаемых элементов его функции начи­нает выполнять защитный, при этом остальные элементы остаются без защи­ты — до тех пор, пока отказавший элемент не будет заменен.

В зависимости от типа защищаемого путем резервирования элемента сети в обо­рудовании и сетях SDH применяются следующие основные виды автоматической защиты: защитное переключение оборудования, защита карт, защита мульти­плексной секции, защита сетевого соединения, разделяемая защита мультип­лексной секции в кольцевой топологии.

□ Защитное переключение оборудования (Equipment Protection Switching, EPS) — защита блоков и элементов оборудования SDH. Применяется для та­ких жизненно важных элементов мультиплексора, как процессорный блок, блок коммутации (кросс-коннектор), блок питания, блок ввода сигналов син­хронизации и т. п. EPS обычно работает по схеме 1 + 1 или 1:1.

□ Защита карт (Card Protection, CP) — защита агрегатных и трибутарных карт мультиплексора; позволяет мультиплексору автоматически продолжать рабо­ту в случае отказа одной из агрегатных или трибутарных карт. Используется защита по схемам 1+1, 1:1 и 1:N. Защита 1+1 обеспечивает непрерывность транс­портного сервиса, так как трафик пользовательских соединений не прерыва­ется при отказе карты. В приведенном на рис. 11.8 примере в мультиплексоре поддерживается защита CP трибутарных двухпортовых карт по схеме 1 + 1. Одна из трибутарных карт является основной, или рабочей, а другая — за­щитной. Режим работы пары связанных таким образом карт задается коман­дой конфигурирования мультиплексора. В режиме, когда обе трибутарные карты являются работоспособными, трафик обрабатывается параллельно ка­ждой картой.

Для переключения трафика между трибутарными картами используется допол­нительная карта-переключатель. Входящий трафик каждого порта поступает на входной мост карты-переключателя, который разветвляет трафик и передает его на входы соответствующих портов трибутарных карт. Агрегатная карта получает оба сигнала STM-N от трибутарных карт и выбирает сигнал только от активной в данный момент карты. Исходящий трафик от агрегатной карты также обраба­тывается обеими трибутарными картами, но карта-переключатель передает на выход только трафик от активной карты.

При отказе основной карты или другом событии, требующем перехода на защит­ную карту (деградация сигнала, ошибка сигнала, удаление карты), агрегатная кар­та по команде от блока управления мультиплексором переходит на прием сигнала от защитной трибутарной карты. Одновременно карта-переключатель также начи­нает передавать на выход сигналы выходящего трафика от защитной карты.

Данный способ обеспечивает автоматическую защиту всех соединений, проходя­щих через защищаемую карту. При установлении CP-защиты конфигурация со­единений рабочей карты дублируется для защитной карты.

Трибутарные Мультиплексор SDH

Защита мультиплексной секции (Multiplex Section Protection, MSP), то есть участка сети между двумя смежными мультиплексорами SDH, действует более избирательно по сравнению с защитой карт. Защищается секция между двумя мультиплексорами, включающая два порта и линию связи (возможно, в свою оче­редь, включающую регенераторы, но не мультиплексоры). Обычно применяется схема защиты 1+1. При этом для рабочего канала (верхняя пара соединенных ка­белем портов на рис. 11.9, а) конфигурируется защитный канал (нижняя пара портов). При установлении защиты MSP в каждом мультиплексоре необходимо выполнить конфигурирование, указав связь между рабочим и защитным порта­ми. В исходном состоянии весь трафик передается по обоим каналам (как по ра­бочему, так и по защитному).

Существует однонаправленная и двунаправленная защита MSP. При однонаправ­ленной защите (именно этот случай показан на рисунке) решение о переключении принимает только один из мультиплексоров — тот, который является приемным для отказавшего канала. Этот мультиплексор после обнаружения отказа (отказ порта, ошибка сигнала, деградация сигнала и т. п.) переходит на прием по защит­ному каналу. При этом передача и прием ведутся по разным портам (рис. 11.9, б).

При двунаправленной защите MSP при отказе рабочего канала в каком-либо на­правлении выполняется полное переключение на защитные порты мультиплек­соров. Для уведомления передающего (по рабочему каналу) мультиплексора о необходимости переключения принимающий мультиплексор использует прото­кол, называемый протоколом «К-байт». Этот протокол указывает в двух байтах
заголовка кадра STM-N статус рабочего и защитного каналов, а также детализи­рует информацию об отказе. Механизм MSP обеспечивает защиту всех соедине­ний, проходящих через защищаемую мультиплексную секцию. Время переклю­чения защиты MSP, согласно требованиям стандарта, не должно превышать 50 мс. <—>

< > <—► <—>

а

Рис. 11.9. Защита мультиплексной секции

Защита сетевого соединения (Sub-Network Connection Protection, SNC-P), то есть защита пути (соединения) через сеть для определенного виртуального кон­тейнера, обеспечивает переключение определенного пользовательского соеди­нения на альтернативный путь при отказе основного пути. Объектом защиты SNC-P является трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер определенного типа (например, в VC12, VC-3 или VC-4). Используется схема защиты 1 + 1.

Защита SNC-P конфигурируется в двух мультиплексорах — во входном, в кото­ром трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер, разветвляет­ся, и в выходном, в котором сходятся два альтернативных пути трафика. Пример защиты SNC-P показан на рис. 11.10. В мультиплексоре ADM1 для виртуально­го контейнераУС-4 трибутарного порта Т-2 заданы два соединения: с одним из четырех контейнеров VC-4 агрегатного порга А1 и с одним из четырех контейне­ров VC-4 агрегатного порта А2. Одно из соединений конфигурируется как рабо­чее, а второе — как защитное, при этом трафик передается по обоим соединениям. Промежуточные (для данных соединений) мультиплексоры конфигурируются обычным образом. В выходном мультиплексоре контейнер VC-4 трибутарного порта Т-3 также соединяется с контейнерами — агрегатного порта А1 и агрегат­ного порта А2. Из двух поступающих на порт ТЗ потоков выбирается тот, качест­во которого выше (при равном нормальном качестве выбирается сигнал из агре­гатного порта, выбранном при конфигурировании в качестве рабочего).

Защита SNC-P работает в любых топологиях сетей SDH, в которых имеются аль­тернативные пути следования трафика, то есть кольцевых и ячеистых.

Разделяемая защита мультиплексной секции в кольцевой топологии (Multiplex Section Shared Protection Ring, MS-SPRing) обеспечивает в некоторых случаях более экономичную защиту трафика в кольце. Хотя защита SNC-P вполне подходит для
кольцевой топологии сети SDH, в некоторых случаях ее применение снижает полез­ную пропускную способность кольца, так как каждое соединение потребляет удвоен­ную полосу пропускания вдоль всего кольца. Так, в кольце STM-16 можно устано­вить только 16 защищенных по SNC-P соединений VC-4 (рис. 11.11).

16 защищенных соединений VC-4, распределение трафика - звезда с центром в точке А Защитные соединения Рабочие соединения Рис. 11.11. Защита SNC-P в кольце

Защита MS-SPRing позволяет использовать пропускную способность кольца эффек­тивно, так как полоса пропускания не резервируется заранее для каждого соедине­ния. Вместо этого резервируется половина пропускной способности кольца, но эта резервная полоса выделяется для соединений динамически, по мере необходимости, то есть после обнаружения факта отказа линии или мультиплексора. Степень эконо­мии полосы при применении защиты MS-SPRing зависит от распределения трафика.

Рабочие контейнеры ___ II I л I^ZZZl

-t=J------- VI

Защитные контейнеры

16 защищенных соединений VC-4, распределение трафика - звезда с центром в точке А

А

а

	-т----						—
Ш		J	N	У	У
Т 16 защищенных соединений VC-4, I................ распределение трафика - звезда ТТГГ......... 1 с центром в точке А
	=		-------	—	=
	---- ~	=	и				—н

А б Рис. 11.12. Защита с разделением кольца

Если весь трафик сходится в один мультиплексор, то есть имеет распределение звезда, защита MS-SPRing экономии по сравнению с SNC-P вообще не дает. При­мер такой ситуации представлен на рис. 11.12, а, где центром «тяготения» тра­фика является мультиплексор А, а в кольце установлены те же 16 защищенных соединений, что и в примере защиты SNC-P на рис. 11.11. Для защиты соединений резервируется 8 из 16 виртуальных контейнеров агрегатного потока STM-16.

При возникновении неисправности, например обрыве линии, как это показано на рис. 11.12 б), трафик в мультиплексорах, между которыми нарушилась связь, «разворачивается» в обратном направлении. Для этого используются резервные виртуальные контейнеры агрегатных портов, с которыми соединяются виртуаль­ные контейнеры пострадавших соединений. В то же время соединения, на которые отказ не повлиял, работают в прежнем режиме, не подключая резервные контей­неры. Для уведомления мультиплексоров о реконфигурировании кольца исполь­зуется протокол К-байт. Время переключения на защитные соединения MS-SPRing составляет около 50 мс. При смешанном распределении трафика экономия поло­сы в кольце MS-SPRing может быть еще более значительной.

Сети DWDM

Список ключевых слов: уплотненное волновое мультиплексирование, лямбда, технология волнового мультиплексирования, частотный план с шагом 100, 50 и 25 ГГц, высокоуплотненное волновое мультиплексирование, полностью оптическая сеть, двухточечная цепь, цепь с промежуточными подключениями, оптический мультиплексор ввода-вывода, кольцевая топология, ячеистая топология, оптический кросс-коннектор, тонкопленочный фильтр, дифракционная фазовая решетка (дифракционная структура), фазар, оптоэлектронный кросс-коннектор, полностью оптический кросс-коннектор (фотонный коммутатор), микроэлектронная механическая система.

Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Divi­sion Multiplexing, DWDM) предназначена для создания оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях. Такой революционный скачок производительности обеспечивает принципиаль­но иной, нежели у SDH, метод мультиплексирования — информация в оптиче­ском волокне передается одновременно большим количеством световых волн — лямбд — термин возник в связи с традиционным для физики обозначением дли­ны волны X.

Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, при этом каждая све­товая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несет собст­венную информацию.

Оборудование DWDM не занимается непосредственно проблемами передачи дан­ных на каждой волне, то есть способом кодирования информации и протоколом ее передачи. Его основными функциями являются операции мультиплексирова­ния и демультиплексирования, а именно — объединение различных волн в одном световом пучке и выделение информации каждого спектрального канала из об­щего сигнала. Наиболее развитые устройства DWDM могут также коммутиро­вать волны.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Технология DWDM является революционной не только потому, что в десятки раз повы­шает верхний предел скорости передачи данных по оптическому волокну. Она также открывает новую эру в технике мультиплексирования и коммутации, выполняя эти опера­ции над световыми сигналами без преобразования их в электрическую форму. Все другие типы технологий, которые также используют световые сигналы для передачи информации по оптическим волокнам, например SDH и Gigabit Ethernet, обязательно преобразуют све­товые сигналы в электрические и только потом могут их мультиплексировать и коммути­ровать.

Первым применением технологии DWDM были протяженные магистрали, пред­назначенные для связи двух сетей SDH. При такой простейшей двухточечной топологии способность устройств DWDM выполнять коммутацию волн являет­ся излишней, однако по мере развития технологии и усложнения топологии се­тей DWDM эта функция становится востребованной.