Защита транспортных сетей и оборудования СЦИ

Оптические сети обладают огромной пропускной способностью и отказ даже одного сетевого элемента (мультиплексора, ретранслятора, кабеля, источника электропитания и т.п.) может привести к нарушению связи для сотен тысяч пользователей и значительным экономическим потерям.

Следовательно, необходимо применять специальные меры по повышению надежности и живучести транспортных сетей, используя различные методы резервирования и алгоритмы управления конфигурацией сетей при отказе ее элементов. Целый ряд факторов облегчает принятие указанных мер: значительные емкости волоконно-оптических кабелей и относительно невысокая стоимость одного канало-километра; наличие средств контроля и управления сетевыми элементами; деление сетей СЦИ на независимые функциональные слои; уровень интеллектуальности мультиплексоров и АОП.

Все это привело к концепции построения так называемых самозалечивающихся или самовосстанавливающихся сетей на основе сочетания технологии СЦИ и технологии TMN (Telecommunications Management Network – сеть управления телекоммуникациями или сеть управления электросвязью по терминологии ЕСЭ). Суть концепции состоит в создании сети, которая при отказе отдельного сетевого элемента способна сохранить или автоматически восстановить в короткое время нарушенные связи без серьезных последствий для пользователей, т.е. обеспечить практически 100% живучесть сети.

Основными методами, реализующими концепцию самовосстанавливающихся сетей, являются:

1) резервирование оборудования оконечных пунктов, сетевых узлов и станций по принципу т: N, где т – число резервных блоков; N – число рабочих блоков, (обычно т = 1, N = 1…16, т. е. резервирование по схеме 1: N);

2) резервирование участков сети по схеме 1+1 или 1: N по разнесенным трассам по принципу переключения секций или трактов;

3) применение самовосстанавливающихся кольцевых структур и линий по схемам 1+1, 1:1 или 1: N;

4) восстановление работоспособности сети созданием обходных трасс отказавшего участка или узла;

5) использование автоматического переключения отказавшего участка или узла на работоспособные.

По первому методу восстановление работоспособности осуществляется резервированием тех или иных блоков (элементов) мультиплексора. При резервировании по схеме т: N используется т резервных блоков на N работающих. Этот метод широко используется в аппаратуре СЦИ не только для резервирования наиболее важных сменных блоков (кросс-коммутации, управления, питания).

При использовании второго метода резервирования два узла сети соединяются по двум географически разнесенным трассам, следовательно, обеспечивается резервирование мультиплексной секции.

При использовании схемы резервирования 1+1 каждый сигнал передается одновременно по двум мультиплексным секциям, одна из которых является рабочей, другая – резервной, а на приемном конце осуществляется автоматический контроль поступающих сигналов и выбирается лучший из них, рис. 6.24. а. Из-за постоянного подключения рабочего сигнала к обеим секциям, схема 1+1 не позволяет использовать резервную трассу для передачи дополнительного трафика.

При резервировании по схеме 1: N резервная секция используется для N рабочих секций. Подключение к резервной секции любого из N сигналов STM осуществляется при отказе или ухудшении параметров основной секции. Схема 1:1 является частным случаем схемы резервирования 1: N, рис. 6.24. б.

При резервировании секции используются однонаправленные и двунаправленные переключения. Резервное переключение называется однонаправленным, если из двух направление передачи сообщений переключается только, то из них, в котором произошел отказ. Переключение называется двунаправленным, если при отказе переключаются оба направления передачи, как неисправное, так и соответствующее ему встречное. У каждого из этих способов есть свои преимущества. При однонаправленном переключении нет необходимости извещать узел, принимающий сигнал по исправному направлению, следовательно, скорость переключений в этом случае выше. Кроме того, при однонаправленном переключении лучше используются ресурсы сети.

При двунаправленном переключении, поскольку при отказе на одном направлении в секции схема защиты переключает оба направления передачи на резервные, т е. переключается секция целиком, создаются лучшие условия для восстановления этой секции. К тому же одинаковое оборудование и одинаковая задержка в обоих направлениях упрощает обработку аварийных ситуаций по сравнению с тем случаем, когда существует большая разница в длине пути различных направлений передачи. Двунаправленное переключение позволяет передавать дополнительный трафик по резервным секциям.

Рассмотренные методы восстановления работоспособности применимы для сетей любых топологических структур.

Третий метод, наиболее распространенный в сетях СЦИ, использует кольцевую топологию. Существует два варианта построения кольцевых самозалечивающихся сетей: однонаправленное кольцо и двунаправленное кольцо.

При первом варианте каждый входной поток направляется по кольцу в обоих направлениях, а на приемной стороне, как и в случае схемы резервирования 1+1, осуществляется выбор лучшего сигнала. Для построения кольца используется два волокна (сдвоенное кольцо). Такое кольцо называется однонаправленным с переключением трактов или с закрепленным резервом. Схема прохождения сигналов обоих направлений для одного соединения по основному и резервному путям в таком кольце изображена на рис. 6.25. а для нормального состояния и рис. 6.25. б для аварийной ситуации.

В случае аварии на участке ДГ (рис. 6.25. б) в пунктах Д и Г с помощью АОП образуется шлейф, а в пунктах А и В осуществляется переключение основного и резервного тракта так, чтобы не было прекращения передачи сообщений между пунктами сети или ее сегментов. После устранения аварии сеть приходит в исходное состояние (рис. 6.25. а).

В случае двухволоконного двунаправленного кольца удвоение сигнала не производится. При нормальной работе каждый входной поток направляется по кольцу по кратчайшему пути в любом направлении (отсюда и название «двунаправленное»). При возникновении отказа посредством АОП на обоих концах отказавшего сегмента сети осуществляется переключение всего потока информации, поступавшего на этот сегмент, в обратном направлении.

Пример двунаправленного двухволоконного кольца (режим резервирования по схеме 1:1) приведен на рис. 6.26 На нем показана схема прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения при нормальной работе (рис. 6.26. а) и в аварийном режиме на участке БВ (рис. 6.26. б). Переключение с основного тракта (верхний сегмент кольца А-Б-В) на резервный (нижний сегмент кольца А-Д-Г-В) осуществляется с помощью АОП.

Двунаправленное кольцо в большинстве случаев оказывается более экономичным, требуя меньшую пропускную способность. Это объясняется тем, что сигналы, передаваемые на различных непересекающихся сегментах кольца, могут использовать одни и те же емкости (как в основном, так и в аварийных режимах работы). В то же время однонаправленное кольцо проще в реализации. Анализ типичных ситуаций показывает, что из двух видов кольцевой архитектуры каждый имеет свою область предпочтительного применения.

Четвертый метод предусматривает восстановление работоспособности сети исключением отказавшего узла. Система управления мультиплексоров или АОП позволяет организовать обходной путь, позволяющий пропускать агрегатный поток мимо мультиплексора в случае его отказа путем использования пассивных оптических трактов.

Пятый метод применяется в сетях произвольной структуры, в том числе и ячеистых. В узлах таких сетей предполагается установка АОП, которая в случае отказа (аварии) осуществляет реконфигурацию маршрута на прилегающих участках сети и соответствующее переключение потоков. Использование АОП по принципу организации защиты напоминает схему 1:1 метода резервирования по разнесенным трассам.

Самовосстановление на основе АОП имеет несколько вариантов организации. Процедура реконфигурации может быть централизованной или децентрализованной (распределенной). В первом случае необходим сетевой центр управления, который собирает информацию о состоянии всех элементов сети, при необходимости принимает решение о реконфигурации и рассылает соответствующие команды на переключение всем АОП. Основное преимущество централизованного метода в том, что он более прост в реализации. Основной недостаток - критичность к отказам центра управления и к потере или искажению информации, поступающей в центр, и команд, идущих от центра к АОП.

Полностью распределенные процедуры конфигурации не требуют наличия подобного центра. В этом случае при возникновении отказов на сети комплекты АОП различных узлов, обмениваясь между собой сообщениями, определяют состояние сети, вырабатывают согласованное решение по реконфигурации и реализуют принятое решение. Основной недостаток - гораздо большая сложность распределенных процедур, и как следствие – большие временные затраты на их выполнение.