Функциональные методы защиты синхронных потоков

Одним из основных преимуществ технологии SDH является возможность такой организации сети, при которой достигается не только высокая надежность ее функционирования, обусловленная использованием ОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи – кабеля. Такие сети и системы логично назвать существующим в нашей литературе по системному анализу термином самовосстанавливающиеся. Заметим, что применительно к сетям SDН иногда используется термин "самозалечивающиеся" [11].

В принципе существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей [51, 52], которые могут быть сведены к следующим схемам:

– резервирование участков сети по схемам 1+1 и 1:1 (см. объяснение ниже) по разнесенным трассам;

– организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1+1 и 1:1;

– резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N -1;

– восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла;

– использование систем оперативного переключения.

Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации.

В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам (стопроцентное резервирование), сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам:

– резервирование по схеме 1+1 – сигналы анализируются, и выбирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;

– резервирование по схеме 1:1 – альтернативным маршрутам назначаются приоритеты – низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.

Это общие методы восстановления работоспособности, применимые для любых сетей.

Во втором случае, наиболее распространенном в сетях SDH, используется топология типа "кольцо", которое может быть организовано с помощью двух волокон (топология "сдвоенное кольцо") или четырех волокон (два сдвоенных кольца). Несмотря на более высокую стоимость четырехволоконного варианта он стал использоваться в последнее время, так как обеспечивает более высокую надежность. Например, такую схему защиты позволяет реализовать мультиплексор 1664 SМ/С компании А l саtеl и мультиплексоры других фирм.

Защита маршрута в сдвоенном кольце, которая соответствует типу 1 + 1, может быть организована двумя путями [51].

Первый путь – защита используется обычно на уровне трибных блоков ТU-n, передаваемых одновременно в одном направлении (например, по часовой стрелке) но по разным кольцам. Если в момент приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит распределенный по кольцу характер, а сам метод носит название метода организации однонаправленного сдвоенного кольца.

Второй путь – защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используются как основное, второе – как резервное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки ТU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основного и резервного колец на границах дефектного участка (рис. 2.33, а), образующее новое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора (восточной или западной). Современные схемы управления мультиплексорами обычно поддерживают оба эти метода защиты. Треугольники на рис. 2.33…2.36 и последующих обозначают мультиплексоры.

Рис. 2.33. Методы защиты двойного кольца:

а) путём исключения повреждённого участка

б) путём организации обходного пути

В третьем случае восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Схема резервирования в общем случае N:1, что допускает различную степень резервирования: от 1:1 (100%) до меньшей степени, например, 4:1 (25%), когда на 4 основных трибных интерфейсных карты используется одна резервная, которая автоматически выбирается системой кросс-коммутации при отказе одной из основных. Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре SD H для резервирования трибных карт 2 Мбит/с (4:1 или 3:1 для S ТМ -1 или 16:1, 12:1, 8:1 для SТМ -4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков, например, блоков кросс-коммутации и систем управления и резервного питания, время переключения которых на запасные не превышает обычно 10 мсек.

В четвертом случае резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного узла из схемы функционирования. Так, системы управления SDН- мультиплексоров обычно дают возможность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа (рис.2.33, б). В пятом случае, характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс-коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в случае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих или исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков. Процедура такой реконфигурации может быть централизованной или распределенной [11]. В первом случае она осуществляется сетевым центром управления, что может быть реализовано достаточно просто, во втором – совместное решение о реконфигурации должно вырабатываться группой прилегающих систем оперативного переключения. Могут применяться и комбинированные методы.

Использование систем оперативного переключения по принципу организации защиты напоминает схему резервирования 1:1 метода резервирования по разнесенным трассам. Разница, однако, состоит в том, что в последнем случае физический или виртуальный канал уже существует, тогда, как в первом он формируется в момент оперативного переключения (действие более характерное для коммутатора/маршрутизатора в сетях пакетной коммутации).

АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ SDН

Архитектурные решения при проектировании сети SDН могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, мы рассмотрим здесь только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа "точка-точка") топологий или топологии последовательной линейной цепи.