Защита соединений транспортных сетей

Важнейшим качеством транспортных оптических сетей является защищённость аппаратуры, секций и трактов от неисправностей и повреждений. Это достигается благодаря избыточности аппаратных средств (линии, интерфейсные модули, кроссовые коммутаторы и т.д.) и использованию систем управления с программными средствами управления физическими и логическими ресурсами.

Базовые принципы защиты транспортных сетей изложены в рекомендациях МСЭ-Т G.805, G.841, G.842 и в рекомендациях соответствующих технологий:

- для сетей SDH это G.803, G.783 и др.;

- для сетей ATM это I.630, I.731;

- для сетей OTN/OTH это G.798, G.873.1;

- для сетей Ethernet это G.8031;

- для сетей T-MPLS это G.8131.

Ниже рассматриваются варианты построения схем физической и логической защиты различных участков транспортных сетей, соединений и аппаратуры.

Соединения пользователей в транспортной сети различаются на защищенные и незащищенные. Защищенность соединений может определяться физическим построением сети (структурой физических связей сетевых элементов, маршрутами передачи цифровых циклических блоков) и логической организацией соединений (виртуальных каналов и виртуальных трактов, образованных потоками случайных ячеек и кадров).

Соединение пользователей транспортной сети может проходить через ряд участков: секцию мультиплексирования; подсеть; тракт транспортной сети (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Участки соединения пользователей в транспортной сети

Маршрут передачи называется трактом, если на его концах находятся две точки окончания ТР (Termination Point) тракта. Например, точка окончания тракта в сети SDH выполняет функции окончания тракта для получения виртуального контейнера (VC-n/m) с заголовком тракта (РОН). Тракт может проходить через другие сетевые элементы в составе других соединений и при этом контролироваться через встроенные функции тандемных соединений (ТСМ).

Соединение подсети SNC (Sub-Network Connection) является частью тракта, завершаемого двумя точками окончания соединения, рассчитанными на функцию контроля соединения. В точке окончания соединения осуществляется только мониторинг сигналов. Например, эти точки реализуются в сетевых элементах с интерфейсами SDH. На соединении подсети SNC между двумя точками могут быть установлены другие сетевые элементы (регенераторы, оптические усилители, мультиплексоры).

Секцией мультиплексирования MS (Multiplex Section) является участок соединения (линии) между двумя мультиплексорами (SDH, OTH, ATM, Ethernet) наделённый функциями окончания секции мультиплексирования MST (Multiplex Section Termination), используемыми для обмена сигналами (STM-N, ODUk, OCh, OTM-n.m). На таком пути передачи могут быть установлены регенераторы, оптические усилители, оптические мультиплексоры и демультиплексоры и могут быть образованы секции регенерации и оптической передачи.

Соединения в транспортной сети подразделяют на односторонние и двухсторонние. Кроме того, двухсторонние соединения, в свою очередь, подразделяют на соединения в одном маршруте и в различных маршрутах. Все виды соединений представлены на рис. 4.2 а, б, в.

Принцип однонаправленного и двунаправленного соединения широко применяется в линейных и кольцевых сетях.

На рис. 4.3а и 4.3б представлены примеры схем однонаправленного и двунаправленного соединений в кольцевой транспортной сети.

Рис. 4.2а. Пример однонаправленного соединения

Рис. 4.2б. Пример двунаправленного соединения с общей передачей

Рис. 4.3а. Пример организации соединения в кольцевой сети с однонаправленной передачей	Рис. 4.3б. Пример организации соединения в кольцевой сети с двунаправленной передачей

Как видно из рисунков в кольцевой сети при любом из видов передачи (однонаправленной или двунаправленной) существует потенциальный резерв соединения, который может быть использован для защиты соединения с передачей трафика.

4.1. Защита секции мультиплексирования 1+1 (1:1)

Защита секции мультиплексирования вида 1+1 (1:1) относится к защите линейного тракта за счет резервного кабеля и оборудования. При этом в этой защите различают две возможности:

- (1+1) это одна рабочая секция мультиплексирования непрерывно дублируется одной резервной секцией мультиплексирования (рис. 4.4). При аварии рабочей секции селектор приёмной стороны подключит резервную секцию;

- (1:1) это одна рабочая секция мультиплексирования может быть продублирована в аварийном состоянии резервной секцией, которая в нормальном режиме переносит дополнительный (резервный) трафик. Этот трафик автоматически сбрасывается мостом и селектором при аварии рабочей секции (рис. 4.5).

Признаками для выполнения защитного переключения в секции мультиплексирования могут быть следующие сигналы:

- потеря сигнала на приеме (LOS, Loss of Signal);

- потеря цикла (LOF, Loss of Frame);

- избыточный коэффициент ошибок по битам (BER > 10^–10).

Управление процессами переключения с рабочей секции мультиплексирования на резервную происходит в служебных байтах (например, в STM-N байты К1, К2 заголовков MSOH резервной секции).

Рис. 4.4. Принцип резервирования секции 1+1

Учитывая, что передача линейных сигналов может происходить по одной или двум параллельным системам, возможны различные варианты переключений:

- синхронизированный;

- несинхронизированный.

При двунаправленной передаче в рабочей секции переключение на резерв производится в двустороннем режиме, т.е. передатчик и приемник синхронно переключаются на резерв.

При однонаправленной передаче в рабочей и резервной секциях переключение на резерв производится в одностороннем режиме, т.е. приемник выбирает лучший по качеству сигнал. Это может привести к ситуации, когда по рабочей секции происходит передача только в одном направлении, например, слева направо (по рис. 4.4), а передача в другом направлении ведется в резервной секции.

Защита секции мультиплексирования может реализовываться в обратимом и необратимом режимах. Обратимый режим предусмотрен с возвратом с резервной секции на рабочую, как только на этой секции восстанавливается соответствующее качество передачи, и это состояние сохраняется в течение определенного периода времени, называемого «ожидание перед восстановлением».

Рис. 4.5. Резервирование секции мультиплексирования 1:1

Необратимый режим предусмотрен без автоматического возврата на рабочую секцию, однако этот возврат возможен при снижении качества передачи в резервной секции ниже качества рабочей секции. Кроме того, предусматривается принудительное (ручное) переключение на резервную секцию и обратно на рабочую.

При защите секции оптического мультиплексирования WDM OMS предусматривается деление мощности многоканального сигнала WDM пополам с последующей передачей в различных волокнах различных кабельных линий (рис.4.6.).

На приемной стороне оптический коммутатор, управляемый пороговым устройством контроля оптической мощности, гарантированно быстро (не более чем за 50 мс) может изменить направление приема оптического сигнала.

4.2. Защита секции мультиплексирования в кольцевой сети

Для кольцевых сетей средней емкости (например, STM-16) может быть применена защита в двунаправленном кольце при работе каждой секции в 2- волоконном режиме (рис.4.9а,б).

Каждая секция MS содержит два волокна, в каждом из которых ведется передача STM-N. При такой организации передачи необходимо иметь половину емкости STM-N свободной от соединений пользователей. Эта свободная емкость будет использоваться в качестве защитной (рис. 4.9б).

После устранения повреждения в кольце происходит восстановление рабочего состояния. Норматив времени на защиту составляет 50 мс. Однако при большом числе сетевых элементов выполнение этого норматива может быть затруднено длительным процессом обмена информацией между взаимодействующими мультиплексорами посредством байт К1, К2 в заголовках MSOH.

Рис. 4.9а. Двунаправленное кольцо с защитой секции MS

Рис. 4.9б. Двунаправленное кольцо с защитой секции MS при повреждении

Для кольцевой транспортной сети большой емкости, например, STM-64, может использоваться 4-х волоконное кольцо с двунаправленной передачей и защитой секции мультиплексирования. В этом случае все соседние сетевые элементы в кольце должны соединяться двумя кабельными линиями с использованием двух пар волокон в каждой. Аппаратура сетевых элементов должна оснащаться четырьмя агрегатными интерфейсами (рис. 4.10а).

Рис.4.10а. 4-х волоконное кольцо с защитой секции MS

Переключение происходит через функции MSP соседних мультиплексоров. Эти функции поддерживаются обменом байтами К1, К2 заголовков MSOH резервной секции MS. Четырехволоконные кольцевые сети сохранят свою работоспособность и при двойном повреждении любой из секций мультиплексирования MS (рис. 4.10в).

Рис. 4.10в. 4-х волоконное кольцо с защитой секции MS при двойном повреждении

4.3. Защита соединения тракта

Защита соединений тракта транспортной сети может быть рассмотрена для линейной и кольцевой топологий. Функции защиты трактов высокого и низкого уровней поддерживаются оконечными (терминальными) и промежуточными мультиплексорами. Кроме того, поддержка функций защиты программируется в матрицах коммутации, а промежуточный контроль качества трактов выполняется блоками функций тандемного контроля. Тракт, организованный в сложной разветвленной сети разбивается на участки (подсети), где может быть реализована защита соединения SNC/P (Sub Network Connection Protection). Различают подвиды SNC/P:

SNC/I, Sub Network Connection Protection with Inherent Monitoring – резервирование/защита на уровне соединения подсетей с внутренним мониторингом;

SNC/N, Non-intrusively Monitored Sub-Network Connection protection – резервирование/защита на уровне соединения подсетей без внутреннего мониторинга.

Защита SNC/P проводится по схеме 1+1, т.е. на рабочий тракт должен быть предусмотрен свободный резервный. Пример построения однонаправленного соединения в кольцевой сети приведен на рис. 4.11а. Защитное переключение в этой сети показано на рис. 4.11б. При этом переключении соединение из однонаправленного преобразуется в двунаправленное. Время переключения для защиты соединения нормировано величиной 30мс, что при его соблюдении сохраняет трафик этого соединения, например, телефонные каналы.

Рис. 4.11а. Однонаправленное кольцо с защищенным трактом

Рис. 4.11б. Однонаправленное кольцо с защищенным трактом
при повреждении секции мультиплексирования

Поставщики сетевого оборудования для транспортных сетей используют различные системы обозначений механизмов организации защитных переключений.

в Европе принято обозначать:

- 2F-MS-SPRing, 2 Fiber Multiplex Section Shared Protected Rings – 2-х волоконная секция мультиплексирования с применением защиты колец;

- 4F-MS-SPRing, 4 Fiber Multiplex Section Shared Protected Rings – 4-х волоконная секция мультиплексирования с применением защиты колец;

- 2F-SNC/P, 2 Fiber-Sub-Network Connection Protection Ring – 2-х волоконное соединение подсети с защитой в кольце.

В Северной Америке и некоторых других странах принято обозначать:

- 2F BLSR, 2 Fiber Bi-directional Line-Switched Ring – 2-х волоконное двунаправленное кольцо с защитным переключением линейных сегментов;

- 4F BLSR, 4 Fiber Bi-directional Line-Switched Ring – 4-х волоконное двунаправленное кольцо с защитным переключением линейных сегментов;

- 2F UPSR, 2 Fiber Unidirectional Path-Switched ring – 2-х волоконное однонаправленное кольцо с переключением тракта.