Функциональные модули сети SDH

В кольцах MS SPRing производится резервирование линий (мультиплексных секций), соединяющих пару узлов кольца, с организацией обхода поврежденной линии по обратной стороне кольца (рис.6. 4). При этом на одном конце производится переключение информации на выделенные резервные емкости, которые являются общими для всех линий кольца. На другом конце производится обратное переключение – с резервных емкостей на рабочие. Отметим, что кольца MS SPRing могут использоваться в двухволоконном и в четырехволоконном вариантах, которые обозначаются как 2F и 4F соответственно.

Рис.6.4 Кольцо MS SPRing

Схемы линейного резервирования организуют одновременную передачу информации между сетевыми узлами по двум разнесенным (не имеющим общих узлов) трассам в сети произвольной структуры, что обозначается как 1+1. Эти схемы также бывают двух видов: с резервированием линий и с резервированием потоков.

Рис. 6.5 Резервирование MSP 1+1

Следует отметить, что резервная линия (рис. 6. 5) проходит узел C без преобразования (только по оптике).

Резервирование по схеме SNCP 1+1 производит резервирование трактов и предусматривает передачу потоков или трактов пользователей между парой узлов по двум разнесенным трассам в сети произвольной структуры (рис. 6.6).

Рис. 6.6 Схема резервирования SNCP 1+1

В силу своей простоты схема резервирования SNCP 1+1 является наиболее распространенной. Для ее реализации не требуется, чтобы сеть имела какую-то строго определенную, например, кольцевую структуру или чтобы все участки сети имели одинаковую пропускную способность (что необходимо для кольцевой структуры). Анализ ТС SDH различных операторов показал, что большинство альтернативных операторов используют резервирование по схеме SNCP 1+1, а традиционные операторы чаще используют кольцевые структуры. Как указывается в ряде источников, схема резервирования SNCP 1+1 является чрезмерно избыточной, так как требует более чем вдвое повысить общую емкость (т.е. пропускную способность) сети (с учетом того, что резервная трасса для каждого потока обычно несколько длиннее основной). Кроме того, в сетях большого размера основной и резервный пути для потоков при схеме SNCP 1+1 могут содержать слишком много участков, что снижает общую надежность этой схемы. С точки зрения надежности в больших сетях предпочтительнее вместо линейных схем SNCP 1+1 строить кольцевые структуры, так как с их

Структуры в сетях SDH с использованием кросс-коннекторов

Реальные структуры сетей SDH состоят из комбинаций описанных выше элементарных отказоустойчивых структур. Большое разнообразие таких комбинаций позволяет разработчикам выбирать наиболее подходящие к реальным условиям сети.

Появление на ТС SDH аппаратуры сетевых кросс-коннекторов (DXC – digital cross-connect) позволяет рассматривать новые типовые структуры или шаблоны в сетях SDH. В этом случае на порты таких кросс-коннекторов с помощью оптического или электрического интерфейса заводятся агрегатные или компонентные потоки верхнего уровня, которые демультиплексируются до уровня STM-1 и уже на уровне STM-1 подключается ко входам расположенного в кросс-коннекторе неблокирующего коммутатора, позволяющего коммутировать все тракты STM-1, а также производить обмен трактами Е1 между различными STM-1. В настоящее время на сетях ряда операторов уже установлены такие кросс-коннекторы, имеющие матрицы большой емкости. На основе сетевых кросс-коннекторов и мультиплексоров нового поколения могут строиться различные структуры в сетях SDH. Отметим, что при использовании кросс-коннекторов на сетях операторов РФ реализуется только функция постоянного переключения или кроссировки, а функция динамического переключения, которая должна выполняться при резервировании в решетчатых сетях, пока в сетях SDH операторов РФ не используется.

Одной из структур, которые могут строиться с использованием сетевых кросс-коннекторов, является структура так называемых «вырожденных колец», где кольца SNCP демонтируются, а каждая половинка бывшего кольца заводится на два кросс-коннектора (K1 и K2 на рис. 6. 7). В этом случае каждое бывшее кольцо SNCP разбивается на две части, которые превращаются в линейные структуры SNCP 1+1, взаимодействующие друг с другом через кросс-коннекторы. На рис. 6 показано превращение двух колец SNCP с узлами 1, 2, 3, 4, 5 и 6, 7, 8, 9, 10 в линейные структуры, заведенные на кросс-коннекторы. Такая структура более экономична по пропускной способности, чем классические кольца SNCP. Например, при передаче потока из узла 2 в узел 7 этот поток проходит по всем звеньям линейной структуры 1-2-3 и 6-7-8, но не проходит, например, по звеньям 5-4 и 10-9, как это было бы необходимо в сопряженных кольцах SNCP.

Рис. 6.7 Кольца, преобразованные в линейные структуры SNCP 1+1, соединенные через два кросс-коннектора

Большой выбор пользовательских интерфейсов (оптических и электрических) и возможности матрицы коммутации позволяют с помощью кросс-коннекторов организовать, многоуровневые сетевые топологии. Например, в сетях ряда операторов в настоящее время используется двухуровневая структура сети в виде «ромашки», когда доступ периферического полукольца к кольцу верхнего уровня производится в двух точках, в которых расположены кросс-коннекторы (К1-К4 на рис. 6.8).

Рис. 1 -

Рис. 6.8 Двухуровневая структура сети с резервированием SNCP 1+1

Общей тенденцией развития структур транспортных сетей SDH является их многоуровневое построение, когда выделяется периферийная сеть и так называемая сеть транспортных магистралей, например, сеть между кросс-коннекторами на рис. 6.8 Многоуровневое построение транспортных сетей обычно отвечает иерархическому построению сетей, предоставляющих услуги. При этом наиболее экономичным решением является не топология типа «ромашки» с резервированием типа SNCP 1+1, а структура, когда на магистральном уровне используется резервирование MSP 1+1, а периферийная сеть строится на кольцах (рис. 6.9).

Рис. 6.9 Двухуровневое построение ТС

Эта модель состоит из внутренней магистральной подсети и внешней (периферийной) подсети. Главным фактором в разделении сети на два слоя являются характер трафика, возможности резервирования и рост сети. Внутренняя подсеть решетчатой структуры с резервированием по решетчатой схеме на кросс-коннекторах или с использованием быстродействующих структур MSP 1+1, является сетью с высокой плотностью соединений, пропускающей большой поток заявок при быстром развитии. Защита с помощью структур быстродействующих MSP 1+1, организованных на уровне линий, с учетом их легкого масштабирования и высокой скорости переключения, наиболее пригодна для использования на транспортной сети SDH верхнего уровня. Периферийная часть сети, где величина потока и темпы его роста невелики, чаще всего строится с использованием кольцевых структур.

Резервирование в решетчатых сетях

Все перечисленные выше структуры осуществляют так называемое автоматическое защитное резервирование, при котором резервные емкости и резервные маршруты фиксированы. Существует другой способ резервирования, когда резервные емкости выделяются в момент возникновения отказа. Такой способ используется в решетчатых сетях (решетчатое резервирование). Решетчатыми (mesh) сетями принято называть сети произвольной структуры с высокой (три и более) связностью узлов сети. Под связностью здесь понимается количество независимых путей между узлами, например, у древовидной структуры или звезды таких путей один, а у кольца – два. Поэтому решетчатая сеть может рассматриваться как наиболее развитая универсальная структура, позволяющая организовывать большое количество обходных путей. Решетчатые структуры обычно используются в сетях высшего уровня иерархии.

В схеме решетчатого резервирования помимо мультиплексоров должны использоваться также кросс-коннекторы, которые переключают поврежденный трафик на резервное направление под действием сигналов системы управления. На рис. 5 приведен пример схемы решетчатого резервирования. Схемы решетчатого резервирования также могут быть с резервированием участков (линий) и с резервированием трактов. В первом случае восстанавливаются все тракты, трассы которых включают поврежденный участок, путем организации обхода этого участка вне зависимости от источников и получателей этих трактов. При восстановлении трактов пострадавшие тракты восстанавливаются по принципу «из конца в конец». На рис. 5 показан пример восстановления участков и трактов.

Рис. 6.10 Пример восстановления по участкам и по трактам

Из рис. 6.10 видно, что при восстановлении линий производится резервирование тракта, проходящего по трассе А-В-С-D путем обхода поврежденного участка В-С через узел Е, а при восстановлении трактов производится обход тракта с маршрутом А-В-С-D по тракту A-F-G-H-D.

Схема решетчатого резервирования требует наименьших затрат на резервные емкости по сравнению со всеми другими схемами, так как общие резервные емкости используются при разных отказах. Однако время переключения в таких схемах велико и составляет несколько секунд, так как резервный тракт должен формироваться в процессе резервирования. В настоящее время на транспортных сетях SDH операторов связи РФ способ решетчатого резервирования не используется. Однако такие структуры находят широкое применение в сетях с технологией DWDM, о чем будет подробнее указано ниже.

Скорость переключения на резерв

Известно, что все автономные отказоустойчивые структуры SDH производят переключение на резерв за время, не превышающее 50 мс. Обеспечение на уровне SDH, т.е. на физическом уровне переключения на резерв за время порядка 50 мс не нарушает установленных соединений и практически полностью восстанавливает передаваемую информацию. Например, для разговорного трафика, для трафика видеоконференций и для мультимедийного трафика перерыв в передаче на время 50 мс не превышает нижнюю границу допустимого перерыва по нормированным характеристикам QoS, т.е. не приводит к значительной потере качества. Для трафика передачи данных в сети IP за время перерыва 50 мс может быть потеряно несколько десятков или сотен кадров. Такая потеря будет обнаружена протоколами верхнего уровня (TCP) и потерянные кадры будут автоматически повторены с помощью протоколов верхних уровней. Основной эффект переключений за время 50 мс состоит в том, что процедура перемаршрутизации на сетевом уровне за это время обычно не успевает инициализироваться. Поэтому резервирование на физическом уровне с помощью отказоустойчивых структур SDH надежно защищает сеть от наиболее частых одиночных отказов на транспортной сети. При двойных и более отказах на транспортной сети восстановление связи на физическом уровне не всегда возможно и в большинстве случаев оно должно производиться на сетевом уровне.

Как уже указывалось, при решетчатом резервировании время переключения зависит от конкретной схемы и находится в диапазоне от долей секунды до минуты. Такая длительность перерыва в обслуживании на физическом уровне может быть на сетевом уровне зафиксирована как «повреждение линии» и приводить к попыткам перемаршрутизации сообщений на сетевом уровне, т.е. к изменению маршрутных таблиц. Однако в большинстве протоколов маршрутизации стека TCP/IP используется программируемая задержка в изменении маршрутов, которая может перекрывать время переключения на резерв в решетчатых схемах. В каждом конкретном случае используется индивидуальная настройка маршрутов с учетом резервирования на физическом уровне. Особенно это относится к резервированию маршрутов с MPLS (Multy-Protocol Label Switching – мультипротокольная коммутация по меткам), которое требует одновременного рассмотрения резервирования на физическом и на сетевом уровне.

Наложенные кольца SDH и DWDM

При появлении на ТС SDH участков с DWDM топология колец SDH уже не повторяет топологию транспортной сети. Например, на рис. 10а изображена топология оптических кабелей, а на рис. 10б приведена схема кольца SDH. Из этих рисунков видно, что оптическая сеть содержит 5 узлов, а организованное на ней кольцо SDH проходит два узла только по оптике, без электрических преобразований и без установки мультиплексоров SDH.

Рис. 6.11 Расположение узлов в наложенном кольце SDH

Использование таких «наложенных» колец в сети SDH может оказаться эффективным, так как позволит объединить в одном кольце узлы, далеко отстоящие друг от друга, но имеющие большой взаимный трафик, что было невозможно в сети SDH. Кроме того, такое построение кольца даст возможность исключить этот трафик наложенного кольца из промежуточных участков сети, который необходимо должен был присутствовать в обычных кольцах SDH.

Как гибрид сетей SDH и DWDM может быть рассмотрен вариант построения сети, предложенный фирмой Huawei для развития городских сетей (проект «Metro»). На рис. 6.12 изображена схема этого проекта.

Рис. 6.12 Схема проекта «Metro»

Кольцевые сети SDH объединяются с оптическим кольцом верхнего уровня, через которое проходит межкольцевой транзитный трафик. Такая схема позволяет сохранить существующие кольцевые структуры SDH и повысить общий трафик в городской сети.