Вопрос: Архитектура сетей и резервирование трактов.

Перспективная сеть должна иметь иерархическую трехуровневую архитектуру, так как такая архитектура позволяет наиболее рационально построить гибкую, надежную и экономичную сеть.

Рисунок 3.21 - Трехуровневая архитектура сети СЦИ.

Верхний (базовый, магистральный) уровень образуется главными узлами, в которых устанавливается АОП 4/4. Основными единицами, которыми обмениваются эти узлы, служат виртуальные контейнеры VC-4. Каждая линия несет по несколько STM-4 или STM-16. Структура сети на этом уровне решетчатая.

Средний уровень состоит из нескольких соединительных (региональных) сетей, каждая из которых охватывает определенную территорию. Узлы этих сетей обмениваются не только VC-4, но и более мелкими единицами, например, VC-12. Поэтому в узлах используется АОП 4/1, а также МВВ. Важнейшие узлы этого уровня выходят на один или несколько узлов верхнего слоя. Структура соединительных сетей может быть и кольцевой, и решетчатой. В линиях организуются тракты STM-4.

Нижний уровень составляют сети доступа, куда и включаются основные источники и потребители нагрузки. Каждая из сетей доступа выходит на один или несколько узлов среднего уровня. Структура сетей кольцевая на основе МВВ, тракты STM-1 или STM-4.

В самых общих чертах можно охарактеризовать функции каждого уровня следующим образом: верхний уровень создает сеть трактов VC-4, средний - осуществляет перераспределение трактов VC-12 и VC-3 между VC-4, нижний - обеспечивает доступ к сети пользователей.

Преимуществами подобной иерархической архитектуры являются:

• возможность независимого развития и реконструкции каждого из уровней;

• концентрация потоков нагрузки, позволяющая использовать линейные тракты высокой пропускной способности, что дает экономию при построении сети;

• возможность осуществлять контроль, управление и резервирование отдельно на каждом уровне, что упрощает и ускоряет ликвидацию последствий отказов на сети.

Важным аспектом проектирования сетей СЦИ является обеспечение их надежности и живучести. Сама по себе аппаратура СЦИ, как уже указывалось выше, весьма надежна. Кроме того, встроенные средства контроля и управления облегчают и ускоряют обнаружение неисправностей и переключение на резерв.

Однако, преимущества СЦИ в части надежности и живучести не реализуются в полной мере сами по себе. Это объясняется тем, что ВОЛС обладают огромной пропускной способностью, и отказ даже одного участка может привести к разрыву связи для десятков тысяч пользователей и значительным экономическим потерям. Поэтому необходимо применять специальные меры по обеспечению отказоустойчивости сетей, закладывая резервные емкости и предусматривая алгоритмы реконфигурации сетей при отказах ее элементов.

Отмеченные обстоятельства привели к концепции построения так называемых самозалечивающихся сетей на основе СЦИ. Ее суть - создание сети, которая при выходе из строя отдельных элементов способна сохранять или автоматически восстанавливать в короткое время нарушенные связи без серьезных последствий для пользователей.

Существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспо­собности синхронных сетей , которые могут быть сведены к следующим схемам:

1. резервирование участков сети по схемам 1+1 и 1:1 по разнесенным трассам, 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 находися в режиме горячего резерва, перек­лючение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления;

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

3. резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1;

4. восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла: системы управления SDH мультиплексоров обычно дают возмо­жность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа;

5. использование систем оперативного переключения.

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

Простейшим способом самозалечивания является резервирование по схеме 1+1 при соединении "точка-точка". В этом случае два пункта соединяются между собой двумя кабелями по географически разнесенным трассам. Каждый сигнал передается одновременно по обеим трассам, а на приемном конце осуществляется автоматический контроль поступающих сигналов и выбор лучшего из них.

Кольцевые сети. Возможности МВВ позволяют организовывать кольцевые самозалечивающиеся сети. Существуют два варианта их построения: однонаправленное и двунаправленное кольцо.

При первом варианте каждый входной поток направляется вокруг кольца в обоих направлениях, а на приемной стороне, как и в случае схемы 1+1, осуществляется выбор лучшего сигнала. Для построения кольца используются два волокна. Передача по всем основным путям происходит в одном направлении (например, по часовой стрелке), а по всем резервным - в противоположном (деление на основной и резервный пути здесь является условным, так как они оба равноправны). Поэтому такое кольцо называется однонаправленным, с переключением трактов или с закрепленным резервом.

Схема прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения по основному и резервному путям в таком кольце изображена на рисунке 3.22.

Рисунок 3.22 - Однонаправленное кольцо

В случае двунаправленного кольца (рис.3.23) с двумя волокнами удвоение сигнала не производится. При нормальной работе каждый входной поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении (отсюда и название "двунаправленное"). При возникновении отказа посредством МВВ на обоих концах отказавшего участка осуществляется переключение всего потока информации, поступавшего на этот участок, в обратном направлении. О таком кольце также говорят, что в нем осуществляется переключение секций или защита с совместно используемым резервом.

а) б)

Рисунок 3.23 - Двунаправленное кольцо а) в нормальном режиме, б) в аварийном режиме.

Возможно также двунаправленное кольцо с четырьмя волокнами. Оно обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости, чем кольца с двумя волокнами, однако затраты на его построение существенно больше, поэтому такой вариант применяется реже.

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

Однонаправленные кольца больше подходят для случаев центростремительного трафика. Это типично для сетей доступа, предназначенных для подключения пользователей к ближайшему узлу. Двунаправленные кольца более выгодны при достаточно равномерном распределении трафика, при котором становится заметным их преимущество в пропускной способности. Поэтому их применение целесообразно для соединительных сетей.

При обоих вариантах возможно сохранение полной работоспособности сети при любом одиночном отказе.

Сети на основе АОП (рис.3.24). Для сети с произвольной структурой, в узлах которой установлена АОП, в случаях возникновения на сети отказов, разрывающих имеющиеся тракты, возможно переключение потоков с использованием резервов пропускной способности работоспособных линий (реконфигурация).

а) б)

Рисунок 3.24 - Сеть на основе АОП а) в нормальном режиме, б) в аварийном режиме.

В сетях на основе АОП резервирование может осуществляться с использованием различных маршрутов, число которых тем больше, чем больше связность сети и чем больше резервы по пропускной способности. Поэтому в таких сетях возможна зашита от одновременных отказов нескольких элементов, а не только от одиночных отказов, как в кольцевых сетях.

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.

Комбинированные структуры. Применение смешанной архитектуры, использующей как кольцевые структуры, так и АОП, позволяет эффективно строить сети, обеспечивая тот же уровень отказоустойчивости, что и у чисто кольцевой сети, при меньшей суммарной пропускной способности всех линий.

В некоторых случаях требуется обеспечить возможность бесперебойной работы не только при любых одиночных отказах, но и при любом сочетании двух одновременно неработоспособных элементов в различных кольцах (по одному в каждом). Для этого каждый поток, направляемый в смежное кольцо, должен достигать обоих узлов сопряжения, а эти узлы оснащаются специальными устройствами для выбора и переключения сигналов.

Таким образом, выбор архитектуры сети требует детального анализа, учитывающего, в частности, размеры сети, требования по надежности и живучести, распределение тяготений между узлами и другие факторы.