Фриман Р.Л. Волоконно-оптические системы связи

Подождите немного. Документ загружается.

кольца. Следовательно, мы имеем дело с «двойным питанием от одного

сигнала», или вариантом защиты 1+1, так как дублирующая информация

передается в обоих направлениях того же самого кольца. Это означает, что

полная емкость одного кольца защищает полную емкость другого кольца. На

выходном (для трафика) узле мы можем ожидать наличие двух сигналов (по

одному с каждого направления), из которых можно выбирать. Если

произойдет обрыв в таком кольце, например на сегменте между узлами X и Y

на рис. 12.1, выходной узел W переключает трафик на резервный маршрут

для восстановления исходного маршрута. Выходной узел Y не затрагивается

обрывом, поэтому нет необходимости переключать маршрут.

Следует заметить, что переключение маршрута в UPSR осуществляется

на одном конце. Здесь это означает, что защитное переключение выполняется

только на выходном узле — без какой-либо координации с входным узлом,

или его уведомлением. Более того, следует заметить, что эта архитектура

изменяется: из кольца она превращается в линейную цепь, если происходит

обрыв в кольце (в обоих направлениях). Однако сервис поддерживается и

после того, как произошел обрыв. То есть, узлы кольца не принадлежат

больше к кольцевой топологии, после того как произошел обрыв в кольце

или потеря узла. Когда имеет место такой дефект, то узлы кольца фактически

начинают работать в режиме двусторонней передачи. Кроме этого, следует

заметить, что кольцо могло бы быть сконфигурировано для работы в режиме

двусторонней передачи сигнала при нормальном функционировании и иметь

режим односторонней передачи во время отказа.

12.4.7. Конфигурация кольца

Кольцевая сеть состоит из сетевых элементов, соединенных

последовательно по схеме точка-точка, так что формируется непрерывная

кольцевая конфигурация, как показано на рис. 12.1. Следует понимать, что

основной причиной для реализации кольца с переключением маршрутов

является необходимость улучшения безотказности сети. Кольцевая структура

обеспечивает защиту от обрыва волокна и отказов оборудования.

Ряд названий используется для того, чтобы описать функциональные

особенности кольца с переключением маршрута, например, однонаправлен-

ное кольцо с защитным переключением маршрутов (UPPS),

однонаправленное кольцо с переключаемыми маршрутами (UPSR),

однонаправленное кольцо и левовращающее кольцо.

Кольцевая архитектура может быть рассмотрена как класс архитектур,

хотя мы анализировали ее концептуально в терминах защиты 1+1. Обычно,

рассуждая о кольцевой архитектуре, мы думали о наличии разных маршру-

тов; и, действительно, существуют два отдельных маршрута связи, идущие

вокруг такого кольца. Кольцевая топология является наиболее популярной в

среде тех, кто занимается ВОЛС дальней связи. Она предлагает то, что

называется географической разнесенностью маршрута. Здесь мы имеем

ввиду то, что если диаметр кольца достаточно большой (например, больше

16 км), то существует большая, в смысле статистики, вероятность, что по

крайней мере одна сторона кольца уцелеет в результате лесных пожаров,

больших наводнений, ураганов, землетрясений и других форс-мажорных

обстоятельств. Это также означает, что мы предполагаем, что только одна

сторона такого кольца номинально пострадает от отказа оборудования или

гибели от экскаватора.

Существуют некоторые формы кольцевой топологии, использованные

в гибридных медно-волоконных системах кабельного ТВ, но они

используются больше для достижения экономической эффективности

соединения, чем как средство увеличения выживаемости. Кольца не

используются в СКС внутри зданий и не являются обязательными в

корпоративных ВОЛС.

Существуют две основные SHR-архитектуры в SONET: односторонняя

и двусторонняя. В зависимости от схемы организации трафика и некоторых

других факторов, некоторые типы кольцевой архитектуры лучше подходят к

одним приложениям, чем другие. Различия одностороннего и двустороннего

типов колец показаны на рис. 12.1. В одностороннем кольце операционный

трафик переносится по кольцу только в одном направлении. Например,

трафик, проходящий от узла W к Z, будет проходить мимо узлов кольца

только по часовой стрелке, точно также, как и трафик, проходящий от узла Z

к W. Рабочая емкость однонаправленного кольца определяется полными

потребностями в трафике между любой парой узлов.

В случае двунаправленного кольца, трафик идет вокруг такого кольца в

обоих направлениях, используя два параллельных маршрута между узлами.

(Эти маршруты проложены в различных волокнах одного и того же ВОК.)

Для примера, приведенного выше, трафик, проходящий от узла W к Z, про-

ходит по часовой стрелке мимо промежуточных узлов кольца X и Y, а трафик,

проходящий от узла Z к W, возвращается далее по тому же маршруту через те

же промежуточные узлы Х и Y (основная особенность такого кольца в

существовании двух альтернативных маршрутов «восточного» и «западно-

го», которые могут отличаться длиной пути).

Другая особенность двунаправленного кольца в том, что трафик в

обоих направлениях передачи между узлами проходит через тот же самый

набор узлов. В отличие от тайм-слота (здесь и ниже под тайм-слотом

понимается емкость на уровне ОС-1) однонаправленного кольца, тайм-слот

двунаправленного кольца может быть повторно использован несколько раз

на том же кольце, что позволяет лучше использовать емкость кольца. Все

узлы на этом кольце используют ту же самую резервную/защитную полосу

(емкость кольца), вне зависимости от количества повторного использования

какого-то тайм-слота. В больших кольцах, где задержка распространения

может вызвать проблемы, существует механизм, обеспечивающий исполь-

зование кратчайшего пути (при нормальных условиях маршрутизации) в

каждом из направлений распространения трафика (не путайте понятие тайм-

слота, введенное выше автором, с общепринятым понятием там-слота, как

канального временного интервала при временном мультиплексировании. В

этом случае тайм-слот эквивалентен каналу емкостью 64 кбит/с.).

12.4.7.1. Однонаправленное кольцо с переключением маршрута

(UPSR)

Этот тип кольца (SONET UPSR) показан на рис. 12.1 (левый рисунок).

UPSR обеспечивает избыточную емкость для защиты узлов,

осуществляющих сервис сообщений, от отказа или деградации сигнала.

Основой защиты в кольце UPSR является установка перемычки (на входном

узле) для направления одинаковых STS/VT сигналов в обоих направлениях

вокруг кольца. На выходном узле происходит отбор лучшего сигнала (из

двух направлений). Решение о том, какой сигнал будет отобран, основано на

использовании сигналов индикации STS и VT на уровне маршрута. Другими

словами, UPSR использует механизм 1+1 APS, но только на уровне

маршрута. Отсюда и название — «с переключением маршрута». Линейный

механизм 1+1 APS, описанный в разд. 12.4.5.1, работает на линейном уровне.

Сигналы индикации на маршрутном уровне, используемые для форсирования

переключения, формируются по факту деградации сигнала, оборудования и

возникновения дефектов.

В нашем случае термин однонаправленный имеет два значения:

1. Начальную конфигурацию UPSR, такую что прямой и обратный

маршруты проходят по кольцу в том же самом направлении. Предположим,

что определенный маршрут начинается в узле Y на рис. 12.1(а). Он проходит

в направлении часовой стрелки и заканчивается на узле Z (см. тот же рис.

12.1(а)). Так как мы имеем дело с полнодуплексными схемами, то обратный

маршрут от Z к Y будет нормально нести трафик обратного направления.

2. Переключение маршрута в кольце UPSR осуществляется с одного

конца. Если защитный переключатель оперирует на выходном узле, то обыч-

но противоположный конец маршрута не принуждается к исполнению

операции защитного переключения. В результате этого, переключение

действует только на одном конце цепи. Отсюда смысл значения одно-

направленный. В этом заключено одно из преимуществ. Различные узлы,

через которые любые маршруты подвергаются действию, вызванному

отказами оборудования или ВОК, не обязаны взаимодействовать друг с

другом. Это делает архитектуру UPSR значительно проще, чем BLSR.

Такая (BLSR) кольцевая сеть показана на рис. 12.1. Это

двухволоконное двунаправленное кольцо с переключением линейных

сегментов BLSR. Эта архитектура кольца также проходила под именами

однонаправленного кольца с переключением маршрутов (UPSR),

одноколъцевой архитектуры, левовращающего кольца.

12.4.7.2. Двунаправленное кольцо с переключением линейных

сегментов (BLSR)

Как видно из рис. 12.2, существуют двухволоконные и

четырехволоконные BLSR. Четырехволоконные конфигурации BLSR

приведены на рис. 12.2(б). Они могут рассматриваться как два отдельных, но

параллельных, кольца передачи. Рабочий трафик передается по одному

кольцу, а резервный (защитный) трафик ~ по другому. Разделение рабочего и

резервного трафика по различным волокнам позволяет использовать

переключение пролетов. Пролет состоит из пучка линий SONET между двумя

смежными на кольце узлами.

Переключение пролетов. В четырехволоконном BLSR рабочие и

резервные каналы передаются по различным линиям. Следовательно,

четырехволокон-ное кольцо может использовать схему защиты, аналогичную

схеме защитного переключения 1+1 для отдельных пролетов/сегментов. Для

тех отказов, которые влияют только на рабочие каналы, таких как обрыв

одного волокна, восстановление может быть обеспечено путем переключения

рабочих каналов на различные линии, несущие резервные/защитные каналы

на том же пролете/сегменте. Фактический протокол для переключения

пролета/ сегмента является частью протокола BLSR и отличается от

протокола, используемого в системах APS топологии точка-точка.

Переключение пролета/сегмента неприменимо к четырехволоконным BLSR.

Рис. 12.2. Двухволоконные (а) и четырехволоконные (б) конфигурации колец

BLSR.

Четырехволоконное кольцо BLSR, работающее на скорости OC-N,

имеет емкость пролета OC-N, тогда как двухволоконное кольцо BLSR, при

той же скорости, только (OC-N)/2. Однако четырехволоконное кольцо BLSR

требует больше электронного оборудования для работы.

Для двухволоконного кольца BLSR оба направления передачи

используют тот же самый набор узлов при нормальных условиях

эксплуатации. Действие защитного переключения инициируется на основе

показателей качества передачи на каждом сетевом элементе (NE).

Ненормальные условия функционирования отслеживаются появлением

сигнализации типа: LOS -потери сигнала или ухудшения BER. Как для

кольца BLSR, так и для кольца UPSR, существует возможность отключить

функцию защиты, для пропуска по ним незащищенного трафика. В этом

случае для создания защиты (например, для оборудования пользователя)

можно использовать схему защиты между конечными точками.

Проектировщик системы может выбрать конфигурацию BLSR, как наи-

более экономную, для тех приложений, которые имеют циклическую схему

организации трафика или ячеистую сеть. При циклической организации

трафика запросы существуют только между соседними узлами. В ячеистой

цепи все узлы должны рассматриваться равноправными с точки зрения зап-

росов, т.е. запросы существуют со стороны всех узлов. Помните, что емкость

двухволоконного кольца BLSR может быть вдвое больше, чем у кольца

UPSR (при той же скорости данных). Емкость четырехволоконного кольца

BLSR может быть вчетверо больше, чем у UPSR, в зависимости от специфи-

ки ситуации и характера трафика. Двухволоконное кольцо BLSR показано на

рис. 12.3.

Рис. 12.3. Типичное двухволоконное кольцо BLSR

В случае двухволоконного кольца BLSR (2F-BLSR) ни одно из волокон

не назначается специально в качестве резервного. Переключение

осуществляется путем использования нечто похожего на выбор тайм-слота,

где каждый рабочий тайм-слот предварительно назначается резервным тайм-

слотом в противоположном направлении и потому не может быть назначен

пользователем.

Двухволоконное кольцо BLSR может обеспечить максимум

восстановления там, где существует 100% восстанавливаемый трафик для

одиночных отказов, когда 50% емкости кольца резервируется для защиты.

Это приводит к емкости пролета (OC-N)/2. Рассмотрим пример

двухволоконного кольца BLSR. Мы имеем 24 тайм-слота между узлами W и

X для рабочего трафика и 24 тайм-слота между узлами W и X для резервного

трафика.

Информацию об активации защитного переключения в SONET несут

байты К1 и К2 в заголовке на резервных линиях. Когда происходит отказ,

узлы, граничащие с отказавшим сегментом, выполняют функции переклю-

чения кольца. Отказавший сегмент может состоять из пролета одного или

нескольких узлов. В случае двухволоконного кольца BLSR, работающего на

скорости OC-N, тайм-слоты с 1 по N/2 будут нести рабочие каналы. Тогда

тайм-слоты с (N/2)+1 по N резервируются под каналы защиты. Тайм-слот

номер X первого волокна будет защищен тайм-слотом номер X+(N/2) второго

волокна в противоположном направлении, здесь X — целое число между 1 и

(N/2).

Рис. 12.4. Типичное четырехволоконное кольцо BLSR (4F-BLSR) с линейным

переключением.

На рис. 12.4 показано четырехволоконное кольцо BLSR. Этот тип

кольца состоит из набора узлов, соединенных с двумя парами волокон. Эта

конфигурация может включать: ВОУ и/или регенераторы для формирования

замкнутого кольца. В случае четырехволоконного кольца BLSR (4F-BLSR)

рабочие и резервные каналы сформированы на различных волокнах. Это

позволяет организовать две формы защитного переключения для улучшения

доступности сервиса.

Защита трафика на уровне STS инициируется на основе анализа состоя-

ний, обнаруженных сетевыми элементами (NE) на линейном уровне. В двух-

волоконном двунаправленном кольце, защита обеспечивается резервирова-

нием некоторой емкости на каждом волокне. Переключение осуществляется

путем использования механизма выбора тайм-слотов, где каждый рабочий

тайм-слот предварительно назначается тайм-слотом резервного канала, иду-

щего в противоположном направлении. В кольце BLSR SONET, когда NE

осуществляют операцию переключения, весь защищенный трафик, с неко-

торого узла, начинает двигаться в противоположном направлении. Двунап-

равленные кольца обычно направляют трафик к соседнему с местом обрыва

волокна NE.

Чтобы окончательно прояснить характер двухволоконного кольца

BLSR, укажем, что только два волокна, как следует из названия, требуются

для каждого пролета кольца. Каждое волокно несет как рабочие, так и

резервные каналы. Следовательно, на каждом волокне половина каналов

определяется как рабочие и половина - как резервные. Рабочие каналы на

одном волокне защищаются резервными каналами на другом волокне,

идущими в противоположном направлении, как показано на рис. 12.3. Эта

схема допускает двунаправленный рабочий трафик. При этом на каждом

волокне используется только один набор каналов с заголовками.

Мы введем новый термин — NUT — неприоритетный незащищенный

трафик. На усмотрение проектировщика системы, определенные выбранные

каналы, занимающие часть рабочей емкости, и соответствующие им резер-

вные каналы, могут быть назначены как неприоритетные незащищенные ка-

налы. Оставшиеся рабочие каналы рассматриваются как защищенные соот-

ветствующими резервными каналами. Каналы NUT не имеют защиты APS в

кольце BLSR. Двухволоконные кольца BLSR поддерживают только пере-

ключение колец. Когда активируется переключение кольца, тайм-слоты,

несущие рабочие каналы, переключаются на тайм-слоты, несущие резервные

каналы в обратном направлении.

Четырехволоконное кольцо BLSR требует наличия четырех волокон на

каждом пролете кольца. Это видно на рис. 12.4, который показывает, что

рабочие и резервные каналы проходят по различным волокнам. Два волокна

передают в противоположных направлениях рабочий трафик (Wl, W2), а два

других (P1, P2), также передающих в противоположном направлении,

передают резервный трафик. Такая концепция позволяет передавать дву-

направленный рабочий трафик. Заголовки, передаваемые по одному волокну,

предназначены или рабочим, или резервным каналам, потому что эти каналы

передаются по разным волокнам.

Если поддерживаются каналы типа NUT, то на каждом пролете

выбранные каналы, занимающие часть рабочей емкости, и соответствующие

им резервные каналы, назначаются как неприоритетные незащищенные кана-

лы. Оставшиеся рабочие каналы защищаются соответствующими резервны-

ми каналами. Каналы NUT не имеют защиты APS BLSR на сконфигуриро-

ванном пролете. На других пролетах тот же самый канал (если он не

сконфигурирован как NUT) имеет только вариант защиты путем переклю-

чения пролета, если этот вариант для него возможен.

В обзоре, архитектура с переключением линий использует индикацию

состояния (соответствующую линейному уровню модели SONET) для за-

пуска действия защитного переключения. Действие переключения выпол-

няется только на линейном уровне, для восстановления от отказов, оно не

предполагает использования индикации маршрутного уровня. Индикация

линейного уровня включает условия отказов на линейном уровне и сообще-

ния сигнализации, которые посылаются между узлами для осуществления

скоординированных действий по защитному переключению линий.

В случае кольца с коммутируемыми маршрутами, механизм запуска за-