Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 5

Синхронизация цифровых сетей

185

привязки ШВП к СШВ и СШВ к UTC путем вычисления необходимых поправок. Для сверки

БШВ и СШВ используется система контроля фаз (СКФ), осуществляющая активные и пассив-

ные измерения дальности до НС подсистемой ПКУ. Для привязки указанных шкал времени ис-

пользуется специальная аппаратура привязки.

В результате осуществления указанной процедуры синхронизации итоговая точность вы-

числения времени пользователя составляет для ГЛОНАСС 1 мкс, а для GPS 0,34 мкс в режиме

общего доступа и 0,18 мкс в режиме селективного доступа. Предполагается, что на втором этапе

развертывания системы ГЛОНАСС точность вычисления времени будет повышена с 1 мкс до де-

сятков наносекунд за счет повышения точности синхронизации сигналов НС до 15 не за 24 часа.

5.6. Синхронизация цифровых сетей SDH

Проблема синхронизации сетей SDH, с одной стороны, является частью общей проблемы синхро-

низации цифровых сетей (ИКМ и PDH), как описано выше. С другой стороны, SDH привносит

свои дополнительные проблемы, вызванные использованием указателей и наличием плавающего

режима размещения контейнеров в поле полезной нагрузки, что приводит фактически к опреде-

ленной асинхронности его транспортировки. Последняя делает невозможным использование вы-

деленного при демультиплексировании STM-N 2 Мбит/с потока для целей синхронизации. Одна-

ко технология SDH предлагает и свои специфические методы решения проблем синхронизации.

Они, в свою очередь, не могут быть правильно поняты без использования некоторых базовых по-

нятий, которыми специалисты оперируют при описании проблем синхронизации и методов их

решения.

5.6.1. Особенности синхронизации сетей SDH

Как отмечалось выше, если цифровая сеть локальна, то для нее проблемы синхронизации отсутст-

вуют и в разумных пределах фактически не зависят от точности общего источника синхрониза-

ции. Проблема синхронизации возникает при объединении таких сетей в одну сложную сеть. Для

ее синхронизации нужно предусмотреть, чтобы источники тактовой синхронизации отдельных

сетей были одинаковыми и высокостабильными или была построена сеть синхронизации с еди-

ным высокостабильным источником тактовой синхронизации.

Синхронизация сетей PDH и SDH отличается своей спецификой. Целостность синхрони-

зации сети PDH основана на использовании той же схемы иерархической принудительной син-

хронизации (по схеме «ведущий-ведомый»). В ней прохождение сигналов таймеров через узлы

сети прозрачно, так как фазы сигналов Е1, используемых для синхронизации, жестко привязаны к

фрейму PDH.

В сети SDH, восстанавливающей в каждом узле сигнал таймера из линейного сигнала

STM-N, такая прозрачность теряется, а сигнал Е1, восстановленный из сигнала STM-N, для целей

синхронизации не используется (см. ниже). В этой ситуации целостность синхронизации сети

SDH лучше поддерживается при использовании распределенных первичных эталонных источ-

ников PRS, что позволяет устранить эффекты "каскадирования сигналов таймеров" [117]. Метод

распределенных PRS, однако, не используется на нашей сети, его описание см. в стандарте Bellcore

GR-2830-CORE [120].

5.6.1.1. Источники синхронизации сетей SDH

Внедрение сетей SDH, использующих наряду с привычной топологией точка-точка, кольцевую и

ячеистую топологии, привнесло дополнительную сложность в решение проблем синхронизации,

Глава 5

Синхронизация цифровых сетей

186

так как для двух последних топологий маршруты сигналов могут меняться в процессе функцио-

нирования сетей.

Как было указано в разд. 2.7 и рассмотрено в [215], сети SDH имеют несколько дубли-

рующих источников синхронизации, которые можно разделить на два класса: внешние и внутрен-

ние.

Внешняя синхронизация:

- сигнал внешнего сетевого таймера, или первичный эталонный таймер PRC, определяемый в

рекомендации ITU-T G.811 [118], т.е. сигнал с частотой 2048 кГц (см. ITU-T G.703, п.13 [14]);

- сигнал с трибного интерфейса канала доступа (рассматриваемый здесь как аналог таймера

транзитного узла TNC), определяемый в рекомендации ITU-T G.812 [119], сигнал с частотой

2048 кГц, выделяемый из первичного потока 2048 кбит/с;

- линейный сигнал STM-N, или линейный таймер, сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейно-

го сигнала 155,52 Мбит/с или 4n x 155,52 Мбит/с.

Внутренняя синхронизация:

- сигнал внутреннего таймера (рассматриваемый как таймер ведомого локального узла LNC),

определяемый в рекомендации ITU-T G.813 [163], сигнал 2048 кГц;

Что касается точности сигналов внешней синхронизации, то она соответствует стандартам

G.811, G.812 и описана выше. Точность сигналов внутренней синхронизации регламентируется

производителями и для мультиплексоров SDH составляет обычно 4,6·10

-6

Учитывая, что трибы 2 Мбит/с, пришедшие из сетей SDH, отображаются в VC-12 и могут

плавать в рамках структуры вложенных контейнеров, использующих указатели, их сигналы долж-

ны быть исключены из схемы синхронизации сети SDH. Реализуемая точность внутреннего тайме-

ра мала и, учитывая возможность накапливания ошибки в процессе так называемого "каскадиро-

вания сигналов таймеров", когда узел сети восстанавливает сигнал таймера по принятому сигналу

и передает его следующему узлу, может быть использована только локально. В этом смысле наи-

более надежными источниками синхронизации являются сигнал внешнего сетевого таймера и ли-

нейный сигнал STM-N.

5.6.1.2. Качество хронирующего источника

Как было отмечено выше предусмотрено четыре режима работы хронирующих источников узлов

синхронизации: первый - PRC, используется в мастер узлах, второй - SRC, используется в тран-

зитных и/или местных узлах, третий и четвертый также используются в транзитных и/или мест-

ных узлах.

Учитывая наличие нескольких режимов, а также факт трансляции (распространения) сиг-

нала синхронизации, системы управления должны иметь возможность с одной стороны переклю-

чать эти режимы, а с другой - иметь показатель, на основе которого можно было бы принять ре-

шение о необходимости такого переключения.

Организации ITU-T и ETSI предложили использовать в качестве такого показателя поня-

тие уровень качества хронирующего источника. Этот уровень может быть передан в виде со-

общения о статусе синхронизации SSM. Для систем PDH (как описано выше, согласно новой

версии стандарта ITU-T Rec. G.704) это реализуется последовательностью резервных бит в муль-

тифрейме Е1, для систем SDH это реализуется через заголовок фрейма STM-N, в котором резер-

вируются под эти цели биты 5-8 байта синхронизации S1. В обоих случаях при сбое в сети, узел

сети, ответственный за распространение SSM, имеет возможность послать сообщение системе

управления о необходимости использования альтернативного сигнала синхронизации (см. ниже

п.6.4.1).

Современные системы управления сетью могут использовать до шести уровней качества

хронирующего источника, см. табл. 5-3.

Глава 5

Синхронизация цифровых сетей

187

Аттестация источника типа "уровень качества неизвестен" означает, что сигнал хрони-

рующего источника получен со старого оборудования SDH, на котором не реализован сервис со-

общений о статусе синхронизации SSM. Сообщение типа "не используется для целей синхрони-

зации" может прийти от блока, чей интерфейс STM-N используется в данный момент для целей

синхронизации.

5.6.2. Примеры построения сети синхронизации

До сих пор мы рассматривали требования к сетевым таймерам (т.е. к оборудованию сетей синхро-

низации) и их характеристики и не касались вопросов построения сети синхронизации как тако-

вой. Ниже мы кратко рассмотрим этот вопрос на двух примерах построения сети синхронизации

для сетей SDH двух типов: кольцевой и ячеистой. Желающим более подробно изучить вопросы

построения сетей синхронизации рекомендуем обратиться к источнику [160].

5.6.2.1. Пример синхронизации кольцевой сети SDH

Основным требованием при формировании сети синхронизации является наличие основных и ре-

зервных путей распространения сигнала синхронизации. Однако и в том, и в другом случае долж-

на строго выдерживаться топология иерархического дерева и отсутствовать замкнутые петли син-

хронизации.

Другим требованием является наличие альтернативных хронирующих источников. Иде-

альной является ситуация, когда альтернативные источники проранжированы в соответствии с их

приоритетом и статусом.

При аккуратном формировании сетевой синхронизации можно избежать возникновения

замкнутых петель синхронизации как в кольцевых, так и в ячеистых сетях. Использование сооб-

щений о статусе синхронизации позволяет в свою очередь повысить надежность функционирова-

ния сетей синхронизации.

На рис. 5-1 приведена схема синхронизации кольцевой сети SDH. Схема на рис. 5-1,а соот-

ветствует нормальному функционированию сети, а на рис. 5-1,6 - сбою, вызванному разрывом ка-

беля между узлами В и С [115]. Цифрами 1 и 2 на этом рисунке показаны приоритеты в использо-

вании сигналов синхронизации. Сплошной линией показаны основные цепи синхронизации,

пунктиром - резервные цепи.

Схема на рис. 5-1 использует ставший классическим иерархический метод принудитель-

ной синхронизации. Один из узлов (узел А) назначается ведущим (или мастер-узлом) и на него

подается сигнал синхронизации от внешнего PRC. От этого узла основная синхронизация (источ-

ник первого приоритета) распределяется в направлении против часовой стрелки, т.е. к узлам В, С

и D. Синхронизация по резервной ветви (источник второго приоритета) распределяется по часовой

стрелке, т.е. к узлам D, С и В. Начальное распределение хронирующих источников по узлам све-

дено в табл. 5-4.

Глава 5

Синхронизация цифровых сетей

188

При разрыве кабеля между узлами В и С узел С, не получая сигнала синхронизации от уз-

ла В, переходит в режим удержания синхронизации и посылает узлу D сообщение SSM о стату-

се качества синхронизации типа "SETS". Узел D, получив сообщения SSM о статусе качества син-

хронизации от узлов А и С, выбирает лучший из них (от А) и посылает узлу С сообщение типа

"PRC" вместо "Don't use". Узел С, получив это сообщение от узла D, изменяет статус источника

синхронизации на "PRC" от D.

Глава 5

Синхронизация цифровых сетей

189

5.6.2.2. Пример синхронизации ячеистой сети SDH

Рассмотрим более сложную схему синхронизации в ячеистой сети SDH. Один из примеров фор-

мирования цепей синхронизации в такой сети приведен на рис. 5-2 [115].

Ячеистая сеть в этом примере имеет 12 узлов и несложную транспортную топологию звез-

ды, включающую несколько линейных участков, связанных через узлы концентраторов.

Глава 5

Синхронизация цифровых сетей

190

Для облегчения задачи построения сети синхронизации (исключающей возникновение

замкнутых петель синхронизации) схема разбивается на несколько подсхем (цепей) синхрониза-

ции, учитывая при этом особенности топологии исходной транспортной сети (топологии сети

синхронизации и транспортной сети в общем случае могут не совпадать). Полученные цепи: W,

X, Y, Z - показаны на рис. 5-2,б. Цифрами 1 и 2 на этом рисунке показаны приоритеты в исполь-

зовании сигналов синхронизации. Сплошной линией показаны основные цепи синхронизации,

пунктиром - резервные цепи.

Для распределения синхронизации используется та же иерархическая схема. Каждая цепь

синхронизации может быть обеспечена одним или двумя мастер-узлами, получающими синхро-

низацию от внешних источников (PRC). Источник PRC, расположенный на основной станции,

является внешним PRC, от которого получают синхронизацию два мастер-узла W и X цепей W и

X. Цепи Y и Z имеют общий мастер-узел C&D, который получает сигнал синхронизации от по-

следнего узла цепи X.

Суть предложенного решения состоит в организации альтернативного пути передачи сиг-

нала синхронизации в каждой цепи. Проблемы могут возникнуть только при низкой надежности

связи, обеспечивающей синхронизацию мастер-узлу C&D. В этом смысле для этого мастер-узла

логично использовать локальный первичный эталон LPR.

Глава 6

Управление сетью: функционирование, администрирование и обслуживание

191

Глава 6

Управление сетью:

функционирование, администрирование и обслуживание

Функционирование любой сети (и сети PDH и SDH/SONET не являются исключением)

невозможно без ее администрирования и обслуживания на различных уровнях. Администриро-

вание, или менеджмент, сети заключается в выполнении администратором сети функций адми-

нистративного (директивно-логического) управления сетью, например, функции формирования

конфигурации сети, распоряжения ресурсами сети, регулирования прав доступа в сеть и т. д. Об-

служивание сети сводится в общем случае к автоматическому, полуавтоматическому или ручному

управлению сетью, как физической системой, например, ее мониторингу и сбору статистики о

прохождении сигнала, ее тестированию в случае возникновения неординарных или аварийных си-

туаций, восстановлению работоспособности в случае ее потери, например, путем резервного пере-

ключения, ремонту сети, если резервное переключение невозможно или оно не приводит к восста-

новлению работоспособности системы.

Эти функции, в свою очередь, невозможно осуществлять без использования сигнализа-

ции различного рода о состояниях системы, например сигнализации о возникновении аварийного

состояния с помощью сигналов AIS. Сигнализация должна осуществляться по специальным встро-

енным или зарезервированным для этого служебным каналам, связывающим управляющие (опе-

рирующие на сети) системы OS и управляемые сетевые элементы NE.

Для решения задач управления (на всех уровнях: физическом, логическом, информацион-

ном и административном, из которых два последних относят к особой категории управления - ме-

неджменту) необходимо разработать модель сети и описать типы интерфейсов связи, необхо-

димые для осуществления взаимодействия всех подсистем, функционирующих в рамках этой сети,

и реализации функций управления на различных участках сети.

В отличие от существующих систем PDH, не имеющих стандартного описания модели и

интерфейсов (кроме физического) и специальных (служебных) управляющих каналов связи, сис-

темы SDH имеют свои системы управления - SMN (рассматриваемую как часть более общей сис-

темы управления сетями связи TMN), опирающиеся на достаточно проработанную в настоящее

время систему стандартов [60-67], описывающих модель, интерфейсы, схему взаимодействия и

функции блоков, каналов и подсистем управления. Эти стандарты опираются на целый ряд других

стандартов ITU-T серий G.xxx (например, G.774, G.784 [19, 23]), Q.xxx (например, Q.811 [73],

Q.812 [74]) и Х.ххх. Их взаимосвязь и взаимодействие в общем аспекте приводится в обзорах

Х.701 [70] и М.3000 [358]. Для конкретных случаев, связанных с реализацией функций управления

TMN, они описаны ниже.

6.1. Четырехуровневая модель управления сетью

Общая схема управления сетью может быть представлена четырехуровневой моделью управле-

ния, где каждый уровень выполняет определенную функцию, представляя верхнему уровню по-

следовательно обобщаемую нижними уровнями картину функционирования сети [68-69]. Эти

уровни следующие:

• бизнес-менеджмент (верхний уровень управления экономической эффективностью сети -

BOS);

• сервис-менеджмент (уровень управления сервисом сети - SOS);

• сетевой менеджмент (уровень систем управления сетью - NOS);

• элемент-менеджмент (нижний уровень элемент-менеджеров ЕМ или систем управления эле-

ментами сети EOS).

Глава 6

Управление сетью: функционирование, администрирование и обслуживание

192

Верхние уровни в этой иерархии функционируют на основе информации, передаваемой с

уровней, лежащих ниже, через интерфейс между этими уровнями.

Элемент-менеджер ЕМ осуществляет управлением отдельными элементами сети NE,

какими являются мультиплексоры, коммутаторы, регенераторы и.т.д., т.е. в общем случае обору-

дованием сети. Его задачи:

- инсталляция новых сетевых элементов (как локальных, так и удаленных);

- конфигурация элементов сети - т.е. распределение ресурсов сети между ее пользователями,

например, назначение числа и типов каналов и их адресация, распределение трибных интер-

фейсов, назначение приоритетов источникам синхронизации;

- мониторинг - определение степени работоспособности (статуса) сети, сбор и обработка сигна-

лов о возникновении аварийных ситуации AIS, несущих информацию типа "в элементе сети

; произошла ошибка А

- управление функцией передачи - управление операционными параметрами, отвечающими за

функционирование сети, а именно: проверка состояния интерфейсов, активация систем резерв-

ного переключения для перехода на резервное оборудование с целью защиты трафика;

- управление функциями TMN - управление потоками сигналов о возникновении аварийных со-

стояний, адресация возникающих при этом сообщений, формирование критериев фильтрации

ошибок, маршрутизация пакетов сообщений по служебным каналам, формируемым за счет

SOH в фреймах SDH, генерация и мониторинг сигналов синхронизации;

- тестирование элементов сети - проведение тестов, характерных для данного типа оборудо-

вания;

- локализация NE в рамках выделенного слоя - осуществление сервиса NE и обработка инфор-

мации от NE, специфических для данного слоя;

Функции ЕМ могут интерпретироваться как независимые функции OS, осуществляемые

конкретными NE с помощью данного ЕМ через сервисные интерфейсы, поддерживаемые данной

OS. Для осуществления этих функций все NE должны быть известны и различаемы программным

обеспечением конкретной OS. Если несколько OS взаимодействуют через одни и те же сервисные

интерфейсы, то в этом случае функции элемент-менеджмента могут быть распределены по не-

скольким OSj, как это показано ниже на рис. 6-1.

Глава 6

Управление сетью: функционирование, администрирование и обслуживание

193

Сетевой менеджер NM, или система управления сетью NMS, призваны управлять сете-

вым уровнем, или сетью в целом. На этом уровне менеджер абстрагируется от отдельных элемен-

тов сети, они рассматриваются лишь под углом зрения функций, выполняемых ими под управле-

нием элемент-менеджера. Это не значит, что NM их "не видит", просто они рассматриваются как

элементы, поддерживающие сетевые связи - маршруты, или тракты, в терминологии SDH.

NM использует следующие функции сетевого элемента NE:

- функцию связи, осуществляемую всеми элементами, имеющими возможность кросс-

коммутации;

- функцию доступа к мультиплексору, осуществляемую всеми мультиплексорами;

- функцию секции передачи, реализуемую между определенными эталонными точками или ме-

жду такой точкой и мультиплексором.

Сетевой менеджер - NM осуществляет следующие основные функции (см. ниже разд. 6.4.2):

• мониторинг - проверку тракта передачи с использованием функции проверки окончания мар-

шрута, проверку качества передачи и самой возможности связи, при этом NE используются ли-

бо непосредственно самой OS, либо через операционную систему ЕМ;

• управление сетевой топологией - управление функцией связи для переключения маршрутов

передачи (в том числе и в результате сбоев и последующего восстановления маршрута);

• локализацию в рамках выделенного слоя - осуществление сервиса NM и обработку информа-

ции от NE, специфических (сервиса и информации) для данного слоя.

Как и в любом слое, NM обеспечивает маршруты для слоя SM (см. ниже).

Сервис-менеджер - SM обеспечивает традиционные для глобальных сетей виды сервиса:

телефонный сервис, передачу данных различного вида, перенос трафика других технологий, на-

пример, ячеек ATM или пакетов IP, и др. Он выполняет следующие функции:

• мониторинг - проверку возможности осуществления сервиса, а также доступности маршрутов

передачи, подготовленных в слое NM;

• управление - управление характеристиками сервиса, а также формирование запросов сетевому

уровню на изменение маршрутов передачи;

• локализацию в рамках выделенного слоя - осуществление сервиса SM и обработку информа-

ции

NM.

SM - обеспечивает информацию о новых видах сервиса для слоя ВМ.

Бизнес-менеджер - ВМ обеспечивает мониторинг и управление типами сервиса с точки

зрения их эффективности и качества в соответствии с используемым критерием функционирова-

ния (как правило экономическим), а также формирование запросов на уровень сервиса, лежащий

ниже, на изменение вида сервиса.

6.2. Сеть управления телекоммуникациями TMN

Указанные менеджеры ЕМ, NM, SM формируют то, что принято считать ядром сети управления

телекоммуникациями - TMN. Сеть TMN осуществляет функции менеджмента и управления се-

тями телекоммуникаций и сервисом, предоставляемым этими сетями, и обеспечивает связь между

TMN и этими сетями и сервисом [60].

6.2.1. Концепция TMN и общая схема управления

Основная концепция TMN заключается в формировании такой архитектуры, которая позволит

связать различные типы управляющих систем OS:

- EOS (система управления элементами),

- NOS (система управления сетью),

Глава 6

Управление сетью: функционирование, администрирование и обслуживание

194

- SOS (система управления сервисом),

как между собой, так и с элементами сети NE (т.е. с сетевым оборудованием) для обмена управляющей

информацией через стандартные интерфейсы с помощью стандартных протоколов и сообщений.

Общая схема управления телекоммуникационными сетями TCN с помощью сети управ-

ления TMN приведена на рис. 6-1 [60]. Здесь OSj - управляющие системы, которые могут быть

связаны между собой через общую сеть передачи данных DCN, управляемую рабочей станцией

WS, которая также связывает их с различным аналоговым и цифровым телекоммуникационным

оборудованием, объединенным в общую сеть связи TCN. Как указано в [60], TMN должна под-

держивать пять типов менеджмента и управления:

- управление рабочими характеристиками систем;

- управление отказами и обеспечение надежности работы систем;

- управление конфигурацией систем;

- менеджмент бухгалтерской отчетности и тарификации (биллинга) в системе;

- управление безопасностью систем и обеспечение конфиденциальности информации, циркули-

рующей в них.

6.2.2. Архитектура TWIN

Архитектура TMN рассматривается в трех аспектах:

- функциональном, определяющим состав функциональных блоков, позволяющий реализовать

сеть TMN любой сложности;

- информационном, основанном на объектно-ориентированном подходе и принципах, заложен-

ных в модели OSI {модели взаимодействия открытых систем);

- физическом, описывающем реализуемые интерфейсы и дающим примеры физических элемен-

тов TMN.

6.2.2.1. Функциональные блоки и их компоненты

TMN включает ряд функциональных блоков, выполняющие следующие одноименные функции (в

скобках даны термины, используемые в русских переводах стандартов ITU-T):

OSF - функции управляющей (операционной) системы OS;

MF - функция устройств сопряжения М (медиаторная функция);

NEF - функция сетевого элемента NE;

QAF - функция Q-адаптера QA;

WSF - функция рабочей станции WS.

Для передачи информации между указанными блоками TMN используется функция пере-

дачи данных DCF. Пары функциональных блоков, обменивающихся информацией, разделены ме-

жду собой эталонными (или интерфейсными) точками. Три из указанных блоков, выполняю-

щих функции NEF, QAF и WSF, принадлежат TMN лишь частично, так как элементы NE, QA и

WS являются пограничными (см. рис. 6-2).

Функциональные блоки не только выполняют указанные функции, но и содержат допол-

нительные функциональные компоненты, реализующие определенные функции, а именно:

Блок OSF - обрабатывает управляющую информацию с целью мониторинга и/или управления.

а также реализует функцию управляющего приложения OSF-MAF;

Блок MF - обрабатывает информацию, передаваемую между блоками OSF и NEF (или QAF),

позволяя запоминать, фильтровать, адаптировать и сжимать информацию, а также

реализует функцию управляющего приложения MF-MAF;

Блок NEF - включает функции связи, являющиеся объектом управления, а также реализует

функцию управляющего приложения NEF-MAF;