Lektsia_SDH3 (Электронные лекции)

Лекция 7Обеспечение отказоустойчивости в технологии SDH.К современной цифровой первичной сети предъявляются повышенныетребования в части параметров ее надежности. В связи с этим современныепервичные сети строятся с использованием резервных трактов и коммутаторов,выполняющих оперативное переключение в случае неисправности на одном изканалов.

В сети SDH осуществляется постоянный мониторинг параметровошибки (процедура контроля четности BIP) и параметров связности. В случаезначительного ухудшения качества передачи в мультиплексорной секциивыполняется оперативное переключение на резервную мультиплексорнуюсекцию. Это переключение выполняется коммутаторами.Первичные сети SDH привлекают разнообразным набором средствобеспечения отказоустойчивости, благодаря которым сеть способна быстро (задесятки миллисекунд) восстановить свою работоспособность при выходе изстроя какого-либо элемента — канала связи, порта, карты мультиплексора илимультиплексора в целом.В качестве общего названия механизмов отказоустойчивости в SDHиспользуется термин «автоматическое защитное переключение» (AutomaticProtection Switching, APS).

Он отражает факт перехода (переключения) нарезервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного.В оборудовании и сетях SDH применяются следующие основные видыавтоматической защиты в зависимости от типа защищаемого (с помощьюрезервирования) элемента сети: защита блоков и элементов оборудования SDH (Equipment ProtectionSwitching, EPS); защита агрегатных и трибутарных карт мультиплексора (Card Protection,CP); защита мультиплексной секции, т.

е. участка сети между двумясмежными мультиплексорами SDH (Multiplex Section Protection, MSP); защита пути (соединения) через сеть для определенного виртуальногоконтейнера (Sub-Network Connection Protection, SNC-P); разделяемая между пользовательскими соединениями защита путей вкольцевой топологии (Multiplex Section Shared Protection Ring, MSSPRing).В SDH предусмотрены схемы защиты «1+1», «1:1» и «1:N». Защита «1+1»означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной.Например, при защите трибутарной карты по схеме «1+1» трафик проходит какчерез рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную).Схема «1:1» подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме невыполняет функции защищаемого, а переключается на них только в случаеотказа. «1:N» предусматривает выделение одного защитного элемента на Nзащищаемых; при отказе одного из них его функции начинает выполнятьзащитный, при этом остальные элементы остаются без прикрытия — до тех порпока отказавший элемент не будет заменен.Защита EPS применяется для таких жизненно важных элементовмультиплексора, как процессорный блок, блок коммутации (кросс-коннект),блок питания, блок ввода сигналов синхронизации и т.

п. EPS обычно работаетпо схемам «1+1» или «1:1».Защита карт CP позволяет мультиплексору автоматически продолжить работув случае отказа одной из агрегатных или трибутарных карт и организуется посхемам «1+1», «1:1» и «1:N». Защита «1+1» обеспечивает непрерывностьтранспортного сервиса, так как трафик пользовательских соединений непрерывается.В приведенном примере защита трибутарных двухпортовых карт вмультиплексоре осуществляется по схеме «1+1».

Одна из карт являетсяосновной (или рабочей — working), а другая — защитной (protection). Режимработы пары карт, связанных таким образом, задается командойконфигурирования мультиплексора. Когда и та, и другая работоспособны,трафик обрабатывается параллельно каждой из них.Для переключения трафика между трибутарными картами используетсядополнительная карта-переключатель. Входящий трафик (add) каждого портапоступает на входной мост карты-переключателя, а тот разветвляет его ипередает на входы соответствующих портов трибутарных карт.

Агрегатнаякарта принимает оба сигнала STM-N от трибутарных карт и выбираетполученный от активной в данный момент карты. Выходящий трафик (drop) отагрегатной карты также обрабатывается обеими трибутарными картами, нокарта-переключатель передает на выход только трафик от активной карты.При отказе основной карты (или другом событии, наступление которогопредусматривает переход на защитную карту, — деградации или ошибкесигнала, удалении карты) агрегатная карта по команде от блока управлениямультиплексором переходит на прием сигнала от защитной трибутарной карты.Одновременно карта-переключатель также начинает передавать на выходсигналы от защитной карты.Данный способ обеспечивает автоматическую защиту всех соединений,проходящих через защищаемую карту. При установлении защиты на уровне CPконфигурация соединений рабочей карты дублируется для защитной карты.Защита мультиплексной секции (MSP) действует более избирательно посравнению с защитой карт.

Она распространяется на секцию между двумямультиплексорами, включающую два порта и линию связи (куда, в своюочередь, могут входить регенераторы — но не мультиплексоры). Обычнозащита организуется по схеме «1+1». При этом для рабочего канала (верхняяпара соединенных кабелем портов) конфигурируется защитный канал (нижняяпара портов). При установлении защиты MSP на каждом мультиплексоренеобходимо выполнить конфигурирование, указав связь между рабочим изащитным портами. В исходном состоянии весь трафик передается как порабочему, так и по защитному каналам.Защита MSP может быть однонаправленной и двунаправленной. В первомслучае (именно он показан) решение о переключении принимает только одиниз мультиплексоров — тот, который является приемным для отказавшегоканала.

После обнаружения отказа (не работает порт, ошибка или деградациясигнала и т. п.) этот мультиплексор переходит на прием по защитному каналу.Причем передача и прием ведутся через разные порты.Второй случай предусматривает полное переключение на защитные портымультиплексоров при отказе рабочего канала в каком-либо направлении. Дляуведомления передающего (по рабочему каналу) мультиплексора онеобходимости переключения принимающий мультиплексор использует такназываемый протокол «K-байт», который указывает в двух байтах заголовкакадра STM-N статус рабочего и защитного каналов, а также детализируетинформацию об отказе.Механизм MSP защищает все соединения, проходящие через защищаемуюмультиплексную секцию. Время переключения защиты MSP, согласнотребованиям стандарта, не должно превышать 50 мс.Защита соединения (Sub-Network Connection Protection, SNC-P)обеспечивает переключение определенного пользовательского соединения наальтернативный путь при отказе основного.

Объект защиты SNC-P —трибутарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер определенноготипа (например, в VC12, VC-3 или VC-4). Используемая схема — «1+1».Защита SNC-P конфигурируется на двух мультиплексорах — входном, вкотором помещенный в виртуальный контейнер трибутарный трафикразветвляется, и выходном, где сходятся два альтернативных пути.В мультиплексоре ADM1 для виртуального контейнера VC-4трибутарного порта T2 заданы два соединения: с одним из четырехконтейнеров VC-4 агрегатного порта A1 и с одним из четырех контейнеров VC4 агрегатного порта A2.

Одно соединение конфигурируется как рабочее, авторое — как защитное, при этом трафик передается по обоим. Промежуточныемультиплексоры (для данных соединений) конфигурируются обычнымобразом. В выходном мультиплексоре контейнер VC-4 трибутарного порта T3также соединяется с контейнерами — агрегатного порта A1 и агрегатного портаA2. Из двух поступающих на порт Т3 потоков выбирается тот, качествокоторого выше (при равном нормальном качестве сигнал берется от агрегатногопорта, получившего при конфигурировании статус рабочего).Защита SNC-P применяется в любых топологиях сетей SDH, где имеютсяальтернативные пути следования трафика, т. е.

кольцевых и ячеистых.Разделяемая защита кольца (MS-SPRING).Хотя защита SNC-P вполне подходит для кольцевой топологии сети SDH,в некоторых случаях применение SNC-P уменьшает полезную пропускнуюспособность кольца, так как каждое соединение потребляет удвоеннуюпропускную способность вдоль всего кольца. Например, в кольце STM-16можно установить только 16 защищенных с помощью SNC-P соединений VС-4.Защита с разделением кольца MS-SPRing обеспечивает болееэффективное использование пропускной способности, поскольку последняя нерезервируется заранее для каждого соединения. Вместо этого резервируетсяполовина пропускной способности кольца, но она выделяется для соединенийдинамически, по мере необходимости, только после обнаружения факта отказалинии или мультиплексора. Степень экономии в случае защиты MS-SPRingзависит от распределения трафика.Если весь трафик сходится в один мультиплексор, т.

е. имеет местотопология «звезда», то защита MS-SPRing экономии по сравнению с SNC-Pвообще не дает. Весь трафик направляется к мультиплексору А, а в кольцеустановлено те же 16 защищенных соединений, что и в примере SNC-P. Длязащиты соединений резервируется 8 из 16 виртуальных контейнеровагрегатного потока STM-16.При возникновении неисправности, например обрыве линии, трафик вмультиплексорах с нарушенной связью «разворачивается» в обратномнаправлении.

Для этого используются резервные виртуальные контейнерыагрегатных портов, с которыми соединяются виртуальные контейнерыпострадавших соединений. В то же время соединения, на которые отказ неповлиял, функционируют в прежнем режиме и резервные контейнеры незадействуют. Для уведомления мультиплексоров о реконфигурации кольцаприменяется протокол K-байт. Время переключения на защитные соединенияMS-SPRing составляет около 50 мс.При смешанном распределении трафика экономия пропускной способности вкольце MS-SPRing может оказаться еще более значительной..