Способы повышения живучести сетей синхронной цифровой иерархии

Сети СЦИ относятся к самовосстанавливающимся сетям, которые обладают свойством восстанавливать свое нормальное состояние в случае каких-либо неисправностей без вмешательства человека. Это происходит за счет способности сети находить пути обхода неисправного оборудования и поддерживать связь до тех пор, пока действительная причина не будет определена и устранена. В случае отказа одного из элементов аппаратуры или участка кабеля самовосстанавливающиеся сети СЦИ сохраняют или восстанавливают (за десятки миллисекунд) работоспособность, продолжая выполнять свои функции и предоставлять услуги по передаче речевых сообщений, видеосигналов и данных без какого-либо ущерба для пользователя.

Существует несколько эффективных методов обеспечения быс­трого восстановления работоспособности синхронных сетей: ре­зервирование участков сети по схемам «1+1» и «1:1» по разнесенным трассам; организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам «1+1» и «1:1»; организация обхода неработоспособного узла; резервирование основных блоков оборудования по схемам «1:1» и «N:1»; использование систем оперативного переключения. Указанные методы могут быть применены как по отдельности, так и в комбинации.

При резервировании участков, которое может использоваться в сетях любой топологии, участки между двумя узлами соединяются двумя разнесенными трассами (100 %-е резервирование). Сигналы по ним распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам.

Резервирование по схеме «1+1» – сигналы анализируются и вы­бирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров.

Резервирование по схеме «1:1» – альтернативным маршрутам назначаются высокий и низкий приоритеты. Ветвь с высоким при­оритетом является основной, а с низким – находится в режиме «горячего» резерва (постоянной готовности). Переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.

Как указывалось выше, наиболее распространена в сетях СЦИ кольцевая топология.

При организации самовосстанавливающихся кольцевых сетей защита маршрута в «сдвоенном кольце», которая соответствует типу «1+1», может быть получена двумя путями.

Первый путь – информация передается одновременно в противоположных направлениях по разным кольцам: основному (внешнему) и резервному (внутреннему) (рисунок 3.6). Допустим в момент приема мультиплексором узла № 2 сигналов, посылаемых мультиплексором узла № 1 происходит нарушение процесса передачи в основном кольце. Тогда система управления, осуществляющая постоянный мониторинг (контроль) колец, автоматически выбирает такой же блок информации из резервного кольца. Эта защита носит распределенный по кольцу характер и наиболее часто используется на практике. При выходе из строя одного из мультиплексоров (например зачеркнутого) канал между пользователями узлов № 1 и № 2 сохранится. Это произойдет за счет того, что мультиплексор узла № 1, не получив информацию из основного кольца, автоматически переключится на прием сигналов из резервного. Схема будет работать также не только при аварии (обрыве связи), но и при снижении заданного уровня качества сигнала.

Рисунок 3.6 – Первый путь резервирования сети по схеме «1+1»

Второй путь – организуются два противоположно направленных кольца для передачи информации: одно используется как основное, другое – как резервное (рисунок 3.7). Но информация в этом случае передается только в одном (основном) направлении. При аварии, например, обрыве кабеля на участке, происходит включение резервного кольца, а также замыкание основного и резервного колец на границах дефектного участка. Оно выполняется за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора (восточной или западной). Путь прохождения информационного сигнала при этом несколько увеличивается, но все соединения между пользователями узлов № 1 и № 2 сохраняются.

Рисунок 3.7 – Второй путь резервирования сети по схеме «1+1»

Современные схемы управления мультиплексорами обычно могут поддерживать оба метода защиты процесса передачи информации.

Резервирование основных блоков оборудования, влияющих на передачу информационных сигналов, обеспечивает «горячий» резерв, на который они переключаются автоматически. В качестве примера можно рассмотреть резервирование на уровне интерфейсов компонентных потоков. Схема резервирования, представленная в общем виде как «N:1», допускает различную степень резервирования. При схеме «1:1» выполняется 100 %-е резервирование, а при «4:1» – 25 %-е. Это означает, что на 4 функционирующих узла аппаратуры используется 1 резервный, который автоматически выбирается системой коммутации при отказе одного из основных. Этот метод используется для резервирования интерфейсных плат потоков 2 Мбит/с по схеме «4:1» или «3:1» в аппаратуре STM-1, либо «16:1» или «8:1» в STM-4. Наиболее важные узлы (коммутации, управления, питания) резервируются по схеме «1:1». При этом время переключения на резерв обычно не превышает 10 мс.

Наибольшей надежностью обладает кольцевая топология сети с организацией выпуклых колец между узлами и двунаправленной передачей цифрового потока внутри кольца. Очевидно, что наибольшая надежность кольцевых структур достигается тогда, когда кабельные трассы кольца территориально разнесены. В зависимости от назначения ВОЛС можно организовать кольцевые структуры для магистральной и дорожной связи по территориально разнесенным железнодорожным направлениям. Если это невозможно, для повышения надежности ВОЛС можно замкнуть кабельное кольцо путем прокладки (подвески) кабеля по разные стороны железной дороги или организовать параллельный радиорелейный тракт СЦИ. На практике находят применение топология «плоского кольца», когда для замыкания кольца используются оптические волокна внутри одного кабеля.

Сочетания рассмотренных топологий позволяет создавать сети СЦИ с различной архитектурой. Как правило, все мультиплексоры СЦИ имеют возможность оснащения различными платами оптоэлектронных интерфейсов на длинах волн 1310 и 1550 нм, выбор которых позволяет оптимизировать структуру линии в зависимости от соотношения стоимости и длин регенерационных участков.

При выборе топологии сетей необходимо также учитывать число оконечных устройств (ОУ) и устройств обработки информации (УОИ); территориальное расположение ОУ и УОИ; функциональное назначение и показатели качества, надежности, стоимости сооружения сети; условия эксплуатации сети, требования к массе и габаритным размерам ее элементов.

Для железнодорожных СЦИ сетей наиболее целесообразно использовать кольцевые топологии и их варианты, при этом важным является не только правильный выбор оборудования, но и оптимальное расположение мультиплексоров в каждом кольце с учетом их взаимодействия. При этом должны быть обеспечены условия построения системы управления сети с кольцевыми структурами.

Плоские кольца целесообразно организовывать в пределах отделений железной дороги, а выпуклые кольца организуются на дорожном и магистральном уровнях.