Механизмы самовосстановления и схемы резервирования

Отказы в телекоммуникационных сетях, вследствие ошибок персонала или поломки оборудования, могут нанести значительный ущерб пользователям и операторам связи. С целью увеличения надежности сетей, в SDH предусмотрены механизмы, позволяющие компенсировать отказы элементов сетевой среды.

Рассмотрим два основных метода, используемых в SDH, для защиты соединений, проложенных через сеть. Это линейная защита и, так называемая, кольцевая защита.

Линейная защита.

Простейшая форма реализации этой защиты — защита 1+1, используемая в соединениях точка-точка, где на каждую рабочую линию отводится одна резервная. При обнаружении потери сигнала на рабочей линии, оборудование на обоих концах автоматически переключается на резервную.

Более экономичный вариант — защита 1:N, используемый, в основном, на магистральных участках большой протяженности. В этом случае на несколько рабочих линий отводится одна резервная. Резервная линия может быть использована для передачи низкоприоритетного трафика, который просто прерывается, если необходимо подменить вышедшую из строя рабочую линию.

Механизмы защиты 1+1 и 1:N стандартизированы ITU-T в Рекомендации G.783.

Кольцевая защита.

Топология «кольцо» допускает несколько механизмов защиты, которые описаны в Рекомендации G.841 ITU-T, и различаются для кольцевых структур с однонаправленными и двунаправленными соединениями.

В однонапревленном кольце все данные передаются по одной оптической жиле в одном направлении. Вторая оптическая жила, с противоположным направлением передачи, рассматривается как резервная. В случае аварии на одном из сегментов кольца, передача в направлении поврежденного участка автоматически коммутируется на резервное кольцо (Рис.10).

Рис.10 Схема самовосстановления однонаправленного кольца.

В двунаправленном кольце обе оптические жилы используются для передачи и приема сигналов между элементами сети. Емкость канала разбивается на несколько двунаправленных рабочих линий. При разрыве кольца, на концах поврежденного сегмента потоки коммутируются на резервную рабочую линию в обход этого сегмента (Рис.11).

Рис.11 Схема резервирования в двунаправленном кольце.

Еще большую степень защиты обеспечивает двунаправленное кольцо с четырьмя оптическими жилами, однако этот способ является и наиболее дорогим.

Сигнальная информация, необходимая SDH устройствам для реализации механизов защиты, передается в байтах K1 и K2 секционного заголовка STM-N. Время восстановления сети не превышает 50 миллисекунд.

Синхронизация

Оборудование SDH, как и любые другие цифровые устройства, имеет встроенные источники тактовых импульсов (часы), к которым «привязаны» рабочие циклы его подсистем. Если в сети часы различных устройств работают несинхронно (различаются длительность и фазы тактовых импульсов), то это может приводить к «проскальзыванию» бит принимаемых потоков, а при мультиплексировании этих сигналов, для их выравнивания, необходимо осуществлять процедуры вставки или изъятия бит (что, как отмечалось выше, и делается в PDH).

В SDH, где приняты синхронные схемы мультиплексирования, исключающие возможность вставки/изъятия бит, задача синхронизации узлов в сети выходит на первый план.

Общие принципы синхронизации сетей SDH определены в Рекомендациях ITU-T G.811, G.812, G.813.

Согласно этим рекомендациям элементы сети должна быть синхронизованы от центральных часов, называемых первичными эталонными часами (PRC — Primary Reference Clock), генерирующими 2048 КГц сигнал с точностью 10^-11. Этот сигнал должен быть распределен по сети. Для этого используется иерархическая структура: сигнал синхронизации транслируется устройствами поддержки синхронизации (SSU — Synchronization Supply Units) и часами оборудования SDH (SEC — SDH Equipment Clock). Тактовый сигнал, регенерируемый SSU и SEC, подстраивается по фазе и частоте к сигналу синхронизации, приходящему на специальный порт или выделяемому из агрегатного или трибутарного потока.

При раздаче синхронизации в сети необходимо соблюдать определенные правила:

§ узлы сети должны получать сигнал синхронизации только от устройств, которые содержат часы такого же или более высокого качества;

§ наиболее надежное оборудование (с наименьшей вероятностью отказов) должно выбираться в качестве синхронизирующего оборудования;

§ общее количество сетевых элементов в последовательности от PRC должно быть минимизировано (не более 10 SSU и не более 60 SEC);

§ нельзя допускать формирования замкнутых петель, например, когда узел А получает синхронизацию от В, В — от С, С — от А.

В сетях SDH предусмотрены механизмы, по-возможности, предотвращающие потерю синхронизации элементами сети. Если в результате аварии сетевое устройство перестает получать сигнал синхронизации, то оно переключается на другой источник временных сигналов с более низким приоритетом. Если это невозможно, то устройство переходит в режим удержания (hold-over mode). В этом режиме часы устройства корректируются в соответствии с данными о корректировках, сохраненными за предыдущее время работы, с поправкой на колебания температуры. Сообщения о состоянии синхронизации SSM (Synchronization Status Messages) элемента сети передаются в байте S1 секционного заголовка его соседям.