4 Резервиране и мрежова топология
SDH/SDH мрежите имат вградена устойчивост чрез резервиране на кадри, способността на мултиплексорите да осигуряват резервиране на пътеки и възможности за хардуерно резервиране за критични блокове на мрежови елементи. Освен това, поради подходящата топология на сегментите на транспортната мрежа под формата на пръстени, се постига резервиране на линията, а поради подходящата организация на топологията на интерфейса на мрежовия сегмент се постига резервиране на трафика в мрежовите сегменти.
По този начин проблемът с резервирането в SDH/SDH мрежата е многостранен и тясно свързан с организацията на топологията на мрежовите сегменти и мрежата като цяло.
Обикновено основната основна мрежова конфигурация е топология от двойни пръстени, които образуват мрежови сегменти. За да се увеличи надеждността и жизнеспособността на цялата мрежа, съседните сегменти на пръстена се свързват един с друг най-малко в два възела. Мрежата осигурява необходимата степен на резервиране на трафика чрез излишни пътища поради съответния излишък на честотната лента на мрежата.
Фигури 6.1 и 6.2 показват като пример организационната схема на цифровата първична мрежа от 1-ви и 2-ри етапи, която предвижда създаването на транспортна мрежа SDH/SDH, ATM мрежа с наслагване и съответните PDH/PDH мрежи за достъп.
Вътрешните SDH/SDH протоколи осигуряват наблюдение и контрол на DSP чрез многостепенна система за управление. Системата за управление изпълнява всички необходими функции за управление на ниво мрежови елементи и на ниво мрежа чрез вградения канал за управление.
Съвременните мрежови технологии носят със себе си нови изисквания за изграждане на мрежи и тяхната архитектура. Интегрирането на основните мрежови технологии на глобалните транспортни мрежи води до факта, че вторичните мрежи престават да бъдатспециализиран. Въз основа на цифровата първична мрежа те се сливат в единна универсална мултисервизна мрежа. Има взаимно проникване на мрежовите технологии, сливането на функциите на първичните и универсалните вторични мрежи, интегрирането на компютърни и телекомуникационни мрежи въз основа на тяхната нова интегрирана архитектура в единна глобална мултисервизна мрежа.
Много от най-важните характеристики на комуникационните мрежи се определят от тяхната топология, която характеризира свързаността на мрежовите възли чрез комуникационни линии и дава възможност да се оцени надеждността и пропускателната способност на мрежата в случай на повреда.
Изборът на топология се основава на разумен компромис между надеждност на мрежата, цена и лекота на поддръжка. При проектирането на системи за железопътни комуникации приоритет са показателите за надеждност, които са свързани със способността за възстановяване от мрежови повреди, включително повреди на комуникационни линии, възли и терминали. Топологията на мрежата трябва да осигурява локализиране на грешки, възможност за изключване на повредено оборудване, въвеждане на байпасни маршрути и промяна на мрежовата конфигурация.
Лесната поддръжка на мрежата се определя от това доколко избраната топология улеснява диагностицирането, локализирането и отстраняването на проблеми.
Цената на една мрежа до голяма степен зависи от броя и сложността на възлите и комуникационните линии. Избраната мрежова топология трябва, ако е възможно, да осигурява оптимално свързване на възли чрез комуникационни линии, така че общите разходи за пренос, хардуер и софтуер да са минимални.
Линейна топология или схема от точка до точка е схема, която свързва два мрежови възела (терминални станции), във всяка от които цялата информация се предава междувъзли, (Фигура 6.3,a). Той е най-простият и се използва при прехвърляне на големи цифрови потоци по високоскоростни опорни канали.
Разработването на линейна топология със серийно свързване на мрежови възли (или няколко точки за разпределение на канали) е верижна топология с възможност за множество входове-изходи в мрежовите възли (точки за разпределение на канали) на един общ канал за всички точки за разпределение (схема от точка към много точки) или различни канали от един цифров поток, (Фигура 6.3,b).
Звездовидната топология на мрежата се характеризира с това, че всеки мрежов възел (точка за избор на канал) има двупосочна комуникация по отделна линия с централен възел - хъб (имащ функциите на входно-изходен мултиплексор и система за кръстосано свързване), благодарение на което се осигурява пълната физическа свързаност на мрежата (Фигура 6.3,d).
Фигура 6.3 - Видове основни топологии на цифрови мрежи
Топологията на пръстена се характеризира с факта, че мрежовите възли (точки за разпределение на канали) са свързани линейно, но последният от тях е свързан с първия, образувайки затворен контур (пръстен). В пръстена е възможно да се организира еднопосочно и двупосочно предаване на цифров поток между мрежовите възли. Основното предимство на тази топология е лесната защита, дължаща се на двата входа в мултиплексорите, което ви позволява да създадете двоен пръстен с контрацифрови потоци. Защитната система е организирана по два начина. Първият метод на защита ви позволява да превключите "основния" пръстен на "резервния". В този вариант блоковите виртуални контейнери имат достъп само до главния пръстен. В случай на прекъсване на кабела, главният и резервният пръстен се затварят в границите на повредената секция. В този случай предавател-приемникизходното устройство на мултиплексора е свързано към страната, където е настъпил прекъсването на кабела. Това води до образуването на нов пръстен. Вторият начин е, че информацията се предава едновременно в две противоположни посоки през различни пръстени. Ако възникне повреда в един от пръстените, системата за управление автоматично избира същия информационен блок от другия пръстен. Програмите за управление на мултиплексора поддържат единия или двата метода на защита.
Пръстен, организиран вътре в един кабел, се нарича "плосък" пръстен. При използване на кабели, положени по различни маршрути между мрежови възли (точки за избор на канал) и двупосочно предаване на цифров поток, пръстенът е "изпъкнал" (Фигура 6.3,c).
Комбинациите от разглежданите топологии позволяват създаването на SDH мрежи с различни архитектури.
При избора на мрежова топология е необходимо да се вземе предвид и броят на крайните устройства и устройствата за обработка на информация; териториалното им разположение; показатели за функционално предназначение и качество на мрежата; надеждност на мрежата; разходите за изграждане на мрежа; условия за ползване; изисквания към масата и габаритните размери на мрежовите елементи.
За железопътните мрежи е най-целесъобразно да се използват топологии на пръстени и техните варианти, като е важен не само правилният избор на оборудване, но и оптималното местоположение на възлите във всеки пръстен и възлите, където ще бъде организирано тяхното взаимодействие. В този случай трябва да се осигурят условия за изграждане на система за управление на мрежа с пръстеновидни структури.
Мрежовият цикъл трябва да се извършва въз основа на следните принципи. В случай, че железопътните линии се движат успоредно, позвъняването се извършва в напречни посоки или чрез инфраструктуратадруги ведомствени мрежи, например на опори за електропроводи (TL). Върху линейна комуникационна мрежа, положена покрай пътя, ще се оформят равни пръстени. Като се вземе предвид взаимната гравитация на възлите, разположени по протежение на железопътните линии, е препоръчително да се организират плоски пръстени в контролната зона и пътния участък. На пътното и основното ниво са организирани изпъкнали пръстени с голяма дължина.
Самовъзстановяващи се мрежи се наричат мрежи, които имат такава организация, че се постига не само висока надеждност на мрежата, но и възможност за поддържане или възстановяване (за много кратко време от десетки милисекунди) нейната работа дори в случай на повреда на един от нейните елементи или преносна среда - кабел.
По принцип съществуват различни методи за осигуряване на бързо възстановяване на синхронните мрежи, които могат да бъдат сведени до следните схеми:
1 резервиране на участъци от мрежата по схеми 1 + 1 и 1: 1 на раздалечени трасета;
2 организиране на самовъзстановяващи се плоски пръстеновидни мрежи, резервирани по схеми 1+1 и 1:1;
3 резервиране на крайно оборудване по схеми 1:1 и N:1;
4 възстановяване на изправността на мрежата чрез заобикаляне на неработещия възел;
5 използване на комутационни системи в реално време.
Тези методи могат да се използват самостоятелно или в комбинация.
В първия случай участъците между два мрежови възела са свързани по два отделни пътя, сигналите по които се разпространяват едновременно. В приемащия възел те могат да бъдат обработени по два начина:
резервиране по схемата 1 + 1 - сигналите се анализират и се избира този, който има най-добро съотношение на параметрите;
1:1 излишък –алтернативните маршрути са с приоритет - нисък и висок, клон с нисък приоритет е в режим на горещ режим, преминаването към него става при аларма от системата за управление.
Това са общи методи за възстановяване, приложими за всяка мрежа.
Във втория случай се използва топология "плосък пръстен", която може да бъде организирана с помощта на две оптични влакна в един FOC.
Защитата на маршрута в плосък пръстен, който отговаря на типа 1+1, може да се организира по два начина.
Първият начин е да се използва защита на ниво племенни TU-n единици, предавани през различни пръстени (основни и резервни). Целият основен трафик се предава в една от посоките (например по часовниковата стрелка). Ако в момента, когато мултиплексорът получи блок, изпратен от други мултиплексори, възникне повреда в един от пръстените, системата за управление, която постоянно следи пръстените, автоматично избира същия блок от другия пръстен. Тази защита е разпределена по пръстена в природата, а самият метод се нарича метод за организиране на еднопосочен двоен пръстен.
Вторият начин - защитата на маршрута може да се организира по такъв начин, че сигналът да се предава в две противоположни посоки (изток и запад), като едната посока се използва като основна, а втората - като резервна. Този метод използва превключване от основния пръстен към резервния пръстен в случай на повреда и се нарича метод на двупосочен двоен пръстен. В този случай TU-n първоначално имат достъп само до главния пръстен. В случай на повреда, главният и защитният пръстен се затварят в границите на дефектната зона, образувайки нов пръстен. Това затваряне обикновено се случва поради включването на обратна връзка, която се затваряприемник и предавател на агрегата от съответната страна на мултиплексора (изток или запад). Съвременните схеми за управление на мултиплексора могат да поддържат и двата метода на защита.
В третия случай възстановяването на здравето се извършва поради излишък на ниво племенни интерфейси. Схемата за резервиране в общия случай е M: 1, която позволява различна степен на резервиране: от 1: 1 (100%) до по-малка степен, например 4: 1 (25%), когато една резервна карта се използва за 4 основни триб интерфейсни карти, която автоматично се избира от системата за кръстосано превключване, когато една от основните се повреди. Този метод е широко разпространен (ако не и повсеместен) в SDH/SDH оборудване за дублирани 2 Mbps trib карти (4:1 или 3:1 за STM-1 или 16:1, 12:1, 8:1 за STM-4), както и дублиране на най-важните сменяеми единици, например модули за кръстосано свързване и системи за управление и резервно захранване, времето за превключване на които обикновено не надвишава 10 ms.
В четвъртия случай резервирането като такова не се използва и работоспособността на системата като цяло (на ниво агрегатни блокове) се възстановява чрез изключване на повредения възел от схемата на работа. Например, системите за управление на SDH/SDH за мултиплексори обикновено правят възможно организирането на заобиколно решение, което позволява на потока от агрегатни блокове да премине покрай мултиплексора в случай на повреда.
В петия случай, който е типичен за общи мрежи или мрежови мрежи, в мрежовите възли се инсталират кръстосани превключватели на оперативни комутационни системи, които в случай на повреда, причинена или от прекъсване на свързващия кабел, или от повреда на възел в серийна линейна верига, преконфигурират съседните (входящи или изходящи) секции на мрежата и съответната кръстосана връзка.превключване на потока. Процедурата за такова преконфигуриране може да бъде централизирана или разпределена. В първия случай той се извършва от центъра за управление на мрежата, който може да се реализира доста просто, във втория трябва да се разработи съвместно решение за преконфигуриране от група съседни оперативни комутационни системи. Могат да се използват и комбинирани методи.
Използването на системи за защита с горещо превключване напомня на схемата за резервиране 1:1 на резервиране на различни пътища. Разликата обаче е, че във втория случай физическата или виртуална връзка вече съществува, докато в първия тя се формира по време на онлайн превключване (действие, по-характерно за превключвател/рутер в мрежи с комутация на пакети).
За да се подобри надеждността на пътната мрежа, се използва резервиране по схемата 1 + 1 или 1: 1 за маршрути за разнообразие, които се формират в процеса на използване на пръстеновидната топология на тази мрежа и подобно резервиране на крайно оборудване. Пътните разклонителни мрежи използват плоски пръстеновидни мрежи.