Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Построение транспортных сетей на основе Синхронной Цифровой Иерархии

В. А. Нетес

Данная статья продолжает серию публикаций по технологии Синхронной Цифровой Иерархии (СЦИ). В ней излагаются основные принципы построения транспортных сетей на основе этой технологии.

В России в соответствии с принятыми стандартами сети связи делятся на первичные и вторичные. Под первичной сетью понимается совокупность сетевых узлов, сетевых станций и линий передачи, образующих типовые каналы передачи и типовые групповые тракты. Вторичная сеть — это совокупность коммутационных станций, узлов коммутации, оконечных абонентских устройств и каналов вторичной сети, организованных на базе каналов передачи первичной сети. Название вторичной сети дается в зависимости от вида передаваемой информации: телефонная, телеграфная, передачи данных и т. д.

Термину "первичная сеть" соответствует англоязычный термин "transmission network", который дословно можно перевести как "сеть передачи". В последнее время с развитием средств связи и повышением требований к качеству обслуживания возрастала роль таких функций, осуществляемых на первичных сетях, как контроль, оперативное переключение, резервирование и т. п. Это привело к появлению нового понятия — транспортная сеть (transport network).

В рекомендации G.803

МСЭ-Т (ранее МККТТ) понятие "транспортирование" определяется как функциональный процесс переноса информации между разнесенными пунктами, а понятие "передача" — как физический процесс распространения информационных сигналов в физической среде. Транспортная сеть — это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

На сегодняшний день системы СЦИ в наибольшей степени отвечают требованиям, необходимым для построения транспортных сетей.

Деление на слои

Важной особенностью транспортной сети является ее деление на функциональные слои. Каждый нижележащий слой обслуживает вышележащий и обладает определенными точками доступа. Слои имеют собственные средства контроля и управления, что упрощает ликвидацию последствий отказов и снижает их влияние на вышележащие слои. Обособленность каждого слоя позволяет модернизировать или заменять его, не затрагивая другие слои.

Сети СЦИ делятся на три слоя, которые, в свою очередь, подразделяются на подслои (рис. 1). Самый верхний слой образует сеть каналов, обслуживающих конечных пользователей. Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков (средний слой). Групповые тракты организуются в линейные тракты, относящиеся к нижнему слою — среде передачи, который имеет подслои секций (мультиплексных и регенерационных) и физической среды.

Каждая из информационных структур СЦИ, описанных в [1], служит для транспортирования информации на определенном (под)слое или для согласования между собой двух смежных (под)слоев. Соответствие между (под)слоями или межслоевой адаптацией и информационными структурами показано на рис. 2.

Целостность информации в пределах данного слоя сети обеспечивается трассой (trial) — обобщающим понятием для каналов, трактов и секций. Трасса существует между точками доступа, которые лежат на границах соответствующего слоя. Примеры отдельных трасс показаны на рис. 3.

Основные виды аппаратуры СЦИ

Для построения узлов транспортной сети применяют синхронные мультиплексоры и аппаратуру оперативного переключения (АОП).

Под оперативным переключением понимается установление на сети полупостоянных соединений между различными каналами и трактами. Здесь уместно подчеркнуть, в чем разница оперативных переключений и коммутации. Последняя предполагает установление временных соединений на вторичной сети по инициативе абонентов. В случае оперативных переключений полупостоянные соединения устанавливаются на первичной сети по командам оператора с использованием средств сетевого управления. Поэтому использование в [2] терминов, обозначающих коммутацию (в связи с оперативным переключением) и коммутатор (для соответствующего оборудования), является неудачным.

На сети СЦИ оперативное переключение может производиться с помощью устройств, встроенных во многие виды аппаратуры. Именно так переключаются потоки в мультиплексорах ввода-вывода (МВВ). Это дает возможность распределения функций оперативного переключения между многими сетевыми элементами.

Тем не менее в крупных узлах удобнее устанавливать специализированную АОП, имеющую гораздо больше портов, чем мультиплексоры (несколько сотен портов STM-1 или несколько тысяч портов 2 Мбит/с). С помощью АОП можно создавать сети с ячеистой структурой.

В англоязычной литературе АОП обычно обозначают как DCS, DCC или DXC — аббревиатурами, образованными от словосочетаний Digital Cross-connect System и Digital Cross-Connect. От них произошли также русские названия "цифровой кроссовый узел", "кроссовый соединитель", "кросс-коннектор".

Разновидности АОП достаточно подробно описаны в [2]. Возможные варианты переключения портов различной АОП, поддерживающей скорости передачи европейской иерархии, изображены на рис. 4. Заметим, что возможность ввода в АОП информационного потока со скоростью 8 Мбит/с, соответствующей европейской иерархии, указана в [2] ошибочно, так как эта скорость не поддерживается оборудованием СЦИ [1].

Физическая архитектура

Согласно современным представлениям перспективная сеть на базе СЦИ должна иметь иерархическую трехуровневую архитектуру (рис. 5).

Верхний (базовый, магистральный) уровень образуется главными узлами, где устанавливается АОП 4/4. Основными информационными единицами обмена для этих узлов служат виртуальные контейнеры VC-4. Каждой линией переносится несколько модулей STM-4 или STM-16. На этом уровне структура сети ячеистая.

Средний уровень состоит из нескольких соединительных, региональных сетей, охватывающих определенную территорию. Узлы этих сетей обмениваются не только контейнерами VC-4, но и более мелкими контейнерами, например VC-12. Поэтому в них используется АОП 4/1, а также МВВ. Важнейшие узлы этого уровня выходят на один или несколько узлов верхнего уровня. Структура соединительных сетей может быть кольцевой и ячеистой. В линиях организуются тракты STM-4.

Нижний уровень составляют сети доступа, к которым подключаются источники и потребители нагрузки. Каждая сеть доступа выходит на один или несколько узлов среднего уровня. Сети нижнего уровня имеют кольцевую структуру, основанную на МВВ, и тракты STM-1 или STM-4.

Итак, на верхнем уровне создается сеть трактов VC-4, на среднем — тракты VC-12 и VC-3 перераспределяются между трактами VC-4, а на нижнем — обеспечивается доступ к сетям пользователей.

Преимуществами подобной иерархической архитектуры являются:

· возможность независимого развития и реконструкции каждого из уровней;

· экономичное построение сети за счет концентрации потоков нагрузки, позволяющей использовать линейные тракты высокой пропускной способности;

· возможность осуществлять контроль, управление и резервирование отдельно на каждом уровне, что упрощает ликвидацию последствий отказов на сети.

Разумеется, описанная модель дает только общую схему, от которой возможны различные отступления. В каждом конкретном случае могут быть изменены количество уровней и структура подсетей, функции уровней могут частично перекрываться и т. п.

При построении сетей СЦИ типовыми структурами являются кольцевые на базе МВВ и ячеистые на базе АОП. Их организация более подробно рассмотрена далее.

Обеспечение отказоустойчивости

При проектировании сетей СЦИ важно обеспечить их надежность и живучесть. Сама по себе аппаратура СЦИ весьма надежна. Кроме того, встроенные средства контроля и управления облегчают и ускоряют обнаружение неисправностей и переключение на резервные емкости. Однако преимущества СЦИ в части надежности и живучести сами по себе не реализуются в полной мере. Это объясняется тем, что волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют огромную пропускную способность и отказ даже на одном участке может привести к разрыву связи между десятками тысяч пользователей и значительным экономическим потерям.

Например, когда в начале 1991 г. был оборван оптический кабель, обслуживающий Нью-Йорк, на 8 ч оказались блокированными 60% всех вызовов на городской сети, прекратилась работа товарных бирж, на 5 ч остались без связи средства управления воздушным движением в аэропортах Нью-Йорка, Вашингтона и Бостона.

Для предупреждения подобных ситуаций должны быть предусмотрены специальные меры по обеспечению отказоустойчивости сетей. Это создание резервных емкостей и процедур реконфигурации на стадии проектирования сетей. Возникла концепция так называемых "самозалечивающихся" (self-healing) сетей, которые при выходе из строя отдельных элементов способны сохранять работоспособность или за короткое время автоматически восстанавливать нарушенные связи без серьезных последствий для пользователей.

Построению "самозалечивающихся" сетей на основе СЦИ способствует ряд факторов:

· огромная пропускная способность и снижающаяся стоимость ВОЛС;

· наличие встроенных средств контроля и управления;

· деление на независимые функциональные слои;

· "интеллектуальные" возможности мультиплексоров и АОП.

Возможности "самозалечивания" были продемонстрированы на сети "Макомнет" в конце 1995 г., когда при проведении строительных работ в Москве на Манежной площади был поврежден оптический кабель [3]. Благодаря быстро сработавшей системе защиты произошло переключение трафика на резервную емкость и клиенты даже не ощутили последствий аварии.

Простейший способ реализации "самозалечивания" — резервирование по схеме 1+1 при соединении "точка—точка" [2, рис. 7], когда два пункта соединяются между собой двумя кабелями по географически разнесенным трассам. Сигналы передаются по обеим трассам одновременно, а в пункте приема автоматически выбирается лучший из них. Более сложные способы "самозалечивания" сети будут описаны ниже.

Кольцевые сети

"Интеллектуальные" возможности МВВ позволяют организовывать кольцевые "самозалечивающиеся" сети двух типов: однонаправленные и двунаправленные. В сетях первого типа используются два волокна, каждый входной поток направляется по кольцу в обоих направлениях, а в пункте приема, как и в случае резервирования по схеме 1+1, осуществляется выбор лучшего сигнала. Передача информационных потоков по всем основным путям происходит в одном направлении (например, по часовой стрелке), а по всем резервным — в противоположном. Поэтому-то такое кольцо и называется однонаправленным, с переключением трактов или с закрепленным резервом. Схема прохождения сигналов по основному и резервному путям такого кольца представлена в [2, рис. 11].

В двунаправленных кольцевых сетях с двумя волокнами сигнал не дублируется. При нормальной работе такой сети каждый поток направляется по кольцу кратчайшим путем в нужном направлении (отсюда и название "двунаправленное"). При возникновении отказа посредством МВВ на обоих концах отказавшего участка осуществляется переключение всего потока информации, поступавшего на этот участок, в обратном направлении. Такую конфигурацию сети также называют кольцом с переключением секций или кольцом, защищенным с помощью совместно используемого резерва.

Пример двунаправленной кольцевой сети типа с двумя волокнами приведен на рис. 6. На нем показаны схемы прохождения сигналов в обоих направлениях передачи для одного соединения в нормальном режиме (рис. 6,а) и в аварийном режиме при отказе (перечеркнут крестом) одного из участков кольца (рис. 6,б).

Существуют двунаправленные кольца с четырьмя волокнами. Они обеспечивают более высокий уровень отказоустойчивости, чем кольца с двумя волокнами, однако затраты на их построение существенно больше. В таких сетях при отказе на каком-то участке первоначально делается попытка перейти на другую пару волокон в пределах той же секции, а если это не удается, производится реконфигурация сети, аналогичная той, что показана на рис. 6.

Сравнивая кольца с двумя волокнами между собой, следует заметить, что при одиночном отказе можно сохранить полную работоспособность для любого варианта сети, однако в большинстве случаев двунаправленное кольцо оказывается более экономичным, поскольку требует меньшей пропускной способности. Это объясняется тем, что для сигналов, передаваемых на различных непересекающихся участках кольца, используют одни и те же волокна (как в основном, так и в аварийном режиме работы). В то же время однонаправленное кольцо проще в реализации.

Однонаправленные кольца больше подходят в случае "центростремительного" трафика, в частности для сетей доступа к ближайшему узлу. Двунаправленные кольца предпочтительнее при равномерном трафике, когда становится существенной их более высокая пропускная способность, например для соединительных сетей.

Сети на основе АОП

Для сети с произвольной структурой, в узлах которой установлена АОП, при возникновении отказов, разрывающих имеющиеся тракты, возможно переключение потоков с использованием резервов пропускной способности работоспособных линий. На рис. 7,а показан фрагмент сети со схемой прохождения трактов при нормальном режиме работы, а на рис. 7,б — тот же фрагмент, но после реконфигурации, вызванной отказом линии между узлами A и B.

В сетях на основе АОП возможно резервирование с использованием различных маршрутов, число которых растет с увеличением связности сети и повышением резерва пропускной способности. Поэтому такие сети, в отличие от кольцевых, могут быть защищены не только от одиночных отказов элементов, но и от одновременных отказов нескольких элементов.

"Самозалечивание" сетей на основе АОП имеет несколько вариантов реализации. Процедура реконфигурации может быть централизованной или децентрализованной (распределенной). В первом случае должен быть центр управления сетью, который собирает информацию о состоянии всех ее элементов, при необходимости принимает решение о реконфигурации и рассылает всем АОП соответствующие команды на переключение. Основное преимущество централизованного метода — меньшая сложность его реализации, а главный недостаток — критичность к отказам самого центра управления, к потере или искажению информации, как поступающей в него, так и направленной из него к АОП.

Распределенные процедуры реконфигурации не требуют наличия центра управления. При возникновении отказов на сети комплекты АОП различных узлов, обмениваясь между собой сообщениями, сами определяют состояние сети, вырабатывают согласованное решение по ее реконфигурации и реализуют его. Основной недостаток распределенных процедур — гораздо большая сложность их реализации и, как следствие, увеличение времени выполнения реконфигурации.

В ответ на изменение состояния сети новый план распределения потоков выбирается с помощью запуска процедур поиска в реальном масштабе времени или на основании таблиц, рассчитанных заранее и хранящихся в памяти процессоров центра управления или АОП. В первом случае в принципе возможен анализ любого состояния сети, однако следует учитывать ограниченное время для принятия решения. Во втором — возникает трудность изза очень большого общего числа всех возможных конфигураций сети, поэтому хранить таблицу, охватывающую все множество ее состояний, практически невозможно, а время поиска в ней будет недопустимо велико. В связи с этим приходится ограничиваться некоторым подмножеством состояний сети, которое выбирается, с одной стороны, с учетом требований по отказоустойчивости, а с другой — исходя из реальной вычислительной мощности компьютера. В частности, это подмножество может включать только состояния сети с одним отказавшим элементом или все ее состояния с одним отказавшим элементом и часть состояний с двумя и т. п.

Существуют и комбинированные методы. Например, возможен подход, при котором АОП всех узлов хранит конфигурационные таблицы, включающие некое подмножество возможных состояний сети. При отказах начинает действовать распределенная процедура определения состояния сети, после выполнения которой принимается решение о реконфигурации на основании имеющихся таблиц. Состояние всей сети также контролируется единым центром, который при необходимости обновляет конфигурационные таблицы и рассылает их всем узлам. В этом случае выход из строя центра управления не приведет к полной блокировке процедур "самозалечивания", а только снизит их эффективность.

Организация "самозалечивания" на основе АОП предполагает наличие весьма развитой системы сетевого управления. Кроме того, реконфигурация в больших сетях может продолжаться десятки секунд и даже нескольких минут.

Комбинированные структуры

Выше были описаны основные конфигурации сетей и указаны методы организации в них "самозалечивания". Их можно применять не только в "чистом" виде, но и комбинировать. Построение достаточно больших реальных сетей, как правило, требует применения многих, если не всех, из рассмотренных выше методов. Это видно на примере схемы сети с трехуровневой архитектурой (см. рис. 5).

Перспективно построение сетей СЦИ, имеющих вид нескольких объединенных колец. Например, сеть может состоять из ряда колец доступа, объединенных посредством главного кольца. Поэтому заслуживают внимания вопросы сопряжения и взаимодействия колец между собой. Возможны различные варианты соединения колец, где в узлах межкольцевой связи используются МВВ и АОП.

Схема объединения колец посредством МВВ представлена в [2, рис. 14]: несколько МВВ образуют своего рода распределенный узел оперативного переключения. Такой вариант оправдан при малом числе колец и потоков между ними. Гораздо больше возможностей предоставляет использование АОП (рис. 8). При этом могут быть организованы различные логические кольца, охватывающие и связывающие несколько цепочек МВВ между собой.

С помощью смешанной архитектуры, использующей как кольцевые структуры, так и АОП, можно строить более эффективные сети с таким же уровнем отказоустойчивости, как и у чисто кольцевой сети, но с меньшей суммарной пропускной способностью всех линий. В частности, анализ конфигураций типичных сетей городов Северной Америки показал, что для них наиболее эффективными являются сети СЦИ, состоящие из нескольких колец, которые в местах их соприкосновения связаны узлами с АОП. Примерно такую же архитектуру имеет и функционирующая в Москве сеть "Макомнет" [3], однако ее кольца связаны между собой посредством механических кроссов.

Наиболее простой и дешевый вариант объединения колец — наличие для двух смежных колец только одного общего узла. Недостаток его — прерывание связи между кольцами при выходе этого узла из строя. Поэтому рекомендуется сопряжение колец в двух узлах, что обеспечивает устойчивость сети к одиночным отказам ее элементов. В отдельных случаях требуется бесперебойная работа сети не только при любых одиночных отказах, но и при любом сочетании двух отказов в различных кольцах (по одному в каждом) одновременно. Для этого любой поток, направляемый в смежное кольцо, должен достигать обоих узлов сопряжения, а они, в свою очередь, оснащаться специальными устройствами для выбора и переключения сигналов.

Таким образом, выбор структуры сети предполагает детальный технико-экономический анализ, в котором необходимо учитывать, в частности, размеры сети, требования к ее надежности и живучести, распределение трафика между узлами и другие факторы.

Организация управляющих связей

Чтобы обеспечить полноценное функционирование, транспортная сеть должна иметь развитую систему управления, построенную в соответствии с принципами TMN [4]. Управляющие связи на сети СЦИ организуют с помощью встроенных каналов передачи данных [1]. Взаимодействие с операционной системой управления сетью осуществляется через один специально выделенный для этого сетевой элемент, носящий название шлюзового. Схема организации подобного взаимодействия показана на рис. 9. Следует отметить, что для управляющих связей, как и для информационных, может быть предусмотрено резервирование.


распечатать статью

http://www.prokat96.ru/ Аренда автомобилей в Екатеринбурге.




  
4 '1997
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Lucent открывает для сетей врата ада

локальные сети

• Серверы с процессорами Pentium Pro

• Телекоммуникационные системы: электромагнитные помехи и электромагнитная совместимость

• Сетевые операционные системы

• Самая легкая в мире оптимизация сервера

• Оборудование и ПО: проблема выбора фирмы-поставщика

корпоративные сети

• Как снять синдром технологического "похмелья"

• Развитие систем электронных сообщений

услуги сетей связи

• Учрежденческие системы внутренней связи

• Построение транспортных сетей на основе Синхронной Цифровой Иерархии

• Инверсное мультиплексирование линий ISDN

• Управляемые модемные шасси

интернет и интрасети

• СУБД-технологии для российских Web-узлов

• Настройка DNS: внутренние и внешние серверы

• Система R/3: структура и перспективы развития

• 32-разрядные пакеты программ TCP/IP

защита данных

• ИБП для серверных комнат

• "Керберос": деталь в головоломке сетевой безопасности

новые продукты

• Модуль VoicePlus для коммутаторов ForeRunner, Сетевой анализатор — это все, чего я хочу; Symmetra: масштабируемость и надежность; NetEye 200 — компактная фотокамера с Web-сервером;

только на сервере

• Доступ к информации по протоколу LDAP

• Война браузеров, или Почему Microsoft победит Netscape



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх