Topologie Pierścieniowe SDH

Topologia pierścieniowa i trasy alternatywne

Połączenie punkt-punkt między dwiema lokalizacjami nie ma alternatywnej trasy fizycznej po awarii odcinka światłowodu. Topologia pierścieniowa łączy każdy węzeł z dwoma sąsiadami, dlatego po niedostępności jednego odcinka ruch może zostać skierowany w drugą stronę pierścienia. Układ ten stosuje się w sieciach metropolitalnych i transportowych, w których ciągłość usługi po awarii kabla jest częścią projektu.

W pierścieniu z czterema węzłami Węzeł A może dotrzeć do Węzła C przez B albo przez D. Trasy są fizycznie rozłączne tylko wtedy, gdy rozdzielone są także włókna i przebiegi kablowe. Logika protekcji wybiera lub przekierowuje usługę po wykryciu awarii. Elementami, które dodają i odejmują dopływy, przekazując pozostały ruch, są Multipleksery Dodająco-Odejmujące (ADM).

Dwa modele protekcji pierścieniowej

W SDH i SONET stosuje się dwa główne modele protekcji pierścieniowej. Protekcja ścieżki duplikuje wybraną usługę i wybiera poprawną kopię w miejscu docelowym. Protekcja linii rezerwuje lub współdzieli pojemność i przełącza grupę usług wokół uszkodzonego odcinka.

Pierścienie z przełączaniem ścieżki (UPSR / SNCP)

W terminologii amerykańskiego SONET taka implementacja pierścieniowa nazywa się Jednokierunkowym Pierścieniem z Przełączaniem Ścieżki (UPSR). W SDH ogólną funkcję protekcji ścieżki określa się jako Protekcję Połączenia Podsieciowego (SNCP). Oba rozwiązania duplikują ruch ścieżki i wybierają kopię w miejscu docelowym, lecz SNCP może działać także poza fizycznym pierścieniem.

Architektura i Działanie

UPSR jest zwykle pierścieniem 2-włóknowym, w którym dwa włókna przenoszą ruch w przeciwnych kierunkach. Mechanizm protekcji opiera się na zasadzie 1+1 „mostkuj i wybieraj”:

1. Stałe mostkowanie: Gdy usługa, na przykład VC-12 z dopływem E1 w SDH albo VT1.5 z dopływem T1 w SONET, ma być wysłana z Węzła A do Węzła C, ADM w Węźle A tworzy stały mostek. Wysyła identyczne kopie w obu kierunkach, jedną przez B, a drugą przez D.
2. Ciągłe Monitorowanie i Wybór: ADM docelowy w Węźle C odbiera obie kopie usługi, po jednej z każdego kierunku. Jego wewnętrzna matryca komutacyjna stale monitoruje stan obu sygnałów na podstawie informacji w Nagłówku Ścieżki. Wybiera sygnał z wcześniej wyznaczonej ścieżki „roboczej” i przekazuje go do lokalnego portu dopływowego.
3. Lokalny wybór: Jeśli nastąpi przerwanie włókna między węzłami B i C, sygnał na ścieżce zgodnej z ruchem wskazówek zegara zaniknie. Selektor w Węźle C wykrywa defekt, na przykład Utratę Sygnału albo nadmierną stopę błędów, i wybiera kopię docierającą z kierunku przeciwnego.

Charakterystyka SNCP

• Przełączanie: Miejsce docelowe ma kopię dostępną przed awarią, więc selektor ścieżki nie wymaga koordynacji APS w całym pierścieniu. Cel 50 ms stosuje się w określonych projektach protekcji, a zmierzony czas zależy od detekcji defektu i pracy urządzenia.
• Prosty wybór: Mostek źródłowy i selektor docelowy wykonują niewielką liczbę lokalnych decyzji na podstawie defektów ścieżki.
• Koszt pasma: Każda chroniona usługa jest duplikowana. Oba kierunki przenoszą usługę, dlatego pojemność robocza stanowi około połowy łącznych zasobów dwóch włókien. Może to ograniczać transport szkieletowy, lecz sprawdza się przy ochronie poszczególnych usług.

Pierścienie z przełączaniem linii (BLSR / MS-SPRing)

W sieciach szkieletowych i dalekiego zasięgu współdzielona protekcja linii może zachować większą pojemność roboczą niż duplikowanie każdej usługi. Nazwa SDH to Współdzielony Pierścień z Protekcją Sekcji Multiplekserowej (MS-SPRing), a nazwa SONET to Dwukierunkowy Pierścień z Przełączaniem Linii (BLSR). Typowy układ ma dwa włókna.

Architektura i Alokacja Pasma

W układzie 2-włóknowym BLSR/MS-SPRing między sąsiednimi węzłami biegną dwa światłowody, jeden zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a drugi przeciwnie. Oba włókna przenoszą kanały robocze i protekcyjne, a ten wariant obsługuje przełączenie pierścieniowe. W typowej architekturze współdzielonej pojemność na każdym włóknie jest logicznie dzielona na część roboczą i protekcyjną:

• Pojemność Robocza (50%): Używana do przenoszenia ruchu usługowego o wysokim priorytecie w normalnych warunkach.
• Pojemność Protekcyjna (50%): Zarezerwowana na potrzeby odtworzenia. Przy odpowiedniej konfiguracji może przenosić ruch dodatkowy, który zostaje wywłaszczony podczas przełączenia protekcyjnego.

Przełącznik pętli zwrotnej po przerwaniu kabla

Całkowite przerwanie kabla usuwa oba włókna odcinka. Odpowiedzią protekcji pierścieniowej jest przełączenie typu pętli zwrotnej (loopback), wykorzystujące zarezerwowaną pojemność po zachowanej stronie pierścienia.

1. Normalna Praca: Ruch między, na przykład, Węzłem A i Węzłem C płynie kanałami roboczymi po najkrótszej ścieżce (np. przez Węzeł B). Kanały protekcyjne pozostają dostępne na potrzeby odtworzenia i przy odpowiedniej konfiguracji mogą przenosić ruch dodatkowy podlegający wywłaszczeniu.
2. Awaria: Ekipa budowlana przypadkowo zrywa cały kabel między Węzłem B i Węzłem C. Oba światłowody zostają przerwane.
3. Wykrycie i Sygnalizacja: ADM w Węźle B i C natychmiast wykrywają Utratę Sygnału (LoS). Używają bajtów APS (K1, K2) w Nagłówku Sekcji Multiplekserowej do rozgłoszenia alarmu o awarii do wszystkich pozostałych węzłów w pierścieniu.
4. Skoordynowane przełączenie: Węzły sąsiadujące z przerwą, B i C, wykonują przełączenie pierścienia:
   • W Węźle B: Ruch roboczy przybywający z Węzła A dla Węzła C jest mostkowany na kanały protekcyjne zachowanego łącza w kierunku Węzła A.
   • W Węźle C: Ruch roboczy przybywający od D dla B jest zawracany na kanały protekcyjne zachowanego łącza w kierunku D.
5. Rezultat: Sieć zmienia stan mostkowania, a ruch biegnie zachowaną stroną pierścienia z użyciem zarezerwowanej pojemności protekcyjnej. Uszkodzony odcinek zostaje pominięty, a pozostałe usługi utrzymują stan linii określony przez protokół APS.

Pierścienie 4-włóknowe i Podsumowanie

Operatorzy mogą stosować architektury 4-włóknowe BLSR/MS-SPRing, gdy plan usług wymaga oddzielnych włókien roboczych i protekcyjnych.

• Architektura: Używa czterech światłowodów między każdym węzłem: dwóch włókien roboczych, po jednym w każdym kierunku, oraz dwóch dedykowanych włókien protekcyjnych, także przydzielonych kierunkowo.
• Pojemność: Przy tej samej przepływności pojedynczego włókna może zapewnić dwukrotnie większą pojemność roboczą niż typowy 2-włóknowy układ współdzielony.
• Protekcja: Przełączenie odcinka może przenieść ruch z uszkodzonego włókna roboczego na równoległe włókno protekcyjne. Całkowite przerwanie kabla może wymagać przełączenia pierścienia, czyli pętli zwrotnej, przez pozostałe węzły.