Podręcznik

5.4. Struktury sieciowe, tworzenie połączeń i ich zabezpieczanie

Czytelnik zapewne zetknął się z określeniami topologia sieci i architektura sieci. Warto wiedzieć, że nie oznaczają one tego samego. Topologia sieci jest związana z rozmieszczeniem w przestrzeni i wzajemnym połączeniami mediów transmisyjnych, na przykład światłowodów. Architektura zaś to sposób przesyłu sygnałów/danych w ramach istniejącej topologii sieci. Oznacza to, że czasami korzystając z tej samej topologii można różnie przesyłać sygnały/dane. Wcześniej wspomniano o strukturze (topologii) gwiazdy w sieciach xPON.  W sieciach tych transmisja w górę opiera się na technice TDMA. Można by jednak zastosować inne rozwiązanie.  Na przykład nadawać na różnych długościach fal. Czasami jednak topologia narzuca architekturę.
W sieciach szkieletowych zarówno SDH jak i OTH powszechnie używa się trzech rodzajów topologii sieci, a mianowicie topologii punkt-punkt, pierścieni (ring) i krat (mesh) – rys.3.20.

 

Rys.3. 20. Typowe struktury sieci transmisyjnych

W strukturze pierścieniowej i kratowej do każdego elementu sieci (urządzenia) media transmisyjne są podłączone z dwóch niezależnych kierunków (pierścienie) lub nawet więcej (struktury kratowe). Taka topologia daje większe możliwości zabezpieczenia ciągłości transmisji na wypadek awarii/uszkodzenia sieci. O wyborze topologii i architektury sieci decyduje kilka czynników. Jednym z nich są wspominane możliwości zabezpieczania ciągłości transmisji, innym zapotrzebowanie na transmisję, a jeszcze istniejąca infrastruktura i możliwości finansowe inwestora.
Na przykładzie prostego połączenia punkt-punkt wyjaśnimy mechanizmy zabezpieczenia ciągłości transmisji typu 1+1 i M;N. W przypadku zabezpieczenia typu 1+1, nazywanego protekcją sygnał jest przesyłany dwoma niezależnymi torami (np. dwoma włóknami światłowodowymi) w każdym kierunku. Zilustrowano to na rys. 3.21. 

Rys.3.21. Protekcja 1+1 (a) i 1:N (b)

W odbiorniku jest zainstalowany przełącznik, który jest ustawiony na odbiór jednego z dwóch dostępnych sygnałów. Jeżeli sygnał ten nie spełnia ustalonych w trakcie konfiguracji wymagań jakościowych (np. bitowa stopa błędów jest zbyt duża) to następuje przełączenie na odbiór sygnału z drugiego toru. O przełączeniu decyduje wyłącznie odbiornik. Inaczej jest w przypadku zabezpieczenia typu M:N. W tym typie zabezpieczenia M torów jest rezerwowych (zabezpieczających), a N torów roboczych (zabezpieczanych). W najprostszym przypadku mamy 1:1. Jeżeli sygnały transmitowane torami roboczymi spełniają wymagania jakościowe to torami rezerwowymi przesyła się dodatkowe sygnały, inne niż torami roboczymi. Przełączniki muszą być zarówno w urządzeniach nadawczych, jak i odbiorczych, a przełączanie dotyczy obu stronach i musi następować w odpowiedniej sekwencji. Najpierw odłączany jest sygnał dodatkowy, następnie w odbiorniku następuje przełączenie na tor dodatkowy, a dopiero potem sygnał zabezpieczany jest w nadajniku przełączany na tor dodatkowy. Proces sterowania przełączaniem jest zatem dużo bardziej złożony niż w przypadku protekcji 1+1. W bardziej złożonych strukturach przełączaniem steruje system zarzadzania siecią. Wymaga to przekazywania informacji sterujących i w konsekwencji wydłuża sam proces, który może trwać kilka, a nawet kilkadziesiąt sekund. Dla porównania w przypadku protekcji 1+1 czas ten jest krótszy niż 50 ms. Za to użycie mechanizmu restoracji pozwala efektywniej wykorzystać zasoby. Gdy nie ma potrzeby przełączania na rezerwę w przypadku protekcji typu 1+1 ten sam sygnał jest transmitowany dwoma torami,  a w przypadku 1:1 są dwoma torami transmitowane dwa różne sygnały.  Zabezpieczenie M:N jest nazywane restoracją. 
Mechanizm protekcji 1+1 jest stosowany w strukturach pierścieniowych. Dwa podstawowe typy pierścieni to pierścień jednokierunkowy i pierścień dwukierunkowy. 
 

Rys.3.22. Pierścień jednokierunkowy – stan braku awarii

Na rysunku 3.22 pokazano działanie pierścienia jednokierunkowego na przykładzie połączenia dwukierunkowego między węzłem A i węzłem C. Węzłami są krotnice transferowe ADM (sieci SDH) albo OADM (sieci OTN). Sygnał z węzła A do węzła C jest przesyłany dwoma torami  (włóknami). W węźle C przełącznik jest ustawiony na odbiór jednego z nich. Analogicznie w przypadku transmisji z węzła C do węzła A. W sytuacji nie wymagającej przełączania transmisja z A do C odbywa się przez węzły E i D, a z węzła C przez węzeł B (A -> C i C -> A przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, stąd nazwa pierścień jednokierunkowy). W pierścieniu jednokierunkowym jedno włókno (tor) jest robocze a drugie rezerwowe. Przerwanie połączenia (na przykład między węzłami A i B) w tym typie pierścienia wymaga przełączenia tylko jednego kierunku. Pokazany na rys. 3.23 pierścień dwukierunkowy ma identyczną topologię jak pierścień jednokierunkowy pokazany na rys. 3.22. W tym typie pierścienia transmisja w obu kierunkach odbywa się ta sama drogą (na przykład między węzłem A i C przez węzeł B). Stąd jego nazwa dwukierunkowy. Przełączanie protekcyjne w tym typie pierścienia zawsze dotyczy obu kierunków transmisji. Nie ma w nim podziału na włókno robocze i rezerwowe. Przepustowość toru jest dzielona na roboczą i rezerwową.  
Duża i rozległa sieć transmisyjna nie może opierać się tylko na strukturach pierścieniowych, choćby dlatego, że liczba węzłów w pierścieniach jest ograniczona zwykle do 16, a potrzeby transmisyjne nie mogą być ograniczone tylko do przesyłania sygnałów wewnątrz pierścienia. Typowe rozwiązanie umożliwiające transmisję między pierścieniami  opiera się na strukturze kratowej, do węzłów której są podłączone pierścienie (zwykle jeden pierścień do dwóch węzłów). Sygnały transmitowane między pierścieniami przechodzą wtedy przez strukturę kratową.  Tak zwana pełna krata to to połączenie wzajemne wszystkich węzłów kraty (każdy z każdym). W strukturze kratowej można zastosować dwa różne mechanizmy zabezpieczania. Pierwszy to mechanizm M:N, czyli restoracja, a drugi to protekcja 1+1. Elementami struktury kratowej są najczęściej przełącznice DXC (w przypadku sieci SDH), albo OXC (w przypadku sieci OTN). 

 

 Rys. 3.23. Pierścień dwukierunkowy – stan braku awarii