4. Управление транспортной сетью

4.1. Модели транспортных сетей в развитии

4.2. Управление сетью с системами передачи синхронной цифровой иерархии SDH

4.3. Управление сетью с системами передачи PDH

4.4. Управление сетью с системами АТМ

4.5. Управление сетью синхронизации

4.6. Управление оптической транспортной сетью

Транспортные сети строятся на основе волоконно-оптических и радиорелейных линий с аппаратурой синхронных (SDH, Synchronous Digital Hierarchy), плезиохронных (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) и асинхронных (ATM, Asynchronous Transfer Mode) систем передачи. В перспективе эти сети должны быть в основном волоконно-оптическими с применением технологий многоволновой передачи (WDM/DWDM – Wavelength Division Multiplexing / Dense WDM). Важнейшая роль управления подчеркивается ITU-T в рекомендациях G.803, 805, 841, 773, 774, 783, 784, I.610 для первичных сетей, а в рекомендации М.3200 отдельный раздел посвящен управлению транспортной сетью. При этом в транспортной сети физическими объектами управления выступают: каналы (телефонные, арендованные, специальные и другие), тракты передачи (верхнего и нижнего порядков, отличающиеся скоростными режимами), линии передачи (с секциями регенерации и мультиплексирования). Учитывая динамичное развитие сетей связи и появление в ближайшем будущем полностью оптических сетей, имеет смысл обратить внимание на эволюцию основной модели транспортной сети.

4.1. Модели транспортных сетей в развитии

Современное представление моделей транспортных сетей приведено на рисунке 4.1.

Эволюция транспортных сетей обусловлена новейшими технологическими решениями в области волоконной оптики и широкополосных сетей с интеграцией служб (услуг) B-ISDN. Многоуровневое представление транспортной сети позволяет сформулировать и задачи систем управления для этих сетей. Очевидно, что развитие сетей связи должно сопровождаться и развитием систем управления, т.е. переход от SDH сетей к АТМ сетям и оптическим сетям должен быть предусмотрен концептуально в руководящих документах (рекомендациях ITU-T) и реализован на практике.

Рисунок 4.1. Модели транспортных сетей

Примерами этому могут служить рекомендации G.872 (2001 года) и реализации систем управления, например, INC-100 компании NEC, ITM-SC компании Lucent Technologies, OPEN NSU компании BOSHC TELECOM, Alcatel 1354RM. Наиболее общие аспекты систем управления транспортными сетями для наглядности отображены на рисунке 4.2.

4.2. Управление сетью с системами передачи синхронной цифровой иерархии SDH

Управление транспортной сетью, оборудованной системами передачи синхронной цифровой иерархии SDH, является предметом изучения исследовательских комиссий ITU-T, результаты работы которых известны как ряд рекомендаций серий М.ххх и G.ххх, Q.ххх. При этом основными рекомендациями являются: М.3010, М.3100, G.773, G.774, G.783, G.784, G.803, G.831, G.841, Q.811, Q.812, Q.821, Q822.

Рисунок 4.2. Общие функции управления транспортной сетью

Часть этих рекомендаций уже была упомянута в предыдущих разделах. Остановимся на некоторых наиболее важных замечаниях по управлению транспортной сетью с системами SDH.

Управление сетевыми элементами

Управление сетевыми элементами осуществляется через встроенные в аппаратуру SDH контроллеры, которые снабжены прикладными программами агентов и менеджеров, функциями передачи сообщений и каналами передачи данных, встроенными в циклические структуры синхронных транспортных модулей (STM-1, 4, 16). Благодаря каналам передачи данных, встроенным в заголовки синхронных транспортных модулей, различные виды аппаратуры SDH (мультиплексоры терминальные, ввода-вывода, кроссовые коммутаторы, регенераторы) связаны в единую сеть управления. Подключение к этой сети управляющей сети производится через интерфейс Qx (Qз). Кроме того, к любому из устройств SDH могут подключаться для контроля и управления местные терминалы управления (мониторинга) через интерфейс F. На рисунке 4.3 представлена упрощенная структурная схема управляемого элемента сети SDH (мультиплексора).

Структуры интерфейсов Q и F обсуждались в приведенных выше разделах. MCF реализует стык агентов и менеджеров с каналами передачи данных ЕСС, скоростные режимы которых могут быть от 192 кбит/с до 576 кбит/с в зависимости от использования канальных интервалов D1 – D12 заголовка STM-N [76]. Физический уровень интерфейса F чаще всего реализуется интерфейсом RS232 и ему подобными.

Объекты управления (МО) в мультиплексоре SDH (сетевом элементе) фиксируют состояния всех входящих в них модулей и блоков и их функции.

Внимание! Не путать физические объекты управления, т.е. каналы, тракты, секции и т.д., с их абстрактными моделями, фиксируемыми в информационной базе управления.

Примерами модулей могут служить: транспортный терминал и входящие в него блоки (физический стык с линией, регенерационной секции, секции мультиплексирования, защиты секции, адаптации секции), кроссовые коммутационные устройства, оборудование трактов высшего и низшего порядков (виртуальных контейнеров VC12, VC3, VC4) и другое [76]. На рисунке 4.4 представлена упрощенная структурная схема функциональных модулей аппаратуры SDH с точками реализации функций контроля и управления.

Рисунок 4.3. Структурная схема управляемого элемента сети

• MCF, Message Communication Function – функции передачи сообщений;
• MAF, Management Application Function – прикладные функции управления;
• NEF, Network Element Function – функции сетевого элемента;
• ECC, Embedded Control Channel – встроенный канал связи;
• МО, Managed Object – объект управления;
• А, Agent – агент;
• М, Manager – менеджер;
• SEMF, Synchronous Equipment Management Function – функции управления синхронной аппаратурой.

Рисунок 4.4. Структурная схема функциональных модулей аппаратуры SDH

Через точки S1-S15 производится контроль и управление функциями аппаратуры SDH посредством посылки команд «прочитать» и «установить». Подробное описание прохождения этих команд приведено в рекомендации G.783. Остановимся более детально только на функции управления синхронной аппаратуры.

Агент и менеджер являются внутренними встроенными функциями управления синхронной аппаратуры (ФУСА, SEMF). ФУСА взаимодействует с другими функциональными блоками путем обмена информацией через точки Sn. В ФУСА входит ряд информационных фильтров, которые обеспечивают уменьшение объема данных, принятых через Sn. Выходы фильтров доступны агенту через управляемые объекты, которые представляют эту информацию. Управляемые объекты также представляют агенту другую информацию управления и получают ее от него. Управляемые объекты обеспечивают обработку события и хранение, а также единообразное представление этой информации. Агент преобразует указанную информацию в сообщение CMISE и реагирует на сообщение CMISE, приходящее от менеджера.

Рисунок 4.5. Упрощенная структурная схема ФУСА (функций управления синхронной аппаратуры SEMF).

EC, Errored Second (G.826) – пораженные ошибками секунды (од-носекундный интервал, содержащий одну или несколько ошибок);
SES, Severely Errored Second – сильно пораженные ошибками се-кунды.

Функции фильтрации заключаются в уменьшении объема данных об аномалиях и дефектах, представленных в точках Sn. Фильтры подразделяются на три типа: односекундные, дефектов и ошибок ES и SES.

Односекундные фильтры производят простое интегрирование аномалий путем их подсчета за 1с. В конце каждого односекундного интервала соответствующие управляемые объекты могут получить содержимое этих счетчиков. Обеспечиваются следующие выходные данные счетчиков:

• ошибки регенерационной секции;

• события потери цикла регенерационной секции;

• ошибки в секции мультиплексирования;

• ошибки в тракте высшего порядка;

• ошибки в блоках на дальнем конце тракта высшего порядка;

• ошибки в блоках на дальнем конце тракта низшего порядка;

• событие цифрового выравнивания административного блока;

• событие выравнивания транспортного блока.

Фильтр дефектов обеспечивает постоянный контроль дефектов, о которых сообщается через точки Sn. Поскольку все дефекты проявляются на входе этого фильтра, он может обеспечить корреляцию для уменьшения объема информации, предоставляемой агенту в качестве индикации повреждений. Виды повреждений: потеря сигнала, потеря цикла, потеря указателей административных или транспортных блоков; авария секции мультиплексирования, авария трактов верхнего или нижнего порядков, отказ при приеме на дальнем конце и другое.

Фильтр ошибок ES и SES обрабатывает информацию, доступную из односекундного и фильтра дефектов, для получения информации о секундах с ошибками (ES) и секундах, пораженных ошибками (SES), которая сообщается агенту.

При управлении оборудованием SDH реализуются функции безопасности, связанные с определенным порядком доступа (система паролей и разрешений от вышестоящей инстанции управления). В оборудовании SDH возможно изменение внутренней конфигурации и переключение, например, для резервирования неисправных блоков.

Управление сетью SDH

Управление сетью SDH затрагивает, как правило, ряд аспектов: управление сетью SDH в целом; управление подсетями SDH, управление трактами, каналами и системами передачи; управление сетью управления TMN и т. д. [72]. Для наглядности структуры управления сетью на рисунке 4.6 представлена схема, отображающая взаимосвязи транспортной сети с управлением.

Сокращения, приведенные на рисунке 4.6, частично рассмотрены в разделах 2.2, 2.3,2.4 и ниже:

• GNE, Gateway Network Element – шлюзовый элемент сети, используемый для подключения системы управления;

• NNE, Non SDH NE – элемент сети, не относящийся к аппаратуре SDH, например, аппаратура PDH, АТМ, электропитание и другое;

• LCT, Local Craft Terminal – окончание локального управления (наблюдения) подсетью SDH;

• LCN, Local Communications Network – локальная сеть взаимодействия, например, Ethernet;

• SMS, SDH Management Subnetwork – управляемая подсеть SDH.

Для организации управления сетью SDH задействуются как встроенные каналы передачи данных (ЕСС), так и каналы, не принадлежащие сети SDH (LCN). Особенностью организации каналов является их резервирование, которое может выполняться по схемам 1 + 1 и 1 : n. В качестве медиаторов могут быть использованы мосты / маршрутизаторы и оборудование MCF сетевых элементов (рисунок 4.7).

Основные функции управления сетью, отображенные на рисунке 4.2, могут быть раскрыты более детально.

Рисунок 4.6. Пример модели взаимосвязей управления в сети SDH

Рисунок 4.7. Структурная схема взаимосвязи элементов сети управления SDH

Управление конфигурацией сети начинается с создания базы данных, в которой четко прописывается участок управления, элементы сети, подсети, секции, тракты, каналы. Для осуществления конфигурации в сети производится установка связи с сетевыми элементами и проверка наличия оборудования (комплектность). Конфигурирование происходит путем задания трактов между двумя точками в виде логического сообщения. Задание режима резервирования также является необходимым элементом процедур конфигурирования и многое другое, что обеспечивает при эксплуатации максимальную эффективность обслуживания.

Управление системой безопасности сети управления предполагает создание нескольких уровней пользователей TMN: администратора, системного оператора, оператора техобслуживания, рядового оператора. Вся управляемая сеть может быть разделена на отдельные административные участки с различными возможностями доступа на каждом из них.

Управление отказами (авариями, повреждениями) сети ведется непрерывно системой TMN. В случае получения сообщений о событиях отказа оператору сети сообщается визуально через экран монитора и звуковым сигналом. Состояния отказа могут автоматически сортироваться и фильтроваться системой управления сети. События хранятся в памяти системы определенное время (сутки, неделю, месяц, год).

События отказов могут служить причиной автоматической активизации управления переключением трактов, секций, оборудования. Подробную информацию о типах и характеристиках архитектур защиты SDH сетей можно получить из рекомендации G.841.

4.3. Управление сетью с системами передачи PDH

Общие принципы построения системы управления транспортной сетью на основе систем передачи плезиохронной цифровой иерархии (PDH) аналогичны сетям с SDH системами. Сети PDH имеют более простую архитектуру (рисунок 4.8).

Концепция управления сетью на основе PDH охватывает все функции, которые необходимы для ввода в эксплуатацию и технического обслуживания транспортных участков, включая контроль рабочих характеристик.

Управление формируется путем объединения функций окончания ближнего конца транспортного участка, функций сетевого соединения и функций окончания дальнего конца транспортного участка. Окончание транспортного участка несет ответственность за генерацию типовой информации уровня сети и обеспечивают ее целостность.

Рисунок 4.8. Модель транспортной сети PDH

В сети с оборудованием PDH транспортный участок может быть определен как тракт (2, 8, 34 или 140 Мбит/с). При этом функции адаптации тракта к среде передачи выполняет мультиплексирование или линейная система (регенерационная секция).

Для реализации транспортной сети PDH могут быть применены терминальные мультиплексоры, кроссовые коммутаторы (уровня каналов 64 Кбит/с и n ´ 64 Кбит/с), регенераторы. Секции мультиплексирования и тракты могут быть зарезервированы. Для эффективного управления транспортной сетью PDH необходима оснастка оборудования PDH типовыми функциональными модулями MCF, EMF, которые аналогичны модулям MCF и SEMF аппаратуры SDH. Такое решение предусмотрено для аппаратуры PDH рядом рекомендаций ITU-T: G.797, G.796, G.902. При этом в качестве каналов передачи данных сети управления предложено использовать:

• выделенные каналы 64 Кбит/с в структуре цикла 2,048 Мбит/с;

• каналы, образуемые временными позициями нулевого канального интервала цикла 2,048 Мбит/с в нечетных циклах сверхцикла, с позициями 5, 6, 7, 8 при достижимой скорости от 2 Кбит/с до 16 Кбит/с;

• выделенные каналы, не относящиеся к системе передачи PDH;

• каналы передачи данных сети Х.25 и другие варианты.

Для шлюзового подключения сети PDH к сети TMN рекомендовано использовать типовой интерфейс Qx, подключение локального терминала управления может быть осуществлено через типовой интерфейс F, представленный на физическом уровне интерфейсом RS232 или другими [14,33]. Кроме того, для локального управления могут быть применены нестандартные терминалы управления аппаратурой PDH.

Необходимо отметить, что для управления транспортной сетью PDH находят применение методы, основанные на протоколе SNMP и принципов УСО (универсальное сервисное оборудование, выпускаемое предприятием МОРИОН, г. Пермь). Это имеет место в разработках компаний РОТЕК и НАТЕКС (г. Москва) для гибких мультиплексоров PDH.

Другим примером универсального подхода к реализации системы управления транспортными сетями и другими сетями может служить система OPEN NSU BOSCH [42]. На рисунке 4.9 представлена обобщенная структура управления OPEN / NSU [42].

Рисунок 4.9. Структура управления OPEN / NSU

4.4. Управление сетью с системами АТМ

Системы асинхронного режима передачи (ATM) обеспечивают мультиплексирование, коммутацию и передачу трафика широкополосных сетей. Эта многофункциональность определяет особенности управления сетями транспортировки с АТМ. Особенности состоят прежде всего в управлении виртуальными каналами и виртуальными трактами, определенными концепцией транспортной сети с АТМ. Поскольку АТМ главным образом предназначен для построения широкополосных сетей B-ISDN, то вопросы управления этими сетями рассматриваются в рекомендациях ITU-T серии I.xxx, например, I.150, I.311, I.361, I.610. Кроме того, спецификациям сетевого управления АТМ большое внимание уделяет международная организация по стандартизации АТМ–Форум, которой разработана серия рекомендаций AF-NM. В этих рекомендациях определены функциональные возможности управления системами АТМ для всех участков сети транспортировки и сети доступа. Важно отметить, что ITU-T и АТМ–Форум согласуют свои разработки в области управления сетью B-ISDN. Поэтому в рекомендациях АТМ-Форума предусмотрено использование протоколов CMIP и SNMP.

В настоящее время большинство оборудования АТМ содержит функции управления SNMP. Однако это решение, по мнению специалистов, не является лучшим с точки зрения безопасности сети управления. Поэтому вместо стандартного
SNMP производители систем АТМ используют свои разработки программ управления, напоминающие SNMP. Это, в свою очередь, затрудняет интеграцию систем управления. Другой реальный путь высокоэффективного управления следует из рекомендаций ITU-T I.610 и I.751, где рассмотрены принципы эксплуатации и технического обслуживания оборудования систем АТМ и вся структура управления виртуальными каналами и трактами, согласованная с TMN.

Основная задача эксплуатации и технического обслуживания систем АТМ состоит в обнаружении и локализации неисправностей и восстановлении нормальной работы сети. Функции ОАМ являются одними из основных функций управления сетью. К этим функциям относятся:

• контроль параметров надежности;

• локализация неисправностей;

• выработка решений по устранению отказов;

• аварийная сигнализация;

• запись сообщений в базы данных;

• оповещение обслуживающего персонала и т.д.

Информация управления в система АТМ передается посредством пяти уровней управления. Функции каждого из них определены.

Уровни управления АТМ одновременно связаны с общей моделью B-ISDN [10,78]. На рисунке 4.10 приведена архитектура потоков управления ОАМ.

Потоки управления проходят по каждому из пяти уровней F1 – F5.

Уровень виртуальных каналов F5 обеспечивает взаимодействие сетевых элементов через виртуальные каналы. Распространяется на группу виртуальных каналов, образующих одно логическое соединение.

Уровень виртуальных путей F4 обеспечивает взаимодействие групп сетевых элементов, которые используют одно и то же соединение виртуальных путей.

Уровень тракта (пути) передачи F3 обеспечивает взаимодействие процессов, которые реализуют такие функции АТМ, как сборка / разборка ячеек и защита заголовка от ошибок, мультиплексирование / демультиплексирование.

Уровень секции мультиплексирования (цифровой передачи – транспортировки) F2 осуществляет контроль за работой каналообразующего оборудования SDH, PDH и другого.

Рисунок 4.10. Архитектура потоков управления ОАМ

Уровень секции регенерации F1 отвечает за электрические преобразования и согласование со средой передачи.

Каждый из уровней F1 – F5 реализует функции управления на соответствующем участке транспортировки и способен в полной мере поддерживать всю функциональную структуру TMN, самостоятельно воспринимать команды управления и выдавать результаты. Любой уровень для исполнения своих функций способен формировать запросы управления, т. е. вставлять служебную информацию в общий поток данных.

Принцип реализации процессов вставки запросов управления на уровнях F1, F2, F3 зависит от типа системы передачи. Например, при работе через SDH запросы уровней F1, F2 переносятся в заголовке секций (регенерационной и мультиплексирования: RSOH, MSOH), а запросы уровня F3 – в заголовке тракта передачи (РОН), образуемого виртуальными контейнерами VC-12, VC-4. Основные функции физического уровня управления состоят в контроле ошибок передачи, возникающих на уровнях преобразования электрического, оптического или радиосигнала и цифровой секции, а также в формировании сообщений об ошибках, возникающих на уровне цифровой передачи.

Уровни управления АТМ (F4, F5) используют для информационной передачи выделенные виртуальные каналы. Например, для передачи запроса F4 с целью проверки виртуального пути (VP) в каждом VP зарезервированы номера виртуальных каналов: VCI = 3 и VCI = 4. При этом канал VCI = 3 используется для проверки участка (сегмента) виртуального пути между двумя или более коммутаторами АТМ, а канал VCI = 4 — для проверки всего виртуального пути. Канал является двусторонним. Запросы управления сегмента действует в его пределах.

Информация управления уровня F5 аналогична информации уровня F4, однако предназначена для конкретного канала. Для ее передачи используется тот же номер виртуального канала и пути, что и для передачи данных пользователя. При этом ячейки (53-байтовые блоки) помечаются специальным идентификатором типа данных PTI, Payload Type Identifier, и все инструкции по дальнейшей обработке ячеек с запросами ОАМ помещаются в поле данных.

Ячейки АТМ, переносящие запросы управления, представлены несколькими форматами, которые описаны в. В таблице 4.1 приведены значения управляющих полей ячеек ОАМ.

Таблица 4.1 Значение полей ОАМ