СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВИРТУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОПТОВОЛОКОННОГО ТРАКТА Российский патент 2006 года по МПК H04B10/12 H01S3/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству виртуальной защиты оптоволоконного тракта и предлагает усовершенствованный способ защиты, основанный на известных способах защиты оптоволоконной СЦИ сети (Синхронная Цифровая Иерархия), таких как защита протокола, защита канала и т.п.

Уровень техники

В настоящее время оптоволоконные системы связи переживают период непрерывного и бурного развития, что обусловлено увеличением требований к пропускной способности сетей и очевидными преимуществами СЦИ технологии. При этом все большее значение приобретает вопрос самовосстановления таких сетей. Согласно рекомендациям комитета ITU-T, основными способами защиты оптоволоконных СЦИ сетей являются способы защиты канала, защиты мультиплексной секции, защиты соединения через подсеть и т.п. Наибольшую популярность среди них в настоящее время приобрела защита мультиплексной секции, включая защиту типа "1+1" линейной мультиплексной секции, защиту типа "1:N" линейной мультиплексной секции, а также совместную защиту типа "2/4" однонаправленной/двунаправленной оптоволоконной мультиплексной секции.

Принцип защиты мультиплексной секции состоит в передаче коммутационной информации посредством байтов К1/К2 в СЦИ кадре для реализации функции переключения протоколов. Однако поскольку байты К1/К2 расположены в мультиплексной секции СЦИ кадра, через одну оптоволоконную линию или один оптический порт может передаваться только одна группа байтов К1/К2. Это означает, что одна оптоволоконная линия может принадлежать только к одной системе мультиплексной секции, а именно общей мультиплексной секции, связанной с оптическим портом. Недостатком рассматриваемого способа защиты является то, что он не обеспечивает возможность гибкого выбора оптимального вида защиты для различных сервисов, что ведет к неэффективному использованию ресурсов виртуального контейнера VC4 (Virtual Container) оптического порта. Причина существующего разнообразия способов защиты состоит в том, что различные применения требуют использования различных способов защиты. В частности, там, где допустимое время переключения ограничено (например, оно не должно превышать 20 мс), защита мультиплексной секции может оказаться недостаточной, так что потребуется защита канала. Кроме того, процессу переключения мультиплексной секции свойственен недостаток, обусловленный байтом его протокола, в котором для информации о номере узла отводится только четыре бита, а кольцо при этом может иметь не более 16 узлов (за исключением REG узлов). Если число узлов в кольце превышает 16, приходится использовать другие способы защиты. К тому же в сети с топологией, показанной на фиг.1, в которой узлы А, В, С и D составляют кольцо 101, а узлы А, В, D и Е составляют кольцо 102, если в кольце 101 используется защита мультиплексной секции или защита канала, то сервисы между узлами В и Е или между узлами D и Е не могут быть защищены. Аналогично, если в кольце 102 используется защита мультиплексной секции или защита канала, то не могут быть защищены сервисы между узлами В и С или между узлами D и С.

На практике, по мере возрастания сложности СЦИ сетей с упомянутым выше ограничением приходится сталкиваться все чаще.

Сущность изобретения

Целью изобретения является создание способа и устройства виртуальной защиты оптоволоконного тракта, лишенных указанных выше недостатков. Настоящее изобретение позволяет не только обеспечить полную защиту сети и возможность ее гибкого конфигурирования, но и предлагает способ защиты, который дает возможность полностью удовлетворить требования пользователей.

Предложенный способ виртуальной защиты включает следующие этапы:

а) физическое разделение оптического порта на несколько модулей с минимальной защитой;

b) разделение модулей с минимальной защитой более чем одного канала защиты в каждом оптическом порту на различные логические системы с созданием более чем одной логической системы;

с) функционирование каждого узла каждой логической системы в одном из четырех рабочих режимов: нормальный режим, режим передачи, режим подключения и режим переключения;

d) в случае возникновения необходимости в защите переключение каждого узла из нормального режима в один из трех других режимов.

Переключение может представлять собой переключение либо в режим защиты мультиплексной секции либо в режим защиты соединения через подсеть, либо в режим защиты канала, либо в другой режим, обеспечивающий выполнение тех же функций.

При переключении в режим защиты мультиплексной секции этап "d", в свою очередь, включает следующие этапы:

d1) создание логических систем для защитного переключения;

d2) образование четырех групп страниц: рабочие страницы, страницы переключения, страницы подключения и страницы передачи;

d3) после определения типа узла, т.е. является ли он узлом передачи, узлом подключения или узлом переключения, отправка страницы передачи посредством узла передачи, отправка страницы подключения посредством узла подключения и отправка страницы переключения посредством узла переключения.

Этап d3, в свою очередь, включает следующие действия: если текущий узел посылает страницу передачи, то прямую передачу входной защитной шины узла выходной защитной шине узла; если узел посылает страницу подключения, то замену выходной рабочей шины узла на входную защитную шину узла; если узел посылает страницу переключения, то замену выходной защитной шины узла на входную рабочую шину узла.

В описанном выше способе модулем с минимальной защитой является VC4 или VC3, а этап b представляет собой отображение по меньшей мере одного VC4 или VC3 в различных логических системах для создания более одной логической системы.

В описанном выше способе, при реализации защитных переключений в определенной логической системе, в защитных переключениях участвуют только сервисы логической системы, удовлетворяющие условию переключения текущей логической системы.

Кроме того, способ включает настройку и коммутацию сервисов, посылаемых в один и тот же модуль с минимальной защитой из различных модулей с минимальной защитой через имеющийся в системе связи модуль кросс-коммутации с разделением времени.

Предложенное устройство виртуальной защиты оптоволоконного тракта включает в себя по меньшей мере:

анализатор страниц для анализа конфигурации логической системы, создающий соответствующие рабочие страницы и сохраняющий рабочие страницы в упомянутом ниже контроллере переключений;

контроллер переключений для посылки соответствующих рабочих страниц на упомянутую ниже плату кросс-коммутации в соответствии с состоянием переключения;

и плату кросс-коммутации для переключения шины в соответствии с посланной рабочей страницей.

Указанные рабочие страницы могут представлять собой либо нормальные рабочие страницы либо страницы передачи, либо страницы подключения, либо страницы переключения.

Соединение шин - это либо соединение входной и выходной рабочих шин текущего узла либо соединение входной и выходной защитных шин текущего узла, либо соединение входной защитной шины и выходной рабочей шины текущего узла, либо соединение входной рабочей шины и выходной защитной шины текущего узла.

В рамках описанной выше системы, где разделение логических систем выполнено на основе модуля с минимальной защитой, каковым может быть VC4, VC3 и т.д., а оптический порт может иметь несколько модулей с минимальной защитой, оптический порт может быть разделен на несколько логических систем. Это создает возможность гибкого выбора различных способов защиты для различных сервисов, а в различных логических системах (т.е. в различных сервисах, в различных сетях) могут использоваться различные условия переключения. Тем самым достигается большая гибкость в организации сетевой связи и обеспечивается возможность выбора оптимального вида защиты в соответствии с требованиями пользователей. Возможность разделения системы на несколько логических систем, способных работать в различных защитных режимах, устраняет недостаток существующих систем, состоящий в том, что каждая из них может использовать только один вид защиты, не давая возможности выбора. Так, например, показанный на фиг.1 узел Е нельзя защитить каким-либо известным способом, но он может быть защищен предложенным способом. Очевидно, что предложенный способ защиты является более гибким, универсальным и эффективным.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает схему, иллюстрирующую невозможность одновременной защиты двух колец.

Фиг.2 изображает схему, иллюстрирующую использование различных видов защиты различными сервисами.

Фиг.3 иллюстрирует способ кросс-коммутации шин в предложенном устройстве.

Фиг.4 иллюстрирует организацию однонаправленного переключения мультиплексной секции предложенного устройства.

Фиг.5 изображает схему алгоритма переключения мультиплексной секции предложенного устройства.

Фиг.6 изображает схему существующей сети.

Фиг.7 изображает схему разделения на логические системы для виртуальной защиты тракта.

Фиг.8 изображает структурную схему предложенного устройства виртуальной защиты оптоволоконного тракта.

Подробное описание изобретения

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на сопутствующие чертежи.

Из фиг.2 следует, что изобретение позволяет осуществлять защиту различных сервисов, таких как передача изображений, передача голосовых сообщений, передача сигналов, дальняя связь и т.п. Для различных сервисов можно использовать различные виды защиты. Ниже изложены основные идеи настоящего изобретения.

Первой такой идеей является концепция модуля с минимальной защитой. Она основана на том обстоятельстве, что оптический порт может быть разделен на несколько VC4, представляющих собой модули с минимальной защитой. Например, оптический порт со скоростью 622 Мбит/с можно рассматривать как четыре независимых VC4, поскольку его полезная нагрузка равна четырем VC4.

Второй идеей является концепция шины. СЦИ система по существу состоит из ответвляющих модулей, линейных модулей и модулей коммутации сигналов. Разделение логических систем в соответствии с настоящим изобретением относится к ответвляющим и линейным модулям. В результате этого разделения создается рассматриваемая ниже страница переключения, причем каждой конфигурации разделения соответствует своя страница переключения. Переключение в основном осуществляется модулями коммутации сигналов. Для мультиплексоров ввода/вывода существует большое количество сервисов, которые можно вводить или выводить, например сервисы при 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 155 Мбит/с и т.п.; при этом пропускная способность линии может быть 155 Мбит/с, 622 Мбит/с, 2,5 Гбит/с и т.п. Невозможно выбирать различные модули коммутации сигналов для различных значений пропускной способности линии или для различных вводимых и выводимых сервисов. Когда в линию вводится сервис с низким приоритетом, он будет мультиплексирован в VC4; для кроссирования можно использовать модуль коммутации сигналов с разделением времени, который однозначным образом осуществляет подстройку и коммутацию сервисов, приходящих с различных VC4 на ожидаемый VC4. В данном случае VC4 может рассматриваться как основная скорость модуля шины. Кроссирование шины показано на фиг.3. Слева от стрелки расположены три различных VC4: VC4#1, VC4#2 и VC4#3, а также показанные в виде заштрихованных блоков соответственно второй модуль первого VC4 (1, 2), третий модуль второго VC4 (2,3) и первый модуль третьего VC4 (3, 1). Расположение модулей справа от стрелки показывает, что после коммутации шины с разделением времени система СЦИ мультиплексирует сервисы, приходящие от трех различных VC4 на один VC4, который последовательно передает загруженные сервисы на (3, 1), (1, 2) и (2, 3).

Третья идея - это концепция логической системы. Поскольку узел может принадлежать сетям различной топологии, а каждая сеть может иметь различный вид защиты, то физическая среда с одной стандартной топологией, одного уровня и имеющая один и тот же вид защиты может рассматриваться как единое целое, называемое логической системой. Логическая система характеризуется следующими параметрами: уровень пропускной способности, например 155М, 622М, 2500М и т.д.; тип сетевого элемента, например мультиплексор ввода/вывода (ADM), терминальный мультиплексор (ТМ) и регенератор (REG); направление сервиса, например однонаправленный или двунаправленный; вид защиты, например защита канала, защита секции мультиплексора, защита 1+1, защита 1:N, защита соединения через подсеть и т.п.; число оптических волокон, например, 2 волокна, 4 волокна; а также топология сети, например "кольцо", "точка-точка" и т.п. ADM логической системы включает восточный и западный пути распространения сигнала, а также выбираемые ветви. ТМ логической системы включает восточный/западный пути распространения сигнала, а также выбираемые ветви. Рабочая страница и страница защиты с указанными характеристиками генерируются в результате анализа сервиса ввода/вывода или сервиса передачи. Концепция логической системы облегчает конфигурацию сервисов и позволяет организовать более гибкую защиту.

Когда происходит защитное переключение логической системы, если при этом другие логические системы не удовлетворяют условиям переключения, то в процессе переключения участвуют только сервисы данной логической системы, т.е. имеет место логическая независимость.

Четвертая идея - это концепция замены шины. Переключение мультиплексной секции можно осуществлять следующим образом: один конечный узел тракта переходит в режим подключения, другой конечный узел тракта переходит в режим переключения, а средний узел переходит в режим передачи, как показано на фиг.4, иллюстрирующем однонаправленное переключение мультиплексной секции. Слева от стрелки на фиг.4 показана топология сети, состоящей из двух оптоволоконных колец, одного рабочего канала, одного канала защиты и четырех узлов кольца А, В, С и D. Справа от стрелки на фиг.4 показаны функциональные состояния рабочего канала и канала защиты для трех типов узлов: передаточного узла, узла подключения и узла переключения; при этом блок без заливки обозначает рабочий канал, а затененный блок обозначает канал защиты. В случае возникновения проблемы с волокном 401 между узлами В и С перестают действовать рабочий канал и канал защиты. Сервисы связи между узлами В и С или сервисы связи, проходящие через узлы В и С, будут передаваться на узел назначения через каналы защиты между ВА, AD и DC. В этот момент узел В подключается, узел С переключается, а узлы А и D становятся передаточными, иначе говоря, узел В становится узлом подключения, узел С становится узлом переключения, а узлы А и D становятся передаточными узлами. Предположим теперь, что для каждого узла данного варианта изобретения 1˜4 обозначают входные шины рабочего канала, 1'˜4' - выходные шины рабочего канала, 5˜8 - входные шины канала защиты и 5'˜8' - выходные шины канала защиты. Как видно из фиг.4, для передаточного узла (каковыми являются узлы А и D) сигналы, подаваемые на входные шины (5, 6, 7, 8) канала защиты, кроссируются на выходные шины (5', 6', 7', 8') канала защиты; для узла подключения (каковым является узел В) сигналы, первоначально поступавшие с выходных шин (1', 2', 3', 4') рабочего канала, передаются на выходные шины (5', 6', 7', 8') канала защиты; для узла переключения (каковым является узел С) сигналы, первоначально подаваемые на входные шины (1, 2, 3, 4) рабочего канала, передаются на входные шины (5, 6, 7, 8) канала защиты.

Для каждого из узлов может возникнуть необходимость работать в любом из упомянутых режимов коммутации, поэтому каждый узел должен подготовить четыре страницы: нормальную страницу, передаточную страницу, страницу подключения и страницу переключения. Нормальная страница образуется в результате анализа логических систем, а остальные страницы основаны на нормальной странице с заменой шины. В контексте настоящего изобретения термины "замена" и "переключение" имеют различные значения. Замена имеет численное выражение, например входная шина 1 заменяется входной шиной 9, тогда как переключение относится к элементу сети и представляет собой действие логической системы. Например, мы можем говорить о том, что логическая система имеет переключение мультиплексной секции, но нельзя говорить о том, что логическая система имеет замену мультиплексной секции. Переключение представляет собой процесс перехода от рабочего элемента к элементу защиты.

Согласно вышеописанным концепциями, предложенный способ виртуальной защиты оптоволоконного тракта включает следующие этапы;

а; оптический порт физически разделяют на несколько модулей с минимальной защитой;

b; в зависимости от требований сервиса модули с минимальной защитой каналов защиты каждого оптического порта разделяют на различные логические системы таким образом, что образуется более одной логической системы, при этом оптический порт разделяют на несколько различных логических систем;

с; каждый узел в каждой из логических систем может находиться в одном из четырех рабочих режимов: нормальный рабочий режим, рабочий режим передачи, рабочий режим соединения и рабочий режим переключения;

d; при возникновении необходимости в защите нормальный рабочий режим сменяют одним из трех остальных рабочих режимов с помощью переключения мультиплексной секции.

Пятая идея - это концепция независимости защит. Различные характеристики защиты соответствуют различным условиям защиты. Защита канала включается по сигналу (TU-AIS) отказа трибутарного модуля канала и т.п. Защита мультиплексной секции включается по сигналу (MS-AIS) отказа мультиплексной секции и т.п. Различные виды защит логически принадлежат к различным топологиям сети и в общем случае реализуются через различные физические каналы, вследствие чего действие защит не может происходить одновременно. Поэтому необходимо, чтобы защита логической системы не влияла на другие рабочие режимы логической системы.

На фиг.5 показана упрощенная схема реализации алгоритма переключения мультиплексной секции. Сначала создают логическую систему для защиты мультиплексной секции. Затем в соответствии с конфигурацией должны быть проанализированы четыре рабочие страницы: нормальная рабочая страница, страница переключения, страница подключения и передаточная страница. Нормальная рабочая страница - это страница от входной рабочей шины к выходной рабочей шине. Страница переключения - это страница от выходной защитной шины к входной рабочей шине. Страница подключения - это страница от выходной рабочей шины к входной защитной шине. Передаточная страница - это страница от входной защитной шины к выходной защитной шине. Анализ типа узла выполняют контроллером защитных переключений. Если узел является узлом подключения, то дальше посылается страница подключения, а выходная рабочая шина заменяется входной защитной шиной. Если узел является узлом переключения, то дальше посылается страница переключения, а выходная защитная шина заменяется входной рабочей шиной. Если узел является передаточным узлом, то дальше посылается передаточная страница, а входная защитная шина непосредственно передается на выходную защитную шину. Как показано на фиг.4, при возникновении проблем с волокном между узлами В и С, когда возникает необходимость в переключении мультиплексной секции, система должна определить, какие изменения требуются для узлов А-D, анализируя текущие нормальные рабочие страницы каждого узла и местонахождение проблемы. В ходе анализа установлено, что узлы А и D являются передаточными узлами, узел В является узлом подключения, а узел С является узлом переключения; тогда узлы А и D посылают дальше передаточную страницу, узел В посылает дальше страницу подключения, а узел С посылает дальше страницу переключения. Как видно из алгоритма переключения, режим переключения шины в этом случае отличается от обычного (когда все VC4 одного порта принимают участие в переключении) тем, что участие в переключении принимают VC4, принадлежащие к логической системе. Следовательно, количество VC4, которые принимают участие в переключении, может конфигурироваться в зависимости от конкретного случая, а остальные VC4 могут быть использованы для других видов защиты.

На фиг.6 показана топология, используемая в некоторых существующих сетях. Исходя из направления против часовой стрелки, элементы сети А, В, С, D, Е, F и G образуют кольцо 601; элементы сети Н, I, J, К, L, М, N и О образуют кольцо 602; и оба эти кольца соединяются через G, Н и F, I. Сервисы в кольце 601 и в кольце 602 могут быть защищены путем защиты мультиплексной секции или другого вида защиты, но сервисы между кольцами защищены быть не могут.

Что касается оптоволоконных колец, показанных на фиг.7, то в них, хотя они и имеют ту же сетевую топологию, что и на фиг.6, использовано разделение на логические системы, составляющее предмет настоящего изобретения, что позволяет защитить любую часть оптоволоконной сети. На фиг.7, исходя из направления против часовой стрелки, элементы сети А, В, С, D, Е, F и G образуют виртуальное кольцо 701; элементы сети Н, I, J, К, L, М, N и О образуют виртуальное кольцо 702; а элементы сети А, В, С, D, Е, F, I, J, К, L, М, N, О, Н и G образуют большое виртуальное кольцо 703. В виртуальных кольцах 701 и 702 для защиты сервисов внутри этих колец может быть использована защита мультиплексной секции, а для защиты сервисов между кольцами может быть использована защита канала в кольце 703. В этом варианте каждый узел конфигурируется в виде двух логических систем; в зависимости от требований сервиса все VC4 каждого волокна могут быть отображены на логическую систему мультиплексной секции либо часть VC4 каждого волокна может быть отображена на логическую систему мультиплексной секции. Что касается логической системы, составляющей виртуальное кольцо 703, то поскольку эта логическая система имеет больше узлов и защита канала требует больше ресурсов, то в общем случае один или несколько VC4 каждого из оптических портов отображаются на логическую систему в зависимости от количества сервисов и уровней оптических портов.

На фиг.8 показана структура устройства виртуальной защиты, реализующего описанный выше предложенный способ виртуальной защиты. Устройство виртуальной защиты оптоволоконного тракта включает по меньшей мере три составные части: анализатор 801 страниц, контроллер 802 переключений и плату 803 кросс-коммутации. Каждый узел посылает рабочие страницы, тип которых зависит от его текущего состояния, и осуществляет коммутацию соответствующей шины. Для анализа конфигурации логической системы используется анализатор 801 страниц, создающий четыре рабочих страницы: нормальную рабочую страницу, передаточную страницу, страницу подключения и страницу переключения и сохраняющий их в контроллере 802 переключений. Поскольку каждый из узлов имеет много логических систем, существует много страниц, каждая из которых относится к логической системе. Контроллер 802 переключений используется для посылки рабочей страницы на плату 803 кросс-коммутации в зависимости от состояния соединений. Плата 803 кросс-коммутации осуществляет коммутацию соответствующих шин. Таким образом происходит процесс коммутации.

Выше описан наиболее предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, который не следует понимать как ограничение объема притязаний данного изобретения.

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться для защиты линии связи. Технический результат состоит в повышении защищенности линий связи и гибкого конфигурирования сети. Для этого оптический порт физически разделяют на несколько модулей с минимальной защитой. На основе модулей с минимальной защитой систему разделяют на несколько логических систем. Каждый из узлов логической системы может работать в одном из четырех режимов: нормальный режим, режим передачи, режим подключения и режим переключения. Когда возникает необходимость в защите, узел переводится из нормального рабочего режима в один из трех других рабочих режимов с помощью либо защиты мультиплексной секции либо защиты соединения через сеть, либо защиты канала и т.п. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ виртуальной защиты оптоволоконного тракта, включающий

а. физическое разделение оптического порта на несколько модулей с минимальной защитой,

b. разделение модулей с минимальной защитой более чем одного канала защиты в каждом оптическом порту на различные логические системы с созданием более чем одной логической системы,

с. функционирование каждого узла каждой логической системы в одном из четырех рабочих режимов: нормальный режим, режим передачи, режим подключения и режим переключения,

d. в случае возникновения необходимости в защите, переключение каждого узла из нормального режима в один из трех других режимов.

d1. создание логических систем для защитного переключения,

d2. образование четырех групп страниц: рабочие страницы, страницы переключения, страницы подключения и страницы передачи,

d3. после определения того является ли узел узлом передачи, узлом подключения или узлом переключения, отправка страницы передачи к узлу передачи, отправка страницы подключения к узлу подключения и отправка страницы переключения к узлу переключения.

если текущий узел посылает страницу передачи, то прямую передачу через входную защитную шину узла к выходной защитной шине узла, если узел посылает страницу подключения, то замену выходной рабочей шины узла на входную защитную шину узла, если узел посылает страницу переключения, то замену выходной защитной шины узла на входную рабочую шину узла.