БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
FAST-ACTING SAFETY DEVICE OF OPTICAL DATA NETWORK

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области оптической передачи данных и, в частности, к способу защитного переключения в оптической кольцевой сети передачи данных.
Предшествующий уровень техники
Оптическая кольцевая сеть передачи данных широко применяется в области телекоммуникации. Рекомендация ITU-TG.841, т.е. «Классификация и характеристики структуры защиты сети стандарта SDH», более подробно описывает функцию самовосстановления оптической кольцевой сети передачи данных стандарта SDH/SONET. В ней двух- или четырехволоконное двунаправленное мультиплексное секционное кольцо для защиты сети (сокращенно BLSR, bidirectional line switched ring) является наилучшим средством самовосстановления. Рекомендация ITU-TG.841 предписывает, что сеть стандарта SDH/SONET загружает сигнальные сообщения в служебные К1 и К2 байты кадра передачи данных мультиплексной секции в сети стандарта SDH/SONET. Рекомендация ITU-TG.841 также предписывает, что временной интервал между инициализацией защитного переключения и окончанием его работы должен быть менее чем 50 миллисекунд с тем, чтобы максимально снизить простой в работе.
В случае если время простоя составляет менее 50 миллисекунд, может быть достигнуто наивысшее качество обслуживания. Однако если оптическая кольцевая сеть передачи данных имеет относительно широкий диапазон и большее количество элементов, сложно гарантировать, что время защитного переключения будет 50 миллисекунд.
На Фиг.1 изображена схема, которая иллюстрирует, как элемент оптической сети передачи данных обрабатывает защитное переключение в соответствии с рекомендацией G.841. Как показано на Фиг.1, блоки, осуществляющие защитное переключение посредством элементов сети передачи данных, представляют собой: блок получения сигналов горизонтального направления (т.е. направления «Восток-Запад») или обнаружения аварий, блок отправки сигналов горизонтального направления (т.е. направления «Восток-Запад»), блок обработки протокола и абонентский кросс-блок. После обнаружения новой аварии или нового сигнала блок получения сигналов или обнаружения аварий передает информацию об аварии или сигнале блоку обработки протокола, и блок обработки протокола генерирует сигнал в соответствии с правилами протокола и передает сигнал на блок отправки сигналов и, наконец, сигнал отправляется через оптический порт. При генерировании сигнала согласно правилам протокола блок обработки протокола также генерирует соответствующую кросс-связь и отправляет его на абонентский кросс-блок для проведения обслуживания. Таким образом, имея один элемент сети передачи данных, порядок обработки системы защитного переключения может быть разделен на операцию обнаружения аварии или получения сигналов, операцию обработки протокола, операцию отправки сигналов и операцию обработки данных кросс-блоком. В качестве примера, способ расчета времени защитного переключения при использовании рекомендаций G.841 описан ниже для 8-элементной кольцевой сети передачи данных, как показано на Фиг.2 (А). Согласно Фиг.2 (А), если секция между элементом 1 и элементом 8 неисправна, блок получения сигналов или обнаружения аварии определяет аварию и извещает блок обработки протокола, а затем блок обработки протокола генерирует новый сигнал и блок отправления сигнала отправляет новый сигнал к следующему элементу сети. Поскольку элемент 1 и элемент 8 обнаруживают аварию одновременно, операция их обработки также производится одновременно. Следовательно, операция защитного переключения может быть упрощена и сведена к операции, изображенной на Фиг.2 (В). Как показано на Фиг.2 (В), общее время защитного переключения:
0
1
2
3
4
где в формуле (1) t - время передачи сигнала в секции оптоволокна, t - время обработки данных при получении сигнала или время обнаружения аварии, t - время обработки данных протокола, t - время обработки данных при отправлении сигнала, и t - время обработки данных кросс-блоком. Все этапы операции, от получения сигнала протокола до завершения обработки блоком обработки протокола и, наконец, отправления сигнала протокола блоком отправления сигнала, производятся систематически, а общее время обработки - это время Ti в формуле (1).
4
Заявка на патент Китая №98113149.2 описывает способ ускорения защитного переключения. В основе данного способа лежит сокращение времени обработки данных кросс-блоком, т.е. времени t в формуле (1). На Фиг.2 (А) и в формуле (1) отражено, что только время обработки данных кросс-блоком последнего элемента сети влияет на время защитного переключения всей сети, поэтому усовершенствования, выполненные при помощи данного способа, ограничены.
2
Заявка на патент США №5636205 раскрывает способ ускорения защитного переключения. При помощи блока сравнения сигналов данный способ оценивает биты сигналов, получаемые элементом сети, и определяет, необходимо ли «обходить» передачу сигнала согласно направлению идентификатора сигнальных битов. Главным образом, способ направлен на сокращение времени обработки данных протокола, т.е. времени tпо формуле (1). По сравнению с заявкой на патент Китая №98113149.2 данный способ имеет очевидные преимущества. Однако преимущества зависят от способа реализации средства сравнения сигналов. Если указанное средство выполнено в виде аппаратного блока, данные преимущества очевидны, но и стоимость повышается. Если указанное средство выполнено в виде программного обеспечения, преимущества не так очевидны. Вне зависимости от принятого способа выполнения указанного средства настоящий патент искусственно разделяет блок обработки протокола для защитного переключения на блок сравнения сигналов и блок обработки протокола, при этом данная обработка является комплексной и отличается повышенным риском. Для снижения этого риска блок сравнения сигналов должен осуществлять большое число логических оценок, однако эти логические оценки определенно снижают преимущества.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является предложение простого и надежного способа быстродействующей защиты оптической кольцевой сети передачи данных.
Основной идеей настоящего изобретения является создание «прозрачного» (т.е. виртуального - незаметного для пользователя) канала передачи данных при использовании доступных служебных сигналов мультиплексной секции сети передачи данных, когда соответствующий элемент сети передачи данных определяет аварийную секцию сети через «прозрачный» канал до получения запроса сигнала и завершает обработку данных протокола на основании факта аварийности секции, для реализации быстрой обработки данных.
Способ быстродействующей защиты оптической кольцевой сети передачи данных в соответствии с настоящим изобретением содержит следующие этапы:
Этап 1 - конфигурирование «прозрачного» канала на уровне сетевого управления;
Этап 2 - блок обнаружения аварий соответствующего элемента сети определяет состояния оптической линии в режиме реального времени, а блок обнаружения сигналов выявляет изменения сигнальных байтов и служебных байтов «прозрачного» канала в режиме реального времени;
Этап 3 - если обнаружена аварийная или управляющая команда переключения, выполняется этап 4; если обнаружено изменение служебных байтов «прозрачного» канала, выполняется этап 5; а если обнаружено изменение сигнальных байтов, выполняется этап 6;
Этап 4 - после того, как элемент сети, обнаруживающий аварийный или управляющий сигнал переключения, завершает обработку протокола, кросс-блок служебных данных отключает «прозрачный» канал направления «Восток-Запад» и копирует сигнальные байты неаварийного направления для отправки служебным байтам, соответствующим прозрачному каналу, или кросс-блок служебных данных генерирует упрощенный сигнал в соответствии с сигнальной информацией протокола, предназначенный для отправки, и записывает его в служебные байты; соответствующие «прозрачному» каналу для отправки, затем выполняют этап 7;
Этап 5 - для элемента сети, который обнаруживает изменения служебных байтов «прозрачного» канала: если текущее состояние является состоянием переключения, то служебные байты не обрабатываются; если текущее состояние - состояние простоя или передачи, то служебные байты направляются к блоку обработки протокола для обработки в качестве сигнальных байтов, полученных блоком обнаружения сигналов соответствующего направления; или если получены упрощенные сигналы, то генерируется информационный сигнал, соответствующий полученным упрощенным сигналам и отправляется на обработку блоку обработки протокола, затем - переход к этапу 2;
Этап 6 - если полученные сигналы являются запросом краткого пути до данного элемента сети, то после завершения обработки данных протокола и отключения «прозрачного» канала направления «Восток-Запад», кросс-блок служебных данных копирует сигнальные байты, предназначенные для отправки в служебные байты, соответствующего «прозрачного» канала, и отправляет их в направлении, противоположном направлению получения запроса краткого пути; или создает упрощенные сигналы в соответствии с информацией, предназначенной для отправки, и записывает их в служебные байты, соответствующие «прозрачному» каналу, для отправки; в противном случае обработка производится согласно протоколу G.841;
Этап 7 - если авария исчезает или отменяется управляющая команда переключения, два переключающих элемента сети автоматически записывают тип сигнального кода неисправности по протоколу защитного переключения на «прозрачный» канал и вновь включают «прозрачный» канал направления «Восток-Запад», а затем осуществляется переход к этапу 2; в противном случае производится прямой переход к этапу 2.
На вышеупомянутом этапе 1 реализуется следующий способ конфигурирования «прозрачного» канала: в соответствии со служебными сигналами мультиплексных секционных элементов сети происходит определение двух доступных служебных байтов на секциях восточного и западного направления элемента сети и включение канала направления «Восток-Запад», в котором служебные байты проходят через кросс-блок служебных данных.
Кроме того, возможен следующий способ конфигурирования «прозрачного» канала: при использовании служебных сигналов мультиплексных секций соответствующего элемента сети происходит последовательное определение одного доступного служебного байта на секциях восточного и западного направления элемента сети и включение канала направления «Восток-Запад», в котором служебные байты проходят через кросс-блок служебных данных.
В случае если вышеупомянутый «прозрачный» канал является каналом одного служебного байта, способ быстродействующей защиты в оптической кольцевой сети передачи данных содержит следующие этапы:
Этап 1 - конфигурирование «прозрачного» канала на уровне сетевого управления;
Этап 2 - блок обнаружения аварий соответствующих элементов сети выявляет состояния оптической линии в режиме реального времени, а блок обнаружения сигналов выявляет изменения сигнальных байтов и служебного байта «прозрачного» канала в режиме реального времени;
Этап 3 - если обнаружена аварийная или управляющая команда переключения, выполняется этап 4; если обнаружено изменение служебного байта «прозрачного» канала, выполняется этап 5; а если обнаружено изменение сигнальных байтов, выполняется этап 6;
Этап 4 - после того как элемент сети, обнаруживающий аварийную или управляющую команду переключения, завершает обработку протокола, кросс-блок служебных данных отключает «прозрачный» канал направления «Восток-Запад» и генерирует упрощенные сигналы в соответствии с сигнальной информацией протокола, предназначенные для отправки, а затем записывает их в служебный байт, соответствующий «прозрачному» каналу, для отправки;
Этап 5 - для элемента сети, который обнаруживает изменения служебного байта «прозрачного» канала: если текущее состояние является состоянием переключения, то служебный байт не обрабатываются; если текущее состояние - состояние простоя или передачи, то генерируется сигнальная информация, соответствующая полученной, в соответствии с упрощенными сигналами и отправляется блоку обработки протокола для обработки;
Этап 6 - если полученные сигналы являются запросом краткого пути до данного элемента сети, то после завершения элементом сети обработки данных протокола и отключения «прозрачного» канала направления «Восток-Запад», кросс-блок служебных данных генерирует упрощенные сигналы в соответствии с информацией, предназначенной для отправки, и записывает их в служебный байт, соответствующий «прозрачному» каналу, для отправления их в направлении, противоположном направлению получения запроса краткого пути;
Этап 7 - если авария исчезает или отменяется управляющая команда переключения, два переключающих элемента сети автоматически записывают тип сигнального кода неисправности по протоколу защитного переключения на «прозрачный» канал и вновь включают «прозрачный» канал направления «Восток-Запад», а затем осуществляется переход к этапу 2; в противном случае производится прямой переход к этапу 2.
0
Для внедрения данного изобретения в оптическую кольцевую сеть передачи данных элементы сети, за исключением блока обнаружения неисправности, могут получать запрашиваемую информацию, передаваемую по «прозрачному» каналу, спустя некоторое время t задержки прохождения сигнала после того, как неисправный элемент сети отправил запрос. После установки «прозрачного» канала, элемент сети, который производит мониторинг аварий, отправляет информацию в «прозрачный» канал, а поскольку «прозрачный» канал представляет собой, как правило, кольцо, информация, записываемая элементом сети, который производит мониторинг аварий, будет передана со скоростью света. Поэтому другие элементы сети, расположенные после элемента, производящего мониторинг аварий, могут обнаружить информацию после некоторой временной задержки прохождения сигнала. Таким образом, время переключения, рассчитываемое для предлагаемого способа настоящего изобретения:
0
1
2
3
4
где N - количество элементов оптической кольцевой сети передачи данных, a t, t, t, t, и t - соответствуют тому же, что и в формуле (1).
0
1
2
3
4
4
2
Например, пусть N=8, t=1 миллисекунда, t=t=t=t=3 миллисекундам, тогда время защитного переключения в соответствии со способом, описанным в G.841, может быть рассчитано по формуле (1) и равно 82 миллисекундам. Если исключить время tобработки данных абонентским кросс-блоком одного элемента сети, время переключения по способу, предложенному в заявке №98113149.2, составляет 79 миллисекунд. Если исключить время t обработки данных протокола шести средних элементов сети, время переключения по способу заявки №5636205 составит 64 миллисекунды. Однако если принять способ, предложенный настоящим изобретением, то в соответствии с формулой (2) можно увидеть, что время защитного переключения составляет лишь 28 миллисекунд. Таким образом, способ, предлагаемый данным изобретением, отличается лучшим техническим эффектом.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана схема, на которой изображен элемент оптической сети передачи данных, который осуществляет защитное переключение в соответствии с рекомендацией G.841;
На Фиг.2 (А) представлена схема двухволоконного двунаправленного мультиплексного секционного кольца для защиты сети из 8 элементов;
На Фиг.2 (В) представлена схема, используемая для расчета времени защитного переключения сети, представленной на Фиг.2 (А), в соответствии с рекомендацией G.841;
На Фиг.3 (А) показана блок-схема защитного переключения для элемента оптической сети передачи данных при внедрении способа, предлагаемого данным изобретением;
На Фиг.3 (В) приведена схема сети, представленной на Фиг.2 (А), оснащенная «прозрачным» каналом;
На Фиг.4 представлена схема, используемая для расчета времени защитного переключения кольцевой сети из N-элементов при внедрении способа, предлагаемого данным изобретением;
На Фиг.5 показана схема этапов способа, предлагаемого данным изобретением.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение далее дополнительно описывается со ссылками на прилагаемые чертежи и варианты осуществления.
Фиг.1, 2 (А) и 2 (В) относятся к существующим способам, известным из уровня техники. На Фиг.4 представлена схема, используемая для расчета времени защитного переключения при внедрении способа, предлагаемого данным изобретением.
На Фиг.3 (А) показана блок-схема защитного переключения для элемента оптической сети передачи данных при внедрении способа, предлагаемого данным изобретением. Как показано на Фиг.3 (А), блок обработки данных кросс-блока добавлен на основе Фиг.1. Кросс-блок служебных данных включает или отключает «прозрачный» канал направления «Восток-Запад» по команде блока обработки протокола и записывает специальную информацию и пр. в «прозрачный» канал в соответствии с информацией, указанной блоком обработки протокола.
На Фиг.3 (В) приведена схема сети, представленной на Фиг.2 (А), оснащенная «прозрачным» каналом. Как показано на Фиг.3 (В), два двунаправленных «прозрачных» канала, окружающих всю кольцевую сеть передачи данных, создаются на основе Фиг.2 (А). Более того, при наличии кросс-блока служебных данных можно гарантировать, что в ситуации простоя служебные байты, передаваемые через «прозрачный» канал, представляют собой сигнальный код неисправности по протоколу защитного переключения.
На Фиг.5 показана схема этапов способа, предлагаемого данным изобретением. Соответственно, принимая, что сеть, показанная на Фиг.3 (В), выходит из строя между элементами сети 1 и 8 и неисправность исчезает как, например, в сочетании с Фиг.3, 4 и 5, операция выполнения технического решения, предлагаемого данным изобретением, путем использования двух «прозрачных» каналов служебных байтов подробно описана ниже.
Этап 1 - на уровне сетевого управления определяются доступные служебные сигналы оптоволоконных секций, таких как 1-8, 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7, 7-8 и т.д. Затем при помощи кросс-блока служебных данных элемент сети 1 вводит доступные служебные сигналы оптоволоконных секций 1-8 и 1-2. В соответствии с тем же способом элементы сети 2-8 соответственно вводят доступные служебные сигналы оптоволоконных секций, таких как 1-2 и 2-3, 2-3 и 3-4, 3-4 и 4-5, 4-5 и 5-6, 5-6 и 6-7, 6-7 и 7-8 и т.д. Наконец, конфигурируется «прозрачный» канал, окружающий всю кольцевую сеть передачи данных, как показано на Фиг.3 (В). Кроме того, во время ввода доступных служебных сигналов элементы сети конфигурируют служебные байты, передаваемые по «прозрачным» каналам, как сигнальный код неисправности по протоколу защитного переключения через кросс-блок служебных данных, например 0x0ff0.
Этап 2 - элемент сети 1 обнаруживает аварию секции между элементами 1-8 и сообщает блоку обработки протокола об аварии; блок обработки протокола генерирует запрос сигнала, при этом запрос, тип которого определяется байтом К1, посылаемым по оптоволокну в направлении элемента 1-2 сети, является запросом неисправности, а целевым элементом сети является элемент 8. Затем производится переход к следующему этапу.
Этап 3 - кросс-блок служебных данных элемента сети 1 отключает «прозрачные» каналы оптоволоконных секций элементов сети 1-8 и 1-2 и копирует К1 и К2, передаваемые по направлению от элемента 1 сети к элементу 2 сети для служебных байтов, соответствующих «прозрачному» каналу направления от элемента 1 сети к элементу 2 сети, и отправляет их.
Этап 4 - элемент 2 сети выявляет изменения служебных байтов «прозрачного» канала в направлении от элемента 1 сети к элементу 2 сети. Элемент 3 сети выявляет изменения служебных байтов «прозрачного» канала в направлении от элемента 2 сети к элементу 3 сети. Подобным образом элементы 4, 5, 6 и 7 также выявляют изменения. Затем производится переход к следующему этапу.
Этап 5 - элемент 2 сети не находится в состоянии переключения. Служебные байты «прозрачного» канала, полученные в направлении от элемента 1 сети к элементу 2 сети, как и сигнальные байты К1 и К2, полученные в том же направлении, отправляются для обработки к блоку обработки протокола, проходя по каналу защиты. Элементы 3-7 сети обрабатываются аналогичным способом.
Этап 6 - элемент 8 сети выявляет изменения сигналов протокола (которые отправляются на элемент 7 сети после обработки по этапу 5) в направлении от элемента 7 сети к элементу 8 сети. Кроме того, сигнальный байт К1 указывает, что целевым является текущий элемент сети, а запрос - запросом о неисправности, следовательно, элемент 8 сети незамедлительно начинает переключение.
Этап 7 - когда элемент 1 сети обнаруживает аварию, элемент 8 сети также обнаруживает аварию в секции 1-8 сети. Таким образом, элементы 8 и 1 сети выполняют указанную обработку примерно в одно и то же время, причем вид этой обработки у этих элементов одинаковый, а единственная разница заключается в том, что направление передачи сигналов элемента 8 сети противоположно направлению элемента 1 сети, поэтому служебные байты «прозрачного» канала сети 8 передаются по направлению 8-7-6-5-4-3-2-1.
Этап 8 - примерно в то же время, когда элемент 8 сети обнаруживает сигнал по этапу 6, элемент 1 сети обнаруживает, что сигнал (отправляемый элементом 2 сети) в направлении от элемента 2 сети к элементу 1 сети изменился и сигнальный байт К1 определяет, что целевым является текущий элемент сети, запрос является запросом о неисправности, следовательно, элемент 1 сети незамедлительно начинает переключение.
Этап 9 - после исчезновения аварии на секции между элементами 1-8 сети элементы 1 и 8 сети автоматически записывают тип сигнального кода неисправности по протоколу защитного переключения в «прозрачный» канал по направлениям 1-2-3-4-5-6-7-8 и 8-7-6-5-4-3-2-1 соответственно как, например, 0x0ff0, и вновь включают «прозрачный» канал между 1-2 и 1-8, и 1-8 и 7-8. Другая обработка полностью выполняется в соответствии с рекомендацией G.841.
Разница между внедрением технических решений настоящего изобретения путем использования одного служебного байта «прозрачного» канала и путем использования двух служебных байтов «прозрачного» канала заключается в том, что в данном изобретении элемент сети, который отправляет информацию «прозрачного» канала, предназначен для генерирования упрощенной сигнальной информации в соответствии с сигнальной информацией протокола, предназначенной для отправки. Элемент сети, получающий информацию «прозрачного» канала, предназначен для восстановления упрощенной сигнальной информации в виде сигнальной информации протокола.
То есть на этапе 3, в соответствии с идентификатором исходного элемента сети и идентификатором целевого элемента сети, указываемых в К1 и К2, которые передаются по направлению от элемента 1 сети к элементу 2, элемент 1 объединяет К1 и К2 в качестве служебного байта, соответствующего «прозрачному» каналу в направлении от элемента 1 сети к элементу 2 сети одного байтового протокола, и отправляет его. Например, пусть элементом сети по сигналу запроса является элемент 1 сети, а целевым элементом сети по сигналу запроса - элемент 8 сети, тогда содержание байта есть 0х18.
На этапе 5 элемент 2 сети восстанавливает соответствующие К1 и К2 в соответствии со служебным байтом «прозрачного» канала, получаемого в направлении от элемента 1 к элементу 2 сети, тип запроса принимается по умолчанию как сигнал неисправности и отправляется к блоку обработки протокола как сигнальные байты К1 и К2, полученные в направлении от элемента 1 сети к элементу 2 сети для обработки.
Элементы 1 и 8 сети не обрабатывают полученные служебные байты «прозрачного» канала. По вышеописанным этапам видно, что элементы 1 и 8 сети одновременно обнаруживают аварию и генерируют сигнал протокола и служебную информацию «прозрачного» канала в одно и то же время, а средние элементы 2-7 сети быстро генерируют сигнал для отправки и отправляют его через защитный канал в соответствии с информацией, переданной служебными байтами, отправляемыми от двунаправленного «прозрачного» канала перед получением измененного сигнала протокола, отличающегося быстротой и эффективностью.
Также, по вышеописанным этапам видно, что главной особенностью способа, предлагаемого настоящим изобретением, является конфигурирование «прозрачного» канала для быстрой отправки запроса информации без изменения исходного протокола защитного переключения блока обработки протокола, чем достигается высокая надежность. Между тем, в мультиплексной секции сети стандарта SDH/SONET существует большое количество доступных служебных сигналов, и по сравнению с другими способами, известными из уровня техники, способ, предлагаемый настоящим изобретением, является низкозатратным.