Protecția rețelei

În telecomunicații , protecția rețelei sau mai simplu protecția indică mecanismele automate sau semiautomate care garantează continuitatea transmisiei în fața situațiilor de avarie ( toleranță la avarie ), a funcționării defectuoase sau a degradării nodurilor unei rețele , a mediului de transmisie și a semnalul în sine crescând astfel disponibilitatea serviciului către utilizator cât mai mult posibil. Prin urmare, acestea se încadrează în funcțiile de gestionare ale rețelei în sine.

Descriere

Principiul de funcționare este după cum urmează: dat un circuit care poartă un semnal (circuit principal, numit și principal sau funcțional sau protejat ), dacă în rețea apar condiții care provoacă întreruperea sau funcționarea defectuoasă a acestui circuit sau degradarea excesivă a semnalului în sine, se utilizează automat un circuit alternativ (circuit de rezervă, numit și rezervă sau stand-by sau protecție ) care permite continuarea transmiterii semnalului în integritatea sa, ocolind sursa defectului sau defecțiunii garantând astfel continuitatea serviciului ^[1] .

Condițiile specifice care declanșează o protecție a rețelei, numite criterii de protecție , sunt legate în esență de tehnologia de transmisie utilizată și de tipul serviciului, alarma și informațiile de degradare disponibile sau detectabile.

Protecția rețelei, pe lângă intervenția autonomă, poate fi controlată și la comanda operatorului rețelei în scopuri de testare sau întreținere, de exemplu prin forțarea semnalului să utilizeze circuitul principal sau de rezervă sau prin inhibarea temporară a comutării automate ^[2] .

Mecanisme generale de protecție

Există două mecanisme de protecție de bază, aplicabile situațiilor și contextelor diferite ale rețelei ^[3] :

protecția bazată pe schimb, în care receptorul este conectat la mai multe circuite alternative și selectează printr-un selector ( schimb sau comutator ) circuitul care prezintă cel mai bun semnal, ales pe baza stării rețelei evaluate în timp real.
protecție bazată pe restaurare , în care în caz de defecțiuni sau probleme circuitul care conectează sursa (emițătorul) cu receptorul (receptorul) este complet recalculat și înlocuit cu un alt circuit pentru a evita partea problematică a rețelei.

Cele două mecanisme fundamentale nu se exclud reciproc și pot fi combinate împreună în cadrul aceleiași rețele de telecomunicații, de exemplu pentru a face față situațiilor multiple de eșec.

Pentru ambele mecanisme, este posibil să se definească comportamentul care trebuie urmat atunci când se restabilește funcționarea corectă a rețelei. În cazul în care, la sfârșitul stării de defecțiune, circuitul original este utilizat din nou, protecția este definită ca reversivă . În cazul în care, la sfârșitul stării de funcționare defectuoasă, semnalul continuă să fie transmis pe circuitul în care se află în acel moment, protecția este definită ca non-reversivă ^[4] .

Protecție bazată pe schimb

Protecția bazată pe schimb se caracterizează prin faptul că circuitul alternativ utilizat în cazul unei defecțiuni a rețelei trebuie deja definit și prezent în rețea împreună cu circuitul principal. Prin urmare, acest tip de protecție se bazează pe utilizarea resurselor de rețea predestinate dedicate acestui scop ^[5] .

Moduri de funcționare

Modul de funcționare de protecție poate fi de tip unidirecțional sau bidirecțional, în funcție de faptul că schimbul se efectuează numai pe receptor sau pe emițător și receptor împreună ^[6] .

În cazul protecției unidirecționale, schimbul este prezent doar pe receptor și selectarea liniei active are loc independent de starea emițătorului și pe baza stării pure detectate de receptor.

În cazul protecției bidirecționale, schimbul este prezent atât pe emițător, cât și pe receptor, iar în cazul intervenției de protecție, cei doi selectori acționează în sincronie, coordonând printr-un protocol dedicat (protocol de schimb automat de protecție sau Comutator automat de protecție , APS), astfel încât comutarea să se efectueze simultan pe ambele capete ale liniei ^[7] .

Arhitecturi de securitate

Există două arhitecturi fundamentale:

protecție liniară, care poate fi aplicată oricărei topologii de rețea
protecție inelară, care se aplică exclusiv rețelelor inelare și care exploatează particularitățile acestei topologii.

Protecție liniară

Protecția liniară oferă diferite tipuri de scheme diferite ^[8] :

1 + 1
1: n, inclusiv carcasa 1: 1
m: n
(1: 1) $^{n}$ ${\ displaystyle ^ {n}}$ ${\ displaystyle ^ {n}}$

Toate schemele pot funcționa în ambele moduri revertive și non-revertive.

Schema de tip 1 + 1 prevede doar modul de funcționare unidirecțional, în timp ce toate celelalte scheme prevăd doar modul de funcționare bidirecțional cu protocoale de schimb de tip APS.

În schema de tip 1 + 1 emițătorul transmite același semnal simultan pe linia principală (numită și principală sau protejată ) și pe linia de rezervă (numită și rezervă sau protecție ) ^[9] . Comutatorul este poziționat doar pe receptor, care selectează din ce linie să preia semnalul pe baza unor informații de stare locale (de exemplu, detectarea prezenței sau absenței semnalului).

Schema de tip 1: n oferă $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ linii principale și o singură linie de rezervă comună ^[10] . Acest lucru implică faptul că, dacă există o defecțiune pe mai multe linii principale în același timp, apare un conflict în alocarea resurselor disponibile, adică în cererea multiplă a singurului circuit de rezervă disponibil. Pentru a rezolva această situație, se folosește, prin urmare, un mecanism de atribuire a priorității liniilor principale: în cazul în care mai multe linii principale sunt defecte în același timp, linia de rezervă este atribuită liniei principale defecte cu cea mai mare prioritate. În această schemă, protocolul de schimb (APS) ia în considerare și gestionarea priorităților ^[7] .

O altă diferență importantă față de schema de tip 1 + 1 este că $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ emițătoarele trimit semnalul pe o singură linie și, prin urmare, în absența defecțiunilor de rețea, linia de rezervă este complet descărcată. În aceste condiții devine posibilă utilizarea liniei de rezervă pentru a transporta trafic neprotejat cu prioritate redusă (numit și extra-trafic ), care este apoi acceptat să se piardă dacă este nevoie de protecție. Această posibilitate face posibilă optimizarea utilizării tuturor resurselor de rețea.

Schema de protecție 1: 1 este un caz particular al schemei 1: n în care există o singură linie principală și o linie de rezervă și, prin urmare, nu este necesară gestionarea priorităților. De asemenea, în această schemă, linia de rezervă poate fi utilizată pentru a transporta trafic suplimentar cu prioritate redusă în absența defectelor pe linia principală.

Schema de protecție m: n este o generalizare a cazului 1: n în care există $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ linii principale ed $m$ ${\ displaystyle m}$ $m$ linii de rezervă comune ^[11] . Din nou, dacă $m<n$ ${\ displaystyle m <n}$ ${\ displaystyle m <n}$ , adică, dacă liniile de rezervă sunt mai mici decât liniile principale, un posibil conflict de resurse este rezolvat prin atribuirea priorității liniilor principale (liniile cu prioritate superioară au prioritate asupra celorlalte).

Schema de protecție de tip (1: 1) $^{n}$ ${\ displaystyle ^ {n}}$ ${\ displaystyle ^ {n}}$ este conceput în esență pentru rețelele cu comutare de pachete și constă în prezicerea $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ posibile linii de rezervă care împart aceeași bandă pentru $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ linii principale ^[12] . În cazul unei defecțiuni la una dintre liniile principale, se selectează linia de rezervă care are aceleași caracteristici de bandă ca linia defectă, făcând în același timp liniile rămase inoperante. $n-1$ ${\ displaystyle n-1}$ $n-1$ liniile de rezervă. Din punct de vedere macroscopic, prin urmare, această schemă are același comportament ca o schemă 1: n.

Pentru a crește fiabilitatea generală a rețelei, în toate schemele de protecție liniară, sunt utilizate în mod normal căi diferite pentru liniile principale și pentru liniile de rezervă, traversând diferite noduri intermediare și folosind secțiuni de transmisie complet disjuncte ( rute diferite ) pentru a reduce probabilitatea că aceeași cauză de defecțiune afectează atât linia principală, cât și linia de rezervă în același timp.

Protectie inel

Protecție inelară tip wrap

Protecție inel tip direcție

Protecția inelului profită de particularitatea acestei topologii a rețelei pe baza faptului că fiecare nod poate fi atins simultan din două direcții diferite (în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic).

Presupunând, de exemplu, că semnalul dintre două noduri ale inelului, A și B, este transmis în sensul acelor de ceasornic, în cazul unei defecțiuni în secțiunea activă este posibil ca semnalul să ajungă între A și B folosind cealaltă jumătate a inelului, adică transmiterea semnalului folosind sensul invers acelor de ceasornic.

Protecția inelului este întotdeauna de tip bidirecțional (cele două noduri de capăt trebuie să treacă ambele spre direcția activă) și, prin urmare, necesită întotdeauna prezența unui protocol de gestionare a schimbului. În cazul protecției inelare, protocoalele utilizate sunt în general mai complexe decât cele utilizate pentru protecția liniară. De fapt, în cazul intervenției protecției, este necesar să se transfere la toate nodurile, inclusiv la cele de tranzit, atât informațiile privind starea generală a întregului inel, cât și informațiile privind poziția defectului în interiorul inelului. Mai mult, spre deosebire de protecția liniară care implică doar nodurile terminale, toate nodurile inelului, inclusiv cele în care semnalul este doar în tranzit, trebuie să fie capabile atât să monitorizeze și să raporteze schimbări semnificative de stare, cât și să se adapteze la noua configurație și prin urmare, toți participă activ la protocolul de schimb.

La fel ca în cazul protecției liniare, de asemenea, protecția inelului poate fi atât reversivă, cât și nu reversibilă și este posibil să se utilizeze porțiunea inelului dedicată în mod normal protecției pentru transportul traficului suplimentar cu prioritate redusă, care este acceptat să se piardă în dacă protecția este declanșată.

În principiu, există două mecanisme de bază pentru protecția inelului ^[13] :

wrap : semnalul este inversat în direcția opusă inelului în nodul adiacent defecțiunii
direcție : semnalul este direcționat în direcția opusă buclei direct la nodul de intrare a semnalului

Mecanismul de împachetare are avantajul de a interveni în timp util și de a necesita un schimb relativ mic de informații la nivel de protocol pentru a stabili noua cale. Pe de altă parte, calea finală nu este optimizată (semnalul parcurge de două ori secțiunea dintre nodul de intrare și nodul adiacent defecțiunii). Aceasta poate fi o problemă în cazul inelelor mari, cum ar fi inelele submarine intercontinentale, unde distanțele implicate ar putea introduce o întârziere de propagare a semnalului care nu este neglijabilă dacă nu este inacceptabilă (există o triplă trecere a oceanului, corespunzătoare unei rute de lungimi de ordinul a 20.000 de kilometri).

Mecanismul de direcție are avantajul de a utiliza o cale de semnal optimizată. Cu toate acestea, acest lucru necesită un schimb mai consistent de informații la nivel de protocol și recalcularea căii optime, rezultând astfel timpi de intervenție mai lungi decât mecanismul de împachetare .

Soluțiile adoptate în realitate permit combinarea avantajelor ambelor mecanisme, reducând sau eliminând aspectele negative respective, adoptând variante de protocol mai sofisticate.

De exemplu, în cazul în care necesitatea unui timp de intervenție rapidă a protecției este un factor predominant în ceea ce privește întârzierea propagării semnalului, este posibil să se intervină imediat un mecanism de tip wrap , activând simultan recalcularea traseului optim în funcție de mecanism de dirijare . Odată ce acesta din urmă a stabilit noua cale, o a doua intervenție a protocolului redirecționează semnalul de-a lungul căii optimizate (mai întâi împachetare, apoi direcție ).

Un alt mecanism, adoptat în rețelele submarine intercontinentale în care atât timpii de intervenție, cât și întârzierea de propagare sunt critici, constă în predeterminarea, în faza de inițializare a protocolului, a căilor alternative optime corespunzătoare posibilelor situații de eșec, apoi distribuirea acestor informații tuturor inelelor noduri ( tabele de scufundare ). În acest fel, în cazul unei intervenții, protocolul, bazat pe locația defectului, poate comuta imediat toate nodurile către calea optimizată ca în cazul mecanismului de direcție , dar cu aceleași timpi de intervenție tipici unei înfășurări mecanism.

Utilizarea tabelelor de squelching este, de asemenea, o optimizare în cazul mecanismelor de tip wrap atunci când inelul fizic transportă simultan fluxuri multiple de semnal definite între diferite perechi de noduri inelare. În aceste cazuri, fiecare flux va avea un set de rute alternative optimizate care sunt, în principiu, diferite de cele ale celorlalte fluxuri. Utilizarea tabelelor de scuipat face posibilă asigurarea faptului că fiecare nod poate efectua reconfigurarea corectă și optimizată într-un timp foarte scurt, în același timp, pe toate fluxurile care îl traversează sau care se termină pe el. Este sarcina protocolului să mențină actualizate tabelele de squelching atunci când un flux este adăugat sau eliminat din ring, precum și în cazul unei modificări a stării ringului.

Protecție bazată pe restaurare

Protecția prin restaurare se bazează pe principiul identificării în urma eșecului unei căi alternative care nu este prestabilită, calculată în timp real pe baza stării instantanee a rețelei.

Acest tip de protecție se aplică rețelelor caracterizate printr-o topologie de tip parțial sau complet, care crește probabilitatea de a identifica o cale alternativă funcțională și permite protecția să fie exercitată chiar și în fața unor defecțiuni multiple, asigurând astfel un nivel ridicat de robustețe. Pe de altă parte, operațiunea de determinare în timp real a unei căi alternative are în mod normal timpi de intervenție mai mari decât schemele de protecție bazate pe schimb (de obicei în ordinea secundelor, față de 50-100 milisecunde tipice schimbului). Mai mult, în prezența rețelelor care nu sunt complet plasate sau cu un număr suficient de mare de defecte în comparație cu dimensiunea rețelei sau cu o distribuție specială a defecțiunilor, determinarea unei căi alternative nu este întotdeauna garantată (condiția blocului); cu toate acestea, aceste situații sunt statistic foarte improbabile și, prin urmare, condiția de blocare are probabilități apropiate de zero, care sunt reduse în continuare dacă schemele de protecție liniară de schimb sunt utilizate simultan în rețeaua mesh.

Determinarea căii alternative se poate baza pe intervenția automată a sistemelor de management extern proiectate corespunzător sau de către rețea însăși, utilizând protocoale de semnalizare adecvate schimbate între noduri printr-o rețea logică dedicată ( Plan de control, plan de control), nu neapărat coincizând cu rețeaua logică dedicată transportului de informații.

În rețelele cu comutare de pachete , cum ar fi rețelele IP sau Ethernet , acest rol este jucat de suitele de protocol standardizate, cum ar fi Multi-Protocol Label Switch ( MPLS ) sau algoritmii Spanning Tree Protocol .

În ceea ce privește rețelele cu comutare de circuit , cum ar fi rețelele de telefonie bazate pe tehnologii precum SDH , OTN șiWDM , suita de protocol GMPLS ( Generalized Multi-Protocol Label Switching ), cunoscută și sub numele de ASON ( Automatic Switched Optical Network ), a fost standardizată., rețea optică cu comutare automată), care încorporează mecanisme și protocoale tipice lumii IP, adaptate corespunzător pentru a ține seama de caracteristicile specifice. Standardul de referință ITU-T, la care se referă apoi alte reglementări complementare, este G.8080 / Y.1304.

Notă

^ Standard UIT-T, Rec. G.808.1
^ G.808.1 , cap. 19 .
^ Standard UIT-T, Rec. G.805
^ G.808.1 , cap. 9 .
^ G.805 , cap. 7.1 .
^ G.808.1 , cap. 8 .
^ ^a ^b G.808.1 , cap. 16 și cap. 24 .
^ G.808.1 , cap. 7 .
^ G.808.1 , cap. 7.1 .
^ G.808.1 , cap. 7.2 .
^ G.808.1 , cap. 7.3 .
^ G.808.1 , cap. 7.4 .
^ ( RO ) Prezentarea IEEE

Bibliografie

( EN ) Rec. UIT-T G.808.1, Comutare de protecție generică - Protecție liniară pentru trasee și subrețele , Geneva, Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor, martie 2006.
( EN ) Rec. UIT-T G.805, Arhitectura funcțională generică a rețelelor de transport , Geneva, Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor, martie 2000.
( EN ) Rec. UIT-T G.8080 / Y.1304, Architecture for the Automatic Switched Optical Network (ASON) , Geneva, International Telecommunication Union, noiembrie 2001.

linkuri externe

( EN ) Site-ul oficial al Uniunii Internaționale a Telecomunicațiilor ITU-T

[1] Standard UIT-T, Rec. G.808.1

[2] G.808.1 , cap. 19 .

[3] Standard UIT-T, Rec. G.805

[4] G.808.1 , cap. 9 .

[5] G.805 , cap. 7.1 .

[6] G.808.1 , cap. 8 .

[APS-7] G.808.1 , cap. 16 și cap. 24 .

[8] G.808.1 , cap. 7 .

[9] G.808.1 , cap. 7.1 .

[10] G.808.1 , cap. 7.2 .

[11] G.808.1 , cap. 7.3 .

[12] G.808.1 , cap. 7.4 .

[13] ( RO ) Prezentarea IEEE

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]