Курсовая работа (т): Система управління транспортними SDH-мережами

З’єднання між пунктами доступу на межі мережного рівня називається каналом. Канал забезпечує прозору передачу інформації та її інтегральність. Поняття каналу є певною абстракцією і може застосовуватись для кожного рівня. Так на рівні засобів передавання канал є еквівалентом секції, на рівні тракту - еквівалентом тракту, але на рівні з’єднань користувача поняття каналу еквівалентне поняттю канал користувача. Канал складається з двох функцій закінчення каналу (що підтверджують інтегральність даних), а також ряду з’єднань (connection). З’єднання потрібні для прозорого передавання даних, але на рівні з’єднань не підтверджується їх інтегральність (цим з’єднання відрізняється від каналу). Розрізняють з’єднання за допомогою каналу та з’єднання за допомогою під мережі. З’єднання можна рекурсивно поділяти на з’єднання нижчого порядку (подібно під мережам), де межею є з’єднання за допомогою матриці. З’єднання в мережі рівня клієнта завжди реалізуються через канал мережі рівня серверу.

Сигнал з рівня клієнта на рівні серверу підлягає адаптації для форми, необхідної для його передавання. Визначені в рекомендаціях функції пристосування наведено в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Відносність опису однакових функціональних елементів кожного рівня, таких як канал, з’єднання та під мережа спрощує багато задач, дає можливість управляти мережею кожного рівня за допомогою одних і тих самих об’єктів, що значно спрощує інформаційну модель.

Рис. 3.2. Приклад простої мережі SDH

Жирним шрифтом у табл. 3.1 позначено функції, що будуть використані на мережі SDH; HO (High Order) - рівень трактів вищого порядку; LO (Low Order) - рівень трактів нижчого порядку.

Нижче наведено приклади опису моделі мережного рівня. Розглянемо функціональну модель рівня засобів передавання на прикладі простої мережі SDH, яка представлена на рис. 3.2. Ця мережа складається зі скелетної мережі, регіональних кілець, а також місцевих (міських) кілець.

До складу скелетної мережі входить шість вузлів, з’єднаних між собою лініями STM-16. Кожне регіональне кільце підключене до скелетної мережі в двох місцях, безпосередньо між собою кільця не з’єднані.

До регіональних кілець підключені місцеві кільця, в місцевих кільцях містяться вузли (станції зв’язку). На рис. 3.2 для спрощення місцеві кільця зображено тільки в тих місцях, де вони підключені до місцевої мережі, а також для прикладу, одне кільце в місці, де воно не підключене до скелетної мережі. Все обладнання мережі, разом зі з’єднаннями між ними, утворюють національну під мережу загальносвітової мережі SDH. Національна під мережа з’єднана з міжнародною мережею в трьох місцях за допомогою електричних з’єднань STM-1.

Як уже згадувалося, транспортна мережа поділяється на кілька рівнів. На кожному рівні мережа має різний вигляд. Кожний рівень має свою функціональність та може бути, за бажанням оператора, умовно поділеним на під мережі незалежно від інших рівнів.

Функціональність мережі, звичайно, не зв’язана з географією, однак зручно розмістити елементи мережі на фоні географічної карти з прив’язкою до конкретного маршруту, напрямку, регіону, тощо, завдяки чому оператор може, наприклад, швидше локалізувати ресурси мережі або визначити з якого найближчого пункту краще направляти ремонтну бригаду для усунення пошкодження. Треба зазначити, що не обов’язково поділяти мережу на під мережі, однак застосування такого поділу набагато спрощує управління транспортною мережею, оскільки дає можливість у конкретній ситуації зосередитись на суттєвих в цей момент деталях. У системі управління зображення під мережі можуть бути реалізованими у вигляді графічних вікон на екрані монітору, до яких звертається оператор.

На рівні засобів передавання видно фізичну структуру мережі SDH, можна розрізнити решітчасті та кільцеві з’єднання. На цьому рівні можна побачити все обладнання SDH та зв’язки між ними. На карті, звичайно, не можливо зобразити одночасно все обладнання без затемнення малюнка, однак є певні способи спрощення, які дають змогу оператору увагу на суттєвому. Таку можливість дає поділ на під мережі. Рівень засобів передавання поділяється на два підрівні: підрівень секції регенерації та підрівень мультиплексування. На зображенні підрівня секції регенерації видно все обладнання, зв’язане з регенераторами, якого не видно на рівні секції мультиплексування, і навпаки.

На рис. 3.3 зображено фрагмент мережі SDH на екрані монітору оператора СУ ЦММ.

На рівні фізичних засобів передавання національну під мережу можна поділити на хребетну та регіональні. Регіональну під мережу можна поділити на регіональне кільце та місцеві під мережі. Місцеві під мережі можна поділити на під мережі місцевих кілець та під мережі вузлів (станцій) зв’язку, а в цих останніх мережах можна вже зображати окреме обладнання SDH.

Канали, як і під мережі, є елементами функціональної моделі й призначені для передавання інформації між різними пунктами, розміщеними на межах під мереж, їх, як і під мережі, також можна рекурсивно поділяти на менші елементи. На під мережі оператор може визначати порядок з’єднань між окремими пунктами, створюючи таблиці з’єднань (routing).Канали відрізняються від під мереж тим, що не дають можливості переключати потоки, а тільки пересилають інформацію між своїми закінченнями.

Рис. 3.3 Зображення фрагменту мережі на екрані монітору

У системі управління можна запровадити також ієрархічні канали, щоразу поділяючи їх рекурсивно на менші елементи. В такий спосіб можемо дійти до рівня окремих засобів передавання. Цей підхід полегшує, наприклад, локалізацію пошкоджень. Якщо якийсь елемент у вікні монітору набуває червоного забарвлення, що означає аварію, то оператор кількома послідовними натисканнями на кнопку «миші» знаходить місце пошкодження з точністю до неподільного елемента (наприклад, відрізок оптичного кабелю).

. Завдання системи управління мережею SDH

Приступаючи до розгляду завдань системи управління мережею SDH, потрібно спочатку з’ясувати, в якій мірі ця мережа пристосована до системи управління. Фізично мережа SDH складається з активних елементів SDH (мультиплексорів ADM, крос-конвекторів DXC та ін.) разом з набором з’єднань між ними, реалізованих за допомогою світловодів та електричних проводів. Вона відповідає одному рівню в багаторівневій моделі мережі, видимій через систему управління. Це найнижчий рівень цієї моделі, який називається рівнем каналів даних. На цьому рівні доступні єдині транспортні модулі STM-n.

Модель складається з таких рівнів абстракції (див. табл. 3.1):

o   STM-n;

o   VC-4;

o   VC-12, VC-3;

o   Абонентський рівень (наприклад, 2 Мбіт/с).

Позначений SMT-n, VC-4, VC-12, VC-3 є транспортними модулями, характеристичними для мережі SDH. Їх докладний опис є в специфікаціях, що стосуються мережі SDH.

З’єднання між двома елементами мережі SDH назеваться каналом. Набір каналів, які з’єднують два елементи, що не мають безпосереднього з’єднувального каналу, називаються шляхом. У рівневі моделі мережі каналу на вищому рівні може відповідати шлях на нижчому рівні.

Управління загальною мережею SDH з точністю до одного елемента було б дуже складним та малоефективним, тому вводиться друга ієрархія поділу мережі, незалежна від попередньої. Критерієм поділу є межі в географічному розумінні. Першим рівнем, представленим у такій ієрархії, є загальнонаціональна мережа. Це набір регіональних підмереж, з’єднаних у вигляді решітки без деталізації внутрішньої структури регіональних меж з одночасним обмеженням обзору до одного регіону. Як і попередній рівень, цей рівень містить з’єднані між собою підмережі в межах області або міста. Таким чином, можна дістатися рівня одиночного елемента мережі.

Користуючись представленою ієрархічною моделлю, можна визначити такі завдання системи управління мережею SDH:

o   управління конфігурацією мережі;

o   управління з’єднаннями та резервуванням;

o   управління подіями та аваріями;

o   збирання інформації про роботу мережі;

o   графічне зображення засобів та роботи мережі.

o   Управління конфігурацією мережі можна поділити на три фази: планування, побудова, експлуатація.

У фазі планування оператор має можливість абстрактних з’єднань (створень), складених з об’єктів моделі елементів мережі. Можливе тестування роботи мережі при диференційованих конфігураціях без фізичних змін у топології мережі. Планування - ключова стадія при проектуванні нової мережі. Воно дозволяє з легкістю для оператора передбачити виникнення в майбутньому можливих змін в установках, брати до уваги їх застосування та планувати збільшення або зменшення кількості складених з’єднань для користувачів (абонентів) системи. Це може виконуватися на різних рівнях ієрархії мережі, тобто на рівні загальнонаціональної мережі, регіональної, місцевої і так далі до рівня окремих елементів.

У фазі планування мережі можливе створення нової мережі або підключення нових елементів до вже існуючої. На відмінну від попереднього етапу, тут можна обійтися підключенням фізичних елементів, а не їх абстрактних моделей. З цією метою система отримує від засобів управління інформацію відносно їх типу, кількості та конфігурації, а також кабельних з’єднань. Кожному новому елементу надають назву та підключають до нього бази елементів. На цій основі складається нова карта мережі. В системі можливі також конфігураційні зміни елементів мережі.

Це можна проводити кількома методами:

o   за бажанням оператора;

o   автоматично про періодичному порівнянні конфігураційних даних, записаних у базі системи управління, та даних, які знаходиться безпосередньо в елементах мережі;

o   за «бажанням» елемента мережі, який передає повідомлення про зміну своєї конфігурації в систему управління.

o   У фазі експлуатації виконуються операції обслуговування.

Управління створення з’єднань та резервуванням

Головним завданням системи управління мережі SDH є складання та утримування логічних з’єднань з окресленнями пріоритетами між конкретними пунктами (NE). В момент отримання завдання на створення задання система перевіряє всі можливі маршрути, їх навантаження та знаходить найбільш оптимальний. Потім надсилає завдання до системи управління елементами мережі (з метою створення з’єднання). Інформація про дане з’єднання записується в базу даних логічних з’єднань. Упродовж усього часу існування з’єднання система контролює його якість. Тоді, коли перестають виконуватися умови з’єднання (наприклад, у випадку пошкодження або аварії одного з елементів мережі), вводяться в дію механізми резервування.

Резервування поділяються на такі види:

o   резервування типу «1+1» (рис. 4.1, а). При такому виді резервування сигнал одночасно передається двома роздільними шляхами, а в кінцевому вузлі вибирається сигнал, який має кращу якість. У випадку пошкодження переключення на резервний тракт (канал) здійснюється автоматично за час близько 50 мс. Такий вид резервування надається з’єднанням з дуже високим пріоритетом. Принциповим недоліком цього виду резервування є часткове використання ресурсів мережі;

o   Резервування типу «1:1» (рис. 4.1, б). При такому виді резервування сигнал передається з двох можливих каналів (другий знаходиться в резерві); переключення здійснюється у випадку його аварії. Перевагою цього типу резервування є краще використання ресурсів, оскільки резервний канал можна використовувати для реалізації з низьким пріоритетом, недоліком є більший термін переключення;

o   Резервування типу «1:N» (рис. 4.1, в). На відмінну від попереднього виду резервування тут один резервний канал надається групі з N головних каналів. Головні канали використовуються з рівними пріоритетами. У випадку аварії одного з головних каналів функції несправного каналу виконує резервний канал. Якщо пошкоджується більша частина головних каналів, то доступ до резервного каналу надається з’єднанню з вищим пріоритетом. Таке резервування забезпечує максимальне використання ресурсів, але надійність з’єднання при цьому нижча, ніж у попередніх видах.

Рис. 4.1 Схема резервування.

Резервування може розглядатися залежно від рівня мережі, в якій розглянуто дане з’єднання. В принципі резервування розглянуто окремо на рівнях каналу даних та мережі.

На рівні мережі системи управління змінюємо маршрут з урахуванням пріоритетів способом, невідомим для користувача з’єднання, а також незалежно від оператора. Якщо вільного ресурсу немає, система може тимчасово усунути з’єднання з нижчим пріоритетом для забезпечення можливості утримання з’єднання з вищим пріоритетом. Передбачається можливість ручної (за участю оператора) зміни маршруту з’єднання.

У мережі решітчастої структури з’єднання між окремими вузлами можуть забезпечуватись згідно з загальними схемами резервування: «1+1», «1:1», «1:N». При значній аварії на певному напрямку (всі канали пошкоджені) цей тип мережі дає можливість організувати з’єднання через сусідні вузли.

Рис. 4.2. Кільце USHR-PP

У мережах кільцевої структури резервування здійснюється згідно зі схемами резервування («1+1», «1:1», «1:N») відповідно до чотирьох способів, схеми яких зображені на рис. 4.2, 4.3, 4.5, 4.6.

Однонапрямлене двоволоконне кільце з гарантуванням тракту (USHR-PP) з резервуванням типу «1+1» (рис. 4.2) має такі характеристики:

Рис. 4.4. Реакція кільця USHR-LR На пошкодження волокна

o  
одночасна передача двома роздільними шляхами;

o   проста та швидка реакція на аварію, відсутність кінцевої між вузлової аварійної сигналізації;

o   автономія вузла в операціях резервування;

o   неможливість багаторазового використання одних і тих самих частин смуги для обслуговування додаткового трафіка.

Однонапрямлене двоволоконне кільце з гарантуванням лінії (USHR-PP) з резервуванням типу «1:1» (рис. 4.3) має такі характеристики:

o   ступінь використання пропускної здатності, як і в кільці USHR-PP;

o   сфера забезпечення лінії під час аварії, як і в USHR-PP;

o   вимоги сигналізації міжвузлових аварійних станцій;

o   неможливість багаторазового використання смуги;

o   можливість обслуговування додаткогового трафіка.

На рис. 4.4 зображено реакцію однонапрямленого кільця з гарантуванням лінії (USHR-LP) на пошкодження волокна.

Двонаправлене двоволоконне кільце (BSHR-2) з резервуванням типу «1:N» (рис. 4.5) має такі характеристики:

o   гаранування лінії - створення повторної петлі спільно з розподіленням смуги для гарантування при аварії одного або двох волокон чи вузлів;

o   потребує міжвузлову сигналізацію;

o   можливість багаторазового використання смуги - більша від USHR максимальна пропускна спроможність кілець;

o   можливість обслуговування додаткового трафіка в гарантованих каналах.

Рис. 4.5. Кільце BSHR-2

Двонаправлене чотириволоконне кільце (BSHR-4) з резервуванням типу «1:N» (рис. 4.6) має такі характеристики:

o   вдвічі більша пропускна спроможність відносно кільця BSHR-2;

o   механізми забезпечення передавання та лінії;

o   потребує міжвузлову сигналізацію;

o   можливість багаторазового використання смуги та обслуговування додаткового руху;

Рис. 4.6. Кільце BSHR-4

o   вимагає вдвічі більше пар оптичних кабелів та інтерфейсів порівняно з USHR та BSHR, тобто більші витрати.

Вид забезпечення кілець залежить від виробника елементів мережних кілець та системи управління кільцями.

Управління подіями усуненням аварій.

У випадку виявлення певних подій, наприклад аварії каналу або зниження якості з’єднання, елементи мережі (NE) надсилають повідомлення до системи управління. Залежно від типу елемента та виду повідомлення система виконує відповідні операції, наприклад, у разі пошкодження з’єднання між двома елементам мережі (NE) це з’єднання позначається в базі даних резервів мережі як пошкоджене. Система управління з’єднаннями створюють нові з’єднання. Додатково надходять повідомлення до оператора про пошкодження каналу. Система може сама намагатися ліквідувати пошкодження (тобто відокремити пошкоджений елемент мережі, а весь «рух» перемкнути на інше непошкоджене з’єднання), у разі неможливості сповіщає про це оператора.

Збирання інформації про роботу мережі

Система управління мережею накопичує інформаціє про роботу мережі і заснить її у 24-годинні реєстри бази даних. Заведені відомості про події, у тому числі й про аварії, подаються оператору у визначеному порядку згідно з прийнятими атрибутами.

Крім накопичення інформації про події, що виникають, оператор може активізувати контроль якості передавання, а також встановити тривалість цього контролю. Результати реєструються у відповідних реєстрах. Можливий контроль якості мережі у реальному часі. Оператор отримує фільтровані дані, а критерій фільтрації може встановлюватися та модифікуватися оператором. Системи управління накопичують також інформацію щодо кількості запитів на з’єднання, кількості встановлених з’єднань та їх тривалості.

Графічне відображення ресурсів і роботи мережі.

Система управління забезпечує графічне подання поточного стану діючої мережі, динамічного зображення її топології, даних про погіршення параметрів та про аварії. Оператору подається частина (граф) мережі на фоні, наприклад географічної карти (див. рис. 3.3). Стан кожного вузла разом з міжвузловими з’єднаннями подається у вигляді символів. Зміни станів окремих елементів мережі призводять до зміни відповідних символів або до зміни їхнього кольору. Кожна аварія або інша подія також подається за допомогою спеціальних символів. Колір, що підкреслює рівень важливості події (аварія, повідомлення і т. п.) Надто велика кількість повідомлень утруднює або навіть робить неможливим прийняття рішення оператором. Щоб уникнути цього, система надає можливість фільтрування повідомлень, наприклад про аварії, та подання тільки тих повідомлень, які мають найвищий пріоритет, або у випадку, коли система не може до кінця розпізнати ситуацію, наприклад при фізичному пошкодження лінії. Встановлення пріоритетів та способу фільтрації є компетенцією оператора.

. Програмні модулі

Програмне забезпечення системи управління мережею SDH поділяється на дві тісно пов'язані між собою частини:

o   програмна платформа, що поставляє протоколи та стандартні графічні візуальні елементи разом з обслуговуванням баз даних (наприклад, Огаcle);

o   прикладні програми користувача, написані та впроваджені на цій платформі.

o   Аналіз задач системи управління дає можливість розрізняти модулі які:

o   відповідають за конфігурацією мережі: («Config);

o   створюють зв'язки («SetUp»);

o   підтримують обслуговування («Maintenance»);

o   обслуговують пошкодження, повідомлення та аварії («Evenes»):

o   реєструють повідомлення про пошкодження, що надходять («Register»);

o   збирають інформацію про якість зєднань («Info»);

o   відповідають за графічне подання («Graph»)

Рис. 5.1 Схема взаємозв’язків між програмними модулями системи управління мережею SDH

Взаємозв’язок між окремими модулями зображено на рис. 5.1.

Оператор системи управління мережею має безпосередній доступ лише до модуля «Graph».

Через нього він зв'язаний з іншими модулями. Обмін інформацією між іншими частинами системи управління, а також елементами, якими управляють, відбувається через модуль «Events». Він управляє зв'язком відповідних модулів з урахуванням пріоритетів (аварійні ситуації завжди обслуговуються раніше від інших подій).

6. Структура інформації в системі управління

Система управління мережею SDH оперує великою кількістю даних, які зберігаються в кількох базах даних: конфігурації; активних логічних з'єднань; моніторингу якості зв'язку; реєстрації роботи мережі; користувачів системи управління мережею.

У базі даних конфігурації (табл. 6.1) міститься інформація про елементи мережі. Для кожного з них передбачено початковий запис, що має такі поля:

o   тип елемента;

o   вид елемента (кінцевий елемент, з’єднання);

o   унікальна назва елемента;

o   конфігурація;

o   статус елемента (пошкоджений, справжній);

o   вільні ресурси.

Поля «конфігурація» та «вільні ресурси» можуть бути разними залежно від виду та типу елемента.

Таблиця 6.1

База даних логічних з’єднань (табл. 6.2) містить інформацію про діючі складені тракти на всіх рівнях ієрархії (віртуальних контейнерів, абонентських з’єднань). Кожне логічне з’єднання заноситься в базу даних діючих з’єднань за допомогою запису, який містить:

o   спосіб з’єднання (список мережних елементів);

o   пункти, що з’єднані;

o   параметри, що вимагаються;

o   пріоритет з’єднання.

Таблиця 6.2

Інформацію, отриману під час моніторингу продуктивності роботи мережі, система зберігає в окремій базі даних (табл. 6.3). Записи цієї бази містять:

o   унікальну назву елемента;

o   теоретичну продуктивність;

o   реальне навантаження;

o   час, коли останній раз досліджувалася продуктивність;

o   допустимий період часу, після якого потрібне чергове дослідження продуктивності.

Таблиця 6.3

Кожна подія, зафіксована системою управління мережею, всі повідомлення та аварії в системі своєчасно реєструються в базі даних про роботу мережі (табл. 6.4). Вона призначена в основному для аналізу причини виникнення аварій та перевантажень мережі. Також може використовуватись для вияснення стосунків з користувачами, тому що зберігає дані відносно складених з’єднань. Поля запису цієї бази даних мають такий вигляд:

o  вид інформації: аварія, сигнал системи, складне з’єднання та ін.;

o   джерело реєстрації;

o   час реєстрації;

o   властивості, характерні для певної інформації (залежно від виду інформації у цьому полі будуть відповідні дані)

Таблиця 6.4

Кожний користувач (оператор) системи управління мережею винен мати повноваження для роботи в мережі. Система відмічає в спеціальній базі даних кожне підключення оператора до системи, всі його дії, а також момент закінчення роботи. Ця база містить такі дані (табл. 6.5):

o   ідентифікатор оператора;

o   час запису;

o   вид роботи та ін.