Admin

Управление транспортной сетью CARRIER ETHERNET

КАНАЕВ Андрей Константинович, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, кафедра «Электрическая связь», профессор, д-р техн, наук, Санкт-Петербург, Россия

ЛОГИН Элина Валерьевна, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, кафедра «Электрическая связь», доцент, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия

ГРИШАНОВ Илья Сергеевич,
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии», студент, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: Carrier Ethernet, синхронизация ТрС, стандарт SyncE, пакетные технологии ПД, цифровая ФАПЧ в СЕ, механизмы контроля ТрС
Аннотация. Необходимость поддержания высоких стандартов качества обслуживания широкого спектра предоставляемых услуг формирует запрос на обеспечение частотной и временной синхронизации. Начавшийся переход от технологии синхронной цифровой иерархии (SDH) к пакетным транспортным сетям приводит решение такой задачи к исследованию возможных технических реализаций в области разработки синхронизации транспортной сети связи с пакетной передачей данных в части конфигурации и управления состоянием ее элементов.

Изменение концепции построения транспортной сети связи приводит к необходимости доработки новых телекоммуникационных технологий. Например, вопрос синхронизации в сетях Ethernet не рассматривался в проекции системы управления транспортной сетью связи (СУ ТрС). Технология Ethernet постепенно заменяет фрагменты сети SDH, что будет происходить в течение длительного периода. Система управления такой сетью требует доработки в отношении процессов синхронизации, контроль и управление которыми могут быть организованы в автоматизированном режиме.

Переход от технологии синхронной цифровой иерархии к пакетным технологиям, таким как MPLS, Carrier Ethernet (СЕ), является частью концепции развития первичной сети связи. При этом модернизация требуется на всех уровнях сети, что позволит расширить спектр предоставляемых услуг связи ОАО «РЖД». Перед разработчиками стоит задача интеграции управления не только транспортной сетью связи, но и функциональными подсистемами, в том числе синхронизации. На замену ТСС, реализованной в сети SDH, в соответствии с международными рекомендациями предлагается технология синхронного Ethernet.
В основе способов синхронизации в сети Ethernet лежит технология Synchonous Ethernert (SyncE) [1], определяющая принцип распределения частот в сети Ethernet. Использование данного стандарта в современных сетях с высокоскоростной передачей, таких как Carrier Ethernet, позволяет на базе концепции master/slave (ведущий/ведомый) осуществлять синхронизацию от независимого источника [2]. При этом применение оборудования с функционалом SyncE с пакетной передачей данных обеспечит синхронизацию путем ее распределения не только между двумя соседними узлами, как это происходит в традиционных Ethernet-сетях, а также от сегмента к сегменту. Тактовый сигнал принимается узлом, восстанавливается ведомым блоком и передается ведущим блоком следующим узлам. Концептуальная модель стандарта SyncE на примере топологии «точка-точка» в сети Carrier Ethernet внутри некоторого домена показана на рис. 1.

ТРЕБОВАНИЯ К СЕТИ CARRIER ETHERNET С СИНХРОНИЗАЦИЕЙ SYNCE

Система фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ при реализации технологии SyncE [3] предусматривает выполнение нескольких необходимых функций, в том числе минимизацию вносимого джиттера; контроль целостности цепи синхронизации физического уровня; поиск, локализацию и устранение сбоя восстановленного сигнала синхронизации и др.
Требования к реализации SyncE представлены в спецификации ITU G.8262/Y1362. В таблице, приведенной в статье, кратко изложены ключевые требования из данной спецификации, применяемые в сценарии управления синхронизированной транспортной сетью связи.
Таким образом, в общий существующий сценарий управления транспортной сетью связи [4] необходимо включить механизмы контроля и управления процессами функционирования системы синхронизации для обеспечения указанных требований и достижения высокой надежности функционирования при любых внешних и внутренних условиях с использованием технологии SyncE.

УПРАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

Для формирования сценария управления сетью синхронизации рассмотрим соединение компонентов устройства в сети с технологией СЕ и реализацией SyncE, которое организуется по любой из возможных топологий E-Line, E-LAN, Е-Tree с идентификацией на основе портов [5]. В транспортных сетях операторского класса система синхронизации SyncE для обеспечения требуемой надежности должна иметь избыточный ресурс, ее компоненты должны быть частично продублированы для возможности резервного переключения без прерывания сервиса. Так, линейные платы, входящие в контур узлового соединения, принимают тактовые сигналы системы синхронизации, состоящей из двух активных плат. Каждая из этих плат является резервной на случай отказа одной из них. Сами активные платы имеют несколько источников опорного сигнала (внешний -от блоков SSU/BITS, внутренний - от линейных плат текущего соединения или других плат самой системы синхронизации).
Следует отметить, что на некоторый участок сети с N линейными платами приходится одна пара активных плат синхронизации (с учетом резервирования). Причем каждая линейная плата для реализации SyncE имеет кварцевый генератор и необходимую схему цифровой системы ФАПЧ для взаимодействия с ней активных плат системы синхронизации (в соответствии с требованиями спецификации ITU G.8262/Y1362).



Для разработки сценария управления сетью синхронизации в транспортной сети связи с технологией СЕ, включающей элементы SyncE, установлен функциональный набор компонентов, обеспечивающий реализацию доставки сигналов синхронизации. На его основе сформированы механизмы для контроля и управления процессом синхронизации. К ключевым процессам, которые должны быть управляемы, относятся: предупреждение, обнаружение, поиск и локализация сбоя в работе плат, в том числе в отношении исчезновения активного синхросигнала или отказа одной из плат. В случае сбоя в системе синхронизации задача автоматизированного управления СУ сводится к своевременному переключению на резервные источники тактовых сигналов без прерывания сервиса. Схема взаимодействия компонентов устройства СЕ для реализации процесса синхронизации по технологии SyncE с учетом резервирования приведена на рис. 2.
Для управления функциональной подсистемой синхронизации и формирования соответствующих процессов учитывались все передаваемые синхросигналы как между сегментами (MD), так и между активными платами синхронизации. Представленные компоненты системы синхронизации должны быть обеспечены необходимой программной конфигурацией для возможности мониторинга, диагностики и контроля состояния ТрС СЕ с учетом реализации в ней технологии SyncE.
Фрагмент сценария управления сетью синхронизации в транспортной сети связи СЕ на примере топологии Е-LAN с учетом технологии SyncE представлен на рис. 3. Здесь синим цветом выделены блоки, которые относятся к оперативно-технологическому уровню ОТУ, оранжевым - относящиеся к технологическому уровню ТУ.
Согласно предложенной трехуровневой модели СУ ТрС СЕ [6] на оперативно-технологическом уровне должны быть выполнены следующие процедуры: определены механизмы управления подсистемами; сформированы конфигурации управляющих компонентов и доменов ТрС СЕ; предусмотрены мероприятия, направленные на изменение конфигурации или маршрутизации доменов ТрС СЕ.
К задачам компонентов технологического уровня относятся: сбор данных о состоянии ТрС СЕ; определение процессов по обработке этих данных; установление последовательности осуществления процессов в соответствии с целями управления, заданными ранее на ОТУ.


Помимо выделенных процессов и подпроцессов СУ, в сценарии управления конфигурацией доменов ТрС СЕ при реализации SyncE отдельно отмечены возможные процессы внутри базы данных (БД). В модели СУ ТрС СЕ такая база реализуется на каждом уровне и имеет свою структуру. Параллельное определение процессов, выполняемых в хранилище и в СУ, позволяет адаптировать необходимый функционал в соответствующие технические решения с учетом установленных категорий процессов и подпроцессов.
К типам данных, определяемых в результате выполнения подпроцессов стандарта SyncE, относятся, например, данные, представленные в таблице, которая ранее приведена в статье. Их список может быть шире и пополняться в зависимости от настроек как самого стандарта SyncE, так и конфигурации всей сети СЕ или комплекса предоставляемых услуг (наряду с комплексом механизмов контроля, администрирования и управления уровня ТУ). При этом отдельный подпроцесс СУ может включать некоторое множество механизмов/команд. Полученный сценарий управления синхронизированной ТрС СЕ наглядно иллюстрирует перспективные возможности технической реализации стандарта SyncE в сетях с пакетной передачей данных.
Подводя итог, можно сказать, что современные сети с пакетной передачей данных заняли уверенные позиции в телекоммуникационной сфере. Проблему синхронизации разработчики решили казалось бы просто - осуществлять ее от узла к узлу, используя принцип передачи синхросигналов через физический уровень.
Предложенная технология SyncE позволяет выполнять синхронизацию на высокоскоростных сетях с технологией Ethernet, а также между сегментами с учетом резервирования активной синхронизирующей платы. Все это значительно увеличивает возможности операторов Ethernet-сетей и в целом повышает оперативность и своевременность предоставления услуг. Однако управление такими сетями с реализацией технологии SyncE не включает указанный функционал, поэтому предложен список процессов стандарта SyncE, вошедших в контур управления модели СУ ТрС СЕ. Это даст возможность в перспективе сформировать требования к системе синхронизации в транспортных сетях с пакетной передачей данных и оперативно управлять состоянием устройств сети и ее конфигурацией.
Предложенная концептуальная модель стандарта SyncE также является основой для перспективного исследования входящих в него механизмов. Рассмотренный принцип реализации стандарта SyncE помогает определить этапы интеграции сети синхронизации в перспективную СУ ТрС СЕ.

СПИСОК источников

1. Ибрагимов И. Синхронизация в больших и неоднородных Сетях SyncE // Электронные компоненты. 2020. № 12. С. 30-33. URL: http://elcomdesign.ru/wp-content/ uploads/2021/01 /30.pdf.
2. Мильевич С. Технология синхронизации Ethernet-ce-ти // Электронные компоненты. 2009. № 9. С. 25-29. URL: https://russianelectronics.ru/files/47231/EK2009_9__25-29.pdf.
3. Бирюков Н.Л., Триска Н.Р. Синхронный Ethernet как основа частотно-временного обеспечения современных и будущих сетей связи // Электросвязь. 2013. № 2. С. 8-12. URL: https://www.elsv.ru/assets/uploads/2013/02/8-121 .pdf.
4. Канаев А.К., Логин Э.В., Гришанов И.С. Комплексный алгоритм процессов контроля и управления телекоммуникационной сетью Carrier Ethernet с применением механизмов САМ // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2022. Т. 19, вып. 2. С. 266-275.
5. Бенета Э.В., Канаев А.К. Перспективная телекоммуникационная сеть следующего поколения на основе технологии Carrier Ethernet // Бюллетень результатов научных исследований. 2014. Вып. 4 (13). С. 69-76
6. Логин Э.В. Методика формирования системы управления транспортной сетью связи ОАО «РЖД» : дис. канд. техн, наук : 05.12.13/ место защиты: Гос. ун-т морского и речного флота им. адм. С.О. Макарова. СПб, 218. 180 с.