ابزارهای تشخیص قابلیت اطمینان از لحاظ برنامه‌ریزی و مدرنیزاسیون سیستم‌های نوری از اهمیت بالایی برخوردارند. در سال‌های اخیر شاهد توسعه روزافزون سیستم های نوری بوده‌ایم. از این رو ما نیاز به فناوری‌ها و ابزارهایی برای بالا بردن سطح قابلیت ضریب اطمینان داریم. به همین جهت فناوری‌های مختلفی در قابلیت اطمینان شبکه نقش دارند. هدف این مقاله بیان این فناوری‌ها و تکنیک‌های استفاده شده برای افزایش قابلیت اطمینان و پایداری بهتر شبکه در همه‌ی حالات است. برای بالا بردن ارزیابی شبکه‌های نوری، بر اهمیت کاربرد بیش از پیش توپولوژی‌های توزیع‌شده و کاربرد گسترده‌ی فناوری‌های کنترل، برای محافظت از پایداری شبکه تاکید شده است. در مورد هر فناوری، از تحلیلی دقیق و تطبیقی بین تکنیک‌ها و مدل‌های مختلف که برای تعیین قابلیت اطمینان است استفاده می‌شود.

لزوم وجودProtection درشبکه‌هایSDH

یکی از استراتژی‌های مهم برای پایداری کیفیت سرویس، ایجاد قابلیت ضریب اطمینان حدود 99.999 درصد در سال، یعنی چیزی حدود 1 دقیقه زمان خرابی در سال است که ایجاد چنین پایداری در شبکه، با تلفیق روش‌های مختلف حفاظت بایکدیگر امکان‌پذیر است. در شبکه‌های زیر ساخت نوری مایلیم که سرویس ارائه شده از کیفیت بالایی برخوردار باشد و درصد خرابی بسیار پایینی در طول سال داشته باشد.

همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، یکی از ساختارهای مشهوربرای ایجاد Protection، توپولوژی حلقوی است.

ساختارهای حلقوی از نظر حفاظت به دو گروه تقسیم می‌شوند، اول گروهی که مسیر را سوئیچ می‌کنند و دوم گروهی که لاین را سوئیچ می‌کنند. در نگاهی دیگر این ساختارها می‌توانند با استفاده از دو فیبر و در شکل دوم با استفاده از چهار فیبر، نودها به یکدیگر متصل شوند. در این مقاله نگاهی خواهیم کرد به اصول عملکرد این نوع حفاظت‌های حلقوی.

UPSR چیست؟

UPSR مخفف کلمات Unidirectional Path Switch Ring به معنی حلقه‌ی یک طرفه با قابلیت تعویض مسیر است. به عبارت دیگر، ساختاری حلقوی و دو فیبره است که با استفاده از مکانیزم Path Protection، آن را به صورت 1+1پیاده‌سازی می‌کنیم.

ایده‌ی اصلی UPSR با توجه به شکل (1) این است که هر ترافیکی که هر یک از نودهای شبکه به یکدیگر ارسال می‌کنند، از دو مسیرWorking و Protection عبور می‌کند. برای مثال بین نود N1 و نود N2 می‌خواهیم 100 سیگنالE1 را با استفاده از لینک STM4 جابجا کنیم. برای این کار ترافیک از حلقه بیرونی (Working) به نود N1 ارسال و از مسیر حلقه‌ی داخلی(Protection) با عبور از نودهایN4 و N3 به مقصد می‌رسد و در زمانی که حلقه‌ی بیرونی نتواند ترافیک را به نودN1 ارسال کند، انتقال اطلاعات از حلقه داخلی جریان پیدا خواهد کرد. در این نمونه از Protection، جمع کل حداکثر ترافیکی را که می‌توان بین نودهای مختلف جابجا نمود، برابر با 1 STM4 یا (252 E1) است.

نکته:Protection در UPSR به صورت (1+1) است. یعنی برای هر ترافیکی که در مسیر Working انتقال می‌یابد، همان ترافیک نیز در مسیر Protection به سمت مقصد ارسال می‌شود.

مزایای UPSR:

1. سرعت عمل بالا در تشخیص خرابی لینک‌های متصله
2. پیاده‌سازی آسان و عدم استفاده از سیگنالینگ پیچیده برای سوئیچ کردن بر روی مسیر Protection.

معایب UPSR:

1. عدم استفاده بهیه از منابع شبکه
2. عدم استفاده از تمام ظرفیت مسیر Protection، برای همه ی نود ها به صورت همزمان.

UPSR درشبکه‌هاای کوچک برای مقاصد محدود استفاده می‌شود و برای شبکه‌های بزرگ‌تر از مکانیزم جدیدی به نام BLSR استفاده می‌شود.

BLSR چیست؟

BLSR مخفف کلمه Bidirectional Line Switched Ring به معنی حلقه‌ی دو طرفه با قابلیت تعویض مسیراست که خود به دو بخش دو فیبره و چهار فیبره تقسیم‌بندی می‌شود.دراستاندارد آمریکایی، این مکانیزم را BLSR و در استاندارد ITU، آن را MS-SPRING مخفف کلمات Multiplex Section-Shared Protection Ring به معنی محافظت چند گانه از حلقه، به صورت اشتراکی، نام‌گذاری می‌کنند.

نحوه‌ی فعال شدن Protection در این مکانیزم، تشخیص یک رخداد در سطح لاینSDH است. این نوع حفاظت به صورت پویا، سطح سیگنال SDH را سنجیده و درصورت وجود Loss، مکانیزم Protection را پیاده‌سازی می‌کند. نودها با استفاده از تغییر الگوی بیت‌ها به صورت دینامیک و فعال، در حوزه‌ی Protection با یکدیگر به گفت‌وگو پرداخته تا ترافیک به صورت مناسبی در شبکهRestore گردد.

ایده اصلی این نوع از Protection ها این است که در صورت تشخیص بروز خطا و عدم دریافت ترافیک به طور مناسب و نیز وجود Loss در مقصد، علاوه بر تعویض مسیر به وسلیه‌ی Span Switch و دور ساختن ترافیک از محل خرابی و کارکرد صحیح شبکه، از طریق مسیر Protection، خرابی لاین به دیگر نودها نیز گزارش داده می‌شود تا تصمیمات لازم جهت کارکرد صحیح شبکه اتخاذ گردد.

نکته:یکی از الزام‌های طراحی شبکه‌های SDH، زمان بازگشت شبکه به حالت اولیه خود است.

اگردر یک حلقهSDH که طولSpan کل آن کمتر از 1200 کیلومتر و تا 16 نود داشته باشد، عملکرد Protection باید به نحوی حفاظت را اجرا کند که اطلاعات شبکه کمتر از 50 میلی ثانیه به حالت اولیه‌ی خود Restore گردد.

یکی از معایب Line Level Switch درMS-SPRing این است که اگر دوSpan شبکه با یکدیگر قطع شوند، چون مکانیزم Protection به نحوی عمل می‌کند که کل ترافیک را از مسیر خرابی به لاین Protection سوئیچ می‌نماید، موجب می‌گردد که ترافیک‌های اشتباه به دست مشتری برسد. برای غلبه بر این مشکل، مکانیزم Squelch پیاده‌سازی شده است. نحوه‌ی عملکرد آن به این صورت است که اگر مسیرهای دسترسی به یک نود از دو طرف به طوری آسیب ببیند که هیچ کدام از لاین‌های بین نودها، قابلیت switch کردن را نداشته باشند و به اصطلاح، آن نود غیر قابل دسترس باشد، برای جلوگیری از گردش ترافیک نود غیرفعال در Ring و دریافت آن توسط مشتری دیگر، ارسال آن ترافیک از محل انتشار، غیر فعال شده و به دیگر نودها نیز اطلاع داده می‌شود که آن نود غیرقابل‌دسترس است.

MS-DP Ring چیست؟

نوع دیگر حفاظت MS-DP Ring است. مخفف کلمات Multiplex Section Dedicated Protection Ring به معنی حلقه‌ی حفاظت اختصاصی به صورت چند گانه است. این مدل از حفاظت شبیه به UPSR است که از فناوری دو فیبره بهره می‌برد، با این تفاوت که مسیر Working و Protection به صورت فیزیکی از یکدیگر جداسازی شده‌اند.

در این روش، همواره ترافیک Working از مسیر بیرونی حلقه عبور کرده و حلقه‌ی داخلی برای Protection است.

در پیاده‌سازی عملی Protection در سطح کلان از مکانیزم BLSR و در سطح پایین‌تر از مکانیزم UPSR استفاده می‌کنند.

یکی از مهم‌ترین انواع حفاظت‌ها SNCP، با الهام از مخفف کلمه‌های Sub Network Connection Protection به معنی حفاظت از اتصال با استفاده از زیر شبکه‌ها است. شبکه‌ای را تصور کنید که توپولوژی حلقوی خطی و ساده ای نداشته باشد. مانند شکل زیر

و به طور مثال بخواهیم 100 سیگنال E1 را از نقطه ی 1 به نقطه‌ی 12 ارسال کنیم. در زمان طراحی باید هر دو مسیر Working و Protection را پیکربندی کنیم که مسیر اول ما از نودهای 1،3،10،12 و در مسیر Protection نودهای 1،2،5،13،12را پیکربندی می‌کنیم. در این نوع حفاظت هر دو مسیر به صورت هم‌زمان ترافیک را به سمت مقصد ارسال می‌کند و این بر عهده مقصد است که در صورتی خرابی مسیرWorking از سیگنال را از مسیر Protection استخراج کند.

مفهوم Restoration در شبکه:

در تمامی انواع حفاظت گفته شده‌ی قبل ما نیاز به محاسبه‌ی ظرفیت جداگانه‌ای برای Protection را داریم، به این معنی که بیشتر از 50 درصد از ظرفیت سیستم را نمی‌توان به طور همزمان استفاده کرد. از طرفی هم نمی‌توان از تمام ظرفیت شبکه به صورت همزمان استفاده نمود. ایده‌ی Restoration روشی میانه بین این دو برقرار می‌کند. برای مثال، با توجه به شکل زیر فرض کنید ترافیکی از منبعی به مقصدی ارسال می‌شود. باید دو مسیر Working و Protection را برای آن پیکربندی کنیم. اما در ایده‌ی Restoration فقط یک مسیرWorking پیکربندی و سپس در صورت خرابی لاین به دنبال مسیری جایگزین برای Restoration می‌گردیم که به دو صورت انجام می‌پذیرد:

1. با استفاده از مدیریت شبکه که اطلاعات جامعیاز توپولوژی و نحوه‌ی قرارگیری نودها در شبکه را دارد.
2. نودها به صورت توزیع شده و مستمر با یکدیگر به گفتگو پرداخته و با کمک هم مسیر جایگزین را پیشنهاد دهند.

ASON در شبکه به چه معنا است؟

ASON مخفف عباراتAutomatic Switch Optical Network به معنی شبکه‌های نوری با سوئیچ اتوماتیک است و به مجموعه‌ای از استانداردها که حول Restoration توسعه پیدا کرده و به صورت خودکار، مکانیزم Protection را پیاده‌سازی می‌کند، گویند. در شبکه‌های که قابلیتASON وجود داشته باشد، چه به صورت متمرکز و یا توزیع شده، می‌توانیم به عنوان یک اپراتور، مدل‌های سرویس مختلفی را تعریف کنیم که هر کدام، دارای ویژگی‌های خاص خود از نظر قابلیت اطمینان باشند، یا به طور مثال، سرویسی را تعریف کنیم که همواره یک مسیر جایگزین برای پایداری بالاتر به نسبت دیگر سرویس‌ها وجود داشته باشد.

جمع‌بندی

ورود فناوری‌های نو به شبکه‌های نوری مدرن، فرصت‌های جدیدی برای بهبود قابلیت اطمینان فراهم کرده ‌است. در این مقاله، مروری بر تکنیک‌های پیشنهادی برای برآورد قابلیت اطمینان شبکه‌های نوری، الزامات طراحی و ویژگی‌های روش‌های مطرح در این زمینه مقایسه و بررسی شدند. این مقاله، آخرین پیشرفت‌ها در این زمینه و جزئیات پیاده‌سازی روش‌های برآورد قابلیت اطمینان را شامل می‌شود.

از لحاظ کلی، این مطالعه نشانگر تلاش‌های زیادی است که روی مدل‌سازی ویژگی‌ها، پیچیدگی و عدم قطعیت موجود برای برآورد قابلیت اطمینان در شبکه‌های پیچیده‌ی نوری صرف می‌شود. از این لحاظ، مقالات زیادی روی ماهیت تصادفی مسائلی مثل تغییر در مسیریابی، تضمین اتصال داده، تخمین ظرفیت پاسخگویی به Protection و امکاناتی که توسط توپولوژی‌های مختلف توزیعی فراهم می‌شود، متمرکز شده‌اند.