Классификация структур решетчатых оптических сетей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

7 декабря 2011 г. 17:36

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Классификация структур решетчатых оптических сетей

Существующие структуры решетчатых оптических сетей позволяют решить различные задачи, поставленные но этапах проектирования. В докгкаде проведена классификация решетчатых структур, рассмотрены их основные свойства и преимущества, определены недостатки, а также проведено сравнение с ячеистой сетью по коэффициенту готовности Кг

Рахматулин А.М., Аспирант ФГУП ЦНИИС, hanreon@mail.nj

Концепция архитектуры отказоустойчивой решетчатой оптической транспортной сети (ОГОТС) заключается в том, что, в отличии от существующих архитектур транспортных сетей, позволяет организовывать одинаковую степень защищенности для каждого сетевого узла, независимо от того, где он располагается — на границе сети или в ее центре.

Решетчатая сеть является одним из видов тороидальных сетей и представляет собой 2-х мерный неориентированный, неупрощенный тор с N рядами и М колонками [ 1 ]. В отличии от сети Манхет-тен связи между узлами сети неориентированны [1,2].

Решетчатая сеть представляет собой группу регулярных кольцевых структур сформированных в виде решетки и имеющих точки пересечения в виде сетевых узлов, т.о. каждый узел участвует в формировании как горизонтального так и вертикального кольца, которые в свою очередь формируют дополнительные технологические кольца (рис 1).

Исследования [1,3] показали, что при больших информационных нагрузках и высоких скоростях передачи сети с ориентированными связями между узлами обладают большими показателями задержки, что не может не повлиять на время локализации и восстановления при аварийной ситуации на сети.

Учитывая современные тенденции [4,5] и требования, предъявляемые к транспортным сетям [6,7,8], а также узкоспециализированное^ механизмов маршрутизации в тороидальных сетях [31 более выгодным будет использование автоматической коммутации по меткам (СМР1_5), что позволит отнести решетчатую сеть к автоматически коммутируемым сетям (АБОМ) Основные функции описаны в

[5,6,9,10].

Как видно из (рис. 1), каждый сетевой узел обладает 4 физические линиями, что позовляет организовать защиту типа 1 +3, где на 1 рабочий элемент приходится 3 резервных

-01—ЙН—V

Рис 1. Структура решетчатой сети

Такая топологическая структура решетчатой сети позволяет достичь высокой отказоустойчивости и низкого коэффициента простоя (Кп), а следовательно и добиться высокого коэффициента готовности (Кг), который расчитывается по формуле:

к = 1 -К,

ні

Для сложных систем резервирования типа п+ш, формула для расчета коэффициента простоя (Кп) будет иметь следующий виа

Я

12)

А'.С =

(п + ш)

м!х(ш+|)!

хА1

+------х- , ,

п + ш (н+/н)хЯ +Я

где о — число рабочих элементов; т — число резервных элементов; Х0 — интенсивность отказов одного элемента системы передачи; X — интенсивность отказов устройства переключения на резерв

пи

Далее, будут рассмотрены и классифицированы основные структуры решетчатых оптических сетей, а также будет проведено сравнение с ячеистой сетью по коэффициенту готовности. Количество узлов, их топологическое расположение, а также показатели интенсивности отказов (К) элементов будут одинаковыми и равными 0. Значение коэффициента простоя заимствовано из требований по надежности для СМП ЕСЭ РФ и будет равным 0,08. Коэффициент готовности Кг для ячеистой сети будет расчитьваться для сетевых узлов на границе и в центре сети.

Регулярные решетчатые структуры оптичесхих сетей

с оовмеще*#*ами волоконными кольцами

Регулярной решетчатой структурой с совмещенными волоконными кольцами называется такая структура, при которой каждый сетевой узел участвует в формировании двух колец В этом случае, каждому узлу предоставляются 4 физические линии и организуется защита типа 1 +3.

Таким образом коэффициент готовности из (1) и (2) будет следующим

(" +:х К'........= -х К' = 5^- = 0.00000683.

а:

л!х(//1 + 1)! я 6 Кг - 1 - 0,00000683 = 0,99999317.

Так как в ячеистой сети узлы обладают разным количеством физических линий, то и коэффициент готовности для каждого узла будет разным. В рассматриваемом случае узлы на границе сети будут обладать 3 физическими линиями, а в центре сети максимальное количество линий будет равным 8.

То. коэффициент готовности из (1) и (2) будет равным:

А' = т х К’

0.08'

= 0.000256.

Для граничных узлов:

Кг= 1 - 0,000256 = 0,999744

100

Т-Сотт, #7-2010

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Для узлов в центре:

1 ... 0.08s

40320

-хК=-

40320

= 1,6777216t'

Кр = -

1

40320

.xr- = ML=|>67772i6e

40320

^ Г~Э Г9 ГЭ I

п_~1

I В; $ у ¥\

1Ы-|-4М Ни jX--iS.„J

I; С11Г- S X'Sh

Рис 2 Регуттярноя решетчатая структура с разнесенными волоконными кольцами

—&г-®—i£h

И I В 1'^ ) в )

«, = 1 - 1,6777216е-°’

Как видно из по/тученных результатов ячеистая сеть не позволяет достигать одинакового коэффициента готовности для узлов на границе и в центре сети. Безусловно, сетевые узлы, находящиеся в центре ячеистой сети обладают большим коэффициентом готовности, однако при выходе из строя одного такого узла смежные с ним узлы потеряют доступ к одной физической линии. В сравнении с решетчатой сетью с совмещенными волоконными кольцами, выход из строя одного узла в центре ячеистой сети затронет в 2 раза больше сетевых узлов.

Регулярные решетчатые структуры с разнесенными

волоконными кольцами

В случае с разнесенными волоконными кольцами каждьй сетевой узел участвует в формировании 4 колец — горизонтальном, вертикальном, горизонтальном с четнь*ии/нечетными узлами, вертикальными четными/нечетными узлами (рис 2).

Каждое из сформированных колец использует оптические волокна, находящиеся в различных кабелях, таким образом, каждый узел в решетчатой сети обладает 8 физическими линиями, а коэффициент готовности каждого сетевого узла из (1) и (2) становится равным.

Он—&r-€h

v—г-®—г1145)

—0——(ft j 'M-| LW~ T Ш—г~ы t M~4

^«1- 1,677721©-0'9.

В отличии от ячеистой сети, где только узлы в центре сети обладают 8 физ^ескими линиями, в решетчатой сети с разнесенными волоконными кольцами таким количеством физических соединений обладает каждый узел.

Квазирешетчатая сеть

Квазирешетчатая сеть является 2-х мерным неориентированным, упрощенным тором с N рядами и М колонками. В отличие от решетчатой в квазирешетчатой сети связь между определенными узлами отсутствует (рис 3).

FV«c 3. Квазирешетчатая сеть

Соглосно исследованиям [1,2] при высоких трофжовых нагрузках упрощенные тороидрльные сети обладают еще более менышми задержками при обработке и маршрутизации информационных потоков, чем неупрощенные тороидальные сети. Однако стоит учитьь ватъ, что без внедрения в систему управления спе1*юлизированных механизмов маршрутизации сеть донного типа будет ограничена в функциональности алгоритмов маршрутизации GMPLS[ 12, 13).

Несмотря на то, что между определенными узлами квазирешетчатой сети отсутствуют связи, каждый узел тем не менее обладает 4-мя физическими линиями, потому показатели коэффициента готовности квазирешетчатой сети не будут отлкматъся от показателей регулярной решетчатой сети с совмещенными волоконными кольцами.

Рассмотренные в данном докладе структуры решетчатых сетей позволяют достигать высоких показателей надежности, обладают достаточной гибкостью и масштабируемостью, а внедрение в систему управления таких сетей специализированных механизмов маршрутизации позволит уменьшить задержки при передачи информации и увеличить скорость локализации повреждений.

Литература

1 В. Porhami, Ding-Ming Kwai. Comparing Four Gasses of Torus-Based Parallel Architectures: Network Parameters and Communication Performance — Mdhemafcal and Computer Modeling, Issue 40, 2004. - R701-720.

2 №F. Maxemduk The Manhattan street network — IEEE Globecom, pp. 255-261, September 1985.

3 Jade Brassi, Rene Guz. Nonunrform traffic in he Manhattan street network — Performance Evaluation, Issue 25, 1996. — R233-242.

4 Фокин BJ. Оптические системы передав и транспортные сети — М.: Эко-Трендз, 2008. — 288 с: ип

5 Василис О. Коммута1*1я по меткам в транспортных сетях — Сети и телекоммуникации №12,2007.

6. ITU-T G.8080/V. 1304. Architecture for the Automaticaly Switched Oplicol Network (ASON), 2003.

7. fTU-T G709/Y.1331. Interfaces for the Optical Transport Networks (OTN), 2001.

8. fTU-T G.806. Characteristics of Transport Equipment — Description Methodology and Generic Functionality, 2004.

9 Меюавль AM Полностью оптическая транспортная сеть — М.: ФГУП ЦНИИС. —104 с

10. Рахматулин AM. Анализ особенностей автоматумески коммутируемых оптических сетей на базе отказоустойчивых решетчатых оптических транспортных сетей — Труды РНТОРЭС им АС Попова, Серия: Научая сессия, посвященная дню радио. Выпуск: LXJV, 2009. — С29-31.

11. Алексеев Е.Б. Проектирование и техническая эксплуатсп*» цифровых волоконно-оптических систем передачи — Mj ООО ‘Орг сервис -2000"-218с

12. N.F. Maxemchuk. Routing in be Manhattan street network — IEEE Trans. Communications, Issue 35, 1987. — R503-512.

13. A.G. Greenberg, J.W. Goodman. Sharp approximate models of deflection routing in mesh networks - IEE E Trans. Comm, Issue41,1993. — R210-223.

T-Comm, #7-2010

101