CC BY
67
7 декабря 2011 г. 18:48
Повышению надежности системы сигнализации в сети МГМН должно быть уделено особое внимание, так как повреждение какого-либо оборудования в пути прохождения сигнальной информации приводит к прекращению связи в отдельной зоне или во всей территории Федерального округа, обслуживоемой данным MGC
В настоящее время разлкннью фирмы-производители оборудования, проектные организации и операторы сетей ведут дискуссии относительно способов повышения надежности пакетных сетей и, в частности, способов повышения надежности систем сигнализации. Поэтому представляет интерес определить численные характеристики надежности при различных способах резервирования.
Типовая модель для расчета надежности самого длинного пути прохождения сигнализации в сети NGN включает в себя участки (см. рис 1):
Шлюз SG/MG — Линия от регионального узла до маршрутизатора 1 — Маршрутизатор 1 - MGC1 — Линия между маршрутизаторами — маршрутизатор 2 — MGC2 — Линия от маршрутизатора до регионального узла — Шлюз SG/MG.
Реальный путь прохождения сигнальной информации несколько отличается от указанного. Так, поступающие от шлюзов к маршрутизаторам пакеты сигнализации передаются на Softswitch, и после обработки в Softswitch опять направляются в маршрутизатор, те. в пути сигнального сообщения возникают петли. Зги петли не должны учитываться при расчете надежности, так как каждый элемент в пути должен включаться в расчет только один раз.
Несмотря на то, что в настоящее время нормы по надежности сигнализации в сетях NGN еще не разработаны, можно ориентироваться на соответствующие нормы по надежности сигнализации no ОКС №7 в сетях TDM, так как очевидным является требование независимости качества услуг от используемой технологии. На соединение сигнализации ОКС №7 устанавливалось норма 30 мин. неготовности в год [2]. Для ее выполнения для всех каналов ОКС №7 необходимо иметь не менее двух путей, независимых по звеньям. Действительно, на рис. 2 изображена схема прохождения сигнализации ОКС №7 для вызова, проходящего от станции 1 до станции 7 через два транзитных узла 3 и 5 (треугольниками изображены транзитные узлы, а кружками — региональные телефонные узлы)
Основной канал ОКС №7 на участке "линия от регионального узла до транзитного узла” проходит по двум путям, где основной путь
— по прямой связи между этими узлами, а резервный путь - через соседний транзитный узел, где организуется узел сигнализации STP Примем значения коэффициентов готовности для всех однотипных участков длиной а (от оконечного узла до транзитного узла) равными Ка и для участков длиной Ь (между маршрутизаторами) равными Kfr, а коэффициент готовности о-го узла равным Кп. Тогда на основании известных правил расчета последовательно-параллельных схем общий коэффициент готовности К} 7 между узлами 1 и 7 может быть вычислен из выражения:
К, .=К,КХК,К. )]х
х[| - (I - К, Х> - KtK;)] [I - 0 - К )(1 - К* )]
ID
Известно [ 1 ], что для оптической линии протяженностью 13900 км нормативное значение коэффициента готовности KL- 0,985, поэтому для а = км вычислим значение коэффициента готовности как Ка - 0,985270/13900 = 0,9997. Аналогичным образом вьнисля-ем значение Кь- 0,9983 для b = 1500 км. Значение коэффициента готовности всех узлов примем равным 0,999995 (в соответствии с требованиями по надежности цифровых телефонных станций (2]). Тогда вычисленный из выражения (1) коэффициент готовности между оконечными точками 1 -7 будет иметь значение К^7 - 0,99995. Эта величина соответствует неготовности канала ОКС №7 30 мин. за 14 месяцев, т.е. при принятом для сетей ОКС №7 резервировании получаем результат доже лучший, чем требуемая норма неготовности 30 мин. в год
Отметим, что если в сетях передачи данных достаточной считается готовность 99,9%, то указанное значение не отвечает требованиям телефонных сетей, которым требуется знаменитые "пять девяток" (99,999%) для готовности коммутационных узлов и 0,99995 для соединений сигнализации и телефонных соединений. При отказе от двух последних знаков после запятой, т.е. при уменьшении готовности от 99,995% до 99,9% среднее время простоя увеличивается от 30 секунд до 43 минут в месяц. Считается, что для телефонных соединений в сетях NGN необходимо получать показатели надежности не худшие, чем в телефонных сетях TDM.
По донным различных компаний-производителей оборудования Softswitch коэффициент готовности Krs w может достигать величины 0,99995 при максимальном внутреннем резервировании оборудования. Такую же величину имеет коэффициент готовности маршрутизатора Кгм = 0,99995.
Для оценки надежности соединений в пакетных сетях рассмотрим, например, самую простую, без резервирования, схему прохождения сигнальной информации, состоящую из цепочки: телефонная станция — сигнальный шлюз — линия до маршрутизатора — маршрутизатор — Softswitch, для которой приняты следующие значения коэффициентов готовности: для телефонной станции — Кгтс= 0,99999, для линии длиной а =270 км от станции до узла — Кгда - 0,9997, для маршрутизатора и Softswitch значения коэффициента готовности Кгм “ Krs_vv= 0,99995, значение коэффициента готовности шлюза Кгш = 0,99999, так как его надежность считается не ниже надежности цифровой телефонной станции или мультиплексора SDH. Общий коэффициент готовности для донного сигнального соединения КгС, вычисляется по формуле:
Kst = Лt'jf • К* ш ■ К' • Кги •
При подстановке указанных значений получаем Кгс - 0,99958. Такой коэффициент готовности соответствует перерыву связи на 30 мин. каждый 1 месяц и 20 дней. Очевидно, что такие показатели надежности не удовлетворят практику, поэтому требуется использовать сетевое резервирование. Это предполагает, что более низкая по сравнению с телефонными станциями надежность оборудования
fVc. 2. Схема резервирования в системе сигналиэадо ОКС №7
T-Comm, #7-2010
145
Softswitch и маршрутизаторов должна быть компенсирована либо дублированием самого этого оборудования, либо повышением надежности передачи на линиях связи с использованием механизмов сетевого резервирования без дублирования узлов (Softswitch и маршрутизаторов).
Ряд компаний-производителей оборудования маршрутизаторов и Softswitch разработали типовые структуры резервирования в сетях NGN, которые построены по схеме ток называемого двухплоскостного дизайна, где предусмотрено дублирование всех устройств, входящих в маршрут сигнального и голосового трафика. При очевидной очень высокой надежности таких схем затраты на построение сети с двух плоскостным дизайном возрастают более чем вдвое. В большинстве случаев такое удвоение оборудования является неоправданным, так как существуют более экономичные способы резервирования, которые обеспечат достаточную надежность сетей NGN. Например, в телефонных сетях коммутационные станции не дублируются, тем не менее, коэффициент готовности для междугородного телефонного соединения, проходящего через один транзитный узел с обходом через два транзитных узла составляет 0,999989, что соответствует неготовности 6 мин. в год Такая надежность устраивает всех пользователей.
Один из основных способов повышения надежности системы сигнализации заключается в переключении или перемаршрутизации пакетного трофика от шлюзов SG/MG на резервный маршрут, если в пути сигнального сообщения обнаружен отказ любого оборудования, т.е. линии, маршрутизатора или MGC. При отказе должно обеспечиваться автоматическое переключение трафика на резервный маршрут с минимальной задержкой в обслуживании абонентов сети. Распространенным вариантом такого резервирования является использование механизма "двусвязного подключения" (dual homing) шлюзов, которьй в настоящее время реализован в большинстве типов оборудования шлюзов SG/MG. При этом весь сигнальный трафик с выходных портов шлюзов одновременно присутствует на двух MGC (например, своем и соседнем). Таким образом, MGC разбиваются на пары, взаимно поддерживающие возможность оброботки двойного сигнального трафика. Если предполагать равным сигнальный трофик в зонах ответственности обоих MGC, то при отсутствии отказов каждый MGC обрабатывает только собственный сигнальный трафик и его производительность используется только наполовину. При отказе какого-либо MGC у соседнего MGC активизируется порты, по которым поступает трафик от шлюзов, находящихся в зоне ответственности поврежденного MGG
Выполнение операции переключения в сети IP/MPIS производится за время порядка 50 мс, что обеспечивается специальным протоколом BFD (Bidinectinal Failure Detection), который определяет повреждение на направлении прохождения любого тракта с коммутацией по меткам и путем изменений в соответствующих таблицах продвижения перевод ит трофик на резервньй путь. При этом удваивается загрузка исправного MGC, который, помимо собственного, обрабатывает также сигнальный трафик соседнего MGC. В настоящее время некоторые производители сообщают о создании нового оборудования контроллеров MGC с механизмом кластерного подключения шлюзов. Действительно, с учетом того, что сигнализация между шлюзам и контроллерами проходит по сети IP/MPLS с возможностью соединения по принципу "каждый с каждым" шлюзов, контроллеров, а также шлюзов с контроллерами, имеется техническая возможность управления любым шлюзом от любого контроллера. Однако при этом каждый контроллер должен иметь данные не только о своей зоне ответственности, но также даннью обо всех управляемых зонах. Единственной проблемой в этом случае может являться гроизводительностъ контроллеров, необходимая при подклю-
в, -
-в2
Рис 3. Модель взаимною резервирования сигнальной информации
чении резервных зон. Но если учесть, что одновременное повреждение двух MGC, вероятность которого определяем как (1 -0,99995)2 = 2,5x10'9, является событием чрезвычайно редсим, то производительность контроллеров можно рассчитывать только на случай повреждения одной резервируемой зоны.
Сравним по надежности д ве схемы резервирования—а) с использованием подключения шлюзов к двум MGC (dual homing) без резервирования оборудования узлов и б) с резервированием оборудования шлюзов, маршрутизаторов и MGC (двухплоскостной дизайн).
На рис. 3 представлена модель взаимного резервирования путей сигнального трафика с помощью механизма dual homing с подключением шлюзов к двум соседним MGC, где имеется по три пути для сигнальной информации. На практике обычно применяется такое взаимное резервирование подключения шлюзов к MGC, но даже если используется резервирование с кластерным подключением шлюзов, то это не нарушает требования о наличии трех путей для сигнализации, при которых производится резервирование обоих участков линий от шлюзов до MGC
На рис. 3 узлы А1 и А2 представляют собой объединение телефонной станции и шлюза, узлы В1 и В2 — объединение маршрутизатора и контроллера MGC. По классификации теории вероятностных графов двухполюсная сеть, изображенная на рис 3, является неразложимой, т.е. ее коэффициент готовности не может быть определен путем разложения на последовательно-параллельные фрагменты. Для ее расчета могут быть использованы методы получения верхней и нижней оценок, например, методом Литвака-Ушакова [3). Также существует способ получения точного результата путем перебора всех вариантов состояния схемы с выбором вариантов успешного прохождения сигнала и расчета их вероятности. В донной модели, содержащей 9 элементов, число рассматриваемых состояний равно 512. Эти состояния создают полный набор событий, сумма вероятностей который равна "Г по формуле полной вероятности. Вручную такое количество событий обработать достаточно сложно. В ФГУП ЦНИИС разработана программа, позволяющая получать точные выражения для коэффициентов готовности для неразложимых двухполюсных сетей с размерностью не более 20 узлов и линий, получаемых также после автоматического сжатия последовательно включенных элементов сети. Данная программа состоит из следующих блоков:
— построение множества всех путей между полюсами;
— отбор путей с заданными ограничениями (ранг пути, количество входящих в путь узлов разного типа), т.е. определение векторов успешного соединения полюсов;
— определение пересечения найденных векторов с множеством состояний рассматриваемой схемы;
— составление формулы для расчета Кг двухполюсной сети;
— получение численных результатов расчетов по составленной формуле на основе введенных коэффициентов готовности элементов сети.
146
T-Comm, #7-2010
