Повышение отказоустойчивости первичной сети связи в условиях разнородного состава оборудования и множественных отказов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 528.48

Н. В. Иванов

Производственная лаборатория связи Октябрьской дирекции связи

А. К. Канаев

Петербургский государственный университет путей сообщения

ПОВЫШЕНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ РАЗНОРОДНОГО СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ И МНОЖЕСТВЕННЫХ ОТКАЗОВ

Устойчивая работа сетей цифровой железнодорожной связи зависит от заложенных структурных резервов и алгоритмов восстановления. Важно выбрать конфигурацию сети и режим работы оборудования, которые обеспечат максимально короткое время перехода на резервный маршрут организации связи в аварийных ситуациях. Морально устаревшее оборудование не позволяет переходить на резервный маршрут организации связи в автоматическом режиме вне зависимости от топологии сети, а также в связи с человеческим фактором.

Предлагаемый режим работы обеспечивает оперативную перестройку маршрутов информационных потоков в процессе эксплуатации, существенно повышает устойчивость работы цифровых сетей. Сформулированы предложения по их модернизации.

Предполагается автоматический переход на резерв важнейших информационных потоков при авариях на рабочем маршруте, что значительно повысит отказоустойчивость первичной сети связи, безопасность движения поездов и качество предоставляемой связи. Затраты на реализацию проекта окупятся за счёт уменьшения потерь от перерывов в обслуживании и отказа от аренды информационных ресурсов сторонних организаций.

первичная сеть связи, повышение отказоустойчивости.

Введение

Устойчивая и бесперебойная работа систем цифровой железнодорожной связи является важнейшим звеном в системе безопасности движения поездов и обслуживания процесса перевозок. На сегодняшний день существует необходимость повышения устойчивости функционирования сетей связи. Однако на функционирование сетей влияет ряд негативных факторов, таких как сложная экономическая ситуация, постоянно увеличивающийся парк оборудования, рост числа внешних воздействий (чрезвычайные ситуации и террористические акты), недостаточная автоматизация ряда технологических процессов. Нарушения в работе системы связи резко снижают управляемость и безопасность перевозочного процесса, приводят к значительным экономическим потерям из-за невыполнения коммерческих обязательств перед сторонними организациями.

28

Для разработки мероприятий по повышению устойчивости функционирования первичной сети связи (ПСС) при воздействии указанных негативных факторов последовательно выполняются анализ существующей организации первичной сети связи на ОЖД; формирование перечня мероприятий по повышению устойчивости работы ПСС; реализация мероприятий по модернизации ПСС.

Крайне важно в этих условиях снижение времени восстановления сети при отказах и внешних воздействиях. Следует выбрать такую конфигурацию сети и режим работы оборудования, которые обеспечат максимально короткое время перехода на резервный маршрут организации связи при возникновении внештатных ситуаций (авария оборудования и направляющих систем, ошибки персонала, несанкционированное вмешательство в работу оборудования связи).

Несмотря на развернутую первичную сеть связи магистрального уровня на ОЖД, во многом не решены вопросы обеспечения потребителей услугами связи требуемого качества при отказах элементов основного маршрута. Это связано, в частности, с использованием морально устаревшего оборудования, не позволяющего переходить на резервный маршрут организации связи в автоматическом режиме вне зависимости от топологии включения оборудования.

1 Состояние устойчивости работы первичной сети связи

В настоящее время первичная сеть SDH на ОЖД в основном представлена оборудованием ОАО «Морион» СММ-155. Данное оборудование позволяет организовать резерв только при кольцевой топологии включения, однако конфигурация сети связи и технические возможности не всегда дает возможность организовать кольцевую топологию [1]. В случае выхода из строя оборудования или линейного тракта (в том числе из-за воздействия злоумышленников) переход на резерв осуществляется вручную механиками двух соседних ЛАЗов или большего их количества (рис. 1).

Рис. 1. Принцип ручного перевода потоков Е 1 на резервную трассу

29

Как показывает практика, на подобные переключения может уходить недопустимо большое количество времени, что приводит к длительному перерыву трафика, а в худшем случае - к срыву плановых работ из-за неготовности замен трасс компонентных потоков Е1. Кроме того, оборудование СММ-155 не позволяет осуществить избирательный перевод компонентных потоков Е1 на другое направление, а это уменьшает пропускную способность сети связи (рис. 2).

СММ- 155 СММ- 155

Е1 Е1

m / г

32 Е1 осн +

Е1 Е1

СММ- 155 СММ- 155

1

2

N

Рис. 2. Распределение пропускной способности сети при кольцевой топологии на оборудовании СММ-155

Существующая принципиальная схема первичной сети связи показана на рис. 3. Она предполагает разрозненные линейки оборудования. В случае нарушения целостности основной трассы перевод компонентных потоков Е1 осуществляется только вручную, посредством переключения потоков Е1 механиками ЛАЗов на резервную трассу.

В этих условиях высока вероятность длительного восстановления работоспособности сети при выходе из строя отдельных ее элементов.

2 Организация сети автоматической коммутации на оборудовании различных производителей

За основу сети автоматической коммутации предлагается взять оборудование МЦП-155К (или МЦП-622) производства Sagem (Франция) и СМК-30 производства ЗАО «Пульсар-Телеком». Данное оборудование имеется в небольшом количестве на ОЖД с 2007 г. За время его эксплуатации не зафиксировано

30

Рис. 3. Существующая принципиальная схема организации первичной сети связи

ни одного случая нарушения связи по причине выхода из строя компонентных плат мультиплексора.

Для организации сети автоматической коммутации необходимо изучить возможность совместной работы мультиплексоров различных производителей при разных топологиях сети и минимальной реконфигурации первичной сети связи при ее модернизации [2].

Исследования, проведенные в лаборатории связи, показали, что автоматическая коммутация потоков Е1 на МЦП-155К и СМК-30 возможна при любой топологии включения при наличии альтернативного маршрута вне зависимости от пути прохождения компонентного потока Е1 (рис. 4).

Рис. 4. Организация автоматического резерва потока Е 1

Следует отметить, что оборудование МЦП-155К (622) и СМК-30 дает возможность использовать защиту SNC\I, предполагающую переход резерв на уровне контейнера VC-12. Таким образом, при нарушении целостности одного из полуколец на резерв перейдут только те потоки, для которых запрограммирован резерв на случай аварии основной трассы. Переход осуществляется автоматически, при этом перерыв трафика составляет 2-3 секунды, а обратный переход происходит в течение 60 секунд без нарушений связи. Вмешательство механика ЛАЗа в работу оборудования не требуется [3, 4].

32

Подробное описание исследований приведено ниже. По их результатам сделаны следующие выводы:

• Существует техническая возможность организации резерва SNC\I ком -понентных потоков Е1.

• Время перехода на резерв и обратно задается с помощью программы.

• Резерв компонентных потоков Е1 может быть организован избирательно, согласно технической необходимости, через различные системы передачи.

• Возможна организация совместной работы оборудования SDH различных производителей, причем мультиплексоры СМК-30 и МЦП-155 (622) должны быть установлены в головных узлах коммутации, а СММ-155 - только как регенераторы для обеспечения целостности участка по затуханию оптической мощности (рис. 5).

3 Организация сети автоматической коммутации

Для решения вышеизложенных задач предлагается существенно модернизировать существующую схему связи, установив в основных ЛАЗах (в идеале - на каждой станции) мультиплексоры, позволяющие осуществлять автоматическую коммутацию (в том числе и потоки STM-N) вне зависимости от топологии.

По результатам исследований (см. ниже) предложена схема автоматической коммутации потоков Е1 на участке Октябрьской дирекции связи (рис. 5) с возможностью её расширения. Зеленым цветом отмечено существующее оборудование, коричневым - оборудование, которое можно установить в результате перераспределения действующего.

4 Исследования по организации автоматической коммутации на основе мультиплексоров МЦП-155К(622) и СМК-30

На стенде Производственной лаборатории связи произведена проверка работы компонентных потоков Е1 по резервным трактам (защита SNC\I) на оборудовании МЦП-155К согласно схеме рис. 6.

Условия проведения проверки

1. Работа компонентных потоков Е1 оборудования МЦП-155 (622) и СМК-30 по резервному тракту при обрыве основного (слоты В).

2. Проверка избирательности организации защиты компонентных трактов Е1 на оборудовании МЦП-155 (622) и СМК-30.

33

Главный ЛАЗ

Рис. 5. Предлагаемая принципиальная схема организации первичной сети связи

осн М1

D49

рез М1 ◄-----► B26

СМПЕ 1 № 9 ◄----► VC № 1 конт 2.5

канал 1

Рис. 6. Схема организации испытаний Результаты проверки

При обрыве основного тракта (рис. 7) поток Е1 переходит на резервный в течение 2-3 секунд. В этом случае перерыв трафика равен времени перехода. При восстановлении основного тракта обратный переход происходит в течение 4-5 секунд без перерыва трафика. Блоки МЦП-155 (622) и СМК-30 отображают статус компонентного потока Е1 (в схеме в резерве) в режиме реального времени. На оборудовании МЦП-155 (622) оператор может принудительно изменить схему прохождения потока.

5 Исследование возможности совместной работы оборудования МЦП-155К (622) и СММ-155

На стенде Производственной лаборатории связи произведена проверка совместной работы оборудования и мониторинга аппаратуры СММ-155 и МЦП-155.

Условия проведения проверки

1. Удаленный мониторинг и конфигурирование блока МЦП-155 при организации линейной схемы с включением СММ-155. Ввод и вывод компонентных потоков Е1 на МЦП-155 при данной схеме связи. Проверка возможности транзита потока Е1 на оборудовании СММ-155.

35

осн М1 ◄-----► D49

рез М1 E1

B26

осн

СМПЕ1 № 9 рез

к канал 1

Шлейф

Е1

СМПЕ 1 № 9 канал 1

МЦП-155 Слот В

Слот D

СМК-30 2

1

VС № 2 конт 3.7 VС № 1 конт 2.5

Рис. 7. Обрыв основного тракта

2. Мониторинг и конфигурирование кольца SDH из блоков СММ-155 с включением в него блока МЦП-155. Прокладка трасс компонентных потоков Е1 между блоками СММ-155 с транзитом через МЦП-155. Проверка SNCP- и MSP-Ring-защит.

3. Мониторинг и конфигурирование линейной схемы включения СММ-155 при включении в нее аппаратуры МЦП-155. Организация компонентных потоков Е1 между блоками СММ-155 с транзитом через МЦП-155.

4. Прокладка трасс Е1 на оборудовании СММ-155 в автоматическом режиме и стыковка VC c контейнерами, формируемыми МЦП-155.

Результаты проверки

Для проверки по п. 1 была собрана схема, представленная на рис. 8, и организован компонентный поток Е1 между блоками 1 и 3 (МЦП-155). Удаленный мониторинг оборудования МЦП-155 осуществляется без сбоев, запрашиваемые функции по реконфигурации оборудования выполняются верно.

Мониторинг и конфигурация кольца SDH (рис. 9) осуществляется без

сбоев.

При нарушении целостности кольца (рис. 9) мониторинг блоков 1 и 2 не осуществляется, так как мониторинг СММ-155 идет исключительно в байтах заголовка модуля STM-1, которые не поддерживаются аппаратурой МЦП-155. Возможность мониторинга аппаратуры МЦП-155 через СММ-155 (рис. 10)

36

МЦП-155 № 1 E СММ-155 № 2 EW МЦП-155 № 3

E1 E1

Ethernet

ПК

Рис. 8. Включение СММ-155 в линейку блоков МЦП-155

Рис. 9. Работа кольца SDH СММ-155 c включением в него блока МЦП-155

обусловлена возможностью передачи информации мониторинга в поле полезной нагрузки модуля STM-1.

Прохождение компонентных потоков Е1 (VC-12) контролировалось тестером «Морион» Е100 (поток Е1 № 1) и мониторингом аппаратуры ВТК-12 (рис. 9). Для более точной проверки был организован четрехпроводный канал ТЧ, тестируемый прибором TDA-5. За время тестирования потока и канала ошибок и нарушений в работе не зафиксировано. Защиты компонентных потоков SNCP и MSP-Ring работают исправно.

При организации схемы связи по п. 3 (рис. 10), мониторинг блоков 1 и 2 не осуществляется по причине, указанной выше. В компонентном потоке Е1, проложенному между блоками 1 и 5, ошибок не зафиксировано. По светоиндикации и мониторингу блоков ВТК-12 аварий потока Е1 между блоками СММ-155 № 2 и № 4 не обнаружено.

Для проверки по п. 4 собрана схема согласно рис. 11.

37

Рис. 10. Нарушение целостности кольца SDH СММ-155 c включенным

в него блоком МТ ЦП-155

Прохождение компонентных потоков Е1 (VC-12) контролировалось тестером «Морион» Е100 (поток Е1 № 1). При прокладке компонентных потоков Е1 выяснилось, что функциональные возможности системы мониторинга оборудования СММ-155 Shell не позволяют оперативно организовать поток Е1 между блоками СММ-155 и МЦП-155 (СМК-30), так как в процессе прокладки трасс (при определенном их числе) система управления произвольно меняет номера виртуальных контейнеров (рис. 12). Ручная организация потоков Е1 крайне неудобна для оператора, более того, на оборудовании СММ-155 отсутствует возможность организации избирательного резерва.

В ходе испытаний выявлено, что при отсутствии организованных трасс оборудование СММ-155 работает как регенератор, пропуская контейнеры «канал в канал». В данном режиме метка трасс J2, сформированная другим оборудованием (в данном случае - МЦП-155), при проходе через СММ-155 не нарушается (см. рисунки). Коммутация потока назначается только на станциях выделения.

Заключение

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

• Ошибок в компонентных потоках Е1 (VC-12) между СММ-155, транзит которых осуществляется через МЦП-155, не наблюдается при любой организации схемы связи. Судя по светоиндикации и мониторингу, блоки ВТК-12 работают исправно.

38

Рис. 11. Проверка возможности организации потоков Е\ в автоматическом режиме

Рис. 12. Включение МЦП-155 в линейку оборудования СММ-155

со

со

• Уровень сигнала по приему в канале ТЧ соответствует норме и составляет от +3,7 до -3,9 Дб при уровне сигнала -13 Дб на передаче.

• Вывод канала мониторинга в поле полезной нагрузки модуля STM-1 на аппаратуре СММ-155 не предусмотрен производителем.

• Автоматическая организация потоков Е1 между МЦП-155 и СММ-155 крайне затруднительна.

Рекомендации

• Для совместной работы оборудования необходимо на аппаратуре МЦП-155 выставлять метку трасс верхнего ранга (байты J0 и J1) WAGO SF60 ________(на СММ-155 данная метка устанавливается автоматически).

• Для организации сети автоматической коммутации необходимо использовать СММ-155 только как регенератор без фиксированной коммутации по блоку.

Библиографический список

1. Руководство по эксплуатации оборудования СММ-155 / ОАО «Морион». - М., 2003. - 92 с.

2. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте / В. В. Шмытинский, В. П. Глушко, Н. А. Казанский ; под ред. В. В. Шмытинского. - М. : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2008. - 704 с.

3. Руководство по эксплуатации оборудования МЦП-155 / ЗАО «Новел-ИЛ». - М., 2007. - 78 с.

4. Руководство по эксплуатации оборудования СМК-30 / ЗАО «Пульсар-Телеком». - М., 2010. - 44 с.

© Иванов Н. В., Канаев А. К., 2013

40