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Feld der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Telekommunikation und
spezieller auf ein Verfahren und ein entsprechendes Netzwerkelement
zum Pfadschutz in einem Übertragungsnetz.
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Hintergrund
der Erfindung
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Übertragungsnetze
dienen zur Übertragung
von Teilnehmersignalen, die im Allgemeinen Zubringersignale genannt
werden, in Form von gemultiplexten Sendesignalen. Ein Übertragungsnetz
besteht aus einer Anzahl physikalisch miteinander verbundener Netzwerkelemente,
wie z.B. Add-/Drop-Multiplexer,
Endgeräte-Multiplexer,
Querverbindungseinrichtungen und Leitungseinrichtungen. Die physikalische
Verbindung zwischen zwei Netzwerkelementen wird als Abschnitt oder
Verbindung bezeichnet, während
die Route, die ein bestimmtes Zubringersignal durch das Übertragungsnetz
von Ende zu Ende nimmt, als Pfad bekannt ist. Obwohl im Zusammenhang
mit dem Pfadschutz der Begriff des Pfades im Allgemeinen auch für ein Segment
eines Pfades verwendet wird, wird in der oben angegebenen Spezifikation
die besser geeignete Terminologie verwendet und zwischen ganzen
Pfaden (von Ende zu Ende) und Pfad-Segmenten ohne Pfad-Abschluss-Funktion unterschieden.
Ein Pfad wird durch eine Multiplexeinheit repräsentiert, wie z.B. durch einen
virtuellen Container (VC-N) mit seiner zugehörigen Pfad-Kopfinformation (POH) in SDH (Synchronous
Digital Hierarchy). Umgekehrt wird ein Abschnitt durch einen kompletten Übertragungsrahmen
repräsentiert,
wie z.B. ein synchrones Transport-Modul (STM-N) mit seiner zugeordneten
Abschnitts-Kopfinformation
(SOH).
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Ein
grundlegender Aspekt von Übertragungsnetzen
ist die Dienstverfügbarkeit.
Ein Übertragungsnetz selbst
oder die Kombination von Netz und Netzwerkmanagement muss daher
die Mittel und Einrichtungen zur Verfügung stellen, die eine ausreichende
Verfügbarkeit
sicherstellen. Typischerweise unterscheidet man bei diesen Netzwerk-Mechanismen
Ersatzschaltung und Wiederherstellung. Das Prinzip beider ist es,
den Verkehr einer ausgefallenen Verbindung auf eine Reserveverbindung
umzuleiten. Wiederherstellung bedeutet die Interaktion des Netzwerkmanagements,
um eine alternative Route durch das Netz zu bestimmen, während Ersatzschaltung
spezielle Reserve-Ressourcen verwendet, die bereits verfügbar sind
und im Netz für
diesen Zweck bereitgestellt sind.
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Ersatzschaltungs-Mechanismen
werden weit verbreitet eingesetzt und sind standardisiert. Zum Beispiel
werden in ITU-T G.841 und G.783 mehrere Ersatzschaltungs-Mechanismen
für SDH-Netze
beschrieben, und in G.709, G.798 werden entsprechende Ersatzschaltungs-Mechanismen
für OTNs
(Optical Transport Networks, optische Übertragungsnetze) beschrieben.
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Abschnitts-Ersatzschaltung
bezieht sich auf den Schutz einer physikalischen Verbindung zwischen zwei
Netzwerkelementen. Bekannte Abschnitts-Ersatzschaltungs-Mechanismen
sind 1+1 MSP (Multiplex Section Protection), 1:1 MSP, 1:n MSP und
MS-SPRING (Multiplex Section Shared Protection Ring). 1+1 MSP bedeutet,
dass zwei redundante Verbindungen zwischen zwei Netzwerkelementen
bereitgestellt werden und dass der gesamte Verkehr dauerhaft zu
den Ersatzverbindungen überbrückt wird,
so dass das empfangende Netzwerkelement das bessere der beiden empfangenen
Signale auswählen
kann. 1:1 MSP bedeutet, dass die Ersatzverbindung für zusätzlichen
Verkehr verwendet werden kann, der bei einem Ausfall der Arbeitsverbindung
sofort abgeschaltet wird, und wobei der geschützte Verkehr von der ausgefallenen
Arbeitsverbindung zur zur Ersatzverbindung umgeschaltet wird. 1:n
MSP bezeichnet einen Ersatzschaltungs-Mechanismus, bei dem eine Ersatzverbindung
zum Schutz von n Arbeitsverbindungen dient. Bei einem Ausfall wird
der Verkehr von der ausgefallen Verbindung zur Ersatzverbindung
umgeschaltet. 1:1 MSP, 1:n MSP und MS-SPRING erfordern ein Protokoll,
um einen Ausfall von der Senke zur Quelle zu melden und die Umschaltung
zu synchronisieren. Bei SDH werden die Bytes K1/K2 in der Abschnitts-Kopfinformation
(SOH) für
diesen Zweck benutzt.
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Im
Gegensatz dazu bezieht sich der Pfadschutz auf den Schutz eines
Pfades oder eines Segmentes davon. In G.783 wird ein 1+1-Pfadschutz-Mechanismus
für SDH
beschrieben, der als SNCP (Sub-Network Connection Protection) bekannt
ist. Wie bei 1+1 MSP wird der geschützte Verkehr ständig auf
einen speziellen Ersatzpfad gebrückt.
Eine Pfad-Abschluss-Funktion, die für einen Schutz auf der Pfad-Ebene
erforderlich ist, wird in dem Entwurf G.gps (CD-GPS01) der Studiengruppe
15 der ITU-T diskutiert. Ein Protokoll zum automatischen Schutz
auf Pfad-Ebene befindet
sich noch in der Diskussion und ist noch nicht definiert, so dass
ein 1:1- oder 1:n-Schutz auf Pfad-Ebene heute nicht möglich ist.
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Somit
benötigen
vorhandene Pfadschutz-Mechanismen eine Ersatzkapazität von 100
der Ressourcen für
den Schutz im Netzwerk, erlauben aber eine schnelle Umgehung des
Fehlers bezüglich
der Verfügbarkeit, typischerweise
in weniger als 50ms.
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Der
Konferenzbeitrag "Network
protection and OA&M
mechanism für
WDM optical path transport networks" von S. Okamoto et al, ICC 98, conference
record IEEE International Conference on Communications, Atlanta,
GA, USA, 7.–11.
Juni 1998, Seite 207-212
beschreibt ein geschichtetes Übertragungsnetz,
das aus einer Übertragungsnetz-Ebene
mit einem optischen WDM-Pfad und einer SDH-Übertragungsnetz-Ebene besteht.
Wenn ein Fehler auftritt, wird zuerst eine Wiederherstellung des
optischen Pfades aktiviert. Wenn die Wiederherstellung des optischen
Pfades nicht erfolgreich ist, wird eine SDH-Pfad-Wiederherstellung höherer Ordnung aktiviert. Somit
wird ein Reserve-Pfad höherer
Ordnung benötigt.
Darüber
hinaus werden in der Ebene des optischen Pfades zwei Arbeitspfade
eingerichtet, einer für
den in Betrieb befindlichen SDH-Pfad und der andere für den Reserve-SDH-Pfad.
Dies bedeutet, dass optische Reserve-Pfade sowohl für Arbeits-,
als auch Reserve-SDH-Pfade
benötigt
werden. Die Fehlerbenachrichtigung erfolgt unter Verwendung von OLOS-(optical
loss of signal)-Alarmen anstelle des AIS (Alarm Indication Signal).
Dieses Ersatzschaltungsverfahren erfordert eine große Menge
Ersatzkapazität.
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Wiederherstellungs-Mechanismen
werden in das Netzwerkmanagement eingeführt, um die Ersatz-Ressourcen
eines Netzes zu benutzen, um den Verkehr auf flexible Weise zu schützen und
dadurch die erforderliche Menge an Ersatz-Ressourcen in einem vermaschten Netz
zu verringern.
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Wiederherstellungs-Mechanismen
verwenden weniger Ersatzkapazität,
bieten jedoch eine Umgehung des Fehlers mit geringerer Geschwindigkeit,
typischerweise im Bereich einiger Sekunden da vom Netzwerkmanagement-System
komplett neue Pfade durch das Netz aufgebaut werden müssen, nachdem
ein Fehler aufgetreten ist. Daher wird die Wiederherstellung für viele
Anwendungen als zu langsam angesehen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres
und flexibleres Schutzverfahren auf Pfad-Ebene bereitzustellen,
das die Umgehung des Fehlers in kürzerer Zeit als bei bekannten
Wiederherstellungsverfahren erlaubt, wobei weiterhin weniger Ersatz-Ressourcen
im Netz benotigt werden als bei herkömmlichen 1+1-Pfadschutz-Mechanismen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
und andere Ziele, die weiter unten erscheinen, werden durch ein
Verfahren erreicht, das einen 1:n- oder m:n-Pfadschutz-Mechanismus implementiert.
Statt ein Protokoll zur Kommunikation von Fehlern und zur Synchronisation
der Umschaltung vom aktiven Pfad auf den Ersatzpfad zu definieren,
werden die vorhandene Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion (TCM),
eine erzwungene Tandemverbindungs-Defektanzeige in Rückwärtsrichtung
(TC-RDI) und eine Tandemverbindungs-Pfad-Verfolgungs-Kennung (TC-TTI) benutzt. Vorzugsweise
wird das Schutzverfahren mit der Hintergrund-Wiederherstellung ausgefallener
Pfade über
das Netzwerkmanagement kombiniert, um den Schutz nach einem Fehler
wiederherzustellen oder den Ersatzpfad wieder zurückzuschalten,
nachdem wieder ein neuer Arbeitspfad aufgebaut wurde.
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Insbesondere
enthält
das Schutzverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung die folgenden Schritte zur Wiederherstellung des Verkehrs
nach dem Auftreten eines Fehlers, der einen geschützten Netzwerk-Pfad beeinflusst.
Zuerst wird mindestens ein geschützter
Pfad-Abschnitt zwischen einem ersten Netzwerkelement und einem zweiten
Netzwerkelement bereitgestellt, und mindestens ein Ersatz-Pfad-Abschnitt
wird ebenfalls zwischen dem ersten Netzwerkelement und dem zweiten
Netzwerkelement bereitgestellt. Eine Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion wird auf
dem geschützten
Pfad-Segment aktiviert. Das geschützte Pfad-Segment wird mit
einer Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion
auf Fehler überwacht,
und bei Erkennung eines Fehlers wird das Auftreten dieses Fehlers
an des Netzwerkelement am anderen Ende gemeldet, wozu eine Defekt-Anzeige
benutzt wird, und der Verkehr wird vom aktiven Segment zum Ersatz-Pfad-Segment
umgeschaltet. Bei Empfang der Tandemverbindungs-Defektanzeige in
Rückwärtsrichtung
im Netzwerkelement am anderen Ende, schaltet dieses den Verkehr
ebenfalls vom aktiven zum Reserve-Pfad-Segment um. Im Fall von mehr als einem
geschützten
Pfad-Segment wird
der ausgefallene Pfad mittels einer eindeutigen Pfad-Verfolgungs-Kennung
gekennzeichnet, die am Ersatz-Pfad-Segment empfangen wird. Bei mehreren
Ersatz-Pfad-Segmenten wird ein Netzwerkknoten als Slave-Knoten definiert,
welcher der vom Master-Knoten ausgelösten Umschaltung folgen und
dasselbe Ersatz-Pfad-Segment wie der Master wählen muss. Vorzugsweise wird
durch eine Kombination von zwei Zeitgebern die Rückkehr von einer Fehlerbedingung
in den Normalbetrieb ermöglicht.
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Die
Erfindung erlaubt eine sehr schnelle Wiederherstellung nach einem
Fehler und kann als Erweiterung vorhandener Mechanismen implementiert
werden, was einen geringen Implementationsaufwand bedeutet und die
Möglichkeit
einer schrittweisen Implementation bietet.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in denen
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1 einen bidirektionalen
m:n-Pfadschutz gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 das Auftreten eines unidirektionalen
Fehlers und die Aktionen zeigt, die von den Abschluss-Netzwerkelementen
durchgeführt
werden, um den Verkehr wiederherzustellen;
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3 eine Alternative zur Wiederherstellung
des Verkehrs bei der in 2 gezeigten
Fehlerbedingung zeigt;
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4 die Rückkehr aus der Fehlerbedingung
der 2 oder 3 in den Normalbetrieb zeigt;
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5 das Auftreten eines bidirektionalen
Fehlers und die Aktionen zeigt, die von den Abschluss-Netzwerkknoten durchgeführt werden,
um den Verkehr wiederherzustellen;
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6 die Rückkehr aus der Fehlerbedingung
der 5 in den Normalbetrieb
zeigt;
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7 die Situation zeigt, in
welcher der bidirektionale Fehler der 5 in
einen unidirektionalen Fehler wechselt;
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8 ein Zustandsdiagramm eines
Ersatzpfades zeigt;
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9 bis 12 einige Ausnahmesituationen und die
entsprechenden Gegenmaßnahmen
zeigen; und
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13 eine Alternativlösung zur
erzwungenen RDI-Einfügung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung erkennt den Bedarf nach einem effizienteren, aber inhärent schnelleren
Schutzverfahren auf der Pfad-Ebene in einem Übertragungsnetz. Die Erfindung
schlägt
daher einen m:n-Subnetzwerk-Verbindungsschutz (SNCP) vor, bei dem
n Arbeitspfade durch m Ersatzpfade (0 < m ≤ n)
geschützt
werden. Ein m:n-Subnetzwerk-Verbindungsschutz ist schematisch in 1 gezeigt. Die Enden der
Pfad-Segmente sind in den Figuren mit Kreisen gekennzeichnet. Ein
erstes Netzwerkelement NE1 empfängt
n Zubringersignale 1N–nN
(es sind nur das erste und das n-te Zubringersignal gezeigt), die über ein Übertragungsnetz
(nicht gezeigt) zu einem zweiten Netzwerkelement NE2 am entfernten
Ende übertragen
werden sollen. Somit wird eine Anzahl von n Arbeits-Pfad-Segmenten 1W–nW durch
das Netzwerk von NE1 zu NE2 aufgebaut Um diese n Arbeits-Pfad-Segmente
zu schützen,
werden auch m Ersatz-Pfad-Segmente
1P–mP
zwischen NE1 und NE2 aufgebaut. Alle Pfade sind bidirektional, d.h.
der Verkehr wird in beide Richtungen zwischen NE1 und NE2 übertragen.
In jedem der beiden Netzwerkelemente NE1, NE2 werden die Zubringer-E/A-Signale über ein Koppelvielfach
mit den entsprechenden Arbeits-Pfad-Segmenten verbunden. Das Koppelvielfach
dient auch dazu, im Fehlerfall den Verkehr von den E/A-Zubringersignalen
zu Ersatzpfad-Segmenten umzuschalten.
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Der
m:n-Schutz bedeutet, dass die Leitweglenkung der Arbeitspfade sowie
der Ersatzpfade so weit wie möglich über verschiedene
physikalische Pfade erfolgt, um die Wahrscheinlichkeit für gleichzeitige
mehrfache Fehler in der Konfiguration zu verringern.
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Da
die Arbeitspfade offensichtlich nicht dauerhaft mit den entsprechenden
Ersatzpfaden verbunden werden können,
ist eine Kommunikation zwischen Senken- und Quellen-Netzwerkelement
erforderlich, um Fehlerbedingungen zu melden und auszuhandeln, welches
Ersatz-Pfad-Segment verwendet wird, sowie die Umschaltung zu synchronisieren.
Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, die vorhandene
Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion
zu verwenden, die in ITU-T G.707, G.709 und G.738 spezifiziert ist.
Die Tandemverbindungs-Überwachung
in SDH verwendet das Byte N1 der Pfad-Kopfinformation (POH) des
virtuellen Containers (VC-4) und erzeugt einen Mehrfachrahmen mit
76 Bytes, der im N1-Byte periodisch wiederholt wird. Auf der Ebene
VC-12 oder VC-3 steht für
diese Funktion das N2-Byte zur Verfügung.
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Eine
Tandemverbindung wird üblicherweise
auf einem Segment eines Pfades definiert, das auch als Trail bezeichnet
wird, und existiert zum Zweck der Alarm- und Leistungsüberwachung.
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Zum
Beispiel kann eine Tandemverbindung über eine verbundene Sequenz
von Abschnitten auf einem Übertragungspfad übertragen
werden.
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In
den Figuren werden Tandemverbindungs-Quellen- und Senken-Funktionen als gedrehte
Dreiecke gezeigt, die nach links oder nach rechts zeigen. Dreiecke,
die in Senderichtung zeigen, bezeichnen TC-Quellenfunktionen, und
die in Empfangsrichtung zeigenden Dreiecke bezeichnen TC-Senkenfunktionen.
Nicht eingreifende Tandemverbindungs-Überwachungsfunktionen werden
durch umgekehrte Dreiecke dargestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Tandemverbindungen auf den Arbeits-Pfad-Segmenten zwischen
NE1 und NE2 erzeugt. Zum Beispiel wird eine Tandemverbindung TC1
für das
Arbeits-Pfad-Segment
1W zwischen Abschlusspunkt 1N und dem Koppelvielfach erzeugt und
wird am entsprechenden Punkt 1W überwacht.
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Vorzugsweise
werden Tandemverbindungen auch auf den Ersatzpfaden 1P–nP erzeugt
und überwacht.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass auf den Ersatz-Pfad-Segmenten
entweder die TC-Abschluss-Funktionen oder die nicht eingreifenden
TC-Überwachungsfunktionen
aktiviert sind, aber nicht beide gleichzeitig.
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Die 2 bis 7 zeigen die Aktivitäten der Netzwerkelemente, um
im Fehlerfall den Verkehr wieder herzustellen. Alle Figuren zeigen
die Abschlusspunkte der Pfade und Tandemverbindungs-Funktionen.
Alle Fehler, die in den unten stehenden Beispielen gezeigt sind,
betreffen den geschützten
Pfad 1W. Dies ist jedoch keine Einschränkung der Allgemeinheit, wie
man durch eine einfache Neunummerierung der Pfade sehen kann.
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2 zeigt das Verhalten im
Fall eines unidirektionalen Fehlers. Das Auftreten des unidirektionalen Fehlers
auf dem Pfad 1W ist durch Feld 1 gekennzeichnet. Die Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion am
empfangenden Ende in Empfangs-Endpunkt 1W von Netzwerkelement NE2
erkennt einen Fehler in der Tandemverbindung, die auf diesem Pfad-Segment
erzeugt wurde. Als in Feld 2 gezeigte Folge-Aktion erzwingt die Überwachungsfunktion
die Einfügung
einer Defektanzeige in Rückwärtsrichtung
RDI in die Kopfinformation der abgehenden Sendesignale auf Pfad
1W und löst
eine Überbrückung in
Rückwärtsrichtung
von 1N zu 1P aus. Weiterhin wird das Ersatz-Pfad-Segment 1P gewählt, um die Sendesignale von
1N zu empfangen.
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In
einem nächsten
in Feld 3 gezeigten Schritt erkennt die Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion von
Netzwerkelement NE1 die RDI im empfangenen Signal. Als Folge-Aktion überbrückt das
Netzwerkelement NE1 auch den Verkehr von 1N zu 1P. NE1 kann jedoch
seine Auswahl von 1W beibehalten, um Verkehr von 1N zu empfangen.
Weiterhin empfängt
NE1 auch Verkehr von 1N über
Ersatz-Pfad-Segment 1P, da das Netzwerkelement NE2 am entfernten
Ende eine Brücke
von 1N auf 1P geschaltet hat, und kann somit auf gleiche Weise 1P
für den
Verkehr von 1N wählen.
Da beide Netzwerkelemente dasselbe Ersatz-Pfad-Segment 1P gewählt haben,
sind keine Korrekturmaßnahmen
erforderlich (Feld 4). Nun ist die Umschaltung beendet und der Verkehr
vom ausgefallenen Pfad-Segment 1W wieder hergestellt.
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Es
ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
die erzwungene TC-RDI ständig
in das Verkehrssignal eingefügt
wird, solange der Fehler auf Arbeits-Pfad-Segment 1W bestehen bleibt. Gemäß dem herkömmlichen
Tandemverbindungs-Protokoll würde
jede RDI sofort verschwinden, wenn der Verkehr über das Ersatz-Pfad-Segment
wiederhergestellt wird. Daher wäre
es gemäß dem herkömmlichen TC-Protokoll
nicht möglich,
den Status des ausgefallenen Arbeits-Pfad-Segmentes 1W von der Senke
zur Quelle zu melden.
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Die
eindeutige Tandemverbindungs-Pfad-Verfolgungs-Kennung (TC-TTI) wird dazu verwendet,
den gebrückten
Verkehr auf einem Ersatz-Pfad-Segment zu erkennen. Dies ist besonders
wichtig, wenn mehrere Ersatz-Pfad-Segmente mehrere Arbeits-Pfad-Segmente schützen und
es somit nicht sicher wäre,
welches Arbeits-Pfad-Segment mit welchem Ersatz-Pfad-Segment gebrückt ist.
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Anstatt
die TC-RDI zu verwenden, kann auch die Ausgangs-Defekt-Anzeige (ODI) der Tandemverbindung
verwendet werden. In diesem Fall muss die ODI auf inaktiv gezwungen
werden, solange kein Tandemverbindungs-Defekt erkannt wurde, und
sie muss auf aktiv gezwungen werden, wenn ein Tandemverbindungs-Defekt
erkannt wird. Die Verwendung der ODI anstelle der TC-RDI hat den
Vorteil, dass die Daten der Leistungsüberwachung am entfernten Ende
nicht gestört
werden.
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Die
Fehlerbedingungen der Tandemverbindungs-Überwachung können beliebige
der folgenden Fehler sein:
- TC-SSF Tandemverbindungs-Server-Signal
ausgefallen, d.h. die nächsthöhere Server-Ebene
ist bereits ausgefallen, SSF wird somit erzeugt, um die Fehlleitung
von Alarmen auf unteren Ebenen zu verhindern.
- TC-UNEQ Tandemverbindung nicht vorhanden, d.h. es wird keine
Tandemverbindungs-Information empfangen.
- TC-TIM Tandemverbindungs-Pfad-Verfolgungs-Kennung passt nicht,
d.h. es wird eine falsche TC-TTI empfangen.
- TC-LTC Verlust der Tandemverbindung, d.h. ein Tandemverbindungs-Signal
wird empfangen, aber der TC-Mehrfachrahmen ist fehlerhaft und kann
nicht ausgewertet werden.
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3 zeigt die Situation, in
der Netzwerkelement NE1 als
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Reaktion
auf die Erkennung von RDI auf dem ausgefallenen Pfad-Segment 1W einen
anderen Ersatz-Pfad mP gewählt
hat. Dies kann in der Situation auftreten, wenn kein Ersatz-Pfad-Segment
bereits Tandemverbindungs-Information TC1 von 1N enthält. Daher
ist eine Korrektur der Umschaltung erforderlich. Netzwerkelement
NE1 auf der linken Seite wird als Slave definiert, während Netzwerkelement
NE2 auf der rechten Seite als Master definiert wird. Netzwerkelement
NE1 erkennt Tandemverbindung TC1 vom ausgefallenen Pfad-Segment
1W auf Ersatz-Pfad-Segment 1P. Als Slave-Netzwerkelement muss es
der Entscheidung von Netzwerkelement NE2 folgen und konfiguriert
seine Brücke
1N–nP
neu auf 1N–1P
und wählt
1P für
den Empfang von Verkehr für
1N.
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Gleichzeitig
erkennt Netzwerkelement NE2 am entfernten Ende Tandemverbindungs-Information
TC1 von 1W in mP, der anfangs von Netzwerkelement NE1 gewählt wurde.
Da Netzwerkelement NE2 als Master definiert ist, behält er seine
Brücke
und die Auswahl auf 1P bei.
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4 zeigt die Rückkehr zum
Normalbetrieb nach der Reparatur des unidirektionalen Fehlers. Feld
1 zeigt, dass der unidirektionale Fehler beseitigt wurde. In einem
ersten Schritt (Feld 2) erkennt die Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion für Pfad-Segment
1W in Netzwerkelement NE2, dass der Tandemverbindungs-Fehler beseitigt
ist und gültige
Tandemverbindungs-Informationen empfangen werden. Als Folge-Aktion wird
die erzwungene RDI-Einfügung
beendet. Da keine Tandemverbindungs-RDI empfangen wird und auf 1W kein
TC-Fehler mehr erkannt
wird, wird ein erster Zeitgeber gestartet, der WRS (Wait to Revert
Selection) genannt wird (Feld 3). Gleichzeitig erkennt Netzwerkelement
NE1 an seiner Tandemverbindungs-Überwachungsfunktion
für 1W,
dass keine TC- RDI
mehr empfangen wird (Feld 4). Da keine Fehlerbedingung für 1W vorliegt, startet
es seinen ersten Zeitgeber WRS ebenfalls.
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Nachdem
der Zeitgeber WRS in Netzwerkelement NE2 abgelaufen ist, wird Pfad-Segment
1W für
1N ausgewählt,
und ein zweiter Zeitgeber, der WRB (Wait to Remove Bridge) genannt
wird, wird gestartet (Feld 5). Zu ungefähr der selben Zeit läuft der
Zeitgeber WRS in Netzwerkelement NE1 ebenfalls ab (Feld 6), und Netzwerkelement
NE1 wählt
falls nötig
1W erneut als aktives Pfad-Segment für 1N und startet seinen zweiten Zeitgeber
WRB.
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Nachdem
der Zeitgeber WRB in Netzwerkelement NE2 abgelaufen ist, entfernt
NE2 die Brücke
von 1N zu 1P (Feld 7). Zu ungefähr
derselben Zeit läuft
der Zeitgeber WRB in Netzwerkelement NE1 ebenfalls ab (Feld 8),
und NE1 entfernt die Brücke
von 1N zu 1P ebenfalls, und die Rückkehr zum Normalbetrieb ist
beendet.
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5 zeigt das Auftreten eines
bidirektionalen Fehlers (Feld 1) auf dem aktiven Pfad-Segment 1W. Die
Tandemverbindungs-Überwachungsfunktionen
in beiden Netzwerkelementen erkennen eine Fehlerbedingung und erzwingen
die Einfügung
von TC-RDI, überbrücken 1N
zu einem Ersatz-Pfad-Segment
und wählen dieses
Ersatz-Pfad-Segment zum Empfang von Verkehr für 1N (Feld 2). Die Auswahl
des Ersatz-Pfad-Segmentes ist im ersten Schritt willkürlich. Wie
gezeigt, wählt
und überbrückt Netzwerkelement
NE1 zu Ersatz-Pfad-Segment mP, während
Netzwerkelement NE2 1P wählt
und dorthin überbrückt. Da
die gewählten Ersatz-Pfad-Segmente
nicht übereinstimmen,
sind Korrekturmaßnahmen
erforderlich. Netzwerkelement NE1 wird als Slave definiert, während Netzwerkelement
NE2 als Master definiert wird. Daher rekonfiguriert Netzwerkelement
NE1, wenn es Tandemverbindungs-Informationen TC1 für Pfad 1N
auf Ersatz-Pfad-Segment
1P erkennt, seine Auswahl auf 1P und verschiebt die Brücke von
1N–mP
auf 1N–1P.
Umgekehrt erkennt Netzwerkelement NE2 Tandemverbindungs-Informationen
TC1 auf Ersatz-Pfad-Segment mP, rekonfiguriert aber seine Ersatzumschaltung
nicht, da es als Master-Netzwerkelement definiert ist, d.h. er folgt
nicht der Umschalt-Entscheidung des entfernten Endes. Die Ersatzumschaltung
wird somit aufgebaut und der Verkehr vom geschützten Pfad 1N wiederhergestellt.
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6 zeigt die Rückkehr zum
Normalbetrieb, nachdem der bidirektionale Fehler aus 5 repariert wurde. Feld
1 zeigt, dass der bidirektionale Fehler beseitigt wurde. Beide Netzwerkelemente
erkennen, dass die Tandemverbindungs-Fehlerbedingung verschwunden ist (Feld
2) und beenden ihre erzwungene TC-RDI-Einfügung. Dann starten sie beide
ihren WRS-Zeitgeber
(Feld 3). Nachdem der Zeitgeber WRS in Netzwerkelement NE2 abgelaufen
ist, wird Pfad-Segment 1W für
1N ausgewählt,
und ein Zeitgeber WRB wird gestartet (Feld 4). Zu ungefähr der selben
Zeit läuft
der Zeitgeber WRS in Netzwerkelement NE1 ebenfalls ab (Feld 5),
und Netzwerkelement NE1 wählt
ebenfalls 1W als aktives Pfad-Segment zum Empfang von Verkehr für Pfad 1N
und startet seinen Zeitgeber WRB.
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Nachdem
der Zeitgeber WRB in Netzwerkelement NE2 abgelaufen ist, entfernt
NE2 die Brücke
von 1N zu 1P (Feld 6). Zu ungefähr
derselben Zeit läuft
der Zeitgeber WRB in Netzwerkelement NE1 ebenfalls ab (Feld 7),
und NE1 entfernt die Brücke
von 1N zu 1P ebenfalls, und die Rückkehr zum Normalbetrieb ist
beendet.
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7 zeigt was in dem Fall
passiert, wenn der bidirektionale Fehler nur in einer Richtung repariert
wird und somit zu einem unidirektionalen Fehler wird (Feld 1). Netzwerkelement
NE2 erkennt, dass die Tandemverbindungs-Fehlerbedingung nicht mehr vorhanden
ist und beendet seine erzwungene TC-RDI-Einfügung (Feld 2). Da es aber noch
TC-RDI von Netzwerkelement NE1 auf Pfad-Segment 1W empfängt, löst es nicht
die Rückkehr
in den Normalbetrieb aus und behält
die Auswahl von Pfad-Segment 1P und die Brücke von 1N zu 1P aktiv. Die
Rückkehr
wird nur gestartet, wenn beide Richtungen von 1W in Ordnung sind,
d.h. wenn keine TC-RDI in beide Richtungen mehr empfangen werden
Ein
Zustandsdiagramm für
einen Ersatzpfad ist in 8 gezeigt.
Es enthält
die folgenden Zustände:
- FAILED Dieser Zustand wird eingenommen, wenn im Zustand IDLE
die TC(P)-Senke oder während
PENDING/PROTECTING/WRB/WRS die TC(P)-Überwachung einen TC-Fehler
(=TC-SSF, TC-UNEQ, TC-TIM oder TC-LTC) oder TC RDI erkannt hat. TC-TIM
wird nur berücksichtigt,
wenn es zu keiner TC-TTI passt, die für die Arbeitspfade definiert
sind. P wird kontinuierlich mit einer TC(p)-Senken-/Quellen-Funktion überwacht. Während der
Ersatzumschaltung liegt übrigens
ein aktiver TC-TIM-Alarm vor, und die erzwungen eingefügte TC-RDI
wird von TC(p) nicht gemeldet, da der TIM-Alarm TC-RDI unterdrückt.
- IDLE xP läuft
im Leerlauf und wird mit TC(P) (Senke/Quelle) überwacht, und es liegt kein
TC-Fehler oder TC-RDI
vor.
- PENDING xP wird zum Schutz von yW ausgewählt. Der normale Pfad (yN)
wird zu xP überbrückt, und
xP wird gewählt.
Für den
Fall, dass yW einen TC-Fehler erkennt, wird die TC-Quelle an yN
gezwungen, TC-RDI einzufügen.
Das NE am entfernten Ende hat die Ersatzumschaltung noch nicht ausgelöst. yW muss
gewählt
werden, wenn er nur in TC-RDI ist.
- PROTECTING xP dient als Ersatz für yW. Der normale Pfad (yN) wird
zu xP gebrückt
und xP wird gewählt. Für den Fall,
dass yW einen TC-Fehler erkennt, wird die TC-Quelle an yN gezwungen, TC-RDI einzufügen.
- WRS "Wait to
Reverse Selector",
yW OK, Brücke
zu xP, xP ausgewählt
- WRB "Wait to
Remove Bridge",
yW OK, Brücke
zu xP, yW ausgewählt
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In 8 werden folgende Ereignisse
berücksichtigt:
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Signal-Ereignisse
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- W ok TC-Fehler und TC-RDI beseitigt (Übergang 'W nok' -> 'W ok' )
- W nok TC-Fehler oder TC-RDI erkannt (Übergang 'W ok' -> 'W nok')
- P ok Kein TC-Fehler und keine TC-RDI erkannt
- P nok TC-Fehler oder TC-RDI erkannt. TC-TIM wird nur berücksichtigt,
wenn es zu keiner TC-TTI passt, die für die Arbeitspfade definiert
sind. Ein TC-TIM-Alarm unterdrückt
TC-RDI, z.B. wenn die andere Seite einen Arbeitskanal gebrückt hat
(dies würde
zu TC-TIM für
TC(P) führen
und erzwingt eine Einfügung
von TC-RDI; diese TC-RDI würde
nicht erkannt, und P wäre
noch OK).
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Identifizierungs-Ereignisse
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- W identified in P Signal von Pfad-Segment W wird in Pfad-Segment P erkannt
- W not identified in P Signal von Pfad-Segment W wird nicht in
Pfad-Segment P erkannt
- W identified in P* Während
Pfad-Segment W zu Pfad-Segment P gebrückt wird, wird das Signal von
Pfad-Segment W in Pfad-Segment P* erkannt
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Zeitgeber-Ereignisse
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- WRB, WRS exp. WRB, WRB Zeitgeber-Funktion ist abgelaufen.
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Die
Tabelle am Ende der Spezifikation zeigt eine Ereignis/Zustands-Überprüfung für das Zustandsdiagramm
in 8.
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9 zeigt die Ausnahmesituation,
wenn eine externe Tandemverbindung und die auf dem geschützten Pfad-Segment
erzeugte Tandemverbindung sich stören. Diese Situation kann speziell
in SDH-Netzen auftreten, da SDH nur eine Ebene von Tandemverbindungen
erlaubt, während
verschachtelte oder überlappende Tandemverbindungen
nicht zulässig
sind. Daher wird diese Situation als Fehlerfall angesehen, und eine
Ersatzumschaltung wird ausgelöst,
wie für
einen bidirektionalen Fehler (siehe 7).
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In 9 erkennt Netzwerkelement
NE2 eine Fehlerbedingung TC-UNEQ (Tandemverbindung nicht vorhanden)
auf Pfad-Segment 1W, d.h. es empfängt keine Tandemverbindungs-Informationen,
da das TC-Signal, das von Netzwerkelement NE1 eingefügt wird,
durch die fehlerhafte Tandemverbindungs-Senken-Funktion auf dem
Pfad-Segment 1W abgeschlossen wird. Daher löst es eine Ersatzumschaltung
wie in 7 aus.
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Netzwerkelement
NE1 erkennt möglicherweise
TC-TIM (Tandem Connection Trail Trace Identifier Mismatch), abhängig vom
in der externen Tandemverbindung verwendeten TC-TTI (Trail Trace
Identifier). In diesem Fall löst
NE1 ebenfalls eine Ersatzumschaltung wie in 7 aus.
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10 zeigt die Situation,
wenn ein Zwischen-Netzwerkelement
die Verbindung geöffnet
hat, zum Beispiel in seinem Koppelvielfach. Feld 1 bezeichnet ein
offenes Koppelvielfach in einem Zwischen-Netzwerkelement. Beide
Abschluss-Netzwerkelemente empfangen und erkennen somit ein Signal
für eine
nicht vorhandene Tandemverbindung (Feld 2) und lösen eine Pfad-Ersatzumschaltung
wie für
einen bidirektionalen Fehler aus.
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11 zeigt die Ausnahmesituation,
wenn während
der Ersatzumschaltung ein Ersatz-Segment ausfällt, d.h. Pfad 1N wird wegen
eines Fehlers auf Arbeits-Pfad-Segment 1W zu Ersatz-Pfad-Segment
1P umgeschaltet und 1P fällt
ebenfalls aus. In diesem Fall erkennen beide Netzwerkelemente NE1
und NE2 eine Tandemverbindungs-Fehlerbedingung. Das Ersatz-Pfad-Segment 1P geht somit
in den Zustand FAILED, und es wird eine neue Ersatzumschaltung für das geschützte Pfad-Segment
1W ausgelöst,
wobei Pfad-Segment 1P für
die Ersatzumschaltung ausgeschlossen wird.
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12 zeigt die Situation,
dass das Ersatz-Pfad-Segment 1P im Leerlauf ausfällt (unidirektionaler Fehler).
In Netzwerkelement NE2 erkennt die Überwachungsfunktion für eine Tandemverbindung,
die auf dem Ersatz-Pfad-Segment 1P erzeugt wurde, eine TC-Fehlerbedingung.
Pfad 1P geht somit in den Zustand FAILED, und Netzwerkelement NE2
fügt in
Rückwärtsrichtung
automatisch TC-RDI ein. Die Überwachungsfunktion
in Netzwerkelement NE1 erkennt keine Fehlerbedingung, aber TC-RDI
auf Pfad-Segment 1P und geht somit auch in den Zustand FAILED für Pfad-Segment
1P. 1P ist somit aus der Ersatzumschaltung ausgeschlossen und wird
solange der Fehler andauert nicht benutzt, wenn eines der Arbeitspfad-Segmente
ausfällt.
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Eine
Alternative zur erzwungenen RDI-Einfügung wie in den obigen Ausführungen
ist in 13 gezeigt. Nach
dem Auftreten eines bidirektionalen Fehlers auf Pfad-Segment 1W
(Feld 1) erkennt Netzwerkelement NE2 die TC-Fehlerbedingung. Als
Folge-Aktion erzeugt NE2 eine neuen Tandemverbindung auf dem ausgefallenen
Pfad-Segment 1W, indem es die vorhandene Tandemverbindung TC1 dupliziert
und den Verkehr von 1N zu Segment 1P überbrückt und auswählt, dass
IP Verkehr, für
1N empfängt
(Feld 2). Da ein Fehler aufgetreten ist, wird die duplizierte TCI
automatisch RDI in Rückwärtsrichtung
einfügen.
Netzwerkelement NE1 erkennt daher entweder eine TC-Fehlerbedingung oder
die von der duplizierten TC1 eingefügte RDI. Als Folge-Aktion dupliziert
es die Tandemverbindung TC1 ebenfalls, überbrückt 1N zu 1P und wählt 1P.
Wenn beide Netzwerkelemente dasselbe Ersatz-Pfad-Segment 1P gewählt haben,
sind keine Korrekturmaßnahmen
erforderlich. Andernfalls wird eine Rekonfiguration der Ersatzumschaltung
durch NE1, der als Slave definiert ist, ausgelöst, wie oben erklärt. Die
duplizierte Tandemverbindung TC1 auf 1W dient dazu, zu erkennen,
wenn der Fehler beseitigt ist, um die Rückkehr zum Normalbetrieb auszulösen.
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Diese
Alternative benutzt die Tatsache, dass gemäß dem herkömmlichen TC-Protokoll solange
RDI erzeugt werden, wie ein Pfad-Segment, auf dem die Tandemverbindung
erzeugt wird, ausfällt.
Wegen der Ersatzumschaltung wird jedoch der Gesamt-Pfad von 1N zu 1N über das
Ersatz-Pfad-Segment 1P wieder aufgebaut, und RDI auf TC1 wird somit
automatisch verschwinden. Die alternative Ausführung verschiebt nun die duplizierte
TCM-Funktion TC1 von hinter dem Koppelvielfach vor das Koppelvielfach.
Auf diese Weise wird das ausgefallene Pfad-Segment von 1W zu 1W
ausschließlich
durch die duplizierte TC1 überwacht,
und RDI werden auf der duplizierten TC1 gesendet, solange der Fehler
andauert. Dies erlaubt es, den Status des ausgefallenen Arbeitspfad-Segmentes
von der Senke zur Quelle zu melden, wozu TC-RDI ohne Änderung
des vorhandenen TCM-Protokolls verwendet wird, d.h. ohne Einführung einer
erzwungenen RDI-Einfügungs-Funktion.
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In
einer bevorzugten Verbesserung der vorliegenden Erfindung wird im
Fehlerfall eine Netzwerk-Wiederherstellung von einem Netzwerkmanagement-System
durchgeführt,
um ein neues Pfad- Segment
für den benutzten
Ersatzpfad aufzubauen. Der Zweck ist, die Anfangs-Schutzkonfiguration
(M:N) wieder herzustellen, indem ein neuer Arbeitspfad von den verfügbaren Ressourcen
im Netzwerk bereitgestellt wird. Nachdem das neue Pfad-Segment wieder
aufgebaut wurde, kann die Rückkehr
von der Ersatzumschaltung ausgelöst
werden, wie oben erläutert.
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Der
Netzwerkmanager kann Pfad-Prioritäten und Prioritäts-Unterbrechungen für die Wiederherstellung
berücksichtigen,
dies bedeutet jedoch nicht notwendigerweise, dass die NEs innerhalb
der m:n Pfade während
der Ersatzumschaltung verschiedene Prioritäten zu berücksichtigen haben. Dennoch
kann eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung darin
bestehen, die Fähigkeit
bereitzustellen, verschiedene Prioritäten der geschützten Pfade
für die
Ersatzumschaltung in Betracht zu ziehen. Zum Beispiel kann eine
bereits aufgebaute Ersatzverbindung für einen geschützten Pfad
niedriger Priorität
unterbrochen werden, um Verkehr eines ausgefallenen geschützten Pfades
höherer
Priorität
wiederherzustellen. In einer weiteren Verbesserung können im
Leerlauf arbeitende Ersatzpfade zusätzlichen Verkehr übertragen.
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Ein
Hauptgrund zur Einführung
des m:n-Schutzes ist die schnelle Reaktionszeit bei Fehlern. Eine
zu bevorzugende Architektur ist es, die m:n-Ersatzumschaltung in
der zentralen NE-Kontrollinstanz zu steuern, da an einer m:n-Konfiguration
mehrere E/A-Karten beteiligt sein werden. Netzwerkelemente in großen Übertragungsnetzen,
wie z.B. Querverbindungseinrichtungen, können jedoch aus mehreren E/A-Karten und Koppelvielfach-Karten
zusammengesetzt sein, die in mehreren Baugruppenträgern installiert
sind, von denen jeder seine eigene Baugruppenträger-Steuerung hat, die mit
der zentralen NE-Steuerung kommuniziert und von ihr gesteuert wird.
In diesem Fall kann es sein, dass die Datenkommunikations-Architektur
zwischen den Baugruppenträger Steuerungen
es nicht erlaubt, die Umschaltung in der erforderlichen Reaktionszeit
von zum Beispiel weniger als 300 ms durchzuführen.
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Es
gibt mehrere mögliche
Ansätze
zur Lösung
dieses Problems. Einerseits kann eine Echtzeit-Kommunikation zwischen
den Baugruppenträger-Steuerungen
und einer NE-zentralen Ersatzumschaltungs-Steuereinheit implementiert
werden. Andererseits kann eine Echtzeit-Datenkommunikation zwischen
den Baugruppenträger-Steuerungen
bereitgestellt werden, um die Ersatzumschaltung zwischen den Baugruppenträger-Steuerungen
zu synchronisieren. Und weiterhin kann die Ersatzumschaltung in
den Baugruppenträger-Steuerungen
mit der Einschränkung
implementiert werden, dass alle Arbeits- und Ersatzpfade einer m:n-Schutzgruppe
zu einem Baugruppenträger
der Abschluss-NEs geleitet werden müssen.
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Obwohl
die Erfindung für
ein Segment eines Pfades erläutert
wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung gleichermaßen auf
den Schutz gesamter Pfade angewendet werden kann.
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