ITMI20011657A1

ITMI20011657A1 - Metodo per gestire guasti plurimi di diverso tipo in reti per telecomunicazioni con topologia ad anello

Info

Publication number: ITMI20011657A1
Application number: IT2001MI001657A
Authority: IT
Inventors: Andrea Manganini; Elena Casazza
Original assignee: Cit Alcatel
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-01-31
Also published as: ITMI20011657A0; US20030026203A1; EP1282249A3; EP1282249A2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il campo delle reti ad anello per telecomunicazioni ed in particolare riguarda reti con topologia ad anello a quattro fibre il cui traffico è protetto da un meccanismo distribuito del tipo MS-SPRING. Ancora più in particolare riguarda come gestire possibili scenari di guasti plurimi di tipo diverso in tali reti.

Sono note nel campo delle telecomunicazioni le reti in fibra ottica con topologia ad anello comprendenti un certo numero di nodi o elementi di rete connessi tra loro da tratti di fibra in modo da formare un anello. Il traffico in tali reti viene trasportato lungo dei cosiddetti path, cioè circuiti che mettono in comunicazione due o più elementi di rete deH’anello.

Sono altresì noti dei meccanismi per la protezione del traffico in tali reti. Tra questi, è particolarmente diffuso un tipo di meccanismo distribuito denominato MS-SPRING (Multiplexed-Shared Protection Ring).

Nelle reti di comunicazioni SDH transoceaniche con topologia ad anello a quattro fibre in cui la protezione è del tipo MS-SPRING si suddivide la banda disponibile in due parti: i canali ad alta priorità (da proteggere in caso di guasto sull’anello) ed i canali a bassa priorità (che non sono protetti e, in caso di guasto, vengono abbattuti). Lungo la direzione di trasmissione, due nodi adiacenti sono interconnessi da quattro fibre (due in una direzione e due nella direzione opposta); i canali ad alta priorità (indicati con la sigla HP) occupano, in assenza di guasti, la fibra di lavoro (working fiber) mentre i canali a bassa priorità (LP) occupano la fibra di protezione (protection fiber), fintanto che questa non venga richiesta per eseguire protezioni sull' anello.

In reti siffatte si definisce guasto di tipo span la rottura (o il degrado) di una o entrambe le fibre working che collegano due nodi, oppure di una o entrambe le fibre di pròtezione; nel primo caso (fibre working interessate dalla rottura) la protezione di tipo span prevede che tutto il traffico HP venga recuperato ridirigendolo sulla fibra protection della stessa tratta. Si definisce invece guasto di tipo ring la rottura (o il degrado) sia della fibra working sia della fibra protection tra due nodi adiacenti. E prevista in tal caso una protezione di tipo ring, che provvede a reinstradare il traffico HP, che verrebbe perso a causa della rottura, nella direzione opposta al guasto utilizzando i canali LP.

Il problema comune a tutti i meccanismi di protezione consiste nel proteggere e salvare la maggiore quantità possibile di traffico HP.

La topologia ad anello garantisce che, in caso di guasto singolo, tutto il traffico ad alta priorità venga recuperato. Tuttavia la situazione diventa critica quando sull’ anello sono presenti più guasti: per massimizzare il traffico protetto, ogni nodo dovrebbe poter segnalare tutti i guasti ed i comandi locali, in modo da notificare le sue richieste a tutto l’anello.

La gestione delle protezioni per reti ad anello è standardizzata dagli organismi intemazionali ITU (Raccomandazione ITU-T G.841, Annesso A) ed ETSI. In entrambe le specifiche, il protocollo di protezione si basa su una coppia di byte Kl, K2 della trama SDH (o SONET), in particolare della sua sezione MSOH.

Nel caso di protezione ring, tutti i nodi intervengono direttamente, consentendo alla segnalazione di girare su tutto l’anello ed attuando eventualmente alcune azioni sul traffico. Condizione necessaria affinché la protezione ring venga gestita è che la segnalazione arrivi a tutti i nodi (segnalazione sul path lungo) che si porranno tutti in uno stato di passthrough (tranne i nodi terminali che saranno in Bridge & Switch).

Invece, nel caso di protezioni span non si richiede che la segnalazione arrivi a tutti i nodi: gli unici coinvolti nella protezione, sono quelli adiacenti alla tratta interessata dal guasto span. Si dice in questo caso che la protezione span viene gestita tramite segnalazione sul path corto.

Il codice di stato sincronizza le azioni da intraprendere così da evitare misconnessioni sui flussi.

La Raccomandazione ITU-T G. 841 prevede che sull’anello possano venire servite contemporaneamente più richieste di tipo span oppure più richieste di tipo ring, ma non richieste ring e span insieme; in tale frangente si protegge il traffico che attraversa la span affetta da guasto span, ma non quello che attraversa il guasto ring (la protezione di tipo ring viene abbattuta, se già presente).

Pur essendo efficiente, la soluzione proposta dalla raccomandazione non massimizza la protezione di traffico ad alta priorità nel caso di guasti di tipo diverso (span e ring). Infatti, a seconda della distribuzione del traffico sulla rete ad anello, è possibile classificare i vari flussi di traffico HP in quattro diverse categorie: a) flussi HP che non attraversano alcuno dei guasti; b) flussi HP che attraversano solo un guasto di tipo span; c) flussi HP che attraversano solo un guasto di tipo ring; e d) flussi HP che attraversano entrambi i guasti (ring e span). Chiaramente, solo i flussi HP di tipo a) e b) sono garantiti; i flussi HP di tipo c) non sono protetti perché attraversano il guasto ring; i flussi HP di tipo d) sono protetti nella tratta in cui è in atto la protezione span ma vengono persi nel punto in cui attraversano il gusto ring. In altre parole, ci sono casi in cui vengono abbattuti flussi LP necessari per la protezione span allo scopo di proteggere flussi HP che comunque non arrivano a destinazione.

Alla luce degli inconvenienti e delle mancanze delle soluzioni note e standardizzate descritte sopra, è lo scopo principale della presente invenzione quello di fornire un metodo per gestire guasti plurimi di diverso tipo (di tipo ring e di tipo span) in reti per telecomunicazioni transoceaniche con topologia ad anello. In particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per proteggere in modo automatico una rete ad anello al fine di salvare quanto più traffico HP possibile.

Questo scopo, oltre ad altri, viene ottenuto attraverso un metodo avente le caratteristiche indicate nella rivendicazione indipendente 1, attraverso un elemento di rete secondo la rivendicazione 6 ed una rete ad anello secondo la rivendicazione 10. Ulteriori caratteristiche vantaggiose vengono riportate nelle rispettive rivendicazioni dipendenti.

L'idea alla base della presente invenzione consiste nell' attuare la coesistenza nella rete ad anello delle protezioni ring e span e di trattare singolarmente ciascun flusso HP. In particolare, per i flussi di tipo a) non verrà attuata alcuna protezione; per i flussi di tipo b) verrà attuata la protezione span; per i flussi di tipo d) verrà attuata la protezione ring; infine, per i flussi di tipo c) viene attuata la protezione ring solo se ci sono risorse (banda) disponibili cioè se il corrispondente flusso LP non è utilizzato per effettuare la protezione span.

Attraverso la presente invenzione, il recupero di traffico HP è superiore rispetto ai meccanismi noti. Tuttavia, il meccanismo della presente invenzione mantiene la priorità tra protezione span e ring, come suggerito dalle citate Raccomandazioni.

L'invenzione risulterà certamente chiara dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, da leggersi con riferimento alle annesse figure, in cui:

Fig. 1.1 mostra schematicamente una rete per telecomunicazioni a quattro fibre con topologia ad anello non affetta da alcun guasto e con due path installati;

Fig. 1.2 mostra la stessa rete di Fig. 1.1 con due diversi path installati;

Fig. 2.1 mostra la stessa rete di Fig. 1.1 affetta da due guasti e come venga inutilmente reinstradato il path affetto da doppio guasto;

Fig. 2.2 mostra la stessa rete di Fig. 1.2 e come non possa essere salvato un path affetto da guasto ring quando vi è un altro guasto span nell'anello;

Fig. 3 mostra le varie fasi del metodo dell'invenzione, eseguite per ogni path;

Fig. 4.1 mostra la stessa rete di Fig. 1.1 affetta da due guasti e come, secondo la presente invenzione, venga efficacemente reinstradato il path affetto da doppio guasto;

Fig. 4.2.1 mostra la stessa rete di Fig. 1.2 e come, secondo la presente invenzione, possa essere salvato un path affetto da guasto ring anche in presenza di un altro guasto span nell'anello, purché su banda diversa;

Fig. 4.2.2 mostra la stessa rete di Fig. 1.2 e come, secondo la presente invenzione, non possa essere salvato un path affetto da guasto ring in presenza di un altro guasto span nell'anello e senza risorse LP disponibili; e

Fig. 5 e 6 mostrano grafici a lisca di pesce che illustrano i meccanismi di protezione in caso di singolo guasto (span o ring) seguito da ulteriore guasto (ring o span) di tipo diverso.

Prima di descrivere nel dettaglio la presente invenzione, si ritiene utile precisare che essa è ugualmente applicabile ad ogni tipo di trasmissione sincrona, tipicamente SDH e SONET. Tuttavia, per chiarezza, si è preferito fare riferimento solo all'ambito SDH. Quindi, ogni riferimento fatto in questa descrizione e nelle rivendicazioni alle trasmissioni sincrone SDH, deve essere inteso come includente anche le trasmissioni SONET, almeno che non specificamente indicato.

Le Figure 1.1 e 1.2 mostrano una rete ad anello con una pluralità di nodi (A, B, ...G) connessi attraverso tratte a quattro fibre schematizzate con frecce: una coppia di frecce rappresentando i canali di lavoro (HP) e l'altra coppia rappresentando i canali di protezione (LP). Tipicamente, vengono installati nell'anello una pluralità di path protetti per portare informazioni da un nodo ad un altro. Per chiarezza vengono illustrati solo due path in ogni figura. Il PATH A in Fig. 1.1 viene inserito nel nodo (o Network Element) G e droppato nel nodo B; il PATH B di Fig. 1.2 viene inserito nel nodo C e droppato nel nodo E; il PATH C di Fig. 1.2 viene inserito nel nodo G e droppato nel nodo F; infine, il PATH D di Fig. 1.1 viene inserito nel nodo G e droppato nel nodo C.

Ogni path della rete ad anello sfinita particolari risorse della rete. In altre parole, in una rete ad anello SDH protetta con un meccanismo MS-SPRING, il traffico relativo ad un path è trasportato in un STM-n, e quindi in un corrispondente AU contenuto nell'STM-n. In linea di principio è possibile che un flusso transiti attraverso un elemento di rete occupando numeri di AU diversi in ingresso ed in uscita (meccanismo di Time Slot Interchange).

Per semplicità si supponga che nella rete ad anello utilizzata per illustrare la presente invenzione non vi sia Time Slot Interchange, anche se i principi dell'invenzione si applicano allo stesso modo.

In assenza di guasti nella rete, nessuno dei path è interrotto. In presenza di un singolo guasto, il meccanismo MS-SPRING gestisce il singolo guasto nella maniera convenzionale e tutto il traffico HP può essere salvato. In presenza di guasto plurimo di tipo diverso (ad esempio un doppio guasto, tipo span e tipo ring), la normativa prevede di dare priorità al guasto span (abbattendo la protezione di tipo ring, se già presente). Con riferimento alle Figure 2.1 e 2.2, prevedendo un guasto span nella tratta C-D ed un guasto ring nella tratta G-F, i PATH A e B vengono salvati (il path A non subisce alcuna modificazione perché non passa per nessun failured path); il PATH C non può essere protetto (perché attraversa un guasto tipo ring); ed il PATH D è protetto nella tratta in cui è presente il guasto span ma viene perso nel punto in cui attraversa il guasto ring. L'evidente svantaggio è che vengono inutilmente abbattuti flussi LP (nella span C-D) necessari per la protezione span, allo scopo di proteggere flussi HP che comunque non arrivano a destinazione.

L'idea alla base della presente invenzione consiste nel considerare singolarmente i vari path installati nella rete ad anello e valutare se attraversano un singolo guasto (tipo ring o tipo span), un guasto plurimo dello stesso tipo (ad esempio un doppio guasto tipo ring), un guasto plurimo di tipo diverso (ad esempio un guasto tipo ring e un guasto tipo span) o se non attraversano nessun guasto.

Si faccia specifico riferimento al diagramma di flusso di Fig. 3 e alle Figure 4.1, 4.2.1 e 4.2.2. Il PATH A non attraversa nessun guasto e pertanto su di esso non verrà attuata alcuna protezione (il PATH A' coincide con il PATH A). Il PATH B attraversa un singolo guasto tipo span e su di esso verrà attuata una protezione span ottenendo il PATH Β'. Il PATH D attraversa un doppio guasto di tipo diverso (un guasto ring nella tratta F-G ed un guasto span nella tratta C-D) e su di esso verrà attuata una protezione ring ottenendo il PATH D'. Il PATH C attraversa un singolo guasto tipo ring (nella tratta F-G) e bisogna pertanto verificare che le risorse LP che si intendono utilizzare per il reinstradamento di ring non siano già utilizzate per attuare una protezione span.

Si supponga che il PATH C sia originariamente installato sull'AU-4 #x HP (con x compreso tra 1 e n) e che il PATH B, almeno per quanto riguarda la span C-D, sia installato sull'AU-4#y HP (ancora con y compreso tra 1 e n). Se x ≠ y, la protezione ring può essere attuata per salvare il PATH C (Fig. 4.2.1); se x = y la protezione ring non può essere attuata perché i canali LP che si dovrebbero utilizzare sono utilizzati per la protezione span del PATH B (fig. 4.2.2). Nel caso in cui il PATH C non possa essere salvato, si eviterà di sacrificare inutilmente canali LP (eventualmente utilizzati per traffico LP). La priorità più alta di un guasto span rispetto ad un guasto ring è comunque rispettata.

Al fine di realizzare il metodo secondo l'invenzione, è necessario che ogni nodo della rete ad anello conosca la mappa del traffico HP e quella del traffico LP, oltre che tutti i guasti (e la loro locazione) presenti nella rete. Inoltre, ogni nodo deve avere la possibilità di gestire le segnalazioni per entrambe le protezioni. Queste informazioni consentono al nodo di sapere quali sono i flussi HP che possono venire salvati e quali invece sono impossibili da recuperare.

Tuttavia, le segnalazioni scambiate tra i nodi e previste dalla normativa non consentono di portare in contemporanea informazioni sui due tipi di protezioni differenti. Si rende pertanto necessaria una modifica del protocollo di comunicazione affinché permetta Tevoluzione sincronizzata del meccanismo di span switching (tra i nodi adiacenti il guasto span) e del meccanismo di ring switching per tutti i nodi dell' anello.

Secondo l'invenzione, la segnalazione deve riportare contemporaneamente la presenza del guasto di tipo span e del guasto di tipo ring presenti sulTanello.

I grafici "a lisca di pesce" (simili a quelli utilizzati nella Raccomandazione ITU-T G. 841) riportati nelle Figure 5 e 6 illustrano schematicamente cosa avviene in una rete ad anello nel caso si verifichi un ulteriore guasto, in aggiunta ad un guasto già esistente. In particolare, la Fig. 5 considera il verificarsi di un guasto ring in presenza di una protezione span (di priorità maggiore) già attiva sulla rete ad anello e la Fig. 6 considera il verificarsi di un guasto span (di priorità superiore) in presenza di una protezione ring attiva. In entrambe le situazioni viene fornita la segnalazione da prevedere ai fini di consentire la coesistenza di entrambe le protezioni ring e span sulTanello.

In Fig. 5, si supponga di partire da una situazione di singolo guasto span tra i nodi C e D nella quale i vari nodi interessati hanno già effettuato le necessarie azioni di bridge e switch e nella rete ad anello viaggiano segnalazioni tipo 2SF (2<nd >stage of Span Failure). Si verifica un guasto ring (RF) tra i nodi F e G, segnalato inizialmente dal nodo F con opportune segnalazioni (2SF+1RF, 2<nd >stage of Span Failure I<st >stage of Ring Failure). Appena ricevuta questa segnalazione dai nodi adiacenti al guasto ring (nodi F e G), tutti gli altri nodi si preparano a gestire la protezione ring per i path che attraversano entrambi i guasti. Successivamente, i nodi adiacenti al guasto span rilasciano la protezione span ed eseguono la protezione ring per i path che attraversano entrambi i guasti. Poi, ciascun nodo esegue le operazioni di bridge e switch per il guasto ring. Una volta terminate queste operazioni, i nodi adiacenti al guasto ring inviano segnalazioni che indichino il completamento della protezione ring (2SF+2RF, 2<nd >stage of Span Failure 2<nd >stage of Ring Failure).

In Fig. 6, si supponga di partire da una situazione di singolo guasto ring tra i nodi F e G nella quale i vari nodi interessati hanno già effettuato le necessarie azioni di bridge e switch e nella rete ad anello viaggiano segnalazioni tipo 2RF (2<nd >stage of Ring Failure). Si verifica un guasto span (SF) tra i nodi C e D, segnalato inizialmente dal nodo D con opportune segnalazioni (2RF+1SF, 2<nd >stage of Ring Failure I<st >stage of Span Failure). Appena ricevuta questa segnalazione dai nodi adiacenti al guasto span (nodi C e D), tutti gli altri nodi rimuovono le protezioni ring se la protezione span ha bisogno di corrispondenti path LP. Completata la protezione span, i nodi adiacenti al guasto ring inviano opportune segnalazioni (2SF+2RF, 2<nd >stage of Span Failure 2<nd >stage of Ring Failure).

L'ambito della presente invenzione si estende anche ad un nodo o elemento di rete in grado di eseguire le fasi del metodo.

Il metodo dell'invenzione può essere eseguito sia in hardware sia in software e pertanto l'ambito dell'invenzione si estende anche ad un programma software in grado di eseguire il metodo e ad un mezzo di memoria sul quale è memorizzato il programma software.

Benché per chiarezza la presente invenzione abbia trattato la situazione di reti ad anello affette da guasti plurimi, è evidente che la parola "guasto" deve essere intesa come comprendente guasti veri e propri alla fibra, ad elementi di rete o a loro componenti ma anche degradi di segnale o comandi d'operatore che potranno essere complessivamente definiti "eventi".

Per il significato delle sigle e della terminologia usata in questa descrizione e nei disegni si faccia riferimento alla suddetta Raccomandazione ITU-T G. 841.

È evidente che al metodo e al nodo secondo la presente invenzione potranno essere apportate numerose modificazioni, adattamenti e varianti senza peraltro fuoriuscire dall’ambito di protezione definito dalle seguenti rivendicazioni che si intendono tutte una parte integrante della presente descrizione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per gestire guasti in una rete per telecomunicazioni con topologia ad anello, detta rete ad anello comprendendo elementi di rete e tratte di fibra ottica, dette tratte di fibra connettendo gli elementi di rete in una configurazione chiusa ad anello, ogni tratta di fibra comprendendo una pluralità di fibre, metà per canali ad alta priorità (HP) e metà per canali a bassa priorità (LP), nella detta rete ad anello essendo installato un path protetto per portare traffico informativo da un elemento di rete ad un altro utilizzando i canali ad alta priorità, il metodo, comprendendo la fase di attuare una protezione di tipo ring in caso di singolo guasto di tipo ring in detto path, caratterizzato dal comprendere l'ulteriore fase, eseguita prima di attuare la protezione di tipo ring, di verificare che i canali a bassa priorità necessari per attuare la protezione di tipo ring siano disponibili, cioè non siano già utilizzati per attuare un'altra protezione e, in caso negativo, non attuare alcuna protezione di tipo ring.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal comprendere l'ulteriore fase di, in caso di guasto plurimo di tipo diverso in detto path, attuare una protezione di tipo ring.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la protezione di tipo ring attiva non viene rimossa in caso di un altro guasto a detto path se permane la disponibilità dei canali di protezione per attuarla.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal comprendere la fase di notificare a ciascun elemento di rete una mappa relativa al traffico sui canali ad alta priorità e su quelli a bassa priorità e l'eventuale presenza di guasti nella rete ad anello con la loro relativa locazione.
5. Metodo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal comprendere la fase, eseguita dagli elementi di rete in caso di guasto plurimo alla rete, di inviare, ricevere ed elaborare segnalazioni relative a due contemporanei tipi di protezione differenti, e di modificare il protocollo di comunicazione per permettere l'evoluzione sincronizzata del meccanismo di span switching, tra gli elementi di rete adiacenti il guasto span, e del meccanismo di ring switching per tutti gli elementi di rete.
6. Elemento di rete di una rete per telecomunicazioni con topologia ad anello che comprende una pluralità di elementi di rete e tratte di fibra ottica, dette tratte di fibra connettendo gli elementi di rete in una configurazione chiusa ad anello, ogni tratta di fibra comprendendo quattro fibre, due per canali ad alta priorità (HP) e due per canali a bassa priorità (LP), nella detta rete ad anello essendo installato un path protetto per portare traffico informativo da un elemento di rete ad un altro utilizzando i canali ad alta priorità, detto elemento di rete comprendendo mezzi per attuare una protezione di tipo span in caso di singolo guasto di tipo span in detto path e mezzi per attuare una protezione di tipo ring in caso di singolo guasto di tipo ring in detto path, caratterizzato dal comprendere inoltre mezzi per verificare, prima di attuare la protezione ring, che i canali a bassa priorità necessari per attuare la protezione di tipo ring siano disponibili, cioè non siano già utilizzati per attuare un'altra protezione e, in caso negativo, non attuare alcuna protezione di tipo ring.
7. Elemento di rete secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal comprendere inoltre mezzi per attuare una protezione di tipo ring in caso di guasto plurimo di tipo diverso in detto path.
8. Elemento di rete secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal comprendere mezzi per immagazzinare una mappa relativa al traffico sui canali ad alta priorità e su quelli a bassa priorità e l'eventuale presenza di guasti nella rete ad anello con la loro relativa locazione.
9. Elemento di rete secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal comprendere mezzi per, in caso di guasto plurimo alla rete, inviare, ricevere ed elaborare segnalazioni relative a due contemporanei tipi di protezione differenti, gli elemenmti di rete dialogando tra loro attraverso un protocollo di comunicazione che permette l'evoluzione sincronizzata del meccanismo di span switching, tra gli elementi di rete adiacenti il guasto span, e del meccanismo di ring switching per tutti gli altri elementi di rete.
10. Rete per telecomunicazioni con topologia ad anello, detta rete ad anello comprendendo elementi di rete e tratte di fibra ottica, dette tratte di fibra connettendo gli elementi di rete in una configurazione chiusa ad anello, ogni tratta di fibra comprendendo quattro fibre, due per canali ad alta priorità (HP) e due per canali a bassa priorità (LP), nella detta rete ad anello essendo installato un path protetto per portare traffico informativo da un elemento di rete ad un altro utilizzando i canali ad alta priorità, ogni elemento di rete comprendendo mezzi per attuare una protezione di tipo span in caso di singolo guasto di tipo span in detto path e mezzi per attuare una protezione di tipo ring in caso di singolo guasto di tipo ring in detto path, caratterizzata dal fatto che ogni elemento di rete comprende inoltre mezzi per verificare, prima di attuare la protezione ring, che i canali a bassa priorità necessari per attuare la protezione di tipo ring siano disponibili, cioè non siano già utilizzati per attuare un'altra protezione e, in caso negativo, non attuare alcuna protezione di tipo ring.
11. Rete ad anello secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che ogni elemento di rete comprende inoltre mezzi per attuare una protezione di tipo ring in caso di guasto plurimo di tipo diverso in detto path.
12. Rete ad anello secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzata dal fatto che ogni elemento di rete comprende mezzi per immagazzinare una mappa relativa al traffico sui canali ad alta priorità e su quelli a bassa priorità e l'eventuale presenza di guasti nella rete ad anello con la loro relativa locazione.