Planeamento e Projecto de Redes. Capítulo 5. Sobrevivência de Rede

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1 Planeamento e Projecto de Redes Capítulo 5 Sobrevivência de Rede João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 114

2 Sobrevivência de Rede A sobrevivência de rede traduz a capacidade de uma rede continuar a oferecer serviços na presença de falhas internas. As falhas podem ocorrer a nível dos nós da rede (equipamento) ou a nível das vias de transmissão, sendo as últimas as mais frequentes. A causa mais comum está associada à danificação dos cabos de fibras ópticas devido a causas de origem natural (tremores de terra, etc. ) ou humana (escavadoras, incêndios, etc.). AT&T fiber optic cable cut in California April 9, :07pm ET An AT&T-owned fiber optic cable was severed in Silicon Valley Thursday, causing Internet, voice, and wireless outages, as well as compromised 911 access for thousands of customers. AT&T confirmed the outage to CNET, and said it is working to fix the issue. Fonte: In December 2006, 4 major fiber optic lines were severely damaged following a major earthquake in Taiwan. The cuts basically erased all eastward data routes from Southeast Asia. It took 49 days for crews on 11 giant cable-laying ships to fix all of the 21 damage points. Fonte: Corte de cabos de fibra óptica em Lisboa deixa... (1/11/2007) Um corte nos cabos de fibra óptica na zona de São Sebastião, junto ao Corte Inglés, em Lisboa, privou cerca de 12 mil clientes da TV Cabo dos serviços da Portugal Telecom na quarta-feira, disse à Lusa fonte oficial da operadora. «Também alguns clientes móveis foram afectados», adiantou a mesma fonte. O corte deveu-se às obras do metropolitano em São Sebastião, onde umas estacas bateram num cabo de fibra óptica e deitaram-no abaixo, indicou à Lusa fonte do Metropolitano de Lisboa. Fonte:metrolisboa.blogspot.com/2007/11/corte-de-cabos-de-fibra-ptica-em-lisboa.html João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 115

3 Fiber Optic Cable Cuts Isolate Millions From Internet,Future Cuts Likely (January 31, 2008) O cabo submarino FLAG foi um dos cabos afectados Large swaths of the Middle East and Southeast Asia fell into internet darkness after two major underseas fiber optic links were damaged off Egypt s coast on Wednesday. Early reports blamed an errant anchor for severing the cables, but THREAT LEVEL has not yet been able to confirm that s the cause. Telecoms in Egypt, India, Pakistan and Kuwait (among others) are scrambling to find other arrangements to carry their internet and long distance phone traffic. Some telecoms had complete outages since their contingency plans if one cable broke was to use the other. Seventy percent of the networks in Pakistan experienced an out, with Egypt, Malidives, Kuwait, Lebanon and Algeria also suffering severe outages, according to traffic analysis by Renesys. The cuts hit two fiber optic links: FLAG Europe Asia and SEA-ME-WE-4. The two cables are competitors that carry traffic from Europe through the Middle East along to Japan (and vice versa). FLAG runs about 17,000 miles, stretching from London, through the Suez canal, around India, along China s coast to Japan. SEA-ME-WE-4 follows roughly the same geographic path. Fonte: João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 116

4 Disponibilidade: Definições (I) Grau de sobrevivência exprime a capacidade de uma rede de recuperar de uma ou mais falhas. Defeito de um elemento de rede: redução da capacidade de um elemento de rede realizar as funções requeridas. Falha de um elemento de rede: fim da capacidade de um elemento de rede para realizar as funções requeridas. Defeito Defeito Falha Reparação Tempo operacional não operacional operacional Tempo médio entre falha ou MTBF (mean time between failures): define o tempo médio que decorre entre duas falhas consecutivas do mesmo elemento de rede. Tempo médio de reparo ou MTTR (mean time to repair): tempo médio que é necessário para reparar as falhas de um elemento de rede. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 117

5 Disponibilidade: Definições (II) A indisponibilidade ou U (unavailability) traduz a probabilidade de um elemento de rede não estar operacional num certo instante de tempo. É definida por U = MTTR MTTR + MTBF MTTR MTBF A disponibilidade ou A (availability) de um elemento de traduz a probabilidade desse elemento de estar perfeitamente operacional num certo instante de tempo MTTR A = 1 U 1 MTBF A disponibilidade é normalmente expressa em termos da percentagem de tempo durante um ano em que o sistema está totalmente operacional. Disponibilidade (%) 99% (2 noves) 99.9% (3 noves) 99.99% (4 noves) % (5 noves) % (6 noves) Tempo em baixa/ano 3.65 dias 8.76 h 52.6 m 5.26 m 31.5 s João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 118

6 Parâmetros típicos Valores de MTBF e MTTR típicos: Tipo de equipamento Servidor WEB Carta de interface IP Router IP Switch ATM DXC SDH ou OXC ou O Variação do MTBF (h) MTTR típico (h) Para cabos de fibra óptica o valor de MTBF é normalmente determinado usando a métrica CC (cable cut), que é definida como sendo o comprimento do cabo para o qual há em média um corte do cabo por ano. Ex: Se CC=500 km então têm-se que por cada 500 km há em média um corte no cabo por ano O MTBF de um cabo é assim calculado por MTBF (h) = (CC )/ Comprimento do cabo O valor típico para o MTTR é 24 h João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 119

7 Disponibilidade de Rede (I) Para calcular a disponibilidade de uma rede assume-se que as disponibilidades dos diferentes elementos de rede são independentes. Para o caso em que os diferentes elementos de rede estão ligados em série a disponibilidade da rede é igual ao produto da disponibilidade de cada uma dos elementos de rede. A 1 A 2 A N N A N = A i i= 1 No caso em que os diferentes elementos de rede estão ligados em paralelo a indisponibilidade da rede é igual ao produto das indisponibilidades dos diferentes elementos de rede A 1 A 2 A N = 1 U = 1 M i= 1 U i = 1 M i= 1 (1 A i ) A M João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 120

8 Disponibilidade de Rede (II) Para uma rede resultante de ligações paralelo série vem: A 1,1 A 1,2 A 1,N A 2,1 A 2,2 A 2,N A N = 1 U = 1 M j= 1 U j = 1 M (1 N j= 1 i= 1 A j, i ) A M,1 A M,2 A M,N Assumindo que as disponibilidades de um nó (elemento de rede) e de uma ligação (via de transmissão) são independentes, a disponibilidade de um caminho obtém-se multiplicando as disponibilidades DXC DXC DXC Protecção DXC DXC A disponibilidade do caminho representado seria dada por: x0.9995x x0.9998x Para aumentar e disponibilidade do caminho seria necessário ter por exemplo um caminho redundante (caminho de protecção) para o caso de falha do primeiro. A disponibilidade do caminho protegido é dada por 1-( )( ) João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 121

9 Técnicas de Sobrevivência As técnicas usadas para garantir que uma rede SDH continue a proporcionar serviços mesmo em presença de falhas na rede são as seguintes: Protecção de equipamento; Protecção linear; Protecção de anel; Restauro. A protecção de equipamento é garantida duplicando as cartas e as ligações entre estas. A protecção linear é aplicada em ligações ponto-a-ponto. Essa protecção pode ser realizada a nível de caminho (protecção de caminho), ou a nível de secção de multiplexagem (protecção de secção). A protecção de anel aplica-se a topologias físicas em anel e também pode ser realizada a nível de caminho ou a nível de secção. O restauro aplica-se a redes com uma topologia física em malha e consiste em encontrar caminhos alternativos aos caminhos com falhas, sendo a operação, normalmente, coordenada pelo plano de gestão de rede. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 122

10 Anomalias, Defeitos e Falhas O sistema de protecção ou de restauro numa rede SDH é activado na presença de falhas graves. Essas falhas desencadeiam um processo de geração de alarmes, que por sua vez são responsáveis por activar o sistema referido. Um comportamento errático em certas funcionalidades da rede pode ser classificado como anomalia, defeito ou falha. Uma anomalia corresponde a uma degradação do desempenho do sistema. Um defeito conduz a uma incapacidade para executar um serviço devido ao mau funcionamento do hardware ou do software do sistema, ou a uma degradação do desempenho muito acentuada, traduzida por uma razão de erros binários igual ou superior a Uma falha é um defeito persistente. A detecção de um defeito a nível de caminho ou secção é realizada monitorizando o sinal recebido. Exemplos de defeitos: perda de sinal ou LOS (loss of signal), perda de trama ou LOF (loss of frame), incoerência do traço de sinal ou TIM (trace identification mismatch), perda de ponteiro ou LOP (loss of pointer), etc. As anomalias são originadas por eventos tais como perda de enquadramento de trama ou OOF (out of frame alignment), sinal degradado ou SD (signal degrade) e os erros de detectados usando B1, B2, B3 e BIP-2 desde que a razão de erros fique abaixo de João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 123

11 Protecção Linear A protecção linear de caminho protege os caminhos (VCs) individualmente (extremo-aextremo), enquanto a protecção de secção protege todo o sinal STM-N (em cada arco). Qualquer uma dessas protecções ainda pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1). Protecção de secção dedicada (1+1) O sinal STM-N é duplicado e enviado simultaneamente pela via de serviço e pela via de protecção (fibras de serviço e protecção). Na recepção é seleccionado o sinal da via de serviço. Quando esse sinal se degrada o receptor comuta para a via de protecção. Funcionamento em estado normal STM-N comutador Fibra de serviço (ou λ) Fibra de protecção (ou λ) NE 1 NE 2 Corte na fibra de serviço (ou λ) comutador Alarmes que desencadeiam a comutação Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) (Valor de BER elevado 10-3 Funcionamento depois de uma falha Fibra de protecção (ou λ) NE 1 NE 2 O sistema pode funcionar em modo de protecção reversível (volta à situação normal depois da falha ser reparada) ou modo irreversível no caso oposto. Esta forma de protecção é muito rápida e não requer nenhum protocolo de sinalização João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 124

12 Protecção Linear (secção 1:1) A protecção de secção 1+1 requer a duplicação dos sinais STM-N, sendo por isso uma solução dispendiosa. Tem a vantagem de não requerer sinalização entre os nós da rede, sendo portanto muito rápida. A protecção 1:1 requer o uso de sinalização (mais lenta), mas pode usar o sistema de protecção para tráfego não prioritário. Protecção de secção partilhada (1:1) O sinal STM-N é enviado num certo instante é enviado através de uma única via. Em presença de uma falha na fibra o sinal é comutado para a outra fibra. Requer também o uso de um comutador no emissor e um protocolo APS (Automatic Protection Switching). comutador comutador Funcionamento em estado normal Funcionamento depois de uma falha STM-N Fibra de serviço (ou λ) Fibra de protecção (ou λ) NE 1 NE 2 Fibra de serviço (ou λ) Fibra de protecção (ou λ) comutador NE 1 NE 2 Alarmes que desencadeiam a comutação Perda de sinal ou LOS (Loss of Signal) Perda de trama ou LOF (Loss of Frame) ) Sinal degradado ou DS (Degraded Signal) O NE que detecta a falha (NE 2) deve comunicar com o NE que inicia a secção (NE 1) usando o protocolo APS, para este comutar o tráfego para a via de protecção. O APS é transmitido nos octetos K1 e K2 do cabeçalho de sec. de multiplexagem. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 125

13 Protecção Linear de Caminho A protecção linear de secção só protege os arcos ou ligações entre os elementos de rede. Como as diferentes fibras ou comprimentos de onda são transportados no mesmo cabo, esse mecanismo não resolve os problemas dos cortes nos cabos, mas unicamente as falhas nas cartas dos NEs. A protecção linear de caminho ( aplicada a sinais VC-n) pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1). No último caso o protocolo APS é transmitido no octeto K3 para o caso do VC-3 e VC-4. O esquema de protecção SNCP (Subnetwork Connection Protection) é um exemplo de protecção linear de caminho 1+1. MSSP MSSP Serviço SNCP: MSSP MSSP Vc-n MSSP MSSP MSSP MSSP Protecção MSSP MSSP Protege contra falhas simples nos nós e nas ligações. MSSP MSSP João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 126

14 Protecção de Anel: Tipos e Estrutura de Anéis Os anéis podem ser unidireccionais ou bidireccionais. No caso dos anéis unidireccionais um caminho (bidireccional) entre dois nós ocupa todo o anel, enquanto nos anéis bidireccionais só ocupa parte do anel. Anel Unidireccional Anel Bidireccional com 2 fibras C A A C Arco C A A C A A D B D B C Fibra de protecção Fibra de protecção C Fibra de serviço C A A C Fibra de serviço Um anel é composto de diferentes arcos, sendo cada um responsável por ligar dois nós. Os anéis podem ainda usar duas ou quatro fibras. C A A C João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 127

15 Anel Unidireccional com Protecção de Caminho O anel unidirecional com protecção de caminho, designado na terminologia SONET por UPSR (Unidirectional Path-Switched Rings) usa um esquema de protecção dedicado 1+1. O tráfego originado num determinado nó é enviado simultaneamente pela fibra de serviço no sentido dos ponteiros do relógio e pela fibra de protecção no sentido contrário. C A A C C A A C Este tipo de protecção representa uma caso particular da SNCP A A D Estado Normal Fibra de protecção C B D Estado Normal Fibra de protecção C B As entidades comutadas são contentores virtuais Corte nas duas fibras C A A C Fibra de serviço A comutação de protecção é realizada a nível da camada de caminho para cada ligação. A qualidade do sinal é continuamente monitorizada. Quando tem lugar um corte na fibra de serviço o nó que detecta a falha comuta para a fibra de protecção. C A A C Comuta para a protecção João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 128

16 Protecção de Anel: Protecção a Nível de Secção A protecção de anel a nível de secção de multiplexagem pode ser partilhada ou dedicada. Protecção de secção Anel com protecção partilhada de secção de multiplexagem ou MS-SPRING (Multiplex Section Shared Protection Ring) (ITU-T G.841) Anel com protecção dedicada de secção de multiplexagem ou MS-DPRING (Multiplex Section Dedicated Protection Ring) Os anéis MS-SPRING compreendem duas categorias: anéis de 2 fibras e anéis de 4 fibras. Estes anéis são bidireccionais: os sinais de tráfego normal (canais de serviço) são transmitidos sobre os mesmos arcos mas em sentido oposto. Os canais de serviço são protegidos pelos canais de protecção, que podem ser usados para tráfego não prioritário. Na terminologia SONET, esses anéis designam-se por BLSR (Bidirectional Line- Switched Rings). Os anéis MS-DPRING consistem em dois anéis unidireccionais com propagação em sentido inverso. Um transporta tráfego normal (anel de serviço) e o outro é reservado para proteger este tráfego (anel de protecção). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 129

17 Aplicação do Protocolo APS As etapas associadas à aplicação do protocolo APS em presença de um corte da fibra entre o nó B e o nó C são as seguintes: O nó B a partir da detecção de uma perda de sinal detecta a falha da fibra entre C e B. O nó B envia pelos octectos K1 e K2 pelo percuso mais curto e pelo mais longo um pedido de derivação para C. C depois de receber os octectos K1 e K2 e de reconhecer o seu endereço estabelece uma derivação para a via de protecção. A e D ao verificarem que os comandos recebidos não lhe são destinados reenviam-os. O nó C recebe de novo os octectos K1 e K2 pelo percuso mais longo e responde com o seu estado (comutado). Todos os nós são informados do novo estado. Quando B recebe essa informação passa também a comutado. A D Percurso mais longo A 5 Deixa passar K1 e K2 D B 2 1 Detecta a falha do sinal Envia octetos K nos dois sentidos D A 8 Estabelece uma derivação C 6 7 Recebe os octectos K1 e K2 Informa os nós do seu estado Percurso mais curto 4 Estabelece uma derivação 3 Recebe os octectos K1 e K2 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 130

18 Anel MS-DPRING No anel com protecção dedicada de secção de multiplexagem, os diferentes nós estão ligados por duas fibras ópticas, uma para a função de serviço e outra para protecção. O anel é unidireccional e no estado de funcionamento normal só a fibra de serviço transporta tráfego. O anel de protecção é usado quando a terminação de secção de multiplexagem detecta uma falha ou uma degradação do sinal na fibra de serviço. C A A C C A A C A A D Estado Normal B Estado de Protecção D B Fibra de protecção C C Derivação Corte nas duas fibras C A A C Fibra de serviço Derivação C A A C Depois de detectada a falha inicia-se o processo de recuperação usando o protocolo APS, o qual permite estabelecer derivações da fibra de serviço para a fibra de protecção nos nós que envolvem a falha e transportar a secção afectada pela fibra de protecção. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 131

19 Anel MS-SPRING com Duas Fibras No anel MS-SPRING com duas fibras, a capacidade de trabalho entre quaisquer dois nós só usa metade da capacidade bidireccional total, sendo a outra metade destinada a protecção. Assim, por exemplo, num anel com capacidade STM-N, os sinais STM-N transmitidos nos dois sentidos reservam os AU-4 numerados de 1 a N/2 para o transporte de tráfego de serviço e os AU-4 numerados de N/2+1 a N para protecção. Estado Normal C A A C STM-N Estado de Protecção C A A C A A D Protecção B D B C C Derivação Corte nas duas fibras Fibras ópticas C A A C Derivação C A A C A falha é indicada a nível de secção e a recuperação da falha usa o APS João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 132

20 Considerações sobre Aplicação do MSPRING Tempo de comutação : Num anel sem tráfego extra, com todos os nós a funcionar em modo normal e com menos de 1200 km de fibra óptica o tempo de comutação do tráfego para a capacidade de protecção (em arco ou anel) na presença de falhas deve ser inferior a 50 ms (ITU-T: G.841). MSPRING em aplicações submarinas : A aplicação directa do protocolo MSPRING poderia levar a situações com trajectos de protecção que atravessassem três vezes o oceano. Como as distâncias entre nós podem atingir vários milhares de km há que alterar o protocolo para estes casos: Na presença de falhas todos os AU-4 afectados pelas falhas são comutados para as vias de protecção pelos próprios nós fonte. Deve-se garantir um tempo de comutação inferior a 300 ms (ITU-T: G.841). Tráfego não protegido : Os MSPRING têm possibiliade de transportar alguns canais com tráfego não protegido, desactivando o protocolo APS para determinados AU-4s. O tráfego entre A e B é protegido pela camada ATM ATM Comutador ATM A ATM MSPRING (STM-16) ATM ATM B STM-1 não protegido STM-1 não protegido João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 133

21 Interligação de Anéis A interligação de anéis pode ser feita usando DXC ou s. No último caso a interligação é feita ligando as saídas inserção/extraçção de dois s de diferentes anéis. A interligação pode ser feita usando arquitecturas com um nó de interligação simples ou dual. A primeira tem um ponto de falha no ponto onde os anéis se interligam e por isso oferece um nível de fiabilidade baixo. Interligação com nó simples Interligação com nó dual Permite proteger o tráfego que transita entre os dois anéis. Uma falha num de interligação não causa problemas ao tráfego entre anéis. Ponto de falha simples João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 134

22 Facilidade Extrair & Continuar No caso da interligação com nó dual em vez de se estabelecer duas ligações entre o nó original e os dois nós de interligação num determinado anel, podese usar uma facilidade presente nos s designada por extrair & continuar (drop-and-continue) (ITU-T G-842). Selector De C Para C De D Para D C A D Nó 1 S Nó 1 S MSPRING 1 MSPRING 2 E B Nó 2 Nó 2 F Interligação: Eléctrica STM-1 Óptica STM-N O sinal unidireccional transmitido pelo nó C ao chegar ao nó 1 é extraído pelo desse nó e ao mesmo tempo é enviada uma réplica para o nó 2 (função continuar). O selector do nó 1 do anel 2 selecciona o sinal de melhor qualidade e envia-o para o anel. A interligação pode ser STM-1 ou STM-N. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 135

23 Interligação com Anel Virtual Como no caso da protecção SNCP (protecção de caminho) o tráfego é replicado na origem e enviado por dois caminhos distintos. Tráfego de Serviço De C Para C De D A Nó 1 Nó 1 D Para D C SNCP ring 1 SNCP ring 2 E B Nó 2 Nó 2 F Tráfego de Protecção O encaminhamento de informação deve ser feita de modo que o caminho associado ao tráfego de serviço usa nós de interligação entre os anéis diferentes do caminho de protecção João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 136

24 Topologias Lógicas nas Redes em Anel O modo como o tráfego é distribuido entre os diferentes nós de um anel leva ao conceito de topologia lógica. Podem-se ter diferentes tipos de topologias lógicas: estrela simples,estrela dupla, anel, malha, misto, etc. Estrela simples Padrão de tráfego em hub simples Estrela dupla Padrão de tráfego em hub duplo Anel Padrão de tráfego adjacente Nó Pedido de tráfego bidireccional Malha Padrão de tráfego uniforme Padrão de tráfego longo Os pedidos de tráfego são entre nós diametralmente opostos João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 137

25 Exemplos de Padrões de Tráfego num Anel STM-16 Nó A Padrão em hub simples 8 AU-4 Nó B Padrão de tráfego adjacente 8 AU-4 Nó A Nó B 5 AU-4 Nó D 5 AU-4 8 AU-4 O tráfego deve ser 8 AU-4 encaminhado entre dois nós de modo a MSPRING com 2 fibras MSPRING com 2 fibras ocupar o menor (STM-16) número de arcos e (STM-16) de modo a carregar o menos possível 3 AU-4 cada arco. Nó C Nó D 8 AU-4 8 AU-4 8 AU-4 Nó C 8 AU-4 3 AU-4 8 AU-4 Nó A 6 AU-4 6 AU-4 Nó B Padrão de tráfego misto Matriz de tráfego (AU-4) Nós A B C D 5 AU-4 Nó D 5 AU-4 MSPRING com 2 fibras (STM-16) 3 AU-4 2 AU-4 5 AU-4 Nó C 5 AU-4 2 AU-4 Os arcos A-B e A-D estão à capacidade máxima. A B C D AU-4 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 138

26 Protecção Linear OTN (1) A protecção linear OCh protege os canais ópticos individualmente, enquanto a protecção OMS protege todo o sinal WDM (conjunto de caminhos). Qualquer uma dessas protecções ainda pode ser dedicada (1+1) ou partilhada (1:1). Protecção OMS dedicada (1+1) O sinal WDM é replicado (usando um derivador óptico) e transmitido em duas fibras ópticas ( fibra de serviço e fibra de protecção). Na recepção um comutador óptico selecciona um dos dois sinais que chegam ao receptor. Funcionamento em estado normal derivador Fibra de serviço comutador Transponder Fibra de protecção Desmultiplexador WDM derivador comutador Funcionamento depois de uma falha Fibra de serviço Fibra de protecção João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 139

27 Protecção Linear OTN (2) A protecção OMS 1+1 requer a duplicação dos sistemas de linha WDM, sendo por isso uma solução dispendiosa. Tem a vantagem de não requerer sinalização entre os nós da rede, sendo portanto muito rápida. A protecção 1:1 requer o uso de sinalização (mais lenta), mas pode usar o sistema de protecção para tráfego não prioritário. Protecção OMS partilhada (1:1) O sinal WDM é enviado ou pela fibra de serviço, ou pela fibra de protecção requerendo o uso de um comutador óptico no nó emissor. Requer a presença de sinalização usando um protocolo APS (automatic protection switching). Funcionamento em estado normal comutadorr Fibra de serviço comutador Transponder Fibra de protecção Desmultiplexador WDM Funcionamento depois de uma falha comutadorr Fibra de serviço comutador O nó que detecta a falha (perda de sinal) deve comunicar com o nó fonte, para este comutar o sinal WDM para a fibra de protecção. Fibra de protecção João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 140

28 Protecção Linear OTN (3) Protecção OCh dedicada (1+1) O sinal óptico de cada tributário (no início do caminho óptico) é replicado usando um derivador óptico. O sinal e a sua réplica são enviados, respectivamente, pela fibra de serviço e fibra de protecção. Na recepção um comutador óptico selecciona um dos dois sinais, o qual é entregue à camada de serviço. Transponders Derivadores Multiplexadores Desmultiplexadores Comutadores Fibra de serviço Fibra de protecção Protecção OCh partilhada (1:1) Usa comutadores ópticos 1:2 na fonte em substituição dos derivadores do caso 1+1. Protecção OMS versus OCh A protecção OMS requer menos componentes ópticos, mas não permite fazer face a falhas em comprimentos de onda individuais, nem apresenta a flexibilidade do OCh, que permite usar diferentes esquemas de protecção para diferentes canais. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 141

29 Plano de comprimentos de onda Para um anel com N nós, o número de comprimentos de onda necessários para garantir uma topologia lógica em malha num anel unidireccional é igual a N (N-1)/2, enquanto uma topologia em estrela requer (N-1) λs. Exemplo de um plano de λs para um anel unidireccional com 4 nós (topologia lógica malha): A B C D A λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 5 λ 6 Um anel bidireccional com duas fibras requer (N 2-1)/4 λs para garantir um topologia lógica em malha, enquanto um anel bidireccional com quatro fibras requer (N 2-1)/8 λs. Exemplo de um plano de λs para um anel bidireccional com duas fibras (malha): Fibra de serviço (sentido dos ponteiros do relógio) A B C D E A λ 1 λ 2 λ 3 Fibra de protecção (sentido contrário aos ponteiros do relógio) λ 4 λ 5 λ 6 João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 142

30 Anel Bidireccional de Duas Fibras com Protecção OMS Banda azul Banda vermelha Estado de serviço Comprimento de onda Comprimento de onda Serviço Protecção Esta protecção também se designa por OMS- SPRING (Shared Protection Ring) Metade Metade dos dos comprimentos comprimentos de de onda onda em em cada cada fibra fibra são são usados usados para para serviço serviço e e metade metade para para protecção. protecção. A A fibra fibra com com sentido sentido horário horário usa usa a a banda banda vermelha vermelha para para serviço serviço e e a a fibra fibra inversa inversa usa usa a a banda banda azul. azul. É É possível possível reutilizar reutilizar os os comprimentos comprimentos de de onda onda ao ao longo longo do do anel anel e e implementar implementar uma uma conexão conexão em em malha. malha. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 143

31 Anel Bidireccional de Duas Fibras com Protecção OMS loopback Estado de protecção Comprimento de onda Quando Quando ocorre ocorre uma uma falha falha os os nós nós adjacentes adjacentes à à falha falha realizam realizam um um loopback loopback dos dos sinais sinais afectados. afectados. A A banda banda vermelha vermelha da da fibra fibra com com o o sentido sentido horário horário é é desviada desviada para para a a fibra fibra com com sentido sentido inverso. inverso. A A protecção protecção é é realizada realizada ao ao nível nível da da secção secção de de multiplexagem multiplexagem óptica óptica (OMS). (OMS). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 144

32 Estrutura de um Nó (Estado de Serviço) Comutador 2x2 O OA G 0 Fibra com sentido do relógio Comprimento de onda λ 1 (banda vermelha) Comprimento de onda λ 2 (banda vermelha) Comprimento de onda λ 3 (banda azul) Comprimento de onda λ 4 (banda azul) G 0 OA Amplificador óptico O Multiplexador de inserção/extracção Fibra com sentido oposto O nó inclui Os, comutadores ópticos e amplificadores ópticos. Os amplificadores ópticos com um ganho G 0 compensam todas as perdas. Os O são implementados usando AWGs (arrayed-waveguide gratings). João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 145

33 Estrutura de um Nó (Estado de Protecção) Comutador 2x2 O OA G 0 loopback Fibra com sentido de relógio falha Fibra com sentido oposto Comprimento de onda λ 1 (banda vermelha) Comprimento de onda λ 2 (banda vermelha) Comprimento de onda λ 3 (banda azul) Comprimento de onda λ 4 (banda azul) G 1 OA Amplificador óptico O Multiplexer de inserção/extracção O comutador óptico do lado da falha comuta para o estado cruzado. O O reencaminha os canais de serviço da fibra com sentido do relógio (banda vermelha) para os canais de protecção da fibra com sentido oposto. Os amplificadores ópticos no início e no fim da via de protecção têm um ganho G 1 que é mais baixo do que G 0. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 146

34 Anel Bidireccional com Protecção OCh Wavelength Em serviço Wavelength Este Este anel anel também também se se designa designa por por anel anel com com protecção protecção partilhada partilhada OCh OCh ou ou OCh-SPRing OCh-SPRing (optical (optical channel channel shared shared protecion protecion ring). ring). O tráfego tráfego bidireccional bidireccional tem tem de de usar usar λs λs diferentes diferentes para para as as duas duas direcções. direcções. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 147

35 Anel Bidireccional com Protecção OCh (Protecção) Em protecção A comutação comutação de de protecção protecção é é realizado realizado nos nos Os Os onde onde se se inicia inicia e e termina termina o o caminho caminho óptico. óptico. A comutação comutação é é realizada realizada individualmente individualmente a a nível nível dos dos caminhos caminhos afectados. afectados. Um Um vantagem vantagem da da protecção protecção OCh OCh em em relação relação à à OMS OMS é é um um caminho caminho de de protecção protecção mais mais reduzido. reduzido. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 148

36 Estrutura de um Nó para os Anéis OCh-SPring Como a protecção actua a nível do comprimento de onda individual é necessário um comutador para cada comprimento de onda. Depois de detectar uma falha a nível de caminho (perda de um comprimento de onda) o comutador comuta esse caminho para o percurso de protecção. Inserção Extracção Amplificador Mux WDM Comutador 2X1 Comutador 1X2 Dmux WDM Amplificador Protecção (tracejado) Serviço (cheio) No caso dos anéis com protecção OCh dedicada o comutador da parte de inserção é substituído por um derivador óptico, de modo a transmitir simultaneamente o caminho e a sua réplica em sentidos opostos. João Pires Planeamento e Projecto de Redes (09/10) 149