Технология защитного переключения PON

С ростом услуг в сетях PON необходимо внедрять технологию защитного переключения PON для обеспечения стабильности инженерных приложений и устранения перебоев в обслуживании, вызванных различными коммуникационными сбоями. В данной статье в основном рассматриваются несколько различных технологий защиты PON на OLT и описываются некоторые особенности реализации на основе решения с двумя портами PON. ONU остается в сети, и услуги не прерываются до и после переключения решения. Задержка составляет менее 100 мс, что значительно гарантирует стабильность сети.

Введение

PON (пассивная оптическая сеть) — это технология широкополосного доступа по оптоволокну, охватывающая последнюю милю. Для этого требуется установить простой оптический разветвитель в точке оптического ответвления, что дает такие преимущества, как экономия ресурсов оптоволоконного кабеля, совместное использование полосы пропускания, отсутствие электромагнитных помех, безопасность оборудования, высокая производительность и низкая стоимость комплексного построения сети. Экономия магистрального волокна является огромным преимуществом системы PON, но это также сопряжено с большим риском. При выходе из строя магистрального волокна в системе PON это приведет к одновременному прерыванию работы всех оптических сетевых устройств (ONU), подключенных к этому волокну.

Кроме того, в системе существует вероятность отказа оптического модуля и порта, подключенного к магистральному волокну. Для обеспечения стабильности услуг в инженерных приложениях и устранения перебоев, вызванных различными коммуникационными сбоями, требуется эффективное и надежное решение по защитному переключению. При отказе магистрального волокна защитное переключение может быть выполнено в кратчайшие сроки с восстановлением услуг без нарушения работы пользователей.

1. Введение в технологию защитного переключения PON

1.1 Обзор защиты PON

В настоящее время наиболее часто используемыми технологиями защиты PON являются четыре типа защиты A, B, C и D, определенные в стандартах ITU-T G.984. Диапазон защиты типов A и B — это защита от порта PON OLT до оптического разветвителя. Разница между ними заключается в том, включен ли порт PON OLT в зону защиты. Объем защиты типов C и D представляет собой комплексную защиту от порта PON OLT до порта PON ONU. Разница между ними заключается в том, включен ли порт PON ONU в зону защиты.

1.2 Тип защиты PON A

Тип защиты PON A в основном использует один порт PON на OLT со встроенным оптическим переключателем 1×2 для выбора оптического модуля и последующего переключения рабочей линии. В оптической распределительной сети (ODN) используется оптический разветвитель 2:N, и между разветвителем и OLT устанавливаются два относительно независимых и взаимно резервирующих оптоволоконных канала. OLT периодически проверяет состояние линии. При выходе из строя оптического канала он переключается на резервный оптический канал.

1.3 Тип защиты PON B

Два порта PON OLT в типе защиты PON B используют независимые чипы PON MAC и оптические модули и определяются как основной порт PON и резервный порт PON. Основной порт PON находится в рабочем состоянии, а резервный порт PON — в состоянии холодного резерва.

При использовании оптического разветвителя ODN между разветвителем и OLT одновременно подключены два относительно независимых и взаимно резервирующих оптоволоконных канала. OLT обеспечивает синхронное резервное копирование служебной информации основного порта PON и периодически проверяет состояние линии и рабочее состояние порта PON. При выходе из строя основного оптоволоконного канала или порта PON OLT немедленно переключается на резервный порт PON и оптоволоконный канал. Резервный порт PON может сохранять неизменными атрибуты услуг ONU, и услуги переносятся на резервный канал.

1.4 Тип защиты PON C

Тип защиты PON C использует два порта PON на OLT, и основной и резервный порты PON взаимно горячего резервирования. ONU использует PON MAC и разные оптические модули; перед портом PON встроен оптический переключатель 1×2. Два оптических разветвителя 1:N используются для установления двух независимых и взаимно резервирующих оптоволоконных каналов между ONU и OLT. OLT гарантирует, что служебная информация основного порта PON может одновременно копироваться на резервный порт PON. Как ONU, так и OLT обнаруживают состояние канала и принимают решение о переключении в зависимости от его состояния.

1.5 Тип защиты PON D

В типе защиты PON D двойные порты PON на OLT, двойные порты PON на ONU, магистральное волокно, оптический разветвитель и распределительное волокно — все имеют двойное резервирование. Как основной, так и резервный порты PON OLT находятся в рабочем состоянии. OLT гарантирует синхронное резервное копирование служебной информации активного порта PON на резервный порт PON. В результате резервный порт PON может сохранять неизменными атрибуты услуг ONU во время процесса защитного переключения.

ONU использует разные чипы PON MAC и разные оптические модули. ONU должен обеспечить возможность одновременного резервного копирования служебной информации основного порта PON на резервный порт PON, чтобы ONU мог сохранять локальные атрибуты услуг во время процесса защитного переключения порта PON. Основной и резервный порты PON ONU находятся в рабочем состоянии. Резервному порту PON не требуется выполнять начальную конфигурацию ONU и настройку атрибутов услуг во время процесса защитного переключения порта PON. Как ONU, так и OLT обнаруживают состояние канала и принимают решение о переключении в зависимости от его состояния.

1.6 Выбор из 4 типов защиты PON

Выше представлены четыре типа защиты PON A, B, C и D и их решения. Два порта PON OLT в типе A используют один чип PON MAC, который подключается к двум оптическим модулям через переключатель 1×2 для обеспечения защиты двух портов PON. Этот тип применим только для защиты на одной плате PON. Хотя типы защиты C и D защищают всю сеть, делая систему наиболее надежной, стоимость такой защиты слишком высока. Кроме того, оборудование ONU также должно поддерживать соответствующую функцию защиты PON, что могут позволить себе только пользователи высокого класса. Поэтому в реальных проектах оно используется редко.

Учитывая стоимость доступа и практичность, защита типа B является более экономичной и практичной. При защите типа B два порта PON OLT используют независимые чипы PON MAC и оптические модули для обеспечения защиты двух портов PON, что подходит для защиты между любыми двумя портами PON одного OLT.

2. Реализация функции защитного переключения PON

2.1 Группа защиты PON

Группа защиты PON состоит из двух портов доступа PON. Члены группы защиты имеют две роли: рабочий и защищающий. Один является рабочим портом, а другой — защищающим портом. В нормальных рабочих условиях рабочий порт передает услуги. При выходе из строя оптоволоконного канала на рабочем порту система автоматически переключает услугу с рабочего порта на защищенный порт, чтобы обеспечить передачу услуг.

2.2 Состояние членов группы защиты

Члены группы защиты могут находиться в двух состояниях: активном и резервном. Порт в активном состоянии пересылает данные, а порт в резервном состоянии не пересылает данные.

2.3 Типы переключения

Существует два типа переключения группы защиты: автоматическое переключение, вызванное отказом, и защитное переключение, выполняемое вручную. Ручное защитное переключение также называется принудительным переключением:

(1) Автоматическое переключение означает, что OLT и ONU без вмешательства человека автоматически переключают оптоволоконный канал при выполнении условий переключения.

(2) Принудительное переключение означает выполнение команды принудительного переключения на OLT, в результате чего происходит переключение оптического канала независимо от того, исправен ли указанный целевой элемент.

3. Ключевые моменты технологии защитного переключения PON

Для обеспечения плавного перехода услуг после защитного переключения PON необходимо синхронно выдавать начальную конфигурацию группы защиты PON. Также необходимо синхронизировать динамические данные во время работы группы защиты. Начальная конфигурация относится к статической информации о конфигурации услуг основного порта PON в группе защиты, такой как VLAN, пропускная способность, голосовая конфигурация и конфигурация многоадресной видеоуслуги. Динамические данные включают таблицу изучения MAC-адресов, информацию о членах многоадресной группы, таблицу привязки DHCP, ключевую информацию.

3.1 Синхронизация конфигурации

Конфигурация одного и того же ONU на двух портах PON в группе защиты должна быть синхронизирована. Ключевые моменты синхронизации конфигурации заключаются в следующем:

1) Все ONU, аутентифицированные на основном порту PON, должны быть синхронизированы с резервным портом PON, что позволит ONU обновить свою структуру состояний онлайн. Модуль активного порта PON также должен синхронизировать информацию о состоянии конфигурации с модулем резервного порта PON, чтобы избежать повторных конфигураций и не повлиять на услуги.

2) Синхронизация динамических данных: синхронизация динамических данных означает синхронизацию данных с порта PON в рабочем состоянии на порт PON в резервном состоянии при изменении данных. Для этого требуется главный процессор для синхронизации данных в реальном времени.

3.2 Восстановление услуг

После выполнения переключения активного/резервного порта PON исходный резервный порт PON становится активным портом. Все конфигурации, связанные с PON, и конфигурации ONU под портом PON должны быть такими же, как у исходного рабочего порта PON. После завершения защитного переключения PON все услуги могут быть автоматически восстановлены, когда новый рабочий порт PON станет нормально доступным.

3.3 Защитное переключение PON в продуктах OLT компании C-Data

С увеличением количества типов услуг, предоставляемых сетями PON, для обеспечения стабильности услуг в инженерных приложениях C-Data использует защиту PON в реальных проектах, учитывая стоимость доступа и практичность, и полностью поддерживает PON для защиты типа B. Пользователю не нужно обращать внимание на то, какой порт PON группы защиты в данный момент работает. Все операции основаны на основном порте PON. При срабатывании защитного переключения состояние резервного порта меняется на рабочее, и он заменяет основной порт PON, продолжая передавать услуги.

Насколько нам известно, функция защиты PON, реализованная в OLT некоторых производителей, на самом деле не выполняет защитное переключение, а только копирует конфигурацию активного порта на резервный порт. В результате все ONU после переключения будут отключены, и услуга будет потеряна, что создаст большие неудобства для обслуживающего персонала. Однако наши решения OLT реализуют истинное защитное переключение. Когда порт PON полностью загружен ONU, ONU могут оставаться в сети до и после переключения без перерыва в обслуживании, надежно и быстро обеспечивая стабильность сети.

Заключение

С популяризацией информационных технологий, таких как большие данные, искусственный интеллект, облачные вычисления и интернет вещей, технология PON эффективно поддерживает цифровое развитие различных отраслей благодаря своей технической надежности, практичности и относительно разумным ценовым преимуществам. Являясь профессиональным поставщиком продуктов сетевого доступа, компания C-Data обеспечит надежное и стабильное развертывание сетей для отраслей по всему миру и будет применять больше технологий защиты PON в своих продуктах. В то же время, для потребителей важно выбирать решения OLT, поддерживающие защиту PON от C-Data, совместно способствуя устойчивому развитию глобальных цифровых сетей.