Protezione di rete: differenze tra le versioni

Naviga nella cronologia in modo interattivo

← Differenza precedente Differenza successiva →

Contenuto cancellato Contenuto aggiunto

In linea

Versione delle 23:40, 19 gen 2010

La protezione di rete o più semplicemente protezione nell'ambito delle telecomunicazioni indica i meccanismi automatici o semi-automatici che garantiscono la continuità della trasmissione a fronte di situazioni di guasto, malfunzionamento o degrado dei nodi della rete, del mezzo trasmissivo e del segnale stesso.

Il principio di funzionamento è il seguente: dato un circuito che trasporta un segnale (circuito principale, detto anche main oppure working oppure protected), in caso si verifichino nella rete condizioni che causano l'interruzione o il malfunzionamento di tale circuito o il degrado eccessivo del segnale stesso, viene utilizzato in modo automatico un circuito alternativo (circuito di riserva, detto anche spare oppure protecting) che consente di continuare a trasmettere il segnale nella sua integrità, aggirando la fonte del guasto o del malfunzionamento ^[1].

Le condizioni specifiche che innescano una protezione di rete, dette criteri di protezione, sono legate essenzialmente alla tecnologia di trasmissione utilizzata e al tipo di informazioni di servizio, di allarme e di degrado disponibili o rilevabili.

La protezione di rete, oltre a intervenire in modo autonomo, può essere inoltre controllata su comando dell'operatore di rete per finalità di test o di manutenzione, per esempio forzando il segnale a usare il circuito principale o quello di riserva o inibendo temporaneamente la commutazione automatica^[2].

Meccanismi generali di protezione

Esistono due meccanismi fondamentali di protezione, applicabili a situazioni e contesti di rete differenti^[3]:

la protezione basata sullo scambio, nella quale il ricevitore è connesso a più circuiti alternativi e seleziona tramite un selettore (scambio o switch) il circuito che presenta il segnale migliore, scelto in base allo stato della rete valutato in tempo reale.
la protezione basata sulla restoration, nella quale in caso di guasti o problemi il circuito che collega la sorgente (trasmettitore) con il destinatario (ricevitore) viene completamente ricalcolato e sostituito da un circuito differente in modo da evitare la parte di rete problematica.

I due meccanismi fondamentali non sono mutuamente esclusivi e possono essere combinati insieme nell'ambito di una stessa rete di telecomunicazioni, per esempio per far fronte a situazioni di guasti multipli.

Per entrambi i meccanismi è possibile definire il comportamento da seguire al ripristino del corretto funzionamento della rete. Nel caso in cui al termine della condizione di malfunzionamento si ritorna a utilizzare il circuito originale la protezione si definisce di tipo revertive. Nel caso in cui al termine della condizione di malfunzionamento il segnale continua a essere trasmesso sul circuito in cui si trova in quel momento, la protezione si definisce di tipo non revertive^[4].

Protezione basata sullo scambio

La protezione basata sullo scambio si caratterizza per il fatto che il circuito alternativo usato in caso di guasti di rete deve essere già definito e presente in rete insieme al circuito principale. Questo tipo di protezione quindi si basa sull'impiego di risorse di rete preassegnate e dedicate a questo scopo^[5].

Modi di funzionamento

Il modo di funzionamento della protezione può essere di tipo unidirezionale o bidirezionale, a seconda se lo scambio viene effettuato solo sul ricevitore o sul trasmettitore e sul ricevitore insieme ^[6].

Nel caso della protezione unidirezionale, lo scambio è presente solo sul ricevitore e la selezione della linea attiva avviene indipendentemente dallo stato del trasmettitore e sulla base del puro stato rilevato dal ricevitore.

Nel caso della protezione bidirezionale, lo scambio è presente sia sul trasmettitore che sul ricevitore e in caso di intervento della protezione i due selettori agiscono in sincrono, coordinandosi tramite un protocollo dedicato (protocollo di scambio di protezione automatica o Automatic Protection Switch, APS), di modo che la commutazione viene effettuata su entrambi i capi della linea contemporaneamente^[7].

Architetture di protezione

Esistono due architetture fondamentali:

la protezione di tipo lineare, che si può applicare a qualsiasi topologia di rete
la protezione ad anello, che si applica esclusivamente a reti ad anello e che sfrutta le peculiarità di questa topologia.

Protezione lineare

La protezione di tipo lineare prevede vari tipi di schema diversi^[8]:

1+1
1:n, compreso il caso 1:1
m:n
(1:1) $^{n}$

Tutti gli schemi possono operare sia in modalità revertive che non revertive.

Lo schema di tipo 1+1 prevede solo il modo di funzionamento unidirezionale, mentre tutti gli altri schemi prevedono solo il modo di funzionamento bidirezionale con protocolli di scambio di tipo APS.

Nello schema di tipo 1+1 il trasmettitore invia lo stesso segnale contemporaneamente sulla linea principale (detta anche main o protected) e sulla linea di riserva (detta anche spare o protecting)^[9]. Lo scambio è posizionato solo sul ricevitore, che seleziona da quale linea prelevare il segnale sulla base di alcune informazioni di stato locali (per esempio, la rilevazione della presenza o assenza del segnale).

Lo schema di tipo 1:n prevede $n$ linee principali ed una sola linea di riserva condivisa^[10]. Questo implica che nel caso sia presente un guasto su più linee principali contemporaneamente si verifica un conflitto di risorse. Per risolvere questa situazione si ricorre quindi a un meccanismo di assegnamento di priorità alle linee principali. Nel caso più linee principali siano guaste contemporaneamente, la linea di riserva viene assegnata alla linea principale guasta a priorità più alta. In questo schema, il protocollo di scambio (APS) tiene conto anche della gestione delle priorità^[7].

Un'altra importante differenza rispetto allo schema di tipo 1+1 risiede nel fatto che gli $n$ trasmettitori inviano il segnale su una sola linea e pertanto in assenza di guasti in rete la linea di riserva è completamente scarica. In tali condizioni diventa possibile usare la linea di riserva per trasportare traffico non protetto a bassa priorità (detto anche extra-traffico) che si accetta di perdere nel caso intervenga la protezione. Questa possibilità consente di ottimizzare l'impiego delle risorse di rete.

Lo schema di protezione 1:1 è un caso particolare dello schema 1:n in cui c'è una sola linea principale e una sola linea di riserva in cui non è quindi necessario gestire le priorità. Anche in questo schema la linea di riserva è utilizzabile per trasportare dell'extra-traffico di bassa priorità in condizione di assenza di guasti sulla linea principale.

Lo schema di protezione m:n è una generalizzazione del caso 1:n in cui vi sono $n$ linee principali ed $m$ linee di riserva condivise^[11]. Anche in questo caso, se $m<n$ , ossia se le linee di riserva sono in quantità inferiore rispetto alle linee principali, un eventuale conflitto di risorse viene risolto tramite asegnazione di priorità alle linee principali (le linee a priorità più elevata hanno la precedenza sulle altre).

Lo schema di protezione di tipo (1:1) $^{n}$ è concepito essenzialmente per reti a commutazione di pacchetto e consiste nel prevedere $n$ possibili linee di riserva che condividono la stessa banda per $n$ linee principali^[12]. Nel caso di guasto di una delle linee principali, viene selezionata la linea di riserva che presenta le stesse caratteristiche di banda della linea guasta, rendendo al tempo stesso inoperanti le rimanenti $n-1$ linee di riserva. Da un punto di vista macroscopico quindi questo schema presenta lo stesso comportamento di uno schema 1:n.

Per aumentare l'affidabilità complessiva della rete, in tutti gli schemi di protezione lineare normalmente si usano percorsi diversi per le linee principali e per le linee di riserva, attraversando nodi intermedi differenti e usando tratte di trasmissione completamente disgiunte (diverse routing) in modo da ridurre la probabilità che una stessa causa di guasto impatti allo stesso tempo sia la linea principale che la linea di riserva.

Protezione ad anello

La protezione ad anello sfrutta la particolarità di questa topologia basandosi sul fatto che ogni nodo può essere raggiunto contemporaneamete da due direzioni diverse (in senso orario o in senso antiorario).

Supponendo per esempio che il segnale tra due nodi dell'anello, A e B, venga trasmesso seguendo il verso orario, in caso di un guasto nella tratta attiva è possibile far giungere il segnale tra A e B sfruttando l'altra metà dell'anello, ossia trasmettendo il segnale usando il verso antiorario.

La protezione ad anello è sempre di tipo bidirezionale (i due nodi terminali devono commutare entrambi verso la direzione attiva) e richiede quindi sempre la presenza di un protocollo di gestione dello scambio, più complesso rispetto a quelli usati per la protezione lineare dato che in caso di intervento della protezione è necessario trasferire a tutti i nodi, compresi quelli di transito, sia l'informazione sullo stato complessivo dell'intero anello che l'informazione sulla posizione del guasto all'interno dell'anello. Infatti, a differenza della protezione lineare che coinvolge solo i nodi terminali, nel caso di intervento della protezione ad anello tutti i nodi interessati dal circuito, compresi quelli intermedi, devono adattarsi alla nuova configurazione.

Esistono sostanzialmente due meccanismi di base per la protezione ad anello^[13]:

wrap: il segnale viene rigirato verso la direzione opposta dell'anello nel nodo adiacente al guasto
steer: il segnale viene rigirato verso la direzione opposta dell'anello direttamente nel nodo di ingresso del segnale

Il meccanismo di tipo wrap ha il vantaggio di intervenire in modo più tempestivo e di richiedere a livello di protocollo uno scambio di informazioni ridotto per stabilire il nuovo percorso. Di contro, il percorso finale non è ottimizzato (il segnale percorre due volte la tratta tra il nodo di ingresso e il nodo adiacente al guasto). Questo può costituire un problema nel caso di anelli di grandi dimensioni, come per esempio gli anelli sottomarini intercontinentali, dove le distanze in gioco potrebbero introdurre un ritardo di propagazione del segnale non trascurabile se non inaccettabile (c'è un triplo attraversamento dell'oceano, corrispondente a un percorso di lunghezze dell'ordine di 20000 chilometri).

Il meccanismo di tipo steer ha il vantaggio di utilizzare un percorso ottimizzato del segnale. Questo però richiede a livello di protocollo uno scambio di informazioni più consistente e il ricalcolo del percorso ottimale, traducendosi così in tempi di intervento più lunghi rispetto al meccanismo wrap.

Le soluzioni adottate nella realtà consentono di mettere insieme i vantaggi di entrambi i meccanismi, riducendone o eliminandone i rispettivi aspetti negativi, adottando varianti di protocollo più sofisticate.

Per esempio, dove la necessità di tempi di intervento rapido della protezione costituisce un fattore prevalente rispetto al ritardo di propagazione del segnale, è possibile fare in modo che intervenga subito un meccanismo di tipo wrap, attivando in contemporanea il ricalcolo del percorso ottimo secondo il meccanismo steer. Una volta che quest'ultimo ha determinato il nuovo percorso, un secondo intervento del protocollo dirotta il segnale lungo il circuito ottimizzato (first wrap, then steer).

Un altro meccanismo, adottato nelle reti sottomarine intercontinentali dove sono critici sia i tempi di intervento che il ritardo di propagazione, consiste nel predeterminare, in fase di inizializzazione del protocollo, i percorsi ottimali alternativi corrispondenti alle possibili situazioni di guasto, distribuendo poi tale informazione a tutti i nodi dell'anello (squelching tables). In questo modo, in caso di intervento, il protocollo, in base al posizionamento del guasto, può far commutare subito tutti i nodi verso il percorso ottimizzato come nel caso del meccanismo steer ma con gli stessi tempi di intervento tipici di un meccanismo wrap.

L'uso delle squelching tables costituisce comunque un ottimizzazione anche nel caso di meccanismi di tipo wrap quando l'anello fisico trasporta contemporaneamente più flussi di segnale definiti tra coppie diverse di nodi dell'anello. In questi casi, ogni flusso avrà un insieme di percorsi alternativi ottimizzati che in linea di principio sono diversi da quelli degli altri flussi. L'impiego delle squelching tables consente di fare in modo che ogni nodo possa effettuare la riconfigurazione corretta e ottimizzata in tempi molto rapidi contemporaneamente su tutti i flussi che lo attraversano o che terminano su di esso. È compito del protocollo tenere aggiornate le squelching tables in occorrenza dell'aggiunta o della rimozione di un flusso dall'anello, oltre che in caso di variazione dello stato dell'anello.

Come nel caso della protezione lineare, anche la protezione ad anello può essere di tipo sia revertive che not revertive ed è possibile utilizzare la porzione di anello normalmente dedicata alla protezione per il trasporto di extra-traffico di bassa priorità, che si accetta di perdere in caso di intervento della protezione.

Protezione basata su restoration

La protezione tramite restoration può basarsi sull'impiego di opportuni protocolli di rete o sull'intervento automatico di sistemi di gestione esterni opportuni.

Note

^ Standard ITU-T, Rec. G.808.1
^ G.808.1, cap. 19
^ Standard ITU-T, Rec. G.805
^ G.808.1, cap. 9
^ G.805, cap. 7.1
^ G.808.1, cap. 8
^ ^a ^b G.808.1, cap. 16 e cap. 24
^ G.808.1, cap. 7
^ G.808.1, cap. 7.1
^ G.808.1, cap. 7.2
^ G.808.1, cap. 7.3
^ G.808.1, cap. 7.4
^ (EN) Presentazione dell'IEEE

Bibliografia

(EN) ITU-T Rec. G.808.1, Generic protection switching – Linear trail and subnetwork protection, Ginevra, International Telecommunication Union, marzo 2006.
(EN) ITU-T Rec. G.805, Generic functional architecture of transport networks, Ginevra, International Telecommunication Union, marzo 2000.

Collegamenti esterni

(EN) ITU-T International Telecommunication Union Sito ufficiale

[1] Standard ITU-T, Rec. G.808.1

[2] G.808.1, cap. 19

[3] Standard ITU-T, Rec. G.805

[4] G.808.1, cap. 9

[5] G.805, cap. 7.1

[6] G.808.1, cap. 8

[APS-7] G.808.1, cap. 16 e cap. 24

[8] G.808.1, cap. 7

[9] G.808.1, cap. 7.1

[10] G.808.1, cap. 7.2

[11] G.808.1, cap. 7.3

[12] G.808.1, cap. 7.4

[13] (EN) Presentazione dell'IEEE

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

@@ Riga 65: / Riga 65: @@
 Supponendo per esempio che il segnale tra due nodi dell'anello, A e B, venga trasmesso seguendo il verso orario, in caso di un guasto nella tratta attiva è possibile far giungere il segnale tra A e B sfruttando l'altra metà dell'anello, ossia trasmettendo il segnale usando il verso antiorario.
-La protezione ad anello è sempre di tipo bidirezionale (sia pure in senso lato) e richiede quindi sempre la presenza di un protocollo di gestione dello scambio, più complesso rispetto a quelli usati per la protezione lineare dato che in caso di intervento della protezione è necessario trasferire a tutti i nodi, compresi quelli di transito, sia l'informazione sullo stato complessivo dell'intero anello che l'informazione sulla posizione del guasto all'interno dell'anello. Infatti, a differenza della protezione lineare che coinvolge solo i nodi terminali, nel caso di intervento della protezione ad anello tutti i nodi interessati dal circuito, compresi quelli intermedi, devono adattarsi alla nuova configurazione.
+La protezione ad anello è sempre di tipo bidirezionale (i due nodi terminali devono commutare entrambi verso la direzione attiva) e richiede quindi sempre la presenza di un protocollo di gestione dello scambio, più complesso rispetto a quelli usati per la protezione lineare dato che in caso di intervento della protezione è necessario trasferire a tutti i nodi, compresi quelli di transito, sia l'informazione sullo stato complessivo dell'intero anello che l'informazione sulla posizione del guasto all'interno dell'anello. Infatti, a differenza della protezione lineare che coinvolge solo i nodi terminali, nel caso di intervento della protezione ad anello tutti i nodi interessati dal circuito, compresi quelli intermedi, devono adattarsi alla nuova configurazione.
 Esistono sostanzialmente due meccanismi di base per la protezione ad anello<ref>{{en}} [http://www.ieee802.org/17/documents/presentations/mar2001/nu_ws_02.pdf Presentazione dell'IEEE]</ref>:

Protezione di rete: differenze tra le versioni

Versione delle 23:40, 19 gen 2010

Indice

Meccanismi generali di protezione