Tecnologia de Comutação de Proteção em PON

Com o aumento dos serviços das redes PON, torna-se necessário implementar tecnologia de comutação de proteção PON para garantir a estabilidade das aplicações de engenharia e lidar com interrupções de serviço causadas por várias falhas de comunicação. Este artigo apresenta principalmente várias tecnologias de proteção PON diferentes na OLT e descreve alguns pontos de implementação baseados numa solução de proteção de porta PON dupla. A ONU permanece online e os serviços não são interrompidos antes e depois da comutação da solução. E o atraso é inferior a 100 ms, o que garante em grande medida a estabilidade da rede.

Introdução

PON (Rede Ótica Passiva) é uma tecnologia de acesso de banda larga por fibra ótica que cobre a última milha. Só precisa de instalar um divisor ótico simples no ponto de ramificação ótica, o que tem as vantagens de poupar recursos de cabo ótico, partilha de recursos de largura de banda, sem interferência eletromagnética, segurança do equipamento, alto desempenho e construção de rede abrangente de baixo custo. Entre elas, poupar a fibra ótica de backbone é uma enorme vantagem do sistema PON, mas também acarreta um risco maior. Uma vez que a fibra ótica de backbone no sistema PON falhe, isso provocará a interrupção simultânea de todas as unidades de rede ótica (ONUs) ligadas a essa fibra.

Além disso, o sistema também tem a probabilidade de falha do módulo ótico e da falha da porta que está ligada à fibra principal. Para garantir a estabilidade do serviço em aplicações de engenharia e lidar com a interrupção do serviço causada por várias falhas de comunicação, é necessária uma solução de comutação de proteção eficiente e confiável. Quando a fibra de backbone falha, a comutação de proteção pode ser realizada no menor tempo possível e recuperar os serviços sem afetar a utilização dos utilizadores.

1. Introdução à Tecnologia de Comutação de Proteção PON

1.1 Visão Geral da Proteção PON

Atualmente, as tecnologias de proteção PON comummente usadas são os quatro tipos de proteção A, B, C e D definidos nas normas ITU-T G.984. O alcance de proteção dos tipos A e B é a proteção desde a porta PON da OLT até ao divisor ótico. A diferença entre os dois é se a porta PON da OLT está incluída no alcance de proteção. O alcance de proteção dos tipos C e D é a proteção abrangente desde a porta PON da OLT até à porta PON da ONU. A diferença entre os dois é se a porta PON da ONU está incluída no alcance de proteção.

1.2 Proteção PON Tipo A

A proteção PON tipo A usa principalmente uma única porta PON para a OLT, que tem um comutador ótico 1×2 interno para a seleção do módulo ótico e depois comuta a linha de trabalho. Na rede de distribuição ótica (ODN), é usado um divisor ótico 2:N, e duas ligações de fibra ótica relativamente independentes e mutuamente de backup são estabelecidas entre o divisor ótico e a OLT. A OLT detetará o estado da linha periodicamente. Quando a ligação ótica falha, comuta para a ligação ótica de backup.

1.3 Proteção PON Tipo B

As duas portas PON da OLT na proteção PON tipo B adotam chips MAC PON e módulos óticos independentes e são identificadas como porta PON principal e porta PON de backup. A porta PON principal está em estado de funcionamento, e a porta PON de standby está em estado de cold backup.

Na utilização do divisor ótico da ODN, duas ligações de fibra ótica relativamente independentes e mutuamente de backup são simultaneamente ligadas entre o divisor ótico e a OLT. A OLT garante que a informação de serviço da porta PON principal pode ser sincronizada em backup e inspeciona periodicamente o estado da linha e o estado de funcionamento da porta PON. Quando a ligação de fibra principal ou a porta PON falha, a OLT comuta imediatamente para a porta PON e ligação de fibra de backup. A porta PON de backup pode manter os atributos de serviço da ONU inalterados, e o serviço é transferido para a ligação de backup.

1.4 Proteção PON Tipo C

A proteção PON tipo C usa duas portas PON na OLT, e as portas PON principal e de standby são mutuamente hot backup. A ONU usa um MAC PON e diferentes módulos óticos; um comutador ótico 1×2 é integrado antes da porta PON. São usados dois divisores óticos 1:N para estabelecer duas ligações de fibra ótica independentes e mutuamente de backup entre a ONU e a OLT. A OLT garante que a informação de serviço da porta PON principal pode ser sincronizada em backup para a porta PON de backup. Tanto a ONU como a OLT detetam o estado da ligação e decidem se comutam de acordo com o estado da ligação.

1.5 Proteção PON Tipo D

Na proteção PON tipo D, as portas PON duplas da OLT, as portas PON duplas da ONU, a fibra de backbone, o divisor ótico e a fibra de distribuição são todos duplamente redundantes. Ambas as portas PON principal e de standby da OLT estão em condição de funcionamento. A OLT garante que a informação de serviço da porta PON ativa pode ser sincronizada em backup para a porta PON de backup. Como resultado, a porta PON de backup pode manter os atributos de serviço da ONU inalterados durante o processo de comutação de proteção.

A ONU usa diferentes chips MAC PON e diferentes módulos óticos. A ONU deve garantir que a informação de serviço da porta PON principal pode ser sincronizada em backup para a porta PON de backup, para que a ONU possa manter os atributos de serviço locais durante o processo de comutação de proteção da porta PON. As portas PON principal e de backup da ONU estão em estado de funcionamento. A porta PON de backup não precisa de realizar a configuração de inicialização da ONU e a configuração de atributos de serviço durante o processo de comutação de proteção da porta PON. Tanto a ONU como a OLT detetam o estado da ligação e decidem se comutam de acordo com o estado da ligação.

1.6 Escolha dos 4 Tipos de Proteção PON

Acima foram introduzidas as soluções de proteção dos quatro tipos de proteção PON A, B, C e D. As duas portas PON da OLT no Tipo A usam 1 chip MAC PON, que está ligado a 2 módulos óticos através de um comutador 1×2 para realizar a proteção de 2 portas PON. Este tipo é apenas aplicável à proteção na mesma placa PON. Embora os tipos de proteção C e D protejam toda a rede, tornando o sistema o mais fiável possível, o custo da proteção é demasiado elevado. Simultaneamente, o equipamento ONU também precisa de suportar a função de proteção PON correspondente, o que apenas utilizadores de topo podem pagar. Por isso, dificilmente é usado em projetos reais.

Considerando o custo de acesso e a praticabilidade, a proteção Tipo B é mais económica e prática. Na proteção Tipo B, as duas portas PON da OLT adotam chips MAC PON e módulos óticos independentes para realizar a proteção de duas portas PON, o que é adequado para proteção entre quaisquer 2 portas PON da mesma OLT.

2. Realização da Função de Comutação de Proteção PON

2.1 Grupo de Proteção PON

O grupo de proteção PON consiste em duas portas PON de acesso. Os membros do grupo de proteção têm dois papéis: trabalho e proteção. Uma é uma porta de trabalho, e a outra é uma porta de proteção. Em condições normais de funcionamento, a porta de trabalho transporta serviços. Quando a ligação de fibra ótica na porta de trabalho falha, o sistema comuta automaticamente o serviço da porta de trabalho para a porta protegida para garantir a transmissão do serviço.

2.2 Estado dos Membros do Grupo de Proteção

Existem dois estados dos membros do grupo de proteção: ativo e standby. A porta no estado ativo encaminha dados e a porta no estado standby não encaminha dados.

2.3 Tipo de Comutação

Existem dois tipos de comutação do grupo de proteção: comutação automática desencadeada por falha e comutação de proteção realizada manualmente. A comutação de proteção manual realizada também é chamada de comutação forçada:

(1) Comutação automática significa que a OLT e a ONU não precisam de intervenção humana para comutar automaticamente a ligação de fibra ótica quando as condições de comutação são cumpridas.

(2) Comutação forçada refere-se a operar force-switch na OLT para que ocorra a comutação da ligação ótica independentemente de o membro de destino designado estar normal.

3. Pontos-chave da Tecnologia de Comutação de Proteção PON

Para garantir uma transição suave do serviço após a comutação de proteção PON, a configuração inicial do grupo de proteção PON precisa de ser emitida de forma síncrona. Os dados dinâmicos durante o funcionamento do grupo de proteção também precisam de ser sincronizados. A configuração inicial refere-se à informação de configuração de serviço estático da porta PON principal no grupo de proteção, como VLAN, largura de banda, configuração de voz e configuração de serviço de vídeo multicast. Os dados dinâmicos incluem a tabela de aprendizagem de endereços MAC, informação de grupos de membros multicast, tabela de binding DHCP, informação de chaves.

3.1 Sincronização de Configuração

A configuração da mesma ONU nas duas portas PON no grupo de proteção deve ser sincronizada. A chave para a sincronização de configuração é a seguinte:

1) Todas as ONUs autenticadas na porta PON principal devem ser sincronizadas para a porta PON de standby, permitindo que a ONU atualize a sua estrutura de estado online. O módulo da porta PON ativa também deve sincronizar a informação de estado de configuração com o módulo da porta PON de standby para evitar configurações repetidas e afetar os serviços.

2) Sincronização de dados dinâmicos: A sincronização de dados dinâmicos refere-se a sincronizar dados da porta PON em estado de trabalho para a porta PON em estado de standby quando os dados mudam. Requer uma CPU do host para sincronização de dados em tempo real.

3.2 Recuperação de Serviço

Após realizar a comutação ativa/standby da porta PON, a porta PON de standby original torna-se a porta ativa. Todas as configurações relacionadas com PON e configurações de ONU sob a porta PON devem ser iguais às da porta PON de trabalho original. Depois de concluída a comutação de proteção PON, todos os serviços podem ser automaticamente restaurados quando a nova porta PON de trabalho estiver normalmente disponível.

3.3 Comutação de Proteção PON dos Produtos OLT da C-Data

Com cada vez mais tipos de serviços transportados pelas redes PON, para garantir a estabilidade dos serviços em aplicações de engenharia, a C-Data combina a proteção PON na engenharia real, considerando o custo de acesso e a praticabilidade, e suporta totalmente PON para o tipo de proteção B. O utilizador não precisa de prestar atenção a qual porta PON do grupo de proteção está atualmente a funcionar. Todas as operações são baseadas na porta PON principal. Quando a comutação de proteção é desencadeada, o estado da porta de standby muda para o estado de trabalho e substitui a porta PON principal para continuar a transportar serviços.

Tanto quanto sabemos, a função de proteção PON implementada pela OLT de alguns fabricantes não realiza realmente a comutação de proteção, mas faz backup da configuração da porta ativa para a porta de backup. O resultado é que todas as ONU serão desligadas após a comutação, e o serviço será perdido, o que causará grande incómodo ao pessoal de operação e manutenção. No entanto, as nossas soluções OLT alcançaram uma verdadeira comutação de proteção. Quando a porta PON está totalmente carregada com ONU, a ONU pode ser mantida online antes e depois da comutação sem interrupção do serviço, garantindo a estabilidade da rede de forma segura e rápida.

Conclusão

Com a popularização das tecnologias da informação como big data, inteligência artificial, computação em nuvem e internet das coisas, a tecnologia PON suporta eficientemente o desenvolvimento digital de várias indústrias pela sua fiabilidade técnica e praticabilidade e vantagens de preço relativamente razoáveis. Como fornecedor profissional de produtos de acesso à rede, a C-Data fornecerá implementação de rede fiável e estável às indústrias em todo o mundo e aplicará mais tecnologias de proteção PON aos produtos. Ao mesmo tempo, é ótimo para os consumidores escolherem soluções OLT que suportem a proteção PON da C-Data e promoverem conjuntamente o desenvolvimento estável das redes digitais globais.