| К оглавлению | Библиотека | Ссылки |
ЦИФРА ПО ПЛАНУ?ВИКТОР МОСКАЛЕЦ Ссылка на этот документ в Internet: http://www.seti.com.ua/?in=seti_show_article&seti_art_ID=34&SearchString=цифра%20по%20плану&by_id=3 В статье описывается переход аналоговых телефонных сетей на цифровые в Украине, какие при этом возникают проблемы, новые задачи, как произвести при этом оптимизацию сети. Необходимость введения долгосрочного планирования цифровых городских телефонных сетей становится все более очевидной с увеличением количества операторов и появлением новых технологий. Игнорирование этого вопроса может вызвать нежелательные последствия. Многочисленные публикации, посвященные построению сетей следующей генерации – NGN (Next Generation Network), – довольно противоречивы и не содержат конкретных сведений об инженерных методах их планирования. Естественно, идеи построения сетей будущего интересуют специалистов, однако планирование требует не общих схем, а конкретных и обоснованных решений. В настоящее время предотвращение технологического отставания от развитых рынков обеспечивается благодаря созданию опытных и промышленных фрагментов новых систем связи, а ограниченные объемы применения новых технологий уменьшают риск, минимизируя возможные потери. Создателям украинских телекоммуникационных сетей стоило бы использовать уже имеющийся опыт, который подтверждает:
Поэтому основой планирования городских телефонных сетей (ГТС) остаются инженерные методы оптимизации архитектур их построения. Эти методы основаны на объемах, пропорциях и характере территориального и объектного распределения прогнозируемой нагрузки. Они должны согласовываться с возможностями перспективной техники и технологий, а также предусматривать применение действующих средств и сооружений связи с учетом продолжительности их жизненного цикла. Известные принципы построения аналоговых сетей мало пригодны для создания цифровых по причине несоответствия показателям современных и перспективных средств и систем связи. Кроме того, архитектуры построения аналоговых и цифровых сетей коренным образом отличаются из за ориентации разработчиков на развитие сетевых услуг на основе архитектур и функциональных возможностей IN-NGN. Планирование построения смешанных аналогово-цифровых сетей разработано для начальной стадии внедрения электронных АТС в аналоговом окружении. Авторы руководящих документов (РД по ОГСТфС, а также ВНТП 112-86), которыми пользуются отечественные специалисты, не могли предусмотреть ненормированную нагрузку несогласованным, по параметрам передачи для коммутированных телефонных сетей, трафиком, а также предвидеть отказ от применения прогрессивных на то время архитектур ISDN и IN. Следующим шагом должно было стать создание инженерных методов построения цифровых телефонных сетей. Однако отсутствие подвижек в этом направлении и преемственности документов (РД по ОГСТфС и КНД 45-076-98 по САТФС) привело к тому, что раньше, при монооператорской деятельности и постоянстве техники связи, были определены типовые архитектуры, согласованные с показателями емкости, нумерации и параметрами соединительных трактов зоновых, городских и сельских телефонных сетей. А сегодня, при многооператорской деятельности, значительных изменениях и разнообразии действующей и перспективной техники связи, методы и показатели оптимизации цифровых телефонных сетей отсутствуют. Сейчас, когда уровни цифровизации ГТС – около 30%и выше, нецелесообразно продолжать их планирование и проектирование без разработки моделей преобразования аналогово-цифровых сетей в полностью цифровые. Краткосрочное проектирование (на год) создает проблемы очередности и увеличивает затраты времени и средств на проектирование, а также уменьшает эффективность будущих сетей из за неполного согласования отдельно созданных частей и элементов. Очевидно, что недостатки системного уровня отрицательно влияют на эффективность сетей всех операторов. Цифровые сети: время типовых архитектур?Актуальность разработки типовых архитектур, или топологий построения цифровых ГТС, вызвана объективными причинами:
На первый взгляд, декларированные поставщиками предельные показатели производительности и пропускной способности современных и перспективных систем коммутации и систем передачи позволяют строить ГТС емкостью до миллиона абонентских линий на один комплекс. При этом ТфОП Украины могла планироваться на 30 хостах с единой восьмизначной нумерацией, а построение ГТС сводилось бы к применению одного хоста на область с вынесенными коммутационными станциями и концентраторами. Однако расчеты одного из определяющих показателей архитектуры цифровых сетей – максимальной емкости хоста – требуют более тщательного рассмотрения, так как зависят от многих, в том числе индивидуальных для отдельных сетей и систем связи параметров, которые небходимо исследовать и прогнозировать. Минимальное количество необходимых параметров составляет около пяти десятков, поэтому попытки решить задачи оптимизации ГТС методами математического анализа не эффективны. Так, определение показателей, которые обеспечивают минимальные затраты на построение или эксплуатацию районированной сети, требует исследования на экстремум нескольких десятков дифференциальных уравнений с несколькими десятками неизвестных. Итогом являются десятки экстремумов, то есть отсутствие однозначного решения. Определяющие показатели цифровых ГТСИтак, попытаемся установить последовательность показателей, определяющих построение ГТС, таким образом, чтобы вначале оперируя относительно грубыми параметрами, подойти к более тонким, которые обеспечат достаточную точность и полноту выводов. 
Рис. 1. Районированная ГТС с отсутствием или с неполнодоступными связями между ТС и несимметричными связями ЭАТС. Районированная ГТС с отсутствием или с неполнодоступными связями между ТС и несимметричными связями ЭАТС. Максимальная емкость станции (Yст макс) ЭАТС или ОПТС хоста зависит от максимальной пропускной способности выбранной коммутационной системы и нагрузки на среднюю абонентскую линию. Прогнозирование удельной нагрузки (Yсал) во время часа наибольшей нагрузки (ЧНН) выполняется методом интерполяции графиков годовых измерений Yсал на время расчетного периода (рис. 1). 
Рис. 2. Районированная ГТС с полнодоступными связями между ТС и несимметричными связями ЭАТС. Районированная ГТС с полнодоступными связями между ТС и несимметричными связями ЭАТС. Так, для сети, построенной на базе одной станции, Егтс=Еатс=(Yст макс – Yр)/Yсал, где Yр – резерв пропускной способности, который выбирается в пределах до 0,3 Yст макс (см. список условных обозначений). Опыт развития ГТС разных стран показывает, что телефонная нагрузка на среднюю абонентскую линию сети (Ytсал) не превышает 0,15 Эрланг даже после удовлетворения массового спроса на основные телефонные услуги, что соответствует телефонной плотности 60, 70 основных телефонов на 100 жителей. Кроме того, нужно учитывать трафик коммутированного доступа к интернету (Yісал), который на расчетный период от 5 до 10 лет прогнозируется в границах 0,5–1,5 Ytсал. Тогда Yсал=Ytсал +Yісал=(1,5–2,5)· Ytсал=0,22–0,37 Эрланг. Таким образом, при пропускной способности системы коммутации Yст макс =100 000Эрланг максимальная емкость одного комплекса будет составлять: Eатс=(100 000 – 30 000)/(0,3)=234 000 абонентских линий, при Yст макс=25 000 Эрланг Eатс=(25 000 – 7500)/(0, 3)=59 000 абонентских линий. Если на протяжении расчетного периода удвоение трафика не прогнозируется, максимальные емкости хостов будут составлять соответственно 470 и 120 тысяч линий. 
Рис. 3. Динамика средней нагрузки на абонентскую линию. Динамика средней нагрузки на абонентскую линию. На практике применяются коммутационные системы с уровнями пропускной способности Yст макс =4000 Эрланг (Eатс =12–24 тыс. абонентских линий – АЛ) и Yст макс =2000 Эрланг (Еатс =7–14 тыс. АЛ) и менее. Такие комплексы нецелесообразно рассматривать в качестве системных в случаях, когда станции не могут создать полное номерное пространство данной ГТС. Для районированных ГТС (см. вставку справа)нужно измерять и прогнозировать долевое распределение входящего и исходящего, внутристанционного, межстанционного и дальнего трафиков, а также трафика к спецслужбам. Максимальная емкость ЭАТС для районированных сетей уменьшается пропорционально объему входящего трафика от других станций и увеличивается пропорционально внутристанционному трафику центральной станции, выносных коммутационных станций и концентраторов. Кроме того, расчетные показатели трафика, которые определяют максимальную емкость ЭАТС, могут отличаться в 1,5–2 раза в зависимости от метода их определения – усредненными по периодам времен года или соответствующими годовым ЧНН (последний метод позволяет создавать сети без блокирования связи в годовые ЧНН). Определение максимальной производительности ЭАТС требует прогнозирования интенсивности и динамики потока вызовов (в ЧНН, а лучше в минуту) для всей сети, отдельных станций, абонентских групп, составных частей и элементов станций. Так, для нашего случая интенсивность вызовов будет в следующем диапазоне: Іал=3–5 попыток вызовов на аналоговую абонентскую линию (ПпВ/АЛ) в годовой ЧНН, а в средние часы – 0,6–1,2 ПпВ/АЛ. Максимальная производительность станции для нерайонированной сети и при использовании 100% аналоговых абонентских линий будет составлять:Патс =Еатс · Іал=(234 000 или 59 000)· 5=1, 2 млн. попыток/час. Кроме того, рекомендации МСЭ содержат методы, определяющие влияние на производительность ЭАТС дополнительных видов обслуживания (ДВО), трафика первичных и базовых доступов ISDN, характера нагрузки (транзитная, входящая, исходящая, внутренняя, дальняя), регламентируя при этом параметры моделей трафика, задержеки потерь. Для повышения точности необходимо учитывать влияния перегрузок и превышения нормативов потерь вызовов на отдельных станциях, абонентских группах или участках МСС, а также последствия увеличения пропускной способности цифровой сети и ее элементов на 20–40% относительно аналоговой в зависимости от сложности построения межстанционных связей действующей районированной ГТС. Прогнозируемая нагрузка, или пропускная способность сети (Yгтс), определяется в зависимости от Yсал и прогнозируемой емкости ГТС (Егтс), которая, в свою очередь, зависит от численности населения данного города и пригородной зоны (рис. 3). Время расчетных периодов ограничивается погрешностями прогнозирования, а также зависит от сценариев эволюции сети, которые определяют темпы изменений, как то:
Как правило, достаточная точность прогноза трафика обеспечивается сроком до шести лет на основании анализа данных измерений на протяжении десяти предшествующих лет. Определение срока действия оборудования – достаточно сложная задача, которая не ограничивается критериями предельного состояния и затратами на ремонт. Срок действия коммутационных систем главным образом зависит от продолжительности жизненного цикла технологий изготовления оборудования и комплектующих, нагрузки и климатических условий, квалификации и эффективности эксплуатации, ремонтопригодности оборудования и полноты ремонтных технологий, взаимозаменяемости со следующей версией оборудования и программного обеспечения, полноты и эффективности технологий модернизации. Так, во времена фондовых ограничений максимальный срок действия аналоговых АТС определялся 45-ю годами с учетом капитальных ремонтов. Срок действия АТС после прекращения серийного производства оборудования и компонентов, когда капремонты невозможны, ограничивается старением изоляции и изнашиванием коммутационных элементов, ресурсами резервных комплектующих и не превышает 30–35 лет. Главными причинами уменьшения срока действия АТС является сдерживание развития связей между цифровой и аналоговой частями ГТС, а также невозможность увеличения пропускной способности АТС после прекращения производства оборудования. Ситуация становится критической при долях цифровизации около 30 –50% и зависит от телефонной плотности и сложности построения ГТС. Если групповое оборудование АТС заменить на цифровое, то сроки действия аналоговых станций могут увеличиваться. Модернизация АТС может быть нецелесообразной по причине морального старения, сдерживания развития новых услуг, уменьшения эффективности использования линий всей сети, а также в процессе последних 10–15% жизненного цикла станций. 
Рис. 4. Зависимость пропускной способности сети от численности населения данного города или пригородной зоны. Динамика емкости ГТС. Максимальный срок действия ЭАТС определяется невозможностью обеспечения нормированных показателей готовности и наращивания мощностей МСС после прекращения производства и фирменной поддержки аппаратного и программного обеспечения. Жизненный цикл производства аппаратных версий и компонентов ЭАТС обычно не превышает 10–15 лет, а функционального программного обеспечения – 2–4 года. Для этих показателей свойственна постоянная тенденция к уменьшению. Отдельные типы ЭАТС имеют преемственную совместимость старого и нового аппаратного и программного обеспечения, что может удвоить срок их жизненного цикла. ЭАТС, построенные на типовых элементах замены (ТЭЗ) с многослойным монтажом без выхода на поверхность, со значительной долей элементов, установленных со стороны пайки и при размещении на ТЭЗ 30–45% программного обеспечения, обычно не имеют ремонтных технологий. В таких случаях срок вывода ЭАТС из эксплуатации определяется затратностью замены поврежденного оборудования и неприемлемым временем восстановления работоспособности. На стадии планирования сетей следует учитывать показатели по крайней мере трех поколений техники и технологий: действующей техники, которая не производится; техники, которая производится и используется для развития; перспективной техники, которая планируется или подготавливается для применения в будущем. Преимущества конкуренции достигаются при наличии не менее двух поставщиков техники определенного поколения, поэтому количество типов оборудования на ГТС может составлять около шести. Участок графика между горизонтальными линиями на уровнях 0,2–0,35 Эрланг определяет практическую границу пропускной способности ГТС с коммутацией каналов и аналоговыми абонентскими линиями. Практическая граница пропускной способности определяется невозможностью увеличения пропускной способности действующих коммутационных систем, а также отсутствием практики принятия решений о значительном увеличении затрат на построение сети при постоянстве тарифов на услуги. Прогноз срока достижения практической границы пропускной способности позволяет заранее планировать темпы и объемы применения техники и технологий следующей генерации, например АТМ, а также ЭАТС с двойной коммутацией, XDSL, ІР, MPLS. Оптимизация цифровых сетейОптимизация предполагает, что сети и станции:
Первое направление предусматривает выбор объемов и способов маршрутизации трафика станций таким образом, чтобы он соответствовал эффективному использованию систем передачи. Эффективное заполнение контейнеров SDH обеспечивается при нагрузках до 1570 Эрланг для STM1, 6300 Эрланг для STM4 или 25200 Эрланг для STM16, что соответствует емкостям станций: Еатс1 =(1570 +Yвн)/Yсал; Еатс2 =(6300+Yвн)/Yсал; Еатс3 =(25200 +Yвн)/Yсал, где Yвн – внутренний трафик ЭАТС. Определенная таким образом максимальная емкость станции Еатс3 составляет около 200 тысяч АЛ при нагрузке Yсал=0,15 Эрланг и 100 тысяч АЛ при Yсал=0, 3 Эрланг. Соответствие пучков соединительных линий ЭАТС контейнерному способу передачи обеспечивается благодаря применению принципа построения МСС "каждая с каждой". Второе направление предусматривает уменьшение затрат на станционное оборудование и МСС при увеличении доли внутристанционной погрузки ОПТС хостов, выносных коммутационных станций и концентраторов. Доля внутреннего трафика увеличивается при использовании меньшего количества хостов максимальной емкости, а также выносных коммутационных станций и концентраторов с замыканием внутреннего трафика и с поперечными связями. Третье направление предусматривает уменьшение затрат на станционное оборудование и МСС за счет минимизации объемов транзита. Коммутационные возможности ЭАТС и ОПТС обеспечивают эффективную концентрацию трафика на абонентских и межстанционных участках, а потому дополнительный транзит не может существенно повысить степень использования линий, в особенности при нагрузках более чем 15 Эрланг на одно направление (Л5, Л6, Л7). Поэтому эффективность цифрового транзита значительно меньше аналогового. Каждое звено транзита увеличивает количество трактов СП и портов коммутационных систем, а потому их применение требует технико-экономических обоснований (например, повышение использования линий за счет различного времени ЧНН отдельных пучков). Четвертое направление обеспечивается выбором соответствующих систем коммутации и передачи, а также мастерством планирования и проектирования. Пятое направление предусматривает планирование на основе прогноза территориального распределения нагрузки – такого географического расположения хостов, выносов, серверов, маршрутизаторов, мультиплексоров, чтобы обеспечивалось полное покрытие территории обслуживания абонентскими линиями минимальной протяженности. Территориальное распределение нагрузки учитывает телефонную плотность (в Эрлангах на квадратный километр) застроенных, а также запланированных к застройке территорий, кварталов, зданий. Усовершенствование методов географического планирования предполагает компьютерный анализ данных индивидуальных тяготений и показателей трафика всех абонентских линий с учетом картографии сооружений и объектов связи. Наиболее актуальным для планирования сетей доступа является определение гарантированной всем абонентам скорости передачи или оптимальной скорости передачи по медным кабелям на абонентских участках. Оптимальная протяженность абонентских линий (ориентировочно около одного километра) должна определяться с точки зрения обеспечения необходимой скорости передачи, а также с учетом достижения максимальных телефонных плотностей. Предельную скорость передачи по медным кабелям ГТС действующих и перспективных абонентских линий протяженностью около одного километра целесообразно выбрать из диапазона от 2 до 10 Мбит/с, а большие расстояния и скорости должны обеспечить оптические системы передачи или радиосистемы. Увеличение пропускной способности абонентской сети возможно, когда проектирование, строительство, ремонт и реконструкция обеспечат ее превращение в однородную по электрическим параметрам. Таблица 1. Показатели цифровых ГТС. 
Таким образом, здесь были приведены необходимые, но не достаточные условия точного определения максимальных и оптимальных емкостей. На данные параметры существенно влияют требования устойчивости, надежности и управляемости сетей, а также нормы на задержки сигналов, потери вызовов при перегрузках и др. Эта часть показателей ЭАТС и ГТС приводится в рекомендациях МСЭ, в частности:
Увеличение емкости и производительности сети и объектов связи, а также последовательное соединение программного и аппаратного обеспечения ЭАТС и систем передачи, сигнальных сетей ОКС №7 и сетей синхронизации приводят к уменьшению коэффициента готовности цифровых сетей. Вследствие этого и благодаря продолжительности рестартов при прерываниях электропитания, остановках при загрузках и перезагрузках программ, а также при возникновении ошибок операторов даже в условиях значительно меньшей интенсивности повреждений (0,6–0,018 повреждений на линию за год для АТС против 0,003–0,0004 для ЭАТС), по продолжительности и объемам простоя связи современные цифровые сети уступают аналоговой. Для усиления устойчивости цифровых сетей при данном типе оборудования необходимо предпринимать следующее:
Соблюдение дополнительных критериев устойчивости сетей приводит к уменьшению максимальных емкостей ЭАТС и к возрастанию объемов МСС, что увеличивает затраты на построение сетей, а значит, требует принятия компромиссных решений. Таким образом, предпосылкой оптимизации построения цифровых сетей являются расчеты одних и тех же показателей разными методами и для различных вариантов, а также их отбор с целью обеспечения системных требований для покрайней мере двух расчетных периодов (завершения жизненного цикла действующей техники и создания цифровой сети). При этом поливариантность и относительность предшествующих решений должны обеспечить возможность конкретизации результатов. Так, в соответствии с известными диапазонами нумерации при максимальных телефонных плотностях близкими к оптимальным являются показатели цифровых ГТС, которые приведены в таблице слева. К сожалению, размеры статьи не позволяют привести критерии применения центров обслуживания вызовов (сall-centrе) и центров сервисных служб (ЦСС), которые основываются на анализе их функциональных и пропускных способностей, на прогнозировании темпов наращивания услуг интеллектуальных сетей и определении сроков окупаемости строительства. В приведенных выше показателях учтены следующие параметры: обеспечение равноправного доступа абонентов ГТС к АМТС разных операторов; создание сетевых и межсетевых услуг на уровне ЦСС/Softswich; сохранение номеров АЛ при изменениях расположения оконечных абонентских устройств в пределах районированной ГТС; идентификация и аутентификация соединений и абонентских линий; обеспечение полноты мониторинга и учета трафика. Прогноз развития сетей предполагает принятие собственных решений там, где эти решения непредусмотрены действующими нормативами. При этом претензии к истине в последней инстанции неуместны, однако есть уверенность, что обсуждение проблем планирования сетей в новых условиях полезно, тем более когда "свято место" системного планирования цифровых ГТС пустует. Необходимость изменений планирования ГТС очевидна, а оперативность выполнения этой задачи зависит от того, что будет приоритетнее – ориентация на перспективу или на быстрое получение доходов любой ценой. Архитектура цифровых ГТСНа практике применяются следующие схемы архитектуры построения цифровых ГТС:
Некоторые условные обозначения:
|