Реферат по теме выпускной работы

Введение

В настоящее время происходит интенсивный рост предоставления телекоммуникационных услуг. Увеличение числа пользователей интернет, строительство корпоративных сетей и сетей хранения данных, внедрение услуги «Видео по запросу» – требует расширение полосы пропускания в транспортной сети города. До недавнего времени технической основой для построения транспортной сети являлись телекоммуникационные системы передачи цифровой иерархии (SDH – Synchronous Digital Hierarchy). Однако интенсивный путь развития данной технологии практически подошел к своему концу, остановившись на скорости 40 Гбит/с, что объясняется наличием дисперсии в стандартном оптоволокне, на котором построены большинство сетей. Существенно увеличить пропускную способность призвана технология мультиплексирования по длине волны (WDM), за счет расширения ширины полосы передачи путем увеличения числа каналов.

Актуальность темы. Надежность транспортной телекоммуникационной сети является таким же важным показателем как прочность фундамента здания. Провайдеры, поставщики услуг и операторы сетей связи стремятся повысить показатель надежности работы телекоммуникационной сети, то есть способность сети выполнять функции передачи с надежностью, установленными нормами в течение долгого времени. Современные городские транспортные телекоммуникационные сети переносят значительное количество информации с высокой скоростью, поэтому даже кратковременные перерывы связи ведут к потере большого количества информации. Таким образом, разработка методов повышения надежности в оптических сетях является актуальной на сегодняшний день.

Научная значимость работы. В ходе работы будут разработаны оптимальные методы обеспечения надежности: обоснована эффективность внедрения систем WDM, проведен анализ схем резервирования и предложен алгоритм резервирования на основе П-цикла.

Практическая ценность результатов работы состоит в применении более эффективных методов повышения надежности при проектировании новых или модернизации существующих городских транспортных сетей (METRO), что позволит более рационально использовать ресурсы сети и минимизировать финансовые затраты на ее построение и обслуживание

Основные результаты

Согласно рекомендациям ITU-T G.602 под надежностью понимают свойство системы связи сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. Основной количественной характеристикой надежности является коэффициент готовности.

                         K_r = T_o / (T_o+t_в)                                (1)

где T_o – средняя наработка на отказ (MTBF), а t_в – среднее время восстановления работоспособного состояния.

Обратной величиной является коэффициент вынужденного простоя (коэффициент неготовности) К_п – это вероятность того, что система не будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени

                            K_п = 1 - K_r                                      (2)

Из формулы (1) видно, что коэффициент готовности системы можно улучшить путем увеличения показателя MTBF или уменьшения времени восстановления работоспособности. Надежность устройств можно улучшить путем использования высоконадежных устройств, либо избыточностью оборудования, либо и тем и другим. Однако, производить оценку надежности сети необходимо с учетом всех ее компонентов. По мере увеличения сложности системы связи вероятность отказа какого-либо из его компонентов увеличивается. Современные системы связи используют большое количество элементов, что делает необходимым использование резервирования и обходных маршрутов для повышения коэффициента готовности системы связи в целом. Рассмотрим основные способы увеличения показателя готовности сети.

Варианты защиты линейных сегментов

Тип резервирования по схеме 1+1 обычно широко используется в кольцевых архитектурах. В основной конфигурации кольцевой архитектуры трафик от источника одновременно передается по обоим направления и решение о переключении между основной и резервной линиями принимается в месте назначения. В этой ситуации только потеря сигнала (LOS) требуется для инициализации перехода на резерв, и не требуется никакой информации управления или команд, чтобы перейти между двумя этими состояниями. Предполагается, что после отказа основной линии, ремонтники восстановят ее работоспособность. Отремонтированная линия назначается как «новая резервная». Наиболее целесообразным решениям является географическое разнесение основной и резервной линий.

Это позволяет минимизировать отказы общего типа. В силу простоты подхода, он обеспечивает наиболее быстрое восстановление системы с минимальными требованиями на осуществление сложного мониторинга и специального оборудования. Однако, это дорого и менее эффективно, с точки зрения использования оборудования, чем использование резервирования типа N+1. Это неэффективно, потому что резервное оборудование остается неиспользуемым практически все время, не принося прибыли.

Защита типа N+1. Более эффективное использование резервного оборудования можно получить при использовании метода защиты линии передачи по схеме N+1. Этот метод можно рассматривать как расширение схемы 1+1. Учитывая высокую надежность современного оборудования, можно предположить, что на одном маршруте не может случиться одновременно два отказа. Это дает возможность иметь только одну резервную линию на N работающих. Защита N+1 делает использование оборудования более эффективным экономически, но требует более сложного управления и не может предложить того же уровня доступности, как при использовании схемы защиты 1+1. Также трудно провести деление маршрутов на рабочие и резервные.

Резервирование терминального оборудования

Следующим вариантом повышения отказоустойчивости сети является резервирование терминального оборудования по схемам 1:1, или N:1, или N:m. В этом случае восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Схема резервирования, обозначаемая в общем случае как N:m, использует m резервных на N работающих интерфейсных карт, что допускает различную степень резервирования: от 1:1 (100%) до N:m (100* m/N%), где m=1 минимально, когда на N основных трибных интерфейсных карт используется одна резервная.

Повышение надежности существующих сетей при модернизации

Основными структурами транспортных сетей являются: линейная (односвязная), кольцевая (двусвязная) и ячеистая (многосвязная). Учитывая двухсвязность кольцевых топологий, в них допускается значительно меньший показатель надежности отдельных элементов сети по сравнению с линейной структурой, что привело к широкому распространению на транспортных городских сетях структур самовосстанавливающихся колец. Однако, многосвязные (ячеистые) сети гораздо более живучи. Резервирование таких сетей, разбивая на сегменты кольцевых структур с механизмом самовосстанавливающегося кольца, является неэффективным и несет затраты.

Большинство городских транспортных телекоммуникационных сетей имеют топологию «самовосстанавливающееся кольцо» и имеют радиальные ответвления в своем архитектурном построении. Пример такой сети и ее работы в случае аварии приведен на рисунке 1.

Рис.1 – Пример работы транспортной сети

(Flash анимация – 1,57 Кб; размер – 550х400 px; состоит из 116 кадров; частота кадров – 12 fps)

Рассмотрим основные плюсы и минусы таких сетей.

Безусловным плюсом является возможность использования защиты 1+1 для двухволоконной схемы без дополнительного оборудования. Минусом является недостаточная гибкость, вызванная, во-первых, отсутствием альтернативных маршрутов (не считая резервного), постоянство числа каналов в «сечении» сети на любом ее участке, необходимость резервирования потоков для всех каналов радиальных ветвей и вызванное этим быстрое насыщение кольца, и низкая эффективность использования трафика. Кроме того, длинна радиальной секции ограничена возможностями кольцевого мультиплексора и само их число на кольце обычно ограничено (в том числе и приведенными выше соображениями), а значит, для обслуживания определенной области приходится организовывать несколько колец с неизбежной дополнительной потерей емкости колец. Ситуация еще больше усугубляется если с целью повышения надежности рассмотреть вариант связи двух колец с использованием двух узлов.

Как показывает практика развития сетей SDH в европейских странах наиболее оптимальной с точки зрения оптимизации затрат на сеть в целом и наиболее надежной и гибкой является ячеистая архитектура. Расширяя сеть по мере накопления новых узлов и прокладке параллельных линий, даже сеть, состоящая из одного SDH кольца, впоследствии оказывается, что на базе данного сегмента была построена некоторая ячейка. Аналогичный процесс повторяется и на других сегментах, образуя в результате классическую ячеистую сеть с различными потоками в разных ее сегментах, диктуемыми потребителями трафика. Аналогично можно построить ячеистую сеть на основе сети из нескольких колец SDH, соединив некоторые узлы колец звеньями для придания сети большей гибкости и надежности.

На начальном этапе модернизации данной сети связи наиболее рациональным и экономически выгодным является комбинированное использование существующего оборудования SDH и внедряемого WDM. Таким образом, системы WDM будут использоваться для передачи больших потоков данных (например, передача internet-трафика). Системы SDH будут использоваться для передачи и выделения низкоскоростного трафика. Построение такой комбинированной системы даст такие дополнительные возможности:

• более эффективное использование емкости сети, за счет оптимального распределения низкоскоростных и высокоскоростных потоков данных;

• повысит надежность сети, за счет различных схем резервирования на WDM и SDH уровнях;

• увеличит скорость магистральных соединений и позволить расширить существующую сеть.

В дальнейшем при переводе сети полностью на системы WDM будет получен ряд преимуществ, таких как:

• Возможность оставить существующие схемы обеспечения надежности;

• Высвобождение занятых оптических волокон, за счет оптимального использования других волокон;

• Отсутствие необходимости прокладки нового оптического кабеля;

• Возможность оперативной масштабируемости сети и простота дальнейшего наращивания пропускной способности;

• Обеспечение независимости передачи данных любого типа по одному волокну на разных длинах волн.

В системах WDM, осуществляющих перенос трафика SDH, существуют как специфические методы защиты трафика, например, переключение на резервную длину волны в случае отказа исходной несущей, так и традиционные в принципе, но не всегда возможные в рамках традиционной системы SDH, например, динамическая маршрутизация – перенаправление оптических несущих по новому маршруту при обрыве кабеля или деградации сигнала на предыдущем маршруте.

Заключение

Для создания эффективной системы резервирования и восстановления транспортной сети необходимо исследовать методы повышения надежности относительно применения схем резервирования с использованием преимущества передачи сигнала на нескольких длинах волн, а также решить следующие задачи:

1. Определить основные источники сбоев и возможные пути повышения надежности сетей связи.

2. Провести анализ существующих методов резервирования и избыточности оборудования SDH систем с различной топологией.

3. Проанализировать основные преимущества систем спектрального уплотнения с целью повышения надежности.

Литература

1. Комарницкий Э.И. Надежность работы волоконнооптических сетей связи и оперативное устранение аварий [Текст]: LIGHTWAVE Russian Edition №4 2005 с. 37-43
2. Заркевич Е.А., Скляров О.К., Устинов С.А. Элементарная основа магистральных волоконно-оптических систем передачи со спектральным разделением каналов [Текст]: LIGHTWAVE russian edition №1 2003 с. 20-21
3. Кабыш C. Надежность - прежде всего [Текст]: СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ март 2004 c. 74-79
4. Слепов Н.Н. Особенности современной технологии WDM [Электронный ресурс]: http://www.electronics.ru/issue/2004/6/19
5. Dr. Boncek R., Dr. Dickinson P., Dr. Santanu D. Обеспечение высокой пропускной способности городских сетей при использовании экономичной инфраструктуры [Текст]: LIGHTWAVE russian edition №3 2004 с. 18-20
6. Соколов Н.А. Телекоммуникационные сети. Монография в 4-х главах. Часть 2 (глава 2) – М.: Альварес Паблишинг, 2003, – 128 с.
7. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. Пер. с англ. под ред. Слепова Н.Н. – М.: Техносфера, 2003, – 584 с.
8. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 468 с.
9. Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 282 с.
10. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети : монография. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 268 с.

---

ДонНТУ • Портал магистров ДонНТУ • Об авторе • Библиотека • Ссылки • Отчет о поиске • Индивидуальный раздел

© 2009 ДонНТУ Чепак Виталий Сергеевич