Реферат за темою випускної роботи

Вступ

У цей час відбувається інтенсивне зростання надання телекомунікаційних послуг. Збільшення числа користувачів Інтернет, будівництво корпоративних мереж і мереж зберігання даних, впровадження послуги «Відео за запитом» – вимагає розширення смуги пропущення в транспортній мережі міста. Донедавна технічною основою для побудови транспортної мережі були телекомунікаційні системи передачі синхронної цифрової ієрархії (SDH – Synchronous Dіgіtal Hіerarchy). Однак інтенсивний шлях розвитку даної технології практично підійшов до свого кінця, зупинившись на швидкості 40 Гбіт/с, що пояснюється наявністю дисперсії в стандартному оптоволокні, на якому побудовані більшість мереж. Істотно збільшити пропускну здатність покликана технологія мультиплексування по довжині хвилі (WDM), за рахунок розширення ширини смуги передачі шляхом збільшення числа каналів.

Актуальність теми. Надійність транспортної телекомунікаційної мережі є таким же важливим показником як міцність фундаменту будинку. Провайдери, постачальники послуг й оператори мереж зв'язку прагнуть підвищити показник надійності роботи телекомунікаційної мережі, тобто здатність мережі виконувати функції передачі з надійністю, встановленою нормами протягом довгого часу. Сучасні міські транспортні телекомунікаційні мережі переносять значну кількість інформації з високою швидкістю, тому навіть короткочасні перерви зв'язку ведуть до втрати великої кількості інформації. Таким чином, розробка методів підвищення надійності в оптичних мережах є актуальною на сьогоднішній день.

Наукова значимість роботи. У ході роботи будуть розроблені оптимальні методи забезпечення надійності: обґрунтована ефективність впровадження систем WDM, проведений аналіз схем резервування й запропонований алгоритм резервування на основі П-цикла.

Практична цінність результатів роботи складається в застосуванні більш ефективних методів підвищення надійності при проектуванні нових або модернізації існуючих міських транспортних мереж (METRO), що дозволить більш раціонально використовувати ресурси мережі й мінімізувати фінансові витрати на її побудову й обслуговування.

Основні результати

Відповідно до рекомендацій ІTU-T G.602 під надійністю розуміють властивість системи зв'язку зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах й умовах застосування. Основною кількісною характеристикою надійності є коефіцієнт готовності.

                         Kr=To/(To+tв)                                (1)

де To – середній наробіток на відмову (MTBF), а tв – середній час відновлення працездатного стану.

Зворотною величиною є коефіцієнт змушеного простою (коефіцієнт неготовності) Кп – це ймовірність того, що система не буде працездатна в довільно обраний момент часу

                            Kп=1-Kr                                      (2)

З формули (1) витікає, що коефіцієнт готовності системи можна поліпшити шляхом збільшення показника MTBF або зменшення часу відновлення працездатності. Надійність пристроїв можна поліпшити шляхом використання высоконадежных пристроїв, або надмірністю встаткування, або й тим й іншим. Однак, робити оцінку надійності мережі необхідно з обліком всіх її компонентів. У міру збільшення складності системи зв'язку ймовірність відмови якого-небудь із його компонентів збільшується. Сучасні системи зв'язку використовують велику кількість елементів, що робить необхідним використання резервування й обхідних маршрутів для підвищення коефіцієнта готовності системи зв'язку в цілому. Розглянемо основні засоби збільшення показника готовності мережі.

Варіанти захисту лінійних сегментів

Тип резервування за схемою 1+1 зазвичай широко використовується в кільцевих архітектурах. В основній конфігурації кільцевої архітектури трафік від джерела одночасно передається по обох напрямки й рішення про перемикання між основною й резервною лініями приймається в місці призначення. У цій ситуації тільки втрата сигналу (LOS) потрібна для ініціалізації переходу на резерв, і не потрібно ніякої інформації керування або команд, щоб перейти між двома цими станами. Передбачається, що після відмови основної лінії, ремонтники відновлять її працездатність. Відремонтована лінія призначається як «нова резервна». Найбільш доцільним рішенням є географічне рознесення основної й резервної ліній.

Це дозволяє мінімізувати відмови загального типу. У силу простоти підходу, він забезпечує найбільш швидке відновлення системи з мінімальними вимогами на здійснення складного моніторингу й спеціального устаткування. Однак, це дорого й менш ефективно, з погляду використання встаткування, чим використання резервування типу N+1. Це неефективно, тому що резервне встаткування залишається невикористовуваним практично увесь час, не приносячись прибуток.

Захист типу N+1. Більш ефективне використання резервного встаткування можна одержати при використанні методу захисту лінії передачі за схемою N+1. Цей метод можна розглядати як розширення схеми 1+1. З огляду на високу надійність сучасного встаткування, можна припустити, що на одному маршруті не може трапитися одночасно дві відмови. Це дає можливість мати тільки одну резервну лінію на N працюючих. Захист N+1 робить використання встаткування більше ефективним економічно, але вимагає більше складного керування й не може запропонувати того ж рівня доступності, як при використанні схеми захисту 1+1. Також важко провести розподіл маршрутів на робочі й резервні.

Резервування термінального встаткування

Наступним варіантом підвищення відказостійкості мережі є резервування термінального встаткування по схемах 1:1, або N:1, або N:m. У цьому випадку відновлення працездатності здійснюється за рахунок резервування на рівні трібних інтерфейсів. Схема резервування, позначувана в загальному випадку як N:m, використовує m резервних на N працюючих інтерфейсних карт, що допускає різний ступінь резервування: від 1:1 (100%) до N:m (100* m/N%), де m=1 мінімально, коли на N основних трібних інтерфейсних карт використовується одна резервна.

Підвищення надійності існуючих мереж при модернізації

Основними структурами транспортних мереж є: лінійна (однозв'язна), кільцева (двузв'язна) й коміркова (багатозв'язна). З огляду на двузв'язність кільцевих топологій, в них допускається значно менший показник надійності окремих елементів мережі в порівнянні з лінійною структурою, що призвело до широкого поширення на транспортних міських мережах структур кілець, які самовідновлюються. Однак, багатозв'язні мережі набагато більше живучі. Резервування таких мереж, розбиваючи на сегменти кільцевих структур з механізмом кільця, що самовідновлюється, є неефективним і несе витрати.

Більшість міських транспортних телекомунікаційних мереж мають топологію «самовідновлюючогося кільця» і мають радіальні відгалуження у своїй архітектурній побудові. Приклад такої мережі і її роботи у випадку аварії наведений на рис 1.

Рис.1 – Приклад роботи транспортної мережі

(Flash анімація – 1,57 Кб; розмір – 550х400 px; складається з 116 кадрів; частота кадрів – 12 fps)

Розглянемо основні плюси й мінуси таких мереж.

Безумовним плюсом є можливість використання захисту 1+1 для двухволоконної схеми без додаткового встаткування. Мінусом є недостатня гнучкість, викликана, по-перше, відсутністю альтернативних маршрутів (не вважаючи резервного), постійність числа каналів в «перетині» мережі на будь-якій її ділянці, необхідність резервування потоків для всіх каналів радіальних галузей і викликане цим швидке насичення кільця, і низька ефективність використання трафіку. Крім того, довжина радіальної секції обмежена можливостями кільцевого мультиплексору й саме їхнє число на кільці зазвичай обмежено (у тому числі й наведеними вище міркуваннями), а тому, для обслуговування певної області доводиться організовувати кілька кілець із неминучою додатковою втратою ємності кілець. Ситуація ще більше ускладнюється якщо з метою підвищення надійності розглянути варіант зв'язку двох кілець із використанням двох вузлів.

Як показує практика розвитку мереж SDH у європейських країнах найбільш оптимальної з погляду оптимізації витрат на мережу в цілому й найбільш надійною і гнучкої є коміркова архітектура. Розширюючи мережу в міру нагромадження нових вузлів і прокладці паралельних ліній, навіть мережа, що складається з одного SDH кільця, згодом виявляється, що на базі даного сегмента був побудований деякий осередок. Аналогічний процес повторюється й на інших сегментах, створючи в результаті класичну коміркову мережу з різними потоками в різних її сегментах. Аналогічно можна побудувати коміркову мережу на основі мережі з декількох кілець SDH, з'єднавши деякі вузли кілець ланками для додання мережі більшої гнучкості й надійності.

На початковому етапі модернізації даної мережі зв'язку найбільш раціональним й економічно вигідним є комбіноване використання існуючого встаткування SDH і впроваджуваного WDM. Таким чином, системи WDM будуть використовуватися для передачі більших потоків даних (наприклад, передача іnternet-трафіку). Системи SDH будуть використатися для передачі й виділення низькошвидкістного трафіку. Побудова такої комбінованої системи дасть такі додаткові можливості:

• більш ефективне використання ємності мережі, за рахунок оптимального розподілу низькошвидкістних і високошвидкісних потоків даних;

• підвищить надійність мережі, за рахунок різних схем резервування на WDM й SDH рівнях;

• збільшить швидкість магістральних з'єднань і дозволити розширити існуючу мережу.

Надалі при переході мережі повністю на системи WDM буде отриманий ряд переваг, таких як:

• Можливість залишити існуючі схеми забезпечення надійності;

• Вивільнення зайнятих оптичних волокон, за рахунок оптимального використання інших волокон;

• Відсутність необхідності прокладки нового оптичного кабелю;

• Можливість оперативної масштабованості мережі й простота подальшого нарощування пропускної здатності;

• Забезпечення незалежності передачі даних будь-якого типу по одному волокну на різних довжинах хвиль.

У системах WDM, що здійснюють переніс трафіку SDH, існують як специфічні методи захисту трафіку, наприклад, перемикання на резервну довжину хвилі у випадку відмови вихідної несучої, так і традиційні в принципі, але не завжди можливі в рамках традиційної системи SDH, наприклад, динамічна маршрутизація – перенапрямок оптичних несучих по новому маршруті при обриві кабелю або деградації сигналу на попередньому маршруті.

Література

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 магістрів ДонНТУ • Біографія •
    
    © 2009 ДонНТУ Чепак Віталій Сергійович