Актуальность темы и цели исследований
Научная значимость работы и ценность результатов
Обзор технологии SDH
Обзор топологии «кольцо»
Транспортная сеть Донецкой области
Оценка параметров кольцевых SDH – сетей при заданных показателях надежности
Интенсивное развитие новых информационных технологий в семидесятые годы привело к бурному развитию микропроцессорной техники, которая стимулировала развитие цифровых методов передачи голоса и данных, что в конечном результате привело к созданию новых высокоскоростных технологий глобальных сетей: PDH, SONET, SDH, ISDN, Frame Relay, ATM . Интерес к технологии SDH обусловлен тем, что эта технология пришла на смену импульсно-кодовой модуляции РСМ (ИКМ) и плезиохронной цифровой иерархии РDH (ПЦИ) и стала интенсивно внедряться в результате массового установления современных зарубежных цифровых АТС, которые позволяют оперировать потоками 2 Мбит / с, и создание в регионах локальных колец SDH. [4] На сегодняшний день на основе технологии SDH происходит масштабное переоборудование старой аналоговой сети связи в цифровую взаимосвязанную сеть связи, которая использует самые передовые технологии.
Актуальность темы: надежность транспортной сети связи является одним из самых важных показателей работоспособности сети. Именно поэтому многие национальные операторы связи, провайдеры и мобильные операторы связи стремятся повысить показатели надежности работы сети, которая зависит от надежности составляющих элементов (мультиплексоров, коммутаторов, маршрутизаторов и т.д.), а также от выбранной схемы защиты. Современные 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.
Цели исследований: изучение и анализ транспортной сети, инфраструктура которой основана на технологии SDH. Построение кольцевой SDH–сети и исследование на ее примере основных характеристик надежности. А также разработка методов повышения надежности существующего SDH-кольца.
В ходе работы будет исследована существующая транспортная сеть Донецкой области и проведена оптимизация ее с точки зрения пропускной способности. Также будет проведено исследование надежности сети, анализ ее показателей и приведены методы эффективного повышения этих показателей. Практическая ценность результатов работы состоит в применении более эффективных методов повышения надежности при проектировании новых или модернизации существующих транспортных сетей, что позволит более рационально использовать ресурсы сети и минимизировать финансовые затраты на ее построение и обслуживание.
В настоящее время крупные транспортные сети связи используют волоконно-оптические системы в качестве среды передачи информации на большие расстояния. При этом большинство таких сетей имеют инфраструктуру, основанную на технологи SDH/SONET. Это связано со следующими особенностями технологии SDH:
— Зрелость и стабильность применяемых технологий и стандартов. Наряду с применением зрелого и устойчивого технологического базиса SDH реализация технологий в применяемом оборудовании соответствует современным рекомендациям и стандартам, в частности стандартам ETSI и ITU.
— Соответствие решений современному уровню технологии. SDH-решения соответствуют современному уровню как с экономической точки зрения (обеспечивая минимизацию общей стоимости владения), так и с концептуальной (за счет модульности, программируемости и мультисервисности) и технологической точек зрения (за счет применения современных стандартов в оборудовании, управлении и передаче данных).
— Высокое качество связи. Будучи изначально разработанной в качестве технологии первичных сетей связи, SDH обеспечивает высокую пропускную способность, гарантирует качество обслуживания и отказоустойчивость.
— Высокая надежность. Надежность сетей SDH достигается за счет резервирования на уровне архитектуры, топологии, на уровне отдельных узлов, а также на уровне критических элементов оборудования.
— Экономическая эффективность. Решения на базе технологии SDH обеспечивают сокращение времени вывода новых услуг на рынок (за счет малых затрат времени на создание, расширение и реконфигурацию систем), сокращение затрат на эксплуатацию системы, возможность экономии на приобретении дополнительного оборудования (за счет многофункциональности, совмещение различных функций на одной платформе), возможность расширения с минимальным количеством изменений за счет модульности системы, а также возможность интеграции с унаследованной инфраструктурой и оборудованием других производителей.[5]
Наиболее распространенной базовой топологией для построения сетей указанной технологии является кольцевая сеть (рис.1.1).
Рисунок 1 - Топология «кольцо» c защитой 1+1.
При проектировании любых сетей, а в особенности сетей большого масштаба (региона, области, страны), наиболее важными являются вопросы минимизации затрат и обеспечения высокой надежности (коэффициента готовности). Хотя структура SDH-сетей обеспечивает сервисные функции по достижению высокой надежности и живучести, данное преимущество не реализуется в полной мере само по себе. В связи с этим особо остро встает вопрос оптимизации затрат на создание SDH-сетей, обеспечивающих высокий коэффициент готовности.
Одним из преимуществ кольцевой топологии является обеспечение высокой надежности сети. Для оптимизации затрат на создание SDH-сетей, обеспечивающих высокий коэффициент готовности, необходимо использовать разнесение трасс. Разнесение трасс может быть достигнуто без использования большого количества дополнительных связей. Во многих случаях введение всего одного дополнительного звена позволяет значительно повысить сетевую надежность. Так, если минимальная связность сети из n узлов обеспечивается n-1 звеном, то, соединив эти узлы в кольцо, мы задействуем всего одно дополнительное звено. При этом с точки зрения надежности вклад будет весьма существенным, так как между любой парой узлов в кольце будет существовать, по крайней мере, два непересекающихся пути.
Итак, в рамках исследований была проведена оптимизация существующей транспортной сети на основе заданного количества абонентов и величин нагрузок. На основе выбранных технологии и топологии транспортной сети была спроектирована транспортная сеть Донецкой области для мобильного оператора. Точнее уже существующая транспортная сеть была оптимизирована. В результате были рассчитаны нагрузки по каждому узлу сети, количества каналов и ИКМ-трактов.
Таблица 1.1 — Количество каналов, ИКМ трактов и нагрузка.
| Nкан | Nикм | Нагрузка, Мбит/с | |
| ОпО -> ВКМ1 | 3054 | 102 | 203,60 |
| ОпО -> ВКМ2 | 1079 | 36 | 71,93 |
| ОпО -> ВКМ3 | 1220 | 41 | 81,330 |
| ОпО -> ВКМ4 | 532 | 18 | 35,47 |
| ОпО -> ВКМ5 | 4924 | 165 | 328,27 |
| ОпО -> другие сети | 8528 | 285 | 568,53 |
Также была рассчитана матрица нагрузок на каналы связи.
Таблица 1.2 — Матрица нагрузок на каналы связи
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| О | - | - | - | - | - | 100,00 |
| 1 | 76,81 | - | - | 20,00 | - | 80,00 |
| 2 | 27,34 | 90,00 | - | - | - | - |
| 3 | 30,61 | 102,00 | 72,00 | - | - | - |
| 4 | 14,87 | 46,00 | 17,00 | 19,00 | - | - |
| 5 | 133,21 | 220,65 | 158,00 | 179,00 | 78,00 | - |
Топология существующей и проектируемой сетей представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 Диаграма — Топология существующей и проектируемой сетей
частота кадров — 12 кадров/с, анимация выполнена в Macromedia Flash 8, 144 кБайт
На рисунке видно, что топология существующей сети — звезда, а проектируемой — кольцо, в котором все административные центры соединены между собой оптико-волоконным кабелем, к которым по уже существующим радиорелейным линиям передачи подключаются все остальные города области. Также был произведен выбор активного и пассивного оборудования и синтез схемы соединений, были рассчитаны основные параметры оптического кабеля.
Надежность — это свойство сети связи выполнять заданные функции, т.е. обеспечивать возможность передачи требуемой информации на заданных направлениях с установленной нормами достоверностью в течение требуемого промежутка времени и при соблюдении правил технического обслуживания. Понятно, что надежность тем выше, чем меньше число отказов — повреждений с перерывом связи. Надежность транспортной сети зависит от надежности составляющих элементов (мультиплексоров, коммутаторов, маршрутизаторов и т.д.), а также от выбранной схемы защиты. Когда необходимо оптимизировать размеры существующей кольцевой сети при заданных показателях надежности, необходимо иметь математические выражения, которые позволяли бы определить необходимые оценочные параметры. Пусть все звенья сети имеют коэффициент готовности .
Коэффициент готовности (Kг) — вероятность того, что сеть связи в произвольно выбранный момент времени будет исправна.
[1]
где T — среднее время между отказами, tв — среднее время восстановления связи.[2]
Зная коэффициент готовности, можно получить выражение для надежности одного кольца:
[2]
где Kн — надежность одного кольца, N — количество узлов в сети.
Выразим N из полученного уравнения:
[3]
При применении аппроксимации к этой формуле можно получить следующее приближенное выражение для расчета N:
[4]
Математическое выражение (3) помогает быстро определить приближенное количество узлов в кольцевой сети, если заданы требуемые показатели надежности, а точнее коэффициенты готовности звеньев сети.[3]
Итак, в рамках исследований были:
— рассмотрены преимущества построения транспортных сетей на основе технологии SDH;
— обосновано преимущество построения транспортных сетей по топологии «кольцо»;
— подняты вопросы оценки надежности транспортных сетей SDH;
— приведены математические выражения, позволяющие определить количество узлов в кольцевых сетях различного размера. Планируется разработать эффективные методы повышения показателей надежности транспортной сети.
[1] Шполянский Е.А. Методы расчета надежности и оптимизации загрузки кольцевых SDH – сетей. Информация и космос №3-2004.
[2] Shah Rahul. Optimization Problems in SONET/WDM Ring Architecture // Master’s essay under Vasek Chvatal. – 1998.
[3] Soriano P. еt al. Design and dimensioning of survivable SDH/SONET networks // Chapter 9 in Telecommunications Network Planning. – Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 1998.
[4] Применение технологии SDH в Украине. К. Хмелевой. Сети и телекоммуникации. 1 (20) ‘2002
[5] Н.Н. Слепов. Синхронные цифровые сети SDH.
[6] Бирюков Н.Л., Стеклов В.К. Транспортные сети и системы электросвязи. Системы мультиплексирования: Учебник для студентов вузов по специальности «Телекоммуникации»./Под ред. В.К.Стеклова. – К.;2003, - 352 с.
[7] Портнов Э.Л. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно – оптических линий связи: Учебное пособие для вузов. – М: Горячая линия – Телеком, 2007. – 464с.
[8] Комарницкий Э.И. Надежность работы волоконнооптических сетей связи и оперативное устранение аварий [Текст]: LIGHTWAVE Russian Edition №4 2005 с. 37-43
[9] Кабыш C. Надежность - прежде всего [Текст]: СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ март 2004 c. 74-79
[10] Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 282 с.