Актуальність теми і мети досліджень
Наукова значимість роботи та цінність результатів
Огляд технології SDH
Огляд топології «кільце»
Транспортна мережа Донецької області
Оцінка параметрів кільцевих SDH - мереж при заданих показниках надійності
Інтенсивний розвиток нових інформаційних технологій у сімдесяті роки призвів до бурхливого розвитку мікропроцесорної техніки, яка стимулювала розвиток цифрових методів передачі голосу і даних, що в кінцевому результаті призвело до створення нових високошвидкісних технологій глобальних мереж: PDH, SONET, SDH, ISDN, Frame Relay, ATM . Інтерес до технології SDH зумовлений тим, що ця технологія прийшла на зміну імпульсно-кодової модуляції РСМ (ІКМ) і плезіохронной цифрової ієрархії РDH (ПЦІ) і стала інтенсивно впроваджуватися в результаті масового встановлення сучасних зарубіжних цифрових АТС, які дозволяють оперувати потоками 2 Мбіт / с , і створення в регіонах локальних кілець SDH. [4] На сьогоднішній день на основі технології SDH відбувається масштабне переобладнання старої аналогової мережі зв'язку в цифрову взаємопов'язану мережу зв'язку, що використовує самі передові технології.
Актуальність теми: надійність транспортної мережі зв'язку є одним з найважливіших показників працездатності мережі. Саме тому багато які національні оператори зв'язку, провайдери та мобільні оператори зв'язку прагнуть підвищити показники надійності роботи мережі, яка залежить від надійності складових елементів (мультиплексорів, комутаторів, маршрутизаторів і т.д.), а також від обраної схеми захисту. Сучасні 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.
Мета досліджень: вивчення та аналіз транспортної мережі, інфраструктура якої заснована на технології SDH. Побудова кільцевої SDH-мережі та дослідження на її прикладі основних характеристик надійності. А також розробка методів підвищення надійності існуючого SDH-кільця.
В ході роботи буде досліджена існуюча транспортна мережа Донецької області та проведена оптимізація її з точки зору пропускної здатності. Також буде проведено дослідження надійності мережі, аналіз її показників і наведено методи ефективного підвищення цих показників. Практична цінність результатів роботи полягає в застосуванні більш ефективних методів підвищення надійності при проектуванні нових або модернізації існуючих транспортних мереж, що дозволить більш раціонально використовувати ресурси мережі та мінімізувати фінансові витрати на її побудову та обслуговування.
В даний час великі транспортні мережі зв'язку використовують волоконно-оптичні системи в якості середовища передачі інформації на великі відстані. При цьому більшість таких мереж мають інфраструктуру, засновану на технології SDH / SONET. Це пов'язано з наступними особливостями технології SDH:
— Зрілість і стабільність застосовуваних технологій і стандартів. Поряд із застосуванням зрілого і сталого технологічного базису SDH реалізація технологій в застосованому устаткуванні відповідає сучасним рекомендаціям і стандартам, зокрема стандартам ETSI і ITU.
— Відповідність рішень сучасному рівню технології. SDH-рішення відповідають сучасному рівню як з економічної точки зору (забезпечуючи мінімізацію загальної вартості володіння), так і з концептуальної (за рахунок модульності, програмованого і мультисервісної) та технологічної точок зору (за рахунок застосування сучасних стандартів в обладнанні, управлінні і передачі даних) .
— Висока якість зв'язку. Будучи спочатку розробленою в якості технології первинних мереж зв'язку, SDH забезпечує високу пропускну здатність, гарантує якість обслуговування і відмовостійкість.
— Висока надійність. Надійність мереж SDH досягається за рахунок резервування на рівні архітектури, топології, на рівні окремих вузлів, а також на рівні критичних елементів обладнання.
— ефективність. Рішення на базі технології SDH забезпечують скорочення часу виведення нових послуг на ринок (за рахунок малих витрат часу на створення, розширення та реконфигуювання систем), скорочення витрат на експлуатацію системи, можливість економії на придбанні додаткового обладнання (за рахунок багатофункціональності, поєднання різних функцій на одній платформі), можливість розширення з мінімальною кількістю редагувань за рахунок модульності системи, а також можливість інтеграції з успадкованою інфраструктурою і обладнанням інших виробників. [5]
Найбільш поширеною базовою топологією для побудови мереж зазначеної технології є кільцева мережа (рис.1.1)
Рисунок 1 — Топологія «кільце» c захистом 1 +1.
При проектуванні будь-яких мереж, а особливо мереж великого масштабу (регіону, області, країни), найбільш важливими є питання мінімізації витрат і забезпечення високої надійності (коефіцієнта готовності). Хоча структура SDH-мереж забезпечує сервісні функції по досягненню високої надійності та живучості, дане перевага не реалізується повною мірою саме по собі. У зв'язку з цим особливо гостро постає питання оптимізації витрат на створення SDH-мереж, що забезпечують високий коефіцієнт готовності. Одним з переваг кільцевої топології є забезпечення високої надійності мережі. Для оптимізації витрат на створення SDH-мереж, що забезпечують високий коефіцієнт готовності, необхідно використовувати рознесення трас. Рознесення трас може бути досягнуто без використання великої кількості додаткових зв'язків. У багатьох випадках введення всього однієї додаткової ланки дозволяє значно підвищити мережеву надійність. Так, якщо мінімальна зв'язність мережі з n вузлів забезпечується n-1 ланкою, то, з'єднавши ці вузли в кільце, ми задіємо всього одну додаткову ланка. При цьому з точки зору надійності внесок буде досить суттєвим, так як між будь-якою парою вузлів в кільці буде існувати, принаймні, два шляхи, що не перехрещуються.
Отже, в рамках досліджень була проведена оптимізація існуючої транспортної мережі на основі заданої кількості абонентів і величин навантажень. На основі обраних технології і топології транспортної мережі була спроектована транспортна мережа Донецької області для мобільного оператора. Точніше вже існуюча транспортна мережа була оптимізована. В результаті були розраховані навантаження по кожному вузлу мережі, кількості каналів та ІКМ-трактів.
Таблиця 1.1 — Кількість каналів, ІКМ трактів та навантаження.
| 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 |
Також була розрахована матриця навантажень на канали зв'язку.
Таблиця 1.2 — Матриця навантажень на канали зв'язку
| 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 | - |
Топологія існуючої і проектованої мереж представлені на рисунці 2.
Рис.2 Діаграма — Топологія існуючої і проектованої мереж
частота кадрів — 12 кадрів/с, анімація виконана в Macromedia Flash 8, 144 кБайт
На рисунці видно, що топологія існуючої мережі — зірка, а проектованої — кільце, в якому всі адміністративні центри з'єднані між собою оптико-волоконний кабель, до яких по вже існуючим радіорелейних ліній передачі підключаються всі інші міста області. Також був зроблений вибір активного та пасивного обладнання та синтез схеми з'єднань, були розраховані основні параметри оптичного кабелю.
Надійність — це властивість мережі зв'язку виконувати задані функції, тобто забезпечувати можливість передачі необхідної інформації на заданих напрямках з встановленою нормами вірогідністю протягом необхідного проміжку часу і при дотриманні правил технічного обслуговування. Зрозуміло, що надійність тим вище, чим менше число відмов - ушкоджень з перервою зв'язку. Надійність транспортної мережі залежить від надійності складових елементів (мультиплексорів, комутаторів, маршрутизаторів і т.д.), а також від обраної схеми захисту. Коли необхідно оптимізувати розміри існуючої кільцевої мережі при заданих показниках надійності, необхідно мати математичні вирази, які дозволяли б визначити необхідні оціночні параметри. Нехай всі ланки мережі мають коефіцієнт готовності.
Коефіцієнт готовності (Kг ) — імовірність того, що мережа зв'язку в довільно вибраний момент часу справно.
[1]
де T — середній час між відмовами, tв — Середній час відновлення зв'язку. [2]
Знаючи коефіцієнт готовності, можна отримати вираз для надійності одного кільця:
[2]
де Kн — надійність одного кільця, N — кількість вузлів в мережі.
Висловимо N з отриманого рівняння:
[3]
При застосуванні апроксимації до цієї формули можна отримати наступний наближений вираз для розрахунку N :
[4]
Математичний вираз (4) допомагає швидко визначити наближену кількість вузлів в кільцевій мережі, якщо задані необхідні показники надійності, а точніше коефіцієнти готовності ланок мережі. [3]
Отже, в рамках досліджень були:
— Розглянуті переваги побудови транспортних мереж на основі технології SDH;
— Обгрунтовано перевагу побудови транспортних мереж по топології «кільце»;
— Підняті питання оцінки надійності транспортних мереж SDH;
— Наведені математичні вирази, що дозволяють визначити кількість вузлів в кільцевих мережах різного розміру. Планується розробити ефективні методи підвищення показників надійності транспортної мережі.
[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.