Классические транспортные сети

В большинстве эксплуатируемых ныне местных транспортных сетей для передачи информации используются кабели с ОВ. Обработка информации осуществляется после ее преобразования в форму цифрового электрического сигнала. Преобразователи типа OE и EO пока еще необходимы, но область их использования постепенно сужается. Эта тенденция, включающая четыре фазы, показана на рисунке 2.28 для связи двух МВК.

Использование преобразователей “OE” и “EO”

Рисунок 2.28

Фаза I характерна для начального этапа использования кабелей с ОВ в транспортных сетях. Преобразователи типа OE и EO устанавливались до и после каждого МВК. Если возникала необходимость в восстановлении сигнала, то такие же преобразователи устанавливались до и после каждого регенератора. В оба МВК могут также включаться кабели с металлическими проводниками. Эта возможность показана линиями, отмеченными черными точками.

На фазе II стали использоваться ОУ. В этом случае в местных транспортных сетях можно отказаться от регенераторов. Это означает, что число преобразователей OE и EO сокращается.

Фаза III – применение ОМВК, которые осуществляют полупостоянную коммутацию без перехода к электрической форме сигнала. Преобразователи теперь необходимы между коммутационным полем ОМВК и СУ. Устройство управления (УУ), в качестве которого обычно используются средства вычислительной техники, оперирует электрическими сигналами. В этом случае в ОМВК используются преобразователи, обычно обозначаемые трехбуквенной аббревиатурой OEO (optical/electrical/optical). Буква “E” в данном сокращении указывает на то, что УУ оперирует с информацией в электрической форме.

Фаза IV представляет собой перспективное решение, когда в системе управления будут использоваться компьютеры, работающие с информацией в форме оптических сигналов. На рисунке 2.28 такая система управления обозначена аббревиатурой УУо. Подобное решение иногда обозначают как "OOO" (optical/optical/optical), подчеркивая использование только оптических технологии для передачи, коммутации и обработки информации.

Структура классических транспортных сетей, создаваемых в городах и в сельской местности, может быть любой. На практике, для связи множества из "N" СУ, используется такой набор топологий:

· полносвязный граф, имеющий “N” вершин и 0,5 x N x (N-1) ребер;

· граф, также состоящий из “N” вершин, но с меньшим числом ребер;

· кольцо;

· совокупность колец.

Вершины полносвязного графа соединены между собой по принципу "каждая с каждой". В англоязычной технической литературе такой тип связи известен по словосочетанию Fully Connected Network [58]. В эпоху аналоговой техники передачи и коммутации местные транспортные сети строились именно по этому принципу. Когда начали прокладываться первые кабели с ОВ, эта структура транспортной сети стала малоэффективной. По мере роста трафика линии передачи, соединяющие СУ напрямую, стали использоваться весьма эффективно. Это возродило интерес к транспортным сетям, структура которых представляет собой полносвязный граф [59, 60].

В левой части рисунка 2.29 показан пример полносвязного графа, который служит моделью транспортной сети, состоящей из шести СУ. Каждая вершина графа соответствует СУ. Вершины графа обозначены буквами H1, H2, …, H6. Ребра графа соответствуют линиям передачи. На рисунке для полносвязного графа обозначено только ребро a₂₆, соединяющее вершины H2 и H6.

В правой части рисунка 2.29 показан пример не полностью связанного графа. В англоязычной технической литературе такой структуре соответствует термин "Mesh". Ребро между вершинами H2 и H6 отсутствует. Связь этих двух вершин может осуществляться по таким маршрутам: a₁₆ - a₂₁, a₄₆ - a₂₄, a₁₆ - a₁₄ - a₂₄, a₄₆ - a₁₄ - a₂₁. Наличие нескольких маршрутов обеспечивает весьма высокую живучесть сети. В частности, для оценки коэффициента готовности линии передачи между вершинами H2 и H6 можно использовать выражение для расчета вероятности связи в мостиковой структуре [27, 61]. Если считать, что все СУ абсолютно надежны, а вероятности отказа всех линий передачи (q) одинаковы, то искомое выражение для оценки коэффициента готовности (K_Г26) может быть представлено в таком виде:

K_Г26 = 1 – 2q² – 2q³ + 5q⁴ – 2q⁵. (2.11)

Две модели транспортной сети, состоящей из шести сетевых узлов

Рисунок 2.29

В таблице 2.4 представлены результаты расчета коэффициента готовности для четырех значений вероятности отказа линии передачи.

Таблица 2.4

Величина q	0,1	0,01	0,001	0,0001
Значение KГ26	0,97848000	0,9997980	0,9999979	0,9999999

Даже при весьма высокой вероятности отказа линии передачи (q = 0,001) рассматриваемая структура транспортной сети обеспечивает коэффициент готовности, превышающий уровень "пять девяток". Для полносвязной сети коэффициент готовности в значительной мере определяется функциональными возможностями СУ. Если они не обеспечивают создание альтернативных маршрутов в транспортной сети, то надежность линий передачи обеспечивается их дублированием. В этом случае коэффициент готовности для любой пары СУ (K_Г) определяется тривиальным выражением:

K_Г = 1 – q². (2.12)

Величина коэффициента готовности, превышающая уровень в "пять девяток", достигается при q < 0,00316. Однако дублирование линий передачи при использовании одной и той же кабельной канализации (или трассы РРЛ) не помогает при отказах, обусловленных внешними воздействиями. По этой причине даже в полносвязных сетях используются альтернативные маршруты. Их создание может выполняться всеми СУ либо какой-либо их частью. В любом случае число таких СУ не должно быть меньше двух. Тогда выражение (2.11) будет нижней границей для коэффициента готовности в транспортной сети.

Формулы (2.11) и (2.12) не учитывают того, что величина коэффициента готовности для СУ не равна единице. Конечно, линейные сооружения более других элементов телекоммуникационной системы подвержены тем отказам, которые приводят к самым серьезным последствиям [62]. Тем не менее, в маршрутах, которые включают значительное число СУ, необходимо учитывать и надежность соответствующих аппаратно-программных средств. В принципе, это можно сделать, умножив полученные значения коэффициентов готовности маршрутов, состоящих только из линий передачи, на вероятность нахождения всех СУ в работоспособном состоянии – P_СУ.

Если в маршруте насчитывается “N” СУ, а вероятность нахождения каждого из них в работоспособном состоянии равна P, то искомое значение определяется очевидным выражением:

P_СУ = P^N. (2.13)

В правой части рисунка 2.29 показан только один из возможных примеров графа, который отличается от полносвязного. Местные транспортные сети, особенно созданные до появления оборудования СЦИ и кабелей с ОВ, могут быть представлены и другими структурами. На рисунке 2.30 изображены два вида структур, широко используемых ранее для построения транспортных сетей в городах и в сельской местности.

Структуры транспортной сети "Звезда" и "Дерево"

Рисунок 2.30

Звездообразная структура транспортной сети чаще всего создавалась для обслуживания СТС, в которой ЦС напрямую соединялась со всеми ОС. Такая структура транспортной сети может также использоваться в узловом районе ГТС, в котором РАТС связаны между собой через УИС и УВС. Звездообразная структура не обеспечивает высокую надежность телекоммуникационной системы. Отказ линии передачи приводит к потере связи на одном направлении.

Древовидная структура транспортной сети обычно используется в сельской местности. Она обеспечивает экономию суммарной длины линий передачи, что для многих ТСС эквивалентно минимизации капитальных затрат. Очевидно, что структура типа "дерево" имеет весьма низкие показатели надежности. Отказ одной линии передачи может привести к потере связи на нескольких направлениях. В частности, отказ линии передачи на участке между H1 и H6 (правый фрагмент рисунка 2.30) изолирует два СУ – H6 и H5.

Когда началось практическое использование оборудования СЦИ и кабелей с ОВ, требования к пропускной способности транспортной сети определялись, в основном, потребностями ТФОП. Возникло явное противоречие между целесообразностью создания мощных линий передачи и потребностью в пучках СЛ сравнительно малой емкости. Это означало, что структура транспортной сети типа "полносвязный граф" была весьма неэкономична. Применение структур типа "звезда" или "дерево" было нежелательно с точки зрения требований по надежности.

Удачным решением проблемы стало использование кольцевых топологий. Интерес к подобным структурам возник давно. В России, например, более двадцати лет назад проводились работы, направленные на создание кольцевых сетей, оптимальных для сельской связи [63]. Пример кольцевой транспортной сети приведен на рисунке 2.31.

Структуры транспортной сети "Кольцо"

Рисунок 2.31

Пунктирной линией показана дополнительная линия передачи (хорда), которая может использоваться для повышения надежности транспортной сети. Анализ надежности кольцевой структуры был приведен в тексте, который следует за рисунком 2.12. Несколько ранее – после рисунка 2.11 – даны оценки суммарной длины линий передачи для транспортной сети кольцевой структуры.

Кольцевая структура, кроме минимизации суммарной длины линий передачи, может также обеспечить экономию числа ОВ. Подобный эффект будет возникать, в частности, в такой ситуации:

· между всеми узлами транспортной сети определена потребность в цифровых трактах, которая выражена в виде матрицы ||Vij||;

· выбран тип системы передачи, что позволяет делением каждого элемента матрицы ||Vij|| на величину поддерживаемых оборудованием СЦИ цифровых трактов определить численность пар ОВ между всеми узлами транспортной сети;

· в результате деления получается матрица ||Gij||, элементы которой, как правило, не будут являться целыми числами;

· при реализации полносвязной сети каждый элемент этой матрицы имеет вид ]g_ij[, то есть округляется до большего целого числа;

· при построении кольцевой сети сначала суммируются несколько элементов вида g_ij, а результат округляется до большего целого числа.

Очевидно, что реализация кольцевой сети (как и ряда других структур), как правило, потребует меньшего числа ОВ. В свою очередь, это означает, что в транспортной сети может использоваться более дешевый кабель.

На практике нашли применение и транспортные сети, состоящие из нескольких колец. Пример такой структуры, образованной двумя кольцами, приведен на рисунке 2.32.

Структура транспортной сети, состоящей из двух колец

Рисунок 2.32

Оба кольца состоят из шести СУ. Два СУ в каждом кольце (HI2 и HI3 в первом, а также HII5 и HII6 во втором) являются общими элементами. Связь между двумя общими СУ проведена жирной линией, чтобы подчеркнуть два важных момента:

· во-первых, пропускная способность линии передачи между узлами HI2 (HII6) и HI3 (HII5) должна быть такой, чтобы обеспечивать пропуск трафика из обоих колец;

· во-вторых, эта линия передачи играет важную роль в обеспечении высокой надежности транспортной сети.

В ряде случаев организуются две независимые трассы – первая между HI2 и HI3, а вторая между HII5 и HII6. Подобные решения показаны на сайтах некоторых Операторов.

В кольце II показана хорда, соединяющая СУ под номерами HII2 и HII4. Такое решение позволяет существенно повысить надежность транспортной сети. Это объясняется тем, что хорда подобна диагонали в мостиковой схеме. На рисунке 2.32 пунктирной линией показана межкольцевая линия передачи. Она также позволяет обеспечить высокие показатели надежности транспортной сети, но обычно такое решение применяется при большом трафике между двумя СУ, находящимися в разных кольцах.

Транспортная сеть, содержащая несколько колец, может формироваться в различных ситуациях. На территории субъекта Федерации многокольцевые структуры образуются совокупностью ТСС [64]. В городах применение таких структур можно рассматривать с двух точек зрения. Во-первых, совокупность колец образуется при иерархическом построении ТСГ. Во-вторых, для ряда городов целесообразно создавать несколько колец на одном уровне иерархии транспортной сети. Примером могут служить города, вытянувшиеся по берегам реки. Совокупность смежных колец можно рассматривать как сотовую (ячеистую) топологию. На рисунке 2.33 показана модель гипотетической транспортной сети, которая демонстрирует процесс формирования структуры, похожей на сотовую топологию.

Формирование сотовой топологии

Рисунок 2.33

Кольца с номерами I, II и III представляют центральный фрагмент транспортной сети. Если рассматривать ТСГ, то эти три кольца могут – применительно к телефонии – считаться теми техническими средствами, которые формируют линии передачи для связи цифровых МС между собой и с АМТС. Кольца с двойной нумерацией II1, II2 и II3 соответствуют трем сетям доступа. Они находятся на более низком уровне иерархии, чем кольца I, II и III. В этом смысле можно найти сходство с сотовой сетью, в которой реализованы макро- и микросоты [65]. Совокупности кольцевых структур иногда присваиваются названия [5, 66] технических (пропеллер) или же иных (веер) устройств, а также цветов (ромашка, четырехлистный клевер).

Всем рассмотренным в этом параграфе структурам транспортных сетей присущ один общий недостаток, проиллюстрированный рисунком 2.28. Он обусловлен использованием разных технологий передачи и распределения информации в транспортных сетях, названных "классическими". Действительно очень заманчиво перейти к одной технологии, когда в пределах транспортной сети все операции будут выполняться без перехода к электрическим сигналам.

Достижения науки и техники в последние годы позволяют надеяться, что такое решение скоро станет столь же привычным, как технология DWDM. В следующем параграфе рассматриваются основные принципы построения оптических транспортных сетей. Их основное назначение – исключить использование преобразователей типа “o/e”.

Дата добавления: 2015-07-20