Перспективные требования к местным транспортным сетям

Транспортная сеть, по определению, не имеет самостоятельного значения. Она создается в интересах ряда коммутируемых сетей. Этим сетям свойственны определенные количественные и качественные требования к используемым канальным ресурсам. Транспортная сеть должна отвечать совокупности этих требований. В этом разделе сформулированы основные требования к местным транспортным сетям на основе принципов развития телекоммуникационной системы в целом. Эти принципы были изложены в разделе 1.7.

Основные требования к местным транспортным сетям можно представить в виде следующих пяти тезисов [7, 44, 45, 46]:

· на всех уровнях иерархии местной транспортной сети должны использоваться цифровые линии передачи, входящие в семейство СЦИ;

· функциональные возможности местной транспортной сети должны быть такими, чтобы она стала действительно единым фундаментом телекоммуникационной системы;

· местная транспортная сеть должна обеспечивать возможность экономичной реализации структур всех коммутируемых сетей;

· местная транспортная сеть должна содержать систему управления для поддержки заданных показателей надежности и качества работы всех коммутируемых сетей;

· местная транспортная сеть должна предусматривать возможность существенного расширения пропускной способности линий передачи по мере роста трафика и формирования спроса на услуги, которые подразумевают использование широкополосных каналов и трактов.

Первый тезис можно было бы считать самоочевидным. Однако почти все эксплуатируемые местные транспортные сети используют аналоговое оборудование и ЦСП плезиохронной иерархии. Построить местную цифровую транспортную сеть, использующую исключительно оборудование СЦИ, сложно с технической и экономической точек зрения. Исключением можно считать Операторов коммерческих телекоммуникационных систем, которые создавали новые цифровые транспортные сети в эпоху СЦИ.

В левой части рисунка 2.22 показана гипотетическая транспортная сеть, эксплуатируемая Оператором ТФОП. В правой части рисунка представлена перспективная структура транспортной сети.

Кольцо в левой части рисунка состоит из трех МВК. Будем считать, что они установлены в местах размещения новых цифровых коммутационных станций. Три нижних прямоугольника представляют блоки аналого-цифрового преобразования (АЦП). Они нужны для взаимодействия новых цифровых и давно эксплуатируемых аналоговых коммутационных станций. Предположим далее, что для включения трех эксплуатируемых цифровых коммутационных станций были использованы тракты ЦСП плезиохронной иерархии. Три блока показаны в верхней части левого фрагмента рисунка 2.22.

Эксплуатируемая и перспективная транспортные сети

Рисунок 2.22

Структура перспективной транспортной сети разрабатывается так, чтобы учесть требования цифровой местной телефонной сети. Одно из возможных решений представлено в правой части рисунка 2.22. При замене аналоговых коммутационных станций в транспортной сети формируется второе кольцо (KII). Плезиохронные ЦСП, связывающие эксплуатируемые цифровые коммутационные станции, также заменяются оборудованием СЦИ. В результате формируется третье кольцо (KIII). В состав этого кольца входит еще один элемент – МВК10. Он может потребоваться либо при установке еще одной коммутационной станции, либо для включения иного оборудования (например, коммутатора ATM).

Связь колец только через один МВК не обеспечивает надежность транспортной сети. Пунктирными линиями в правой части рисунка 2.22 показаны линии передачи, которые образуют связи смежных колец через два МВК. Этим (или иным) способом формируется однородная транспортная сеть, в которой используются только тракты СЦИ.

Второй тезис представляется очень важным с точки зрения экономических характеристик телекоммуникационной системы в целом. Для дальнейших рассуждений рассмотрим модель, которая иллюстрирует процессы развития отдельных коммутируемых сетей. Рисунок 2.23, представляющий эту модель, состоит из двух частей. Левая часть рисунка позволяет проанализировать нынешнюю ситуацию. В правой части изображена перспективная модель, в которой транспортные ресурсы используются с максимальной эффективностью.

Оператор ТФОП создает транспортную сеть, которая обычно используется для решения нескольких задач. В первую очередь, ресурсы этой сети используются для организации телефонной связи. Часть ресурсов отводится для сети арендованных каналов. Для некоторой группы пользователей Internet также используются ресурсы транспортной сети, создаваемой Оператором ТФОП. Для мобильной связи ресурсы транспортной сети, которая принадлежит Оператору ТФОП, задействуются только частично. Иногда Операторы мобильной связи создают собственные транспортные сети, используя для этой цели цифровые РРЛ, которые монтируются рядом с оборудованием базовых станций (БС).

Процессы развития коммутируемых сетей

Рисунок 2.23

Для создания сети звукового вещания (ЗВ) чаще всего используются собственные линейные сооружения. В городах они проходят по крышам зданий, далеко не всегда украшая последние. Аналогично, собственные сети создаются и для телевизионного вещания (ТВ).

Таким образом, создается ряд транспортных сетей. Нельзя сказать, что они специализированы по видам передаваемой информации. Однако что-то близкое к специализации для нескольких групп коммутируемых сетей можно заметить. Положение усугубляется тем, что конкурирующие (по видам поддерживаемых услуг) Операторы, как правило, создают собственные транспортные сети. Они часто имеют идентичные структуры, а кабели связи прокладываются в одной канализации. В конечном счете, такая практика может привести к тому, что транспортных сетей станет слишком много для одной телекоммуникационной системы. В операторской деятельности такое явление известно под названием "Белый слон" [47].

В правой части рисунка 2.23 показана идеализированная модель, когда вся телекоммуникационная система основана на единой транспортной сети. Такой подход выглядит логичным с технической точки зрения; соображения иного характера (в частности, маркетинговые) могут диктовать другие решения. Численность коммутируемых сетей может быть любой. Оптимизация величины “N”, то есть номенклатуры коммутируемых сетей, – самостоятельная задача. Методологический подход к ее решению рассматривается в четвертой главе монографии.

При эксплуатации нескольких транспортных сетей, наряду с очевидными недостатками, объективно существует и одно явное преимущество – живучесть телекоммуникационной системы. Риск, неизбежный при создании единой транспортной системы, должен быть минимальным. Оценка риска может быть выполнена с помощью теории надежности.

Большинство Операторов, анонсируя показатели работы своих сетей, упоминают величину коэффициента готовности на уровне 0,99999. В литературе даже появился термин "Пять девяток". Известно, что коэффициент готовности определяется отношением двух величин T_Р и (T_Р + T_П). Первая величина равна времени нахождения системы в работоспособном состоянии. Вторая величина определяет время, в течение которого исследовалась система. Это время включает также и длительность периодов простоя системы. Если принять за единицу времени один год, то для коэффициента готовности транспортной сети на уровне 0,99999 суммарное время простоя не должно превышать 5,26 минуты. Чтобы обеспечить такое малое время простоя транспортной сети, необходимо решить ряд достаточно сложных задач:

· во-первых, транспортная сеть должна обладать высокой структурной надежностью, а значительную часть линий передачи (в ряде случаев – до 100%) необходимо резервировать;

· во-вторых, система управления транспортной сетью должна быстро фиксировать отказы и эффективно устранять их последствия.

Высокая надежность не единственное требование, которое предъявляется к функциональным возможностям транспортной сети. Чтобы действительно стать фундаментом всей телекоммуникационной системы, необходимо выполнить требования всех коммутируемых сетей. Допустим (правая часть рисунка 2.23), что численность таких сетей равна “N”. Требования любой i-ой коммутируемой сети формально могут быть представлены в таком виде:

K_Г (i) > K_Г0 (i), P_E (i) < P_E0 (i), H (i) = {h₁, … h_K}… (2.8)

Обозначения в формуле (2.8) имеют следующий смысл. Во-первых, коэффициент готовности для i-ой коммутируемой сети должен превышать некий пороговый уровень K_Г0 (i). Во-вторых, коэффициент ошибок в линии передачи должен быть меньше установленного значения P_E0 (i). Номенклатура видов цифровых каналов, которые необходимы для нормального обслуживания трафика в i-ой коммутируемой сети, определена множеством {h₁, … h_K}.

По значительной части подобных требований, исключая, например, номенклатуру предоставляемых видов каналов, транспортная сеть должна отвечать наиболее жестким из всех норм. Иными словами, ее показатели, как правило, будут определяться такими неравенствами:

K_Г = max {K_Г0 (1), K_Г0 (2), …, K_Г0 (N)},

(2.9)

P_E = min {P_E0 (1), P_E0 (2), …, P_E0 (N)}.

Выполнение условия (2.9) гарантирует способность транспортной сети обеспечить все соответствующие требования телекоммуникационной системы. Однако транспортная сеть с такими функциональными возможностями может не отвечать условию, которое оговаривается третьим тезисом. Действительно, универсализация транспортной сети, в принципе, может стать препятствием к экономичной реализации структур всех коммутируемых сетей. Однако на практике можно решить эту проблему достаточно просто. Проиллюстрировать данное утверждение проще всего на примере кольцевой структуры, которая часто используется для построения транспортной сети. На рисунке 2.24 изображена гипотетическая структура транспортной сети, которая содержит двадцать пять узлов. Они объединены с помощью пяти колец.

Структура транспортной сети с пятью кольцами

Рисунок 2.24

В центре транспортной сети расположен СУ, который находится в одном помещении с цифровой коммутационной станцией. В принципе, транспортная сеть предназначена для трех видов сетей электросвязи. Она предоставляет ресурсы для объединения:

· двух БС сотовой сети; площадки размещения которых обведены заштрихованными окружностями;

· трех узлов сети КТВ; места их нахождения обведены окружностями без штриховки;

· девятнадцати ВМ (концентраторов, УАТС и других средств), которые включены в коммутационную станцию ТФОП.

Предложенная модель фактически иллюстрирует то решение, которое подразумевает построение трех самостоятельных транспортных сетей. Первое кольцо представляет ресурсы для сотовой сети. Второе кольцо предназначено для создания широкополосных трактов, по которым передаются программы КТВ. Кольца с номерами III, IV и V создаются для оптимального включения ВМ в цифровую коммутационную станцию.

СУ помогает реализовать транспортные сети более высокой иерархии. В данном примере показана транспортная сеть доступа. Через совокупность СУ формируется местная транспортная сеть – ТСГ или ТСС. Взаимодействие СУ с другими узлами отмечено на рисунке 2.24 жирной стрелкой.

Модель единой транспортной сети показана на рисунке 2.25 для той же топологии. В данном случае все узлы равнозначны. Формирование линий передачи, необходимых для связи узлов общего функционального назначения, осуществляется в тех МВК, которые расположены в двадцати пяти (считая СУ) узлах транспортной сети.

Структура транспортной сети с тремя кольцами

Рисунок 2.25

Можно вывести формулы для расчета суммарной длины линий передачи транспортной сети из пяти и трех колец (L₅ и L₃) – рисунки 2.24 и 2.25 соответственно. Впрочем, и без этого понятно, что сеть из трех колец будет иметь меньшую суммарную протяженность линий передачи. Формулы для расчета стоимости транспортной сети, которая содержит разное число колец (C₅ и C₃) могут быть представлены в следующем виде:

C₅ = C_L x L₅ + C_5RU + C_5NN

(2.10)

C₃ = C_L x L₃ + C_3RU + C_3NN.

Величина C_L определяет среднюю удельную стоимость линий передачи на единицу длины. Слагаемые C_5RU и C_3RU равны стоимости выносных модулей (RU – remote module) для транспортной сети с пятью и тремя кольцами. Величины C_5NN и C_3NN определяют стоимость СУ (NN – network node) для рассматриваемых вариантов.

Анализ ряда проектов показывает, что второе и третье слагаемые в формуле (2.10) мало изменяются для различных структур транспортной сети. В большинстве случае оптимизация затрат на построение транспортной сети заключается в нахождении минимального значения суммарной протяженности линий передачи. Поэтому универсализация структуры транспортной сети позволяет получить – в дополнение к техническому эффекту – еще и некоторую экономию необходимых инвестиций.

Следующий тезис – необходимость системы управления для поддержки заданных показателей надежности и качества работы всех коммутируемых сетей – не нуждается в дополнительной аргументации. Следует, вероятно, подчеркнуть, что это очень сложная проблема [48, 49]. Необходимо не только принимать эффективные решения для каждой коммутируемой сети, но и согласовать работу нескольких систем управления.

Последний тезис оговаривает возможность существенного расширения пропускной способности линий передачи по мере роста трафика и формирования спроса на услуги, которые подразумевают использование широкополосных каналов и трактов. Здесь необходимы дополнительные комментарии.

Во-первых, упомянув о росте трафика, надо привести какие-либо прогностические оценки, но мне бы хотелось, для начала, привести один поучительный пример. Рассмотрим рисунок 2.26, взятый из работы [50]. Этот график уже знаком читателям по материалам первой главы.

Ошибки прогнозирования трафика

Рисунок 2.26

Суть кривых, приведенных на рисунке 2.26, состоит в следующем. В некий момент времени T1 разрабатывается прогноз дальнейшего роста трафика на основе имеющихся статистических данных. Полученные результаты могут быть представлены кривой, названной “Прогноз I”. К моменту времени T2 ошибка прогнозирования становится очевидной. Изменения трафика на отрезке [T1, T2] и далее осуществляются по закону, представленному кривой, которая названа "Истинный рост трафика". Также ошибочными становятся прогнозы, выполненные в моменты времени T2 и T3.

Рисунок 2.26 наводит на такую мысль. Может быть, не стоит увлекаться повышением точности прогностических оценок? Не лучше ли разработать такие сетевые решения, которые будут инвариантны к изменению роста трафика в достаточно широких пределах? Тем не менее, некоторые ориентиры все же необходимы. Рассмотрим некоторые опубликованные результаты.

Трафик в сетях связи общего пользования ежегодно растет более чем на 100% [51, 52]. Основные причины – расширение сети Internet и развитие рынка широкополосных услуг [52]. Авторы статьи [46] считают, в 2002 году транспортная сеть переносила трафик примерно в двенадцать раз больший, чем в 1998 году.

Быстрее всего растет трафик Internet. В частности, в [53] приводятся данные, свидетельствующие об удвоении трафика Internet в России каждые 100 дней. На сайте www.algo.ru опубликованы данные о росте всемирного трафика Internet 1000% за год. Эту же оценку можно найти и на других сайтах. Объем трафика, порожденного спросом на широкополосные услуги, безусловно, меньше. Правда, пропускная способность линий передачи, используемых для поддержки широкополосных услуг, в среднем, заметно превышает аналогичную величину, типичную для доступа в Internet. Это хорошо видно из рисунка 2.27 [54].

Примеры роста трафика для абонентов квартирного сектора

Рисунок 2.27

В английском языке достаточно часто используют два слова для определения скорости передачи информации при поддержке широкополосных услуг – Wideband и Broadband. В отечественных англо-русских словарях и Wideband, и Broadband переводятся одинаково – широкополосный. Тем не менее, прилагательное “Wideband” употребляется для указания на скорость обмена информацией до 2,048 Мбит/с включительно. Слово “Broadband”, в рассматриваемом примере, относится к тем случаям, когда скорость обмена данными превышает величину 2,048 Мбит/с. Значение 8 Мбит/с для нижней кривой отражает мнение авторов публикации [54] о том, что такая величина пропускной способности в сети доступа вполне достаточна для абонентов квартирного сектора. Кстати, в [20] указана иная граница между услугами типа “Wideband” и “Broadband” – 34 Мбит/с (для европейской иерархии ЦСП).

Итак, к 2010 году ожидается, что среди пользователей ЦСИО около 25% составят абоненты квартирного сектора (следует подчеркнуть, что работа [54] опубликована в 1996 году, когда ЦСИО оценивалась как весьма перспективное направление развития электросвязи). К этому же времени доля таких абонентов на рынке широкополосных услуг (типа Broadband) будет почти в пять раз меньше. Однако соотношение ресурсов транспортной сети для этих двух групп абонентов квартирного сектора будет совершенно иным. Для одного пользователя ЦСИО с конфигурацией доступа 2B+D информационная скорость составит 144 кбит/с. Разделив величину 8 Мбит/с на 144 кбит/с, получим искомое соотношение – 55,6.

Из этого примера следует очень важный вывод. Для расчета трафика в телефонной сети достаточно знать численность абонентов, количество попыток вызовов в час и среднее время обмена информацией. Однако для современных телекоммуникационных систем, предоставляющих, по требованию абонентов, цифровые каналы с различной скоростью передачи информации, эти данные не позволяют рассчитать пропускную способность транспортных сетей. Этот вывод следует также из ряда других работ, среди которых можно выделить статью [55].

На этом заканчивается раздел, посвященный тем требованиям, которым должны отвечать современные транспортные сети. Некоторые дополнительные аспекты этой проблемы обсуждаются и в следующем разделе. Однако его основное назначение совсем иное – анализ современных концепций, которые были разработаны для построения транспортных сетей.

Когда б вы знали, из какого сора

Растут стихи, не ведая стыда …

(Анна Ахматова)

Дата добавления: 2015-07-20