Проектирование ГТС на базе SDH

Концентратор – это мультиплексор, объединяющий несколько, как правило, одинаковых (со стороны входных портов) потоков, поступающих от удаленных узлов сети в один распределительный узел сети SDH, не обязательно также удаленный, но связанный с основной транспортной сетью.

Регенератор – мультиплексор, который имеет два или четыре агрегатных входа/выхода и специальные каналы доступа, предназначенные для обслуживания сети SDH. Регенератор используется для увеличения расстояния между узлами сети путем восстановления формы и амплитуды сигналов полезной нагрузки. Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путем регенерации сигналов полезной нагрузки.

Коммутатор (DXC) – устройство, которое позволяет связывать различные пользовательские каналы путем организации постоянных или временных (полупостоянных) перекрестных соединений между ними.

Коммутаторы применяются в узлах большой  пропускной способности, где необходимо гибкое управление нагрузкой различных  направлений.

 

Для того чтобы спроектировать сеть SDH, необходимо выбрать структуру сети. Известны следующие основные базовые топологии (структуры), на основе которых может быть составлена топология сети в целом:

- топология «точка-точка» (соединение двух узлов осуществляется  с помощью ТМ, используется для  участков магистральной сети  с большой протяженностью и значительной нагрузкой при 100%  резервировании линий и группового оборудования аппаратуры);

- топология «линейная цепь» (используется тогда, когда интенсивность нагрузки в сети невелика и существует необходимость ответвления в ряде точек на линии, где могут вводится и выводится каналы доступа, реализуется с помощью ТМ на обоих концах цепи и мультиплексоров ADM в точках ответвления);

- топология «звезда» (используется для подключения удаленных узлов сети к транспортной магистрали, при этом один из мультиплексоров выполняет функции концентратора, у которого часть нагрузки выводится к терминалам пользователя, а оставшаяся нагрузка распределяется по другим узлам сети);

- топология «кольцо» (широко  используется для построения местных и внутризоновых первичных сетей связи, наиболее используемая структура для уровней STM-1, STM-4 и STM-16).

Основное преимущество кольцевой структуры – простота реализации  защиты 1+1, благодаря  использованию для построения кольца мультиплексоров ADM.  Переключения в кольце позволяют локализовать (организовать обход) поврежденные участки линий или мультиплексоры.

Кольцевые сети могут обеспечить высокую надежность и экономичность  по сравнению с указанными выше вариантами построения первичной сети, поэтому  для построения нашей сети мы выбираем именно топологию «кольцо».

 

Существуют два варианта построения сети кольцевой топологии: однонаправленное или двунаправленное  кольцо.

При первом  варианте каждый входящий в сеть цифровой поток направляется вокруг кольца в обоих направлениях, а в пункте приема осуществляется выбор лучшего сигнала. Для построения кольца используются два волокна. Тип резервирования: 1+1.

Однонаправленное кольцо целесообразно использовать для  случая центростремительного трафика. Например, для построения внутризоновой  первичной сети, СТС и т.п.

Схема прохождения сигналов обоих направлений передачи для  одного соединения по основному и  резервному путям в однонаправленном кольце показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Однонаправленное кольцо

 

В двунаправленном кольце при нормальной работе, если используется два волокна, каждый входящий в сеть поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении  к заданному узлу.

При возникновении отказа, с помощью мультиплексора ADM на обоих концах отказавшего участка, осуществляется переключение всего потока информации, поступающего на этот участок, в обратном направлении. В таком кольце осуществляется переключение секций сети SDH или защита с совместно используемым резервом.

Двунаправленные кольца более  выгодны при достаточно равномерном  тяготении узлов коммутации вторичной  сети. Поэтому двунаправленные кольца широко используются для построения первичной сети города.

Для построения нашей ГТС  также выберем двунаправленное  кольцо.

Пример двунаправленного кольца при нормальном режиме работы приведен на рисунке 12.

Рисунок 12. Двунаправленное кольцо в нормальном режиме.

 

 

4.2. Разработка оптимальной структуры  сети МСС.

В качестве исходных данных при разработке оптимальной структуры сети используем план населенного пункта, на котором  отмечено расположение телефонных станций. Кроме того известна структура ситуационных трасс (рисунок 13), по которым возможна прокладка кабеля. Каждый участок ситуационных трасс характеризуется расстоянием (одно деление сетки улиц составляет 4 км). Требуется найти оптимальную кольцевую структуру трасс, соединяющих все станции.

 

Рисунок 13. Структура ситуационных трасс

 

Математическая  постановка задачи. Задан граф G =(X, U), где X - множество вершин, в которых заканчиваются ситуационные трассы; U – множество ребер, соответствующих участкам ситуационных трасс.

Х¢ Í Х – подмножество вершин, в которых расположены телефонные станции. L_ij - длина участка трассы U_ij. Требуется найти цикл С в графе G, проходящий по всем вершинам множества Х¢ и имеющий минимальную длину: .

 

Анализ  алгоритмов. Рассмотрим задачу, когда Х¢ = Х. В этом случае требуется построить кольцо, проходящее по всем вершинам, то есть, предполагаем, что во всех вершинах расположены станции. Эта задача известна в теории графов как «Задача коммивояжера». Она принадлежит классу NP – трудных задач, для которых не существует точных эффективных алгоритмов. Поэтому задачу решают приближенными, эвристическими алгоритмами с вычислением нижней и верхней оценок решения.

В случае Х¢ Ì Х наша задача еще более усложняется. Опишем метод, с помощью которого она может быть сведена к «Задаче коммивояжера».

 

Построение  аппроксимирующего графа.

Шаг 1. Вычислить по алгоритму Дейкстры кратчайшие пути между всеми парами вершин из множества Х¢.

Шаг 2. Построить полный граф G¢ = (X¢, U¢), у которого множество вершин совпадает с множеством вершин X¢. Множество ребер соединяет две пары вершин. Для каждого ребра u_ij положить его вес равным длине кратчайшего пути из Х_i в Х_j в исходном графе G, полученном на шаге 1.

Шаг 3. На полученном графе можно решать задачу коммивояжера, т. е. найти цикл минимального веса, проходящий по всем вершинам X¢.

Шаг 4. Получив структуру цикла в  графе G¢, выделить кратчайшие пути в графе G, соответствующие ребрам полученного цикла.

 

Используя данные задания на выполнение курсового проекта и изложенную методику, необходимо определить длину  оптимального кольца по структуре ситуационных трасс города.

 

Вычислим по алгоритму Дейкстры кратчайшие пути между всеми парами АТС.

 

 

 

 

 

Таблица 13. Длина кратчайших путей

	АТС 1	АТС 2	АТС 3	АТС 4	АТС 5	АМТС
АТС 1		12	12	24	8	20
АТС 2	12		16	12	4	16
АТС 3	12	16		20	20	16
АТС 4	24	12	20		16	12
АТС 5	8	4	20	16		20
АМТС	20	16	16	12	20

 

Используя выбранные кратчайшие пути, построим граф и решим для него «Задачу Коммивояжера», с помощью редактора «EDGR».

 

 

 

 

Рисунок 20. Кольцо минимальной  длины

 

Длина оптимального цикла равна 64 км.

 

Полученное кольцо минимальной  длины вложим в структуру ситуационных трасс первичной сети (ветви кольца не должны содержать элементы структуры  ситуационных трасс более одного раза).

 

Рисунок 21. Оптимального кольцо в структуре ситуационных трасс  города.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор типа синхронного транспортного модуля

5.1. Расчет числа ИКМ трактов передачи

В качестве каналов доступа узлов  коммутации (РАТС, АМТС, УСС) к первичной  сети, реализованной на базе SDH, будем использовать плезиохронные системы передачи ИКМ-30 (стандарт Е1).

Для расчета количества цифровых потоков  типа Е1, необходимых для реализации пучков соединительных линий (каналов) между различными станциями сети, следует учитывать:

1) число СЛ в направлениях  связи;

2) тип используемых СЛ (односторонние  или двусторонние);

3) тип используемой системы сигнализации.

При использовании односторонних  линий и децентрализованной системы  сигнализации (2ВСК, «2 из 6» и т. д.), для расчета требуемого числа  потоков Е1 от i-ой станции к j-ой станции, воспользуемся формулой: , где - требуемое число цифровых потоков Е1 от i-ой станции к j-ой станции;

 - число соединительных линий (каналов) между i-ой и к j-ой станциями, ( );

 - знак целой части числа.

При использовании двусторонних пучков и централизованной системы  сигнализации (ОКС №7) воспользуемся  формулой: .

Эта формула справедлива, если > 60 каналов. В противном случае необходимо использовать предыдущую формулу, заменив на .

 

Результаты расчета числа цифровых потоков Е1 заносим в таблицу 14.

 

Таблица 14. Число ИКМ трактов передачи цифровых потоков Е1 между станциями сети

	АТС 1	АТС 2	АТС 3	АТС 4	АТС 5	АМТС	УСС
АТС 1		5	6	6	7	5	1
АТС 2	5		7	8	8	7	1
АТС 3	6	7		8	9	7	2
АТС 4	6	8	8		10	8	2
АТС 5	7	8	9	10		9	2
АМТС	5	7	7	8	9		1
УСС	1	1	2	2	2	1

5.2. Выбор типа модуля STM.

Синхронный  транспортный модуль STM - это информационная структура, используемая для осуществления соединений в SDH. Состоит из информационной (полезной) нагрузки и секционного заголовка, объединенных в блочную цикловую структуру с периодом повторения 125 мкс. Базовый синхронный модуль STM-1 позволяет собрать потоки со скоростью 2Мбит/с в один модуль и передавать их со скоростью 155 Мбит/с. STM-1 позволяет объединить 63 потока Е1, Модуль STM-4 обеспечивает передачу 252 цифровых потоков Е1 со скоростью 622 Мбит/с.

Для определения типа синхронного  транспортного модуля используются результаты, полученные в предыдущих разделах:

• структура оптимального кольца с указанием местоположения мультиплексоров ввода/вывода (ADM) на заданном кольце;
• схема взаимодействия ADM с узлами коммутации ГТС, АМТС, УСС;
• количество цифровых потоков стандарта Е1 между различными узлами коммутации телефонной сети.

Для построения первичной сети на базе SDH используется двунаправленное кольцо со 100% резервированием в случае аварии на участках кольца.

 

Рисунок 22. Структура кольца

На основании вышеуказанных  данных строится матрица М емкостей кратчайших путей и ребер (таблица 15). Матрица М включает:

• перечень взаимодействующих узлов коммутации (станций) сети в соответствии со схемой построения ГТС;
• количество цифровых потоков стандарта Е1 между различными узлами коммутации (станциями) ГТС;
• перечень участков кольца, которые используются для создания основных и резервных путей (маршрутов) для передачи цифровых потоков Е1 между различными узлами (станциями) ГТС.

 

Таблица 15. Матрица М кратчайших путей и ребер

Исх. станц.	Вх. станц.	Кол-во Е1	Путь передачи	Участки кольца
				A→B	B→A	B→C	C→B	C→D	D→C	D→E	E→D	F→E	E→F	A→F	F→A
АТС1 (F)	АТС2 (B)	5	Осн.	5											5
			Рез.				5		5		5	5
	АТС3 (E)	6	Осн.	6		6		6		6					6
			Рез.									6
	АТС4 (С)	6	Осн.	6		6									6
			Рез.						6		6	6
	АТС5 (А)	7	Осн.												7
			Рез.		7		7		7		7	7
	АМТС (D)	5	Осн.	5		5		5							5
			Рез.								5	5
	УСС (F)	1	Осн.
			Рез.
АТС2 (B)	АТС1 (F)	5	Осн.			5		5		5			5
			Рез.	5											5
	АТС3 (E)	7	Осн.			7		7		7
			Рез.		7							7		7
	АТС4 (С)	8	Осн.			8
			Рез.		8				8		8	8		8
	АТС5 (А)	8	Осн.			8		8		8			8		8
			Рез.		8
	АМТС (D)	7	Осн.			7		7
			Рез.		7						7	7		7
	УСС (F)	1	Осн.			1		1		1			1
			Рез.	1											1
АТС3 (Е)	АТС1 (F)	6	Осн.	6
			Рез.		6		6		6		6			6
	АТС2 (В)	7	Осн.	7									7		7
			Рез.				7		7		7
	АТС4 (С)	8	Осн.	8		8							8		8
			Рез.						8		8
	АТС5 (А)	9	Осн.										9		9
			Рез.		9		9		9		9
	АМТС (D)	7	Осн.	7		7		7					7		7
			Рез.								7
	УСС (F)	2	Осн.	2
			Рез.		2		2		2		2			2
АТС4 (С)	АТС1 (F)	6	Осн.					6		6			6
			Рез.		6		6							6
	АТС2 (В)	8	Осн.	8				8		8			8		8
			Рез.				8
	АТС3 (Е)	8	Осн.					8		8
			Рез.		8		8					8		8
	АТС5 (А)	10	Осн.					10		10			10		10
			Рез.		10		10
	АМТС (D)	8	Осн.					8
			Рез.		8		8				8	8		8
	УСС (F)	2	Осн.					2		2			2
			Рез.		2		2							2