Оптические, цифровые телекоммуникационные системы

Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к появлению двух наиболее значительных новых цифровых технологий: синхронной оптической сети SONET (COC) и синхронной цифровой иерархии SDH (iИ), иногда рассматриваемых как единая технология SONET/ SDH, расширившая диапазон используемых скоростей передачи до 40 Гбит/с [1].

Первые сети SDH в России начали создаваться с 1992г., а эксплуатироваться с 1993г. Первые сети проектировались, как правило, специалистами тех компаний, которые поставляли оборудование SDH. В связи с широким распространением сетей SDH в нашей стране в последнее время проектированием таких сетейВа стали занимается и отечественные специалисты.

Массовое развертывание сетей SDH связанно не только со строительством новых, но и с модернизацией старых телефонных сетей, в том числе и тех, которые использовали достаточно новые для России сети PDH на основе многомодового ВОК. Если новые сети SDH строились первоначально по классической схеме кольца SDH, то в последствии, при модернизации телефонных узлов в ряде случаев, такие Влостровки SDHВ» связывались друг с другом в пределах одного района - в так называемое технологическое кольцо, которое только топологически было замкнутым кольцом, но логически не составляло единого кольца, так как в разных его сегментах существовали разные потоки и не поддерживалась логика кольцевого взаимодействия и защиты.

Это было оправданно, если потоки на различных участках такого кольца значительно отличались друг от друга, и использование классических кольцевых SDH топологий не было оправданно, так как приводило к завышению необходимого числа каналов, циркулирующих по кольцу и, как следствие, к необходимости использовать мультиплексоры SDH более высокого уровня. В этих случаях оказывалось, что дешевле использовать сети с ячеистой топологией, используя сформировавшуюся структуру потоков старых телефонных сетей, основанных на топологиях Влточка-точкаВ» и ВлзвездаВ», тем более что мультиплексоры SDH могли быть использованы как кросс-коммутаторы при небольшом числе лучей в центральном узле [2].

2Преимущества строительства сетей SDH

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технолоВнгий SONET/SDH, были асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синВнхронизацию от центрального эталонного источника. В них потери бит приводили не только к поВнтере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимающем конце сети можно было только выбросить полученные с ошибками кадры, и ждать восстановления синхронизации, а не инициировать повторную передачу потерянного фрагмента, как это делается, например, при исВнпользовании технологии Х.25 в локальных сетях. Это означало, что указанная информация будет потеряна безвозвратно.

В синхронных сетях средняя частота всех местных таймеров или одинакова (синхронна) или близка к синхронной (плезиохронна), благодаря использованию центрального таймера (источВнника) класса PRS (что дает для DS3 возможное отклонение скорости порядка 0,045 бит/с). В этой ситуации необходимость выравнивания фреймов или мультифреймов стоит не так остро, а диапазон выравнивания значительно уже.

Синхронные сети имеют ряд преимуществ пеВнред асинхронными, основные из них следующие:

В· упрощение сети;

В· надежность и самовосстанавливаемость сети;

В· гибкость управления сетью;

В· выделение полосы пропускания по требованию;

В· прозрачность для передачи любого трафика;

В· универсальность применения;

В· простота наращивания мощности.

3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ SDH

Техническое задание:

В· Построить сеть SDH;

В· Ввести в действие 6 цифровых АТС;

В· Связать станции в единую сеть, используя технологию SDH;

В· Сеть SDH предполагается построить в два этапа: 1 этап осуществляется в текущем году, а 2 этап тАУ в следующем;

В· Существующий и предполагаемый на следующий год сетевой трафик, пересчитанный на число каналов 2 Мбит/с, представлен в таблице 1.1.

В· Часть каналов должны иметь резервирование 1+1.

Таблица 1.1 тАУ Сетевой межстанционный трафик

Схема решениявключает следующие основные этапы:

В· выбор топологии;

В· выбор требуемого уровня и числа мультиплексоров;

В· выбор поставщика оборудования и изучение номенклатуры сменных блоков;

В· конфигурация мультиплексорных узлов и составление спецификации оборудования.

3.1 Выбор топологии сети

Для того чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в техническом задании на стадии проектирования. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.

Топология "точка-точка". Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология "точка-точка", является наиболее проВнстым примером базовой топологии SDH сети. Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со 100% резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный элекВнтрический или оптический агрегатные выходы(каналы приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд может автоматически перейти на резервВнный.

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим магистральный цифровой телефонный трафик. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (используется в качестве радиусов кольцевой сети) и является основой для топологии типа "последовательная линейная цепь".

Топология "последовательная линейная цепь".Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводится и выводиться каналы доступа.

Она реализуется с использованием как терминальных мультиплексоров на обоих концах цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает поВнследовательную линейную цепь,где каждый мультиплексор ввода/вывода является отдельным ее звеном. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1. Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом.

Топология "звезда".В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам.

Топология тАЬкольцотАЭ.Эта топология, широко используется для построения сетей SDH первых трех уровВнней SDH иерархии: 155, 622 и 2500 Мбит/с. Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток - запад,дающих возможность формирования двойного кольцасо встречными потоками.

Радиально-кольцевая архитектура. В этой сети вместо последовательной линейной цепи в радиальной части может быть использована и более простая топология "точка-точка". Число радиальных ветвей ограничивается только из соображеВнний допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на мультиплексор доступа (ввоВнда/вывода), установленный на кольце.

Топология "ячеистая сеть".Рассмотренные выше базовые топологии, как более характерные для магистральных транспортВнных сетей, широко используются при построении новых сетей SDH. Традиционные телефонные сети, основанные на использовании узлов коммутации, построены в большинстве своем на основе топологии смешанной сети, в которой, однако можно выделить базовую топологию ячеистой сети - сети, составленной из замкнутых ячеек или контуров, или технологических колец.

В них используется разная форма ячеек сети, например, треугольная (3 узла), четырехугольная (4 узла), пятиугольная (5 узлов), шестиугольная (6 узлов). Существенное отличие ячеистой топологии, например от кольцевой, в том, что потоки в звеньях, соединяющих узлы, могут быть разными, зависящими от требуемой пропускной способности конкретного звена. При этом замкнутый контур ячейки формирует так называемое технологическое кольцо, потоки которого в разных сечениях - разные. Однако ячейка, если нужВнно, может играть и роль полноценного, а не только технологического кольца.

Характерная особенность ячеистой топологии - возможность расширения сети путем наВнращивания (мультиплицирования) однотипных ячеек без потери топологической однородности сети. Таким свойством обладают все сети, использующие перечисленные выше ячейки [2].

Исходя из вышесказанного и учитывая то, что ячеистая сеть более дешевая по сравнению с кольцевой топологией из-за меньших расходов на линейно-кабельные сооружения, расчет сети будем производить на основании ячеистой топологии сети. Недостатком данной топологии является организация защиты выделенных каналов. Этот вопрос решается путем направления выделенного канала по двум маршрутам с совпадающими конечными точками.

Такая схема защиты Влпо разнесенным маршрутамВ» (1:1) иногда более предпочтительна, чем схема защиты 1+1 в кольце SDH. Однако она требует более тщательного расчета числа потоков, проходящих по отдельным ветвям сети, для того, чтобы убедиться, что оно не превышает возможности кросс-коммутатора узлового мультиплексора.

Проведем этот расчет, основываясь на таблице 1.1. В результате получим таблицу 3.1, дающую сводную информацию о потоках, проходящих по ВОК между узловыми мультиплексорами на станциях. Число каналов дано по этапам 1/2.

В качестве основных и резервных каналов были выбраны следующие маршруты:

- основной А→В, резервный А→С→D→B;

- основной А→С, резервный А→В→D→С;

- основной В→D, резервный В→А→С→D;

- основной C→D, резервный C→А→B→D;

- основной C→E, резервный C→D→F→E;

- основной D→F, резервный D→C→E→F;

- основной E→F, резервный E→C→D→F.

Таблица 3.1 тАУ Основные и резервные потоки по сегментам ячеистой сети

4 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И СХЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ УЗЛОВ

4.1 Выбор требуемого оборудования

Сеть SDH, как и любая транспортная сеть, строится из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, усилителей, регенераторов и терминального оборудования.

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH в отличии от обычных мультиплексоров, используемых, например, в сетях PDH, выполняют как функции собственно мультиплексирования, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать стандартные каналы PDH иерархии (трибы) непосредственно к своим входным портам. Они являются более универсальными и гибкими устройствами, позволяющими решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять еще и задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом функциональных модулей (карт), включенных в спецификацию мультиплексора.

Полученная таблица говорит о том, что во всех узлах сети необходимо использовать мультиплексоры уровня STM-4. В результате обзора топологий можно выбрать для использования ячеистую сеть с топологией на рис. 4.1 как наиболее оптимальную, т.к. она при минимальном числе мультиплексоров (6 - уровня STM-4) удовлетворяет поставленным условиям по резервированию указанных каналов.

Рисунок 4.1 тАУ Схема простой ячеистой сети SDH

Для конфигурации узлов, составления спецификации сменных модулей и прорисовки блок-схемы соединений сменных блоков всех узлов, кроме топологии сети и той инфорВнмации, которая содержится в таблицах 1.1 и 3.1, нужно знать номенклатуру функциональных сменных блоков.

Для этого необходимо выбрать оборудование конкретного производителя. Для данного примера проектирования сети было выбрано оборудование компании ЗАО ВлНТЦ НАТЕКСВ». Учитывая два этапа развития сети, следует указать, какие блоки будут установлены на первом и какие на втором этапах.

4.2 Номенклатура сменных блоков SDH ЗАО ВлНТЦ НАТЕКСВ»

Компания ЗАО ВлНЦТ НАТЕКСВ» производит мультиплексоры SDH уровня STM-1, 4, 16. Оборудование FlexGain A2500 Extra предназначено для использования в различных сетевых конфигурациях: как оконечный мультиплексор, мультиплексор выделения/добавления, регенератор или кроссовый коммутатор. Может применяться в качестве кроссового коммутатора, поддерживающего 32 направления STM-1 и 8 направлений STM-4. В шасси мультиплексора предусмотрено восемь мест для установки плат компонентных потоков. Ниже представлена номенклатура сменных блоков мультиплексора FlexGain A2500 Extra [3]:

Общие модули:

- Модуль электропитания имеет два входа батарейного питания тАУ48/-60 В1;

- Блок вентиляторов;

- Модуль кроссовой коммутации (SWITCH) выполняет функции, не блокируемой полнодоступной матрицы на уровне 64х64 VC4 или 4032х4032 VC12/VC3/VC4;

- Интерфейсный модуль (CCU) представляет собой интерфейсный блок для синхронизации, подключения питания и отображения ошибок.

Агрегатные интерфейсы:

- L-16.1 - модуль оптического приемопередатчика с интерфейсом STM-16 (работает на длине волны 1300 нм);

- L-16.2 - модуль оптического приемопередатчика с интерфейсом STM-16 (работает на длине волны 1550 нм);

- L-16.2+ - модуль оптического приемопередатчика с интерфейсом STM-16 (работает на длине волны 1550 нм);

- STM-16 - оптический приемопередатчик с интерфейсом STM-16 (работает на длине волны 1550 нм);

- MUX10000- четырехканальный мультиплексор/демультиплексор, способный передавать трафик со скорост

Вместе с этим смотрят:

GPS-навигация

GPS-прийомник авиационный

IP-телефония и видеосвязь

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

Unix-подобные системы