Синхронные цифровые системы передачи позволяют по-новому подойти к организации структуры сети связи. Действительно, создание SDH привело к необходимости построения сетевых элементов, в которых произошла интеграция функций вставки и выделение контейнеров, с одной стороны, и функций кольца - с другой [12.9].

На сети линейной структуры с элементами вставки и выделения (рис. 12.8, а), трафик пропускается по цепи, образованной соединенными между собой узлами, где обслуживание начинается или оканчивается на любом узле этой цепи.

м*

Рис. 12.7. Структура циклов в SDH (а) и SONET (б)

Два концевых узла этой сети называются терминальными узлами и используют терминальные мультиплексоры (ТМ); промежуточные узлы этой сети называют узлами «вставить-выделить» и используют мультиплексоры «вставить-выделить» (МВВ; англ.: ADM - Add/Drop Multiplexor).

Рис. 12.8. Сеть линейной (а) и кольцевой структуры (б) с элементами вставки и выделения: ТМ - терминальный мультиплексор; МВВ - мультиплексор «выделить-вставить» МВВ в синхронной сети выполняют функции, родственные мультиплексированию в плезиохронной сети, за исключением того, что МВВ, выполняя функции кроссового коммутатора, является электронным и программноуправляемым. МВВ позволяет также обеспечить направленную передачу трафика, возникающего на узле связи.

Соответствующая структура сети на основе кольца и МВВ показана на рис. 12.8, б.

Эта структура аналогична линейной, но в ней цепь «вставить-выделить» замыкается сама на себя. В кольце нет терминальных узлов и каждый узел выполняет функции «вставить-выделить».

Реальные сетевые кольца создают для обеспечения надежности двухпроводными (для построения кольца используется два оптоволокна), либо четырехпроводными. Применение для построения двух или четырех оптических волокон позволяет получить эффект самовосстановления кольца (Self-Healing Ring) при повреждении кабеля.

Рассмотрим принцип самовосстановления на примере кольца, построенного на двух оптических волокнах. Важной особенностью такого кольца является то, что в оптических волокнах передача информации происходит в противоположных направлениях. В каждом МВВ осуществляется сравнение уровней передачи сигналов. Если один (или оба) из сигналов имеют пониженный уровень, то это означает повреждение тракта передачи. В этом случае в двух МВВ, находящихся между точкой повреждения, происходит электрическое соединение оптических волокон. В результате этого возникает новая кольцевая структура, которая, однако, будет одноволоконной. Это кольцо будет продолжать функционировать, посылая при этом в центр технического обслуживания и эксплуатации сообщения о наличии повреждения и его местоположении. Аналогичная ситуация имеет место, если повреждается МВВ. Сказанное иллюстрирует рис. 12.9.

Рис. 12.9. Самовосстанавливаюшаяся кольцевая структура: а - нормально работающее кольцо; б - кольцо с повреждением оптоволокна; в - кольцо с возникшими перемычками в MBB

Идея самовосстанавливающихся кольцевых структур оказалось настолько плодотворной, что в настоящее время это направление в построении высокоскоростных цифровых сетей связи является доминирующим.

12.5. Живучесть самовосстанавливающихся сетевых кольцевых структур

Выше было показано, что переход к самовосстанавливающимся сетевым кольцевым структурам приводит к повышению живучести ТС. Под живучестью ТС обычно понимают способность сохранения вероятности связности ТС при ее деградации [12.1] . При уменьшении связности в некольцевых ТС обычно ухудшается и GoS. Переход же к кольцевым сетям при определенном уровне ее деградации позволяет сохранить GoS на определенном фиксированном уровне. Например, если ТС построена в виде кольца, как это было показано выше, то она устойчива к повреждению одного звена и при этом сохраняет возможность обслуживания полного объема трафика с исходным качеством обслуживания.

Рассмотрим кольцо, имеющее S мультиплексоров (рис. 12.10).

Предположим, что в один и тот же момент времени может произойти только одно повреждение на участках между мультиплексорами. Обозначим через tj время безотказной работы звена между двумя смежными мультиплексорами. Тогда интенсивность потока повреждений Яо , = \/t_d. Предположим также, что время восстановления подчиняется экспоненциальному закону с параметром t_v. Тогда живучесть кольца (см. рис. 12.10) можно описать терминами марковской модели случайного процесса. Марковская система в нашем случае имеет S + 1-е состояние, из которых S₀- состояние отсутствия повреждений звеньев передачи между мультиплексорами (состояние работоспособности) и 5, - состояние повреждения звена между *-м и i + 1-м мультиплексорами (/ = 1, 2, .... 5). Легко показать, что стационарные вероятности пребывания в состояниях Si можно определить как:

где А«,/ - параметр потока повреждений на участке.

Вероятность работоспособного состояния кольца (отсутствуют повреждения звеньев)

Рис. 12.10. Самовосстанавливающая-ся кольцевая структура с 5 мультиплексорами

Для иллюстрации изменения живучести кольцевой ТС рассмотрим случай симметричного кольца, т. е. будем считать, что время безотказной работы ^ для всех звеньев кольца одинаково. Аналогично примем, что одинаково и для каждого звена время восстановления Тогда Хо.,^{= и}Л.,.0 = С' Д^{ля всех}Кроме того, для определенности будем считать, что число звеньев кольца 5 = 10.

Примем, что время безотказной работы звена ^ меняется в диапазоне 100… 1000 дней, что соответствует изменению интенсивности потока повреждений А._я= 0,001-0,01, а время восстановления повреждения фиксировано и равно и = 4 ч. Для этих условий на графике, представленном на рис. 12.11, показано изменение вероятности пребывания кольцевой ТС в исправном состоянии.

Будем считать, что время безотказной работы и каждого из 10 звеньев (5=10) составляет 365 дней. Время безотказной работы г* меняется от 1 до 8 ч. Для этих условий график зависимости вероятности пребывания кольцевой ТС в исправном состоянии от изменения ^представлен на рис. 12.12. Разница между значениями /*о(0 при ^ = 1 и и = 8 невелика. Она составляет примерно 0,2 % , что говорит о незначительном при данных условиях снижении живучести кольцевой сети при увеличении времени восстановления звена в 8 раз.

Рис. 12.11. Зависимость вероятности пребывания кольцевой ТС в исправном состоянии от изменения интенсивности потока повреждений при 5= 10

Рис. 12.12. Зависимость живучести кольцевой сети от времени восстановления при Ар = 1/365 и 5= 10

Рис. 12.13. Организация обхода при поврежденном мультиплексоре Несколько иная ситуация создается, когда из строя выходит мультиплексор. В этом случае в мультиплексоре создается проключение, исключающее поврежденный мультиплексор (рис. 12.13).

При этом кольцо функционирует по-прежнему, однако поврежденный мультиплексор оказывается заблокированным.

Наличие каналов сетевого менеджмента внутри структуры SDH приводит к тому, что синхронная сеть оказывается полностью программноуправляемой. Система сетевого менеджмента может выполнять не только традиционные функции менеджмента, связанные с аварийными событиями на сети, но также и обеспечивать множество других функций, таких как мониторинг функционирования, управление конфигурацией сети, управление ресурсами сети, защитой сети, управление запасами оборудования, например, иа основе резервирования сетевых ресурсов. Все это, в конечном счете, обеспечивает сети SDH требуемую живучесть.

Внедрение оптического кабеля на ТС и элементов SDH предоставляет возможность мониторинга всей сети от конца к концу. Возможности сетевого менеджмента на синхронной сети позволяет немедленно идентифицировать повреждение линий и даже узлов. Используя кольцевые архитектуры с самовосстановлением, сеть автоматически реконфигурируется, обеспечивая ремаршрутизацию нагрузки практически мгновенно до тех пор, пока поврежденное оборудование не будет исправлено. Таким образом, повреждения в транспортном механизме пути не будут ощутимы от конца к концу. Такие повреждения не будут прерывать предоставляемой пользователю услуги, позволяя сетевым операторам обеспечивать предельно высокий уровень предоставления услуг и гарантировать высокое качество работы сети.

а - звездная; б - шинная; в - иерархическая; г - неполносвязанная; д - общего типа сти реконфигурировать сеть, а также осуществлять при заданной структуре сети динамическую маршрутизацию контейнеров.

Пример регулярной кольцевой сети с использованием кроссовых коммутаторов показан на рис, 12.15.

Средой передачи информации в LLI-ЦСИС может служить SDH. Стратегия создания Ш-ЦСИС в нашей стране определяется уровнем развития информационной инфраструктуры и достаточно высокими ценами на оборудование Ш-ЦСИС. Переход на ATM и режим БКП экономически оправ-

Рис. 12.15. Применение кроссовых коммутаторов в кольцевой сети; □ - мультиплексор; И- цифровой кроссовый коммутатор

Рис. 12.16. Ш-ЦСИС на основе кольцевой транспортной сети: М - мультиплексор; ЬАК - локальная вычислительная сеть дан, если имеются достаточно мощные цифровые потоки, характерные для транспортных сетей. Поэтому переход на АТМ и БКП планируется осуществлять, в первую очередь, на транспортных сетях. Пример построения Ш-ЦСИС на основе кольцевой транспортной сети представлен на рис. 12.16.

Цифровые двухмегабитные потоки, поступающие от ЦКС, а также данные от локальных вычислительных сетей и сетей, базирующихся на трансляции кадров, поступают на интеллектуальные мультиплексоры М. Мультиплексоры преобразуют цифровые потоки в потоки минипакетов, которые циркулируют по сети с кольцевой структурой и АТМ. Узел БКП осуществляет перераспределение пакетов по кольцам, которые транспортируют их адресатам. Скорость работы узла БКП в Настоящее время составляет 10.. .20 Гбит/с.

Так как существующие ЦКС не позволяют доводить АТМ до абонента, то услуги, предоставляемые Ш-ЦСИС, будут аналогичны услугам У-ЦСИС, однако Ш-ЦСИС будет обладать существенно большей пропускной способностью. Полный эффект от внедрения Ш-ЦСИС проявится тогда, когда АТМ будет доведен до абонента с мультимедийным терминалом.

Рис. 12.17. Синхронная цифровая сеть Италии: Ш - мультиплексор «выделить-вставить»; ЦКС - цифровой кроссовый соединитель

В заключение этого раздела приведем в качестве примера структуру национальной синхронной сети Италии [12.8].

Организация национальной синхронной цифровой сети Италии показана на рис. 12.17. Эта сеть, являясь иерархической (трехуровневой), на первых двух уровнях построена с использованием кольцевых самовосстанавли-вающихся структур.

Переход к кольцевым сетям позволяет:

• резко повысить надежность и живучесть сети;

• упростить ее структуру;

• организовать управление пропускной способностью сети, распределяя число контейнеров между узлами и станциями сети с помощью МВВ в соответствии с существующим в данный период времени трафиком;

• расширить возможности восстановления сети и ее реконфигурации, в результате чего будет получен более качественный доступ и более быстрое предоставление услуг;

• обеспечить удобный механизм для организации мониторинга и управления транспортными возможностями всей сети;

• получить оператору сети значительную экономию затрат за счет уменьшения объема оборудования, а повышение эффективности и надежности сети приводят к дополнительной экономии, обусловленной уменьшением расходов на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Рис. 12.18. Схема реконструируемого узлового района сети

Рис. 12.19. Узловой район сети после реконструкции С введением SDH цифровизация ведет к упрощению и изменению шкалы коммутационной иерархии. Пример перехода существующей сети к кольцевой сети показан на рис. 12.18 и 12.19.

Переход к сетям с кольцевой структурой позволяет динамически перераспределять пропускную способность между отдельными мультиплексорами и, следовательно, позволяет построить робастную сеть, т. е. сеть, устойчивую к перегрузкам. Динамическое перераспределение пропускной способности выполняется главным центром управления (ГЦУ). Работа ГЦУ определена системой стандартов М.3010 МСЭ.

Преимущества кольцевых сетей:

• высокая живучесть;

• управление с помощью программных средств;

• предоставление полосы пропускания по требованию (динамическое распределение полосы пропускания).

12.7. Метод расчета емкости пучков каналов в У-ЦСИС, использующих SDH

Постановка задачи В настоящее время в РФ началось активное создание У-ЦСИС и организация предоставления пользователям услуг этой сети на основе режима многоканальной коммутации. Предоставляемые услуги требуют обеспечения различной битовой скорости и, как следствие, организации каналов с различной пропускной способностью. В связи с этим возникает важная проблема - разработка метода расчета емкости пучков каналов на ISDN. Рассмотрим данную проблему.

Интеграция различных видов связи (телефонной, передачи данных, видео и др.) на основе единых организационных и технологических принципов - один из этапов создания цифровой сети связи с интеграцией служб. На таких сетях ее пользователям предоставляется возможность мультисервисного обслуживания (МО), т. е. возможность передавать, принимать и обрабатывать различную по виду и объему информацию в цифровом виде. При этом встает вопрос оценки качества обслуживания пользователей (GoS), которое зависит как от характера трафика, так и пропускной способности отдельных звеньев телекоммуникационной мультисервисной сети (МС). Этот вопрос был подробно исследован в гл. 4. При принятых марковских предположениях приведенная в гл. 4 модель является строгой математической моделью. Приведенные формулы для расчета вероятностных характеристик УК при обслуживании неординарного потока вызовов и были использованы для решения прямой задачи - оценки GoS пользователей при мультисервисном обслуживании и обратной - расчета емкости пучков каналов на У-ЦСИС, транспортной средой которой является среда, использующая SDH.

Оценка GOS при мультисервисном обслуживании (нрямая задача)

Проиллюстрируем - как можно использовать приведенные в гл. 4 формулы для решения прямой задачи - расчет качества обслуживания пользователей МС.

В дальнейшем для краткости канал пучка МС будем называть базовым с фиксированной скоростью передачи (например, 64 Кбит/с) и обозначать буквой В.

Предполагается, что пользователю сети может предоставляться обслуживание по каналу В, двум каналам 2В и тридцати каналам ЗОВ станции с услугами ISDN. Обозначим соответствующие поступающие нагрузки (входящие и исходящие) соответственно через А\, Аг, Лзо- Принято, что эти нагрузки находятся между собой в соотношении А : Л₂: А₃₀- 90 : 9 : 1, причем А1 = 12 Эрл. В дальнейшем соотношения типа А, : А₂: A_J0будем называть профилем трафика. Результаты численных исследований представлены на рис. 12.20.

Все три зависимости при общей тенденции уменьшения вероятностей потерь имеют волнообразный характер. Это означает, что необоснованное

Рис. 12.20. Зависимости вероятностей потерь от изменения емкости пучка каналов при заданном профиле нагрузки: А \ \ А 2'. А зо = 90:9: 1, Л = 12 Эрл

Рис. 12.21. Зависимость изменения индивидуальных вероятностей потерь на пучке V = 150 каналов при постоянном значении А₍+ А₃₀=120 Эрл и изменении доли трафика А \ : А\ +Л₃о= 120Эрл, У=(1= 15

увеличение емкости пучка каналов может привести даже к ухудшению качества обслуживания для некоторых классов пользователей МС.

Аналогичная тенденция имеет место, если изменить профиль трафика. На рис. 12.21 показаны зависимости изменения индивидуальных потерь Р\ и Руо и средневзвешенных потерь Р для двух классов пользователей. Первый класс пользователей при обслуживании занимает по одному каналу, а второй - по тридцати каналов одновременно.

Определение емкости пучков каналов в мультнсервисной телекоммуникационной сети (обратная задача)

Выше была рассмотрена прямая задача - анализ Сов. При проектировании ТС возникает обратная задача - расчет емкости пучков каналов при заданной величине СоБ. Изучение прямой задачи показывает, что:

1) предоставление услуг, требующих различных канальных ресурсов, приводит к значительной неравномерности (ЗоБ пользователей;

2) при фиксированной емкости пучка каналов невозможно одновременно удовлетворить наперед заданным и различным воБ для различных классов пользователей.

В связи с этим при решении обратной задачи важным вопросом является вопрос о выборе нормативной величины СоБ.

Одним из подходов, который можно использовать для нахождения емкости магистралей (емкости пучков каналов), состоит в использовании нормированных средневзвешенных потерь Р.

Рис. 12.22. Зависимость вероятностей потерь от числа 2-мегабитных потоков для фиксированного профиля трафика А,:А_г:Лзо =100:10: 1

Обязательные виды сервиса, предоставляемые У-ЦСИС, основаны на скоростях В, 2В и ЗОВ. Услуги на этих скоростях предоставляются всеми коммутационными станциями, применяемыми и вводимыми в эксплуатацию на ТС РФ. Поэтому рассмотрим проблему расчета пропускной способности при применении услуг именно типа В, 2В и ЗОВ.

На рис. 12.22 представлены графики зависимости вероятностей потерь Р\ (услуга по каналу В), Р_г(услуга 2В) и />зо (услуга 30 В) и средневзвешенная вероятность потерь Р.

Расчет кривых, представленных на рис. 12.22, проводился в предположении, что профиль трафика определяется соотношением А, :Л₂:Л₃₀= Ю0: 10: 1, причем принято, что А] = 100 Эрл. При заданных Л_}и профиле трафика имеем Аг= 10 Эрл и Л₃₀= 1 Эрл.

Из анализа графиков следует: если выбрать средневзвешенную вероятность потерь Р « 0,001 (точное значение в данном примере Р = 1,02Е-03), что соответствует необходимости предоставления пропускной способности в 16 Мбит/с, или емкости пучка каналов У= 240 каналов по 64 кбит/с, качество обслуживания пользователей будет следующим: Р, = 0,00062, Р₂= 1,27 • 10-³, Р₃₀= 3,83 • 10~².

Это отвечает приемлемому качеству обслуживания для наихудшего случая - предоставлению услуги ЗОВ.

Примеры, иллюстрирующие целесообразность выбора Р = 0,001, представлены в табл. 12.2.

Таблица 12.2

Исследуем профиль трафика А\ : А₂: Лзо = 100 : 10 : 3. При увеличении трафика услуги ЗОВ в три раза критерий расчета пропускной способности пучка в направлении связи по средневзвешенной вероятности потерь Р = = 0,001 оказывается по-прежнему справедливым. При Р= 0,001 для наиболее тяжелого случая (услуги ЗОВ) вероятность потерь Руо составляет как и ранее всего несколько процентов, что является вполне удовлетворительным качеством обслуживания.

Проиллюстрируем это несколькими численными примерами, приведенными в табл. 12.3.

Таблица 12.3

Из табл. 12.3 видно, что при выборе величины вероятности средневзвешенных потерь Р = 0,001 вероятность Р₃₀2 0,02, что представляется вполне приемлемым качеством обслуживания пользователей этой услуги.

Таким образом, на основе проведенного выше анализа по оценке пропускных способностей магистралей, можно сделать следующие два важных вывода:

1) расчет пропускной способности магистрального направления связи можно проводить на основе средневзвешенной вероятности потерь вызовов;

2) в качестве расчетной величины средневзвешенной вероятности потерь следует выбрать вероятность Р = 0,001, при которой в наихудшем случае - случае предоставление услуги ЗОВ - предоставляемое качество обслуживания

(вероятность индивидуальных потерь) не превысит нескольких процентов.

Проведенные численные исследования различных трафичных профилей показали, что для определения емкостей пучков каналов оказывается достаточным применение линейной регрессии. Это позволяет проводить расчет с приемлемой погрешностью до величины интенсивности нагрузки в несколько тысяч Эрланг. Эго иллюстрирует график рис. 12.23. Сравнивая их, можно отметить их хорошую согласованность.

Применение линейной регрессии позволяет упростить методику

АI, Эрл Рис. 12.23. Аппроксимация теоретической кривой методом линейной регрессии: С -- теоретическая кривая; Reg - кривая, полученная в результате проведения линейной регрессии

Рис. 12.24. Зависимость изменения числа 2-мегабитных цифровых потоков от изменения интенсивности одноканального трафика А\ для трех трафич-ньгх профилей: кривая С - А: А₂: А₃о= 100 :0: 0; кривая С, - А,: А₂: А)о= 100: 10: 1; кривая С₂- Аі: А₂: Ajo= 100: 10:3 и числа 2-мегабитных цифровых потоков в STM-1

определения пропускной способности магистралей при введении муль-тисервисного обслуживания, сведя ее к использованию номограмм или простых формул.

На рис. 12.24 представлены зависимости изменения необходимого числа 2-мегабитных потоков от изменения интенсивности нагрузки А, для трех типов профиля нагрузки.

Профиль трафика А, : А₂: А₃₀=

= 100 : 0 : 0 соответствует ситуации, когда мультисервисное обслуживание отсутствует. На рис. 12.24 для сравнения показано число 2-мегабитных потоков, размещаемых в синхронном транспортном модуле STM-1 SDH.

Рассмотрим на примерах, как решается задача определения емкости пучков каналов при предоставлении телекоммуникационных услуг У-ЦСИС.

Пример 1. Пусть задан профиль трафика А\ : Аг : Азо = 100 : 10 : 1, причем А\ = 400 Эрл. Требуется определить необходимое для обслуживания число 2-мегабитных потоков По кривой С (см. рис. 12.24) при А\ = 400 Эрл находим, что необходимое число 2-мегабитных потоков Сi = 18,9, т. е. выбираем 19 2-мегабитных потоков.

Пример 2. Пусть задан профиль трафика А\ : Л₂: Aj₀= 100 : 10 : 3, причем А\ = 400 Эрл. Требуется определить необходимое для обслуживания число 2-мегабитных потоков.

По кривой С₂(см. рис. 12.24) при А, = 400 Эрл находим, что необходимое число 2-мегабитных потоков С₂= 36,8, т. е. выбираем 37 2-мега-битных потоков.

Сравнивая примеры 1 и 2, можно отметить, что относительно небольшое увеличение числа пользователей, требующих для своего обслуживания 2-мегабитного цифрового потока (т. е. услуги ЗОВ), приводит к необходимости резкого увеличения пропускной способности магистралей.

Из рассмотренных примеров следует, что увеличение трафика Азо с 4 до 12 Эрл почти удваивает необходимое число 2-мегабитных потоков.

На основе марковской модели УК, рассмотренной в гл. 4, предложен метод расчета емкости пучков каналов на У-ЦСИС. Особенностью метода является использование для расчета емкости пучков каналов в направлениях связи нормированной величины средневзвешенных потерь. В случае У-ЦСИС в качестве приемлемой величины средневзвешенных потерь вызовов можно принять Р = 0,1 %. При выборе такой величины средневзвешенной вероятности потерь вероятность потерь для наиболее тяжелого случая (предоставления пользователю услуги ЗОВ) составляет несколько процентов, что представляется вполне приемлемым качеством обслуживания. Для проведения практических расчетов емкости пучков каналов можно использовать достаточно простые расчетные формулы или графики.

Литература 12.1. Ершов В.А., Ершова Э.Б., Кузнецов Н.А. Телекоммуникационные сети - тенденции развития. Часть I. Интеграционные процессы в телекоммуникационных сетях. М.: Труды MAC. 1997. № 4. С. 2-6.

12.2. Ершов В.А., Кузнецов Н.А. Метод расчета пропускной способности магистралей мультисервисных телекоммуникационных сетей. М.: Труды MAC. 1999. № 1. С. 22-24.

12.3. КимЛ.Т. Синхронная цифровая иерархия // Электросвязь. 1996. № 6. С. 2-5.

12.4. Лагутин B.C. Цифровая сеть общего пользования г. Москвы 2000-го года // Электросвязь. 1995. № 6. С. 7-10.

12.5. Шарле Д.Л. Страна «эль-эф» // Connect. 1997. № 6. С. 76-79.

12.6. De Pricker М. Asynchronous Transfer Mode - Solution for Broad Band ISDN. Second Edition. Alcatel Bell. Antwerp. P. 331.

12.7. Hague I., Kremer W. Raychaudhuri Self-Healing in a Synchronius Enviroment // IEEE LTS, Nov. 1991. P. 30-37.

12.8. Passery P., BolenaF., Bars G., VogtN., Wright T. Introducing SDH in Europe // IEEE LTS. November, 1991. P. 38-43.

12.9. Synchronous Transmission Systems. Northern Telecom Europe Limited. Doc-GK5, Issue 3.2, 1993. P. 112.

Неважно, о чем говорят - речь всегда идет о деньгах.

Закон Морфи

⇐Синхронная цифровая иерархия систем передачи информации | Мультисервисные телекоммуникационные сети | Интеллектуальные сети связи⇒