гл 2 Соколов

И снова вернемся к рисунку 2.49, но теперь к нижнему уровню иерархии. Там показано кольцо, объединяющие устройства сети доступа. В классической модели цифровой ГТС сеть доступа обычно строится с использованием выносных концентраторов. Два СУ (с номерами 331 и 336) обеспечивают надежную связь каждого концентратора со своей МС. Структура связи МС - концентратор обычно звездообразная [7], что показано в нижней плоскости рисунка 2.50.

Модели, представленные на рисунках 2.49 и 2.50, характерны для крупных городов. С другой стороны, эти модели можно считать универсальными. Достаточно убрать среднюю плоскость, чтобы обе модели лучше отражали особенности телекоммуникационной системы менее крупных российских городов.

Идея кольцевой топологии позволяет эффективно использовать мощные пучки СЛ. Это свойство систем передачи, входящих в семейства СЦИ, в сочетании с большой пропускной способностью кабелей с ОВ очень полезно для экономичного построения ТСГ, пока основным потребителем ее ресурсов остается телефонная сеть. В настоящее время ресурсы транспортной сети активно используют Поставщики услуг Internet. Существенный рост спроса на высокоскоростной доступ Internet [88], а также развитие рынка услуг по передаче видеоинформации [89] изменили ситуацию.

Âрезультате стало экономически выгодно создавать транспортные сети, в которых СУ связаны между собой по принципу "каждый с каждым". И такие сети, судя по всему, были созданы. Анализ, опубликованный, например, в [60], позволяет сделать вывод, что для всех топологий существует своя "ниша". В последние годы активно внедряются системы DWDM, что позволяет весьма существенно повышать пропускную способность эксплуатируемых линий передачи. При использовании технологии DWDM снова экономически выгодно использовать кольцевые топологии транспортной сети.

Очень интересная особенность ТСГ отмечена в [90]. В некоторых городах Западной Европы к месту размещения потенциальных абонентов подходят несколько кабелей с ОВ. Это отражается на стоимости городских сетей. Цена пропускной способности международных трактов падает на 50% в год, а в городах - менее чем на 10%. Следствием этого процесса в [90] считается высокая стоимость современной сети доступа.

Âэтом разделе для нас более важны топологические аспекты развития сети доступа и ТСГ в целом. Кольцевые топологии не всегда удобны при появлении новых СУ. Особые сложности возникают в том случае, когда новые СУ лежат вне трассы кольца.

91

На рисунке 2.51 показана вторая модель ТСГ, в которой введены новые СУ. Эта модель основана на структуре ТСГ, предложенной на рисунке 2.49. На первом и втором уровнях иерархии появилось по одному новому СУ. В сети доступа необходимо подключить два новых СУ. Также вводится предположение, что в некоторых фрагментах ТСГ целесообразно перейти от кольцевой топологии к полносвязному графу.

Рисунок 2.51 Вторая модель ТСГ с тремя уровнями иерархии

Все узлы верхнего уровня иерархии, включая новый СУ5, соединены между собой по принципу "каждый с каждым". На втором иерархическом уровне приняты разные решения для левого и правого фрагментов ТСГ. Для связи четырех СУ третьего узлового района используется кольцевая структура. Для второго узлового района, в состав которого введен новый СУ25, выбрана структура "полносвязный граф".

На самом нижнем уровне ТСГ появились два новых СУ. В состав кольца введен СУ338. Такое решение не всегда возможно. Например, появилось новое предприятие, для работы которого необходимо подключить УАТС. Площадка, где расположена эта УАТС, может находиться вне трассы кольца. Именно такой случай показан на рисунке 2.51. Новый СУ337, который создается для подключения УАТС, по радиальной схеме соединяется с СУ333.

Выбор оптимальной структуры транспортной сети представляет весьма сложную научно-техническую задачу. Даже постановка этой задачи требует проведения достаточно

92

сложных исследований. На рисунке 2.52 показан один из возможных алгоритмов решения поставленной задачи. Приведенные ниже краткие комментарии к основным блокам этого весьма упрощенного алгоритма иллюстрируют сложность задачи выбора оптимальной структуры транспортной сети.

Рисунок 2.52 Алгоритм выбора оптимальной структуры транспортной сети

Разработку своей технической и экономической политики Оператор обычно начинает с анализа двух вопросов. Во-пер- вых, необходимо выяснить потенциальные возможности эксплуатируемых сетей - первый блок на рисунке 2.52. Параллельно должен быть выполнен анализ тех современных требований к инфокоммуникационной системе, которые характерны для данного региона. Эти задачи входят во второй блок.

В результате могут быть спрогнозированы основные показатели, которым должна отвечать инфокоммуникационная система региона (города, сельской местности или иной территории) в пределах анализируемого отрезка времени (горизонта планирования). Далее (четвертый блок) принимается очень важное решение, определяющее место Оператора на рынке инфокоммуникационных услуг. На рисунке 2.52 эта

93

процедура названа модным ныне термином "Позиционирование". Два полярных решения, которые может принять Оператор, имеют такой смысл:

wкомпания продолжает заниматься только рынком услуг классической телефонии;

wбизнес расширяется во всех направлениях, включая мобильную связь, передачу данных, телевизионное и звуковое вещание, телеметрию, информационное обслуживание.

Скорее всего, оптимальное решение лежит где-то посере-

дине, но в каждом конкретном случае необходимо решать очень сложную задачу, для которой еще не разработаны эффективные экономико-математические методы. В настоящее время чаще всего используется метод "мозгового штурма" [91], позволяющий на основе знаний, которыми располагают участники процесса принятия решений, разработать долгосрочную стратегию Операторской деятельности.

Пятый блок включает две задачи. Сначала необходимо выполнить процесс декомпозиции инфокоммуникационной системы, выделив (для Оператора) общую транспортную сеть и совокупность коммутируемых сетей. Задачи планирования коммутируемых сетей выделены в отдельный блок, которому не присвоен номер. С одной стороны, выделение этих задач необходимо по ряду причин. С другой стороны, соответствующие задачи объективно связаны с процессом планирования транспортной сети. Данный факт отражает пунктирная линия, идущая к шестому блоку.

После решения задачи декомпозиции следует выбрать набор критериев для поиска оптимального варианта создания транспортной сети. В старых учебниках по сетям связи этот этап планирования сети не был сложным. Для сетей связи общего применения требовалось минимизировать суммарную стоимость станционного оборудования и линейно-кабельных сооружений при заранее заданных ограничениях на показатели надежности и качества [12, 61]. Мерой стоимости обычно были приведенные или капитальные затраты. Теперь в каче- стве меры стоимости используются чистая текущая стоимость (NPV), внутренняя норма доходности (IRR), а также другие функции и показатели. Такое изменение характера оптимизационной задачи усложняет ее решение.

Транспортная сеть может быть построена различными способами. Обычно выделяют множество {I}, включающее набор сценариев, которые представляют различные варианты построения транспортной сети. В каждом сценарии необходимо выделить иерархические уровни, которые, как правило, определены принципами построения коммутируемых сетей. На каждом уровне иерархии ТСГ решается оптимизационная задача.

94

В результате, для каждого i-го сценария, где i {I}, можно рассчитать технико-экономические показатели ТСГ. Потом анализируется следующий сценарий. Полученные данные для всех сценариев построения ТСГ позволяют выбрать то решение, которое будет реализовано на практике. Безусловно, что выбор такого решения связан с анализом рисков (технических, технологических и экономических) и тех факторов, которые не могут быть учтены в рамках экономико-математичес- кой модели ТСГ.

Надеюсь, что мне удалось убедить читателей, не занимавшихся вопросами планирования сетей, в том, что выбор оптимальной структуры ТСГ - весьма сложная задача. Читатели, знакомые с процессом планирования сетей, наверняка могут перечислить ряд других серьезных проблем, о которых я умолчал по ряду причин.

Итак, кольцевые структуры стали широко использоваться для создания транспортных сетей. В подавляющем большинстве публикаций кольцевая топология рассматривается как единственное сетевое решение. Тем не менее, заслуживает внимания еще один сценарий построения ТСГ, названный дополнительным. Он анализируется в следующем параграфе.

95

2.6.3. Дополнительный сценарий создания городской транспортной сети

Кольцевая топология имеет один существенный недостаток, который связан с экономическими характеристиками процесса построения транспортной сети. Рассмотрим рисунок 2.53, состоящий из двух уровней. Верхний уровень - кольцевая структура ТСГ, создаваемая сразу же для всех семи СУ. Все эти СУ находятся в зданиях тех АТС, которые начинают постепенно заменяться цифровыми коммутационными станциями. Нижний уровень иллюстрирует дополнительный сценарий построения ТСГ, который не предусматривает столь быстрого построения транспортной сети. Это означает, что на начальном этапе модернизации телекоммуникационной системы могут быть снижены затраты на построение ТСГ.

Рисунок 2.53 Дополнительный сценарий построения ТСГ

Допустим, что план цифровизации ГТС включает семь этапов, реализация которых осуществляется в моменты времени ti. Число этапов модернизации ТСГ будет равно шести. Сна-

чала заменяется АТС, размещаемая на площадке СУ3. Этот сетевой узел становится одним из базовых элементов цифровой транспортной сети. Для надежности необходимо выбрать еще один такой узел. Будем считать, что его функции целесообразно возложить на СУ6. Это означает, что к моменту времени t1 достаточно заменить оборудование

в СУ3 и СУ6, а также организовать между ними цифровую линию передачи с помощью оборудования СЦИ. Базовые элементы ТСГ - СУ3 и СУ6 - окрашены темным цветом.

96

Линия между базовыми СУ отмечена черным квадратиком. В параграфе 2.6.3 этот значок используется для выделения линии передачи, выполняющей две основные функции:

wорганизация пучка СЛ между двумя базовыми СУ;

wсоздание резервного пути для связи других СУ, что необходимо для обеспечения высокой надежности ТСГ.

В момент времени t2 появляется цифровая коммутацион-

ная станция в месте размещения СУ2. Присоединение СУ2 к цифровой транспортной сети осуществляется организацией двух линий передачи, соединяющих его с СУ3 и СУ6 соответственно. Аналогично происходит подключение всех остальных СУ в те моменты времени, когда это необходимо. В результате каждая пара СУ соединяется "мостиковой" схемой - рисунок 2.54. Известно, что эта топология обладает высокой надежностью [27, 91].

Рисунок 2.54 "Мостиковая" схема: варианты организации линий передачи

Если все элементы транспортной сети исправны, то между СУ1 и СУ2 используются линии передачи, проходящие по таким трассам: a - b и c - d. Эти маршруты, в теории надежности, называют независимыми, так как они проходят по разным трассам. Допустим, что в результате какой-либо серьезной аварии отказали сразу две линии передачи - "a" и "d" . В этом случае ни одна из имеющихся трасс не обеспе- чивает создание линии передачи между СУ1 и СУ2. Используя линию передачи "e", можно связать оба СУ следующим образом: c - e - b.

Будем считать, что вероятность безотказной работы всех линий передачи (P) одинакова. Все СУ полагаются абсолютно надежными. Тогда коэффициент готовности линии передачи между СУ1 и СУ2 (KÃÌ) для мостиковой схемы определяется

по такой формуле [27]:

Если линия передачи между СУ1 и СУ2 создана за счет двух независимых трасс (резервирование цифровых трактов), величина коэффициента готовности определяется очевидным соотношением:

97

Очевидно, что кольцевая топология для рассматриваемого примера получается изъятием из графа ребра, показанного на рисунке 2.54, ребра "e". Это означает, что по показателю "коэффициент готовности" кольцевая топология уступает "мостиковой" схеме. Можно убедиться, что KÃÐ ³ KÃÌ. Èíû-

ми словами, по показателю "коэффициент готовности" дополнительный сценарий построения ТСГ занимает промежуточ- ное место между кольцевой топологией и полносвязным графомс резервированием всех ребер.

Иная картина складывается со стоимостными показателями различных сценариев построения ТСГ. Вернемся к материалам параграфа 2.1.3, где были приведены оценки экономии суммарной длины кабельных линий для модели, которая показана на рисунке 2.11. По этому показателю дополнительный сценарий построения ТСГ также занимает промежуточ- ное место между кольцевой топологией и полносвязным графом с резервированием всех ребер [25, 26].

Таблица 2.5

Важная особенность рассматриваемого сценария построения ТСГ состоит в том, что инвестиции в модернизацию телекоммуникационной системы могут осуществляться по мере замены аналоговых АТС. Кольцевая структура чаще всего создается сразу, то есть начальные инвестиции для соответствующего проекта могут быть значительными. Основные достоинства и недостатки трех сценариев построения транспортной

98

сети перечислены в таблице 2.5. В этой таблице дополнительный вариант построения ТСГ назван сетью с двумя СУ.

Любопытно, что рассматриваемый в этом параграфе вариант построения ТСГ почти по всем пяти характеристикам находится на промежуточной позиции между другими возможными решениями. В технической литературе мне не встречались примеры транспортных сетей со структурой, подобной той, что была приведена на нижней плоскости рисунка 2.53. Правда, в одном докладе на международной конференции похожая структура транспортной сети была упомянута. В журнале "Электросвязь" в 1990 году [92] была опубликована одна статья, связанная с рассматриваемым в этом параграфе вариантом модернизации ТСГ.

На рисунке 2.55 приведена иерархическая структура транспортной сети, которая построена в соответствии с рассматриваемым вариантом реализации ТСГ. Эту структуру целесообразно сравнивать с моделями, представленными на рисунках 2.49 и 2.51. Поэтому она названа третьей моделью ТСГ с тремя уровнями иерархии.

Рисунок 2.55 Третья модель ТСГ с тремя уровнями иерархии

На этом анализ ТСГ заканчивается, и мы переходим к рассмотрению принципов построения транспортных сетей в сельской местности.

99

Не бойтесь ошибаться - бойтесь повторять ошибки.

(Теодор Рузвельт)

2.7. Сельские транспортные сети

2.7.1. Принципы модернизации транспортной сети в сельской местности

Сельские административные районы России существенно различаются по экономическим, демографическим и географическим показателям. По этой причине практически невозможно разработать универсальные решения по построению и модернизации ТСС. Более того, в ряде случаев нецелесообразно использовать сам термин "сельская транспортная сеть". Характерный пример такой ситуации показан на рисунке 2.56: вся СТС модернизируется за счет установки оборудования радиодоступа.

Кабельные линии, за исключением ГТС районного центра, более не используются. Не применяются и сельские АТС. В таком случае ТСС фактически не нужна. Подобные сценарии модернизации СТС используются во многих странах. Определенный опыт накоплен и российскими Операторами. Кстати, структура, показанная на рисунке 2.56, - модель одной из СТС в Пермской области. Для этой сети выполнялся технико-экономический анализ возможных вариантов модернизации системы сельской связи. Результаты этого анализа показали, что замена аналоговых сельских АТС несколькими базовыми станциями - один из самых эффективных вариантов дальнейшего развития СТС. Этот вопрос подробнее рассматривается в следующей главе, а мы далее ограничимся теми вариантами модернизации СТС, которые, хотя бы частично, подразумевают развитие ТСС.

Важная особенность существующей системы сельской связи состоит в том, что ресурсы ТСС использовались для большинства коммутируемых сетей [93]. В аналоговых и цифровых линиях передачи, как правило, выделялись каналы для телеграфной связи и звукового вещания. Иными словами, в системе сельской связи история некоторых процессов интеграции насчитывает не один десяток лет. При модернизации ТСС очень важно не только не нарушить практику комплексного использования линий передачи, но и стимулировать дальнейшее развитие интеграционных процессов.

Еще один важный аспект модернизации ТСС - практика использования малоканальных ЦСП, характеристики которых не полностью соответствуют рекомендациям МСЭ

100