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 соединительных линий в направлении связи;

2. тип используемых соединительных линий (односторонние или двухсторонние);

3. тип используемой системы сигнализации.

При применении односторонних линий и децентрализованной системы сигнализации (2ВСК, “2 из 6» и т.д.), для расчета требуемого числа потоков Е1 от i-ой станции кj-ой станции, воспользуемся формулой:

N_ijикм=Еn[(V_сл– 1)/30 +1], (5.1.)

где N_ijикм– требуемое число цифровых потоков Е1 отi-ой станции кj-ой станции;

V_сл– число соединительных линий (каналов) междуi-ой иj-ой станциями, (V_сл =V_ij+V_ji);

“Еn” – знак целой части числа.

При применении двухсторонних пучков и централизованной системы сигнализации (ОКС№7) воспользуемся формулой:

N_ijикм=Еn[(V_сл– 61)/31 +1] +2, (5.2.)

Формула 5.2 справедлива, если V_сл60 каналов. В противном случае необходимо использовать формулу 5.1.

Результаты расчета числа цифровых потоков Е1 заносятся в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Число ИКМ трактов передачи цифровых потоков Е1 между станциями сети

	РАТС1	РАТС2	…	РАТСn	АМТС	УСС
РАТС1
РАТС2
…
РАТСn

5.2 Выбор типа модуля stm

Синхронный транспортный модуль STM– это информационная структура, которая включает в себя информационную (полезную) нагрузку, секционный заголовок и служебную информацию, объединенных в блочную цикловую структуру с периодом повторения 125мкс. Эта информация соответственно подготовлена для последующей передачи со скоростью синхронизированной с сетью. Базовый синхронный модульSTM-1 позволяет собрать потоки со скоростью 2Мбит/с в этот модуль и передавать их со скоростью 155Мбит/с.STM-1 позволяет объединить 63 потока Е1. Каждому потоку Е1(2Мбит/с) соответствует свой адрес выделения.

Модуль STM-4 обеспечивает передачу 252 цифровых потоков Е1 со скоростью 622 Мбит/с. МодульSTM-16 позволяет объединить 1008 цифровых потоков типа Е1 и обеспечивает их передачу со скоростью 2,5 Гбит/с.

Для определения типа синхронного транспортного модуля в проектируемой сети SDHиспользуются результаты, полученные в предыдущих разделах проекта:

- структура оптимального кольца с указанием местоположения мультиплексоров ввода-вывода (ADM) на данном кольце;

- схема взаимодействия ADMс узлами коммутации ГТС (РАТС, УВС и т.д.), АМТС и УСС;

- количество цифровых потоков стандарта Е1 между различными узлами коммутации телефонной сети (таблица 5.1).

На основании вышеуказанных данных строится матрица М емкостей кратчайших путей и ребер.

Матрица М включает:

-перечень взаимодействующих узлов коммутации (станций) сети ГТС,включая АМТС,УСС и другие узлы сети;

- количество цифровых потоков стандарта Е1 между различными узлами коммутации (станциями) ГТС,включая АМТС и УСС и другие узлы сети;

- перечень участков кольца, которые используются для создания основных и резервных путей (маршрутов) для передачи цифровых потоков Е1 между различными узлами (станциями) ГТС.

Рассмотрим пример составления матрицы М.

Пусть известны:

• Схема построения ГТС (рисунок 5.1).

• Структура кольца (рисунок 5.2).

• Число ИКМ трактов передачи цифровых потоков Е1 между станциями ГТС (таблица 5.2).

Рисунок 5.1 - Схема построения ГТС.

Рисунок 5.2 - Структура кольца

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

Матрица М емкостей кратчайших путей и ребер для рассматриваемого примера представлена в виде таблицы 5.2.

Таблица 5.2 - Матрица М кратчайших путей и ребер

Исходящая станция	Входящая станция	Количество цифровых потоков Е1	Путь передачи	Участки кольца
				АВ	ВА	ВС	СВ	СА	АС
РАТС-1 (А)	РАТС-2 (В)	15 15	Осн. Рез.	15			15		15
	РАТС-3 (С)	20 20	Осн. Рез.	20		20			20
РАТС-2 (В)	РАТС-1 (А)	15 15	Осн. Рез.		15	15		15
	РАТС-3 (С)	25 25	Осн. Рез.		25	25			25
РАТС-3 (С)	РАТС-1 (А)	20 20	Осн. Рез.		20		20	20
	РАТС-2 (В)	25 25	Осн. Рез.	25			25	25
Суммарное число цифровых потоков Е1 передаваемых по участкам кольца.				60	60	60	60	60	60

После заполнения матрицы М для всех взаимодействующих станций и узлов телефонной сети определяется суммарное число трактов Е1 для каждого участка кольца первичной сети. Далее выбираем участок кольца на котором передается максимальное количество цифровых потоков Е1 (S_треб). С учетом коэффициента запаса на развитие сети (К_р), необходимое число цифровых потоков Е1 (S_H) должно удовлетворять следующему условию:

S_HК_р·S_треб.

Рекомендуемый коэффициент К_р= 1.4 – 1.5 и может быть другим при соответствующем обосновании развития сети. Тип синхронного транспортного модуля выбирается с учетом стандартных уровнейSTM.

Если 0S_H63, то выбираемSTM1

63S_H252, то -STM4

252S_H1008, то -STM16

3. Выбор типа оптического кабеля

Выбор типа оптического кабеля зависит от следующих основных факторов:

- требуемого числа оптических волокон в кабеле;

- используемой оптической системы передачи;

- от условий прокладки кабеля (в кабельной канализации, в грунт, под водой, по опорам ЛЭП и т.д.).

При реализации кольцевой структуры используется не менее 4 оптических волокон (2 основных и 2 резервных). Общее число волокон определяется исходя из емкости цифровых линейных трактов, необходимости резервирования и т.д.

Для соединения мультиплексоров системы SDH, как правило, используются одномодовые волоконно-оптические кабели. Достоинством таких кабелей является возможность передачи информации с высокой скоростью и большие длины регенерационных участков (более 100 км). Использование на ГТС одномодовых оптических кабелей с большим числом волокон дает возможность получить мощные пучки соединительных линий, избегая применения линейных регенераторов.

Выбор типа кабеля зависит от расстояния между узлами первичной сети. При организации первичной сети на территории города и расстоянии между узлами не более 40 км можно использовать одномодовые ОК и длину рабочей волны =1,3 мкм. При этом затухание данного кабеля составляет β_1.3=0,35–0,4 дб/км. При расстоянии между узлами более 40 км целесообразно использовать тот же одномодовый кабель,но длину рабочей волны=1,55 мкм. Затухание кабеля в этом случае составит β_1.55=0,10-0,25дб/км, но стоимость модуля оптического линейного тракта(Opt.155 илиOpt.622) для длины волны 1.55мкм сушественно больше чем стоимость модуля оптического линейного тракта для волны 1.3мкм.

В курсовом проекте для построения транспортной сети кольцевой структуры рекомендуется использовать синхронный мультиплексор SM– 1/4 фирмыSimens. Техническая характеристика и комплектация оборудованияSM–1/4 приведены в приложении Д учебного пособия. Как следует из технического описания, для стыковки мультиплексора М-155 с ОК, можно использовать два типа модулей оптического линейного тракта –Opt.155Мб (SH) илиOpt.155Мб (LH). МодульOpt.155Мб (SH) предназначен для коротких линий и использовании длины волны=1.3 мкм. Перекрываемое затухание при этом может достигать величины не более 28 дБ.Opt.155Мб (LH) предназначен для длинных линий (=1.55 мкм) и также перекрывает затухание 28 дб. Для мультиплексора М-622 также имеются два типа модулей оптического линейного тракта:

• Opt.622мб (SH) –=1.3 мкм, В24 дБ;

• Opt.622мб (LH) -=1.55 мкм, В24 дБ.

Зная максимальное расстояние между мультиплексорами ввода-вывода, а также тип используемого STM, можно определить оптимальную длину волны и выбрать соответствующий модуль оптического линейного тракта,производя минимальные затраты на построение кольца.

Пример.

Максимальное расстояние между мультиплексорами ввода-вывода кольца составляет 60км. На сети используется STM-1.

Определим длину волны и тип модуля оптического линейного тракта, при которых стоимость участка сети будет минимальной.

1. Определим затухание участка кольца при использовании кабеля с длиной волны =1.3 мкм. и=1.55 мкм.

В_{уч. =1.3}= 60_1.3=60км·0,4 дБ/км =24дБ

В_{уч. =1.55}= 60_1.55= 60км·0,10 дБ/км = 6дБ

Поскольку, как в первом, так и во втором случае, затухание участка не превышает значение перекрываемого затухания 28 дБ, целесообразно использовать длину волны =1.3 мкм. иOpt.155Мб (SH).

Как правило, на территории города строится канализация, поэтому при выборе типа ОК учитывают и данный фактор.

С учетом выше изложенных рассуждений и расчетов выбирается марка кабеля, рекомендуемого для строительства кольца на ГТС [9].

3. Выбор конфигурации мультиплексоров ввода – вывода

Для выбора конфигурации мультиплексора для того или иного узла кольца, воспользуемся технической характеристикой и комплектацией SM–1/4 (приложение Д) илиSTM16 (Приложение Е). При этом для каждого узла необходимо определить:

• количество модулей вставки (выделения потоков 2Мб/с – ЕI.2);

• тип мультиплексора ;

• тип модуля оптического линейного тракта.

Следует отметить,что при выборе мультиплексора SM-1/4 модули

UCU,SN4,LADявляются неотъемлемой частью мультиплексораSM–1/4 и устанавливаются на каждом узле..После определения объема оборудования мультиплексора ввода-вывода, выбирается механическая конструкцияSM–1/4.

В курсовом проекте необходимо привести структурную схему и механическую конструкцию для модуля ADMкакого-либо узла кольца.

5. Оценка структурной надежности сети

Надежностью сети связи будем называть ее свойство, заключающееся в способности сети выполнять заданные функции (доставка сообщений,выдача справочной информации и т.д.) в определенных условиях эксплуатации.

Для сетей связи, являющихся сложными многофункциональными системами, можно выделить два основных аспекта надежности, которые условимся называть аппаратурным и структурным. Под аппаратурным аспектом будем понимать проблему надежности аппаратуры, отдельных устройств и их элементов, входящих в узлы и линии сети. Структурный аспект отражает функционирование сети в целом в зависимости от работоспособности или отказов узлов (станций, пунктов) или линий сети, т.е. он связан с возможность существования в сети путей доставки информации. В курсовом проекте будем рассматривать только структурную надежность сети связи.

В этом случае первичная сеть связи может быть представлена в виде вероятностного графа. Веса элементов графа (узлов и линий связи) представляются надежностными показателями. Например, коэффициентами готовности – К_г. Под коэффициентом готовности элемента сети понимается вероятность исправного (работоспособного) состояния данного элемента в произвольный момент времени в процессе эксплуатации. Для упрощения расчетов будем предполагать, что элементы сети, с точки зрения воздействующего фактора, являются статистически независимыми. На рисунке 6.1 представлена модель сети, используемая для оценки структурной надежности в курсовом проекте.

РАТС-3

Рисунок 6.1 - Модель сети.

К

ак видно из модели сети, узлы кольца являются абсолютно надежными. Абсолютно надежны также РАТС и участки подключения РАТС к узлам кольца. Ненадежными являются различные участки кольца.

Коэффициенты готовности участков кольца могут быть рассчитаны по методике, изложенной в [10]. В курсовом проекте принимаем коэффициент готовности равный 0.99 или 0.999 на фиксированную длину участка кольца (L=5км;L=10км и т.д.).

В качестве показателя оценки структурной надежности будем использовать математическое ожидание числа связей М(Х) на ГТС. Для определения М(Х) воспользуемся следующим алгоритмом:

1. Определим максимальное число связей на ГТС. Для этого используем матрицу М, заполненную в разделе 5.2.

2. Определим списки путей, которые могут быть использованы для доставки информации от УК_iдо УК_jсети в нормальных и аварийных условиях.

3. Для каждой пары узлов определим вероятность их связности.

4. Произведем суммирование значений вероятностей связности различных пар узлов сети.

В результате получим абсолютное значение математического ожидания числа связей сети – М(Х). Удобнее и нагляднее данную величину выразить в относительных единицах. Тогда величина М(Х)_отн.может быть рассчитана по формуле:

М(Х)_отн.= (М(Х)/N_max)·100% ,

где N_max– максимальное (заданное) число связей в сети при условии, что все элементы сети абсолютно надежны и узлы связаны по принципу

«каждый с каждым».

N_max =m(m-1),

где m-число узлов коммутации(РАТС,АМТС и т.д.) на сети.

Для определения вероятности связности узла iс узломjвоспользуемся следующей методикой:

1. Определим список путей, которые могут быть использованы для связи узла iс узломj.

2. Определим надежность каждого из указанных путей.

3. Воспользуемся формулой для расчета вероятности суммы совместных событий:

где t- число путей, которые могут быть использованы для связи узлаiс узломj;

А_к– событие, поставленное в соответствиеi-ому исправному путиk=();

Р(А_к) – вероятность наступления события А_к;

Р(А_к  А_m) – вероятность совместного наступления двух событий А_ки А_m;

Р(А₁А₂…А_t) – вероятность совместного наступленияtсобытий Аi;

P(UA_k) – вероятность наступления хотя бы одного события А_к (к= ()).

С учетом условия совместимости, показатели коэффициентов готовности элементов сети, входящих в любое из указанных выше выражений формулы для расчета вероятности суммы совместных событий, заменяется на первую степень.

Пример.

Определить математическое ожидание числа связей М(Х)_отн. для сети, представленной на рисунке 6.2, при условии, что используются все допустимые пути для связи узлов сети и коэффициент готовности каждой линии связи (ребер графа сети) равен К_г= 0,9.

Рисунок 6.2 - Структура сети.

Для решения задачи воспользуемся рассмотренным выше алгоритмом.

1. Определим список путей, связывающих узлы сети.

¹₁₂={b₁₂},²₁₂= {b₁₃,b₂₃};¹₁₃= {b₁₃},²₁₃= {b₁₂,b₂₃};

¹₁₄= {b₁₃,b₃₄},²₁₄= {b₂₁,b₂₃,b₃₄};¹₂₁= {b₁₂},²₂₁= {b₁₃,b₂₃};

¹₂₃= {b₂₃},²₂₃= {b₁₂,b₁₃};¹₂₄= {b₂₃,b₃₄},²₂₄= {b₁₂,b₁₃,b₃₄};

¹₃₂= {b₂₃},²₃₂= {b₁₃,b₁₂};¹₃₁= {b₁₃},²₃₁= {b₁₂,b₂₃};

¹₃₄= {b₃₄};¹₄₁= {b₁₃,b₃₄},²₄₁= {b₁₂,b₂₃,b₃₄};¹₄₂= {b₂₃,b₃₄},

²₄₂= {b₁₂,b₁₃,b₃₄};¹₄₃= {b₃₄}.

2. Определим надежность каждого из указанных путей.

Н(¹₁₂) = Н(¹₂₁) = К₂₁, Н(¹₁₃) = Н(¹₃₁) = К₂₃,

Н(¹₂₃) = Н(¹₃₂) = К₂₃, Н(¹₃₄) = Н(¹₄₃) = К₃₄,

Н(¹₁₄) = Н(¹₄₁) = К_13*К₃₄, Н(¹₂₄) = Н(¹₄₂) = К_23*К₃₄,

Н(²₁₂) = Н(²₂₁) = К_13*К₂₃, Н(²₁₄) = Н(²₃₁) = К_21*К₂₃,

Н(²₂₃) = Н(²₃₂) = К_13*К₂₁, Н(²₁₄) = Н(²₄₁) = К_21*К_23*К₃₄,

Н(²₂₄) = Н(²₄₂) = К_21*К₁₃*К₃₄.

3. Определим вероятности связности для каждой пары узлов сети.

Р₁₂= Р₂₁= К₂₁+ К₁₃К₂₃- К₂₁К₁₃К₂₃;

Р₁₃= Р₃₁= К₁₃+ К₂₁К₂₃- К₂₁К₁₃К₂₃;

Р₁₄= Р₄₁= К₁₃К₃₄+ К₂₁К₂₃К₃₄– К₁₃К₂₁К₂₃К₃₄;

Р₂₃= Р₃₂= К₂₃+ К₁₃К₂₁– К₁₃К₂₁К₂₃;

Р₂₄= Р₄₂= К₂₃К₃₄+ К₂₁К₁₃К₃₄– К₁₃К₂₁К₂₃К₃₄;

Р₃₄= Р₄₃= К₃₄;

4. Определим математическое ожидание числа связей в сети М(Х).

М(Х) = Р₁₂ + Р₂₁ + Р₁₃+ Р₃₁+ Р₁₄+ Р₄₁ + Р₂₃+ Р₃₂+ Р₂₄+ Р₄₂ + Р₃₄+ Р₄₃.

Определим максимальное число связей в сети при абсолютно надежных элементах.

N = m (m-1) = 4 x 3 = 12.

Определим М(Х)_отн.,подставив значение К_г= 0,9 в выражение, полученное в пункте 4.

М(Х)_отн.= М(Х)/ (m(m-1)) 100% = (10.3576 /12) 100% = 86,31%

В курсовом проекте следует изобразить модель анализируемой сети и оценить структурную надежность кольца, используя в качестве показателя структурной надежности М(Х)_отн., а также указать способы повышения надежности сети.