гл 2 Соколов

Требования к транспортным ресурсам, необходимым коммутируемым сетям, возрастут в обозримом будущем весьма существенно. Эта особенность современной телекоммуникационной системы обсуждалась в конце первой главы монографии. Заметим, что специалисты по перспективным транспортным сетям уже перешли к обсуждению вопросов передачи за одну секунду объемов информации, измеряемых в Петабитах [23, 24].

При таких меняющихся требованиях система кроссовой коммутации обеспечивает весьма эффективное развитие всех коммутируемых сетей. Этот факт можно пояснить, вернувшись к рисунку 1.5, который объясняет структурные возможности транспортной сети. Анализ возможностей по существенному повышению пропускной способности коммутируемых сетей целесообразно объединить с рассмотрением второго из сформулированных выше семи утверждений. Косвенные доказательства второго утверждения содержатся в тексте, который сопутствует формулам (2.1) и (2.2). Более полную картину поможет воссоздать рисунок 2.10, представляющий два варианта построения гипотетического фрагмента транспортной сети.

Рисунок 2.10 Два варианта построения фрагмента транспортной сети

21

Âлевой части рисунка 2.10 показан вариант построения фрагмента транспортной сети без применения оборудования автоматической кроссовой коммутации. Показаны три СУ, которые обеспечивают канальными ресурсами две коммутируемые сети. Индексы, следующие за номером СУ, указывают на одну из некоммутируемых сетей. Транспортные ресурсы разделены между двумя потребителями - коммутируемыми сетями I и II. Во всех трех СУ установлены тракты между коммутационными станциями двух коммутируемых сетей без возможности автоматического управления транспортными ресурсами.

Âправой части рисунка 2.10 показан второй вариант построения фрагмента транспортной сети, который предусматривает использование МВК. Следует отметить, что каждый МВК выполняет также все функции, присущие СУ [12]. Транспортные ресурсы становятся общими для обеих комму-

тируемых сетей. Использование кроссовой коммутации в МВК подчеркивают значки, которыми часто отмечают блоки, выполняющие функции распределения информации.

Выбор варианта, чаще всего, осуществляется по критерию минимальной стоимости построения транспортной сети. Для варианта (а) соответствующее выражение (СÀ) может быть

где величины СÑÓ, ÑI è ÑII определяют стоимость всех

СУ, а также транспортных ресурсов для первой и второй коммутируемых сетей.

Для варианта (б) аналогичное выражение (СÁ) представимо в такой редакции:

где величины СÌÂÊ è ÑI+II определяют стоимость всех

МВК и тех общих транспортных ресурсов, которые достаточ- ны для обеих коммутируемых сетей.

Анализ ряда проектов, для которых, правда, выражения (2.4) и (2.5) выглядят слишком упрощенными, показал, что преимущества, как правило, остаются за вариантами использования кроссовой коммутации.

Третье утверждение касается сокращения суммарной длины используемых линейно-кабельных сооружений и обеспе- чения весьма высоких показателей надежности всей телекоммуникационной системы. Эти особенности кольцевых

22

топологий можно проиллюстрировать следующим образом:

-места размещения СУ в транспортной сети совпадают

ñточками расположения вершин правильного N-угольника;

-при построении транспортной сети без использования ка- кого-либо оборудования кроссовой коммутации необходимо соединить ее геометрический центр с каждой вершиной правильного N-угольника;

-при использовании оборудования кроссовой коммутации структура транспортной сети образуется за счет объединения СУ одним или большим числом колец.

На рисунке 2.11 приведены две модели транспортной сети. Первая модель не содержит оборудование кроссовой коммутации. Вторая модель основана на использовании оборудования кроссовой коммутации, которое формирует структуру сети с двумя кольцами.

Рисунок 2.11 Две модели транспортной сети

Модель (а), представляющая собой типичную звездообразную структуру, содержит элементы, равные "a", "2a", а также "b", "c" и "d". Длины трех последних элементов вычисляются из простейших геометрических выражений. Суммарная длина линий передачи (LA) между точкой "O" и всеми ос-

тальными вершинами составляет [4a (3 + 3Ц2 + 2Ц5)] или примерно 52,5a.

Модель (б) иллюстрирует топологию с двумя кольцами разного диаметра. Суммарная длина линий передачи (LÁ) между

точкой "O" и всеми остальными вершинами, в этом случае, равна [a (25 + Ц2 + Ц5)], то есть около 28,7a. Это означает, что экономия суммарной длины линий передачи превышает 80%. Если же для варианта (а) принять гипотезуо прокладке кабеля по ребрам координатной сетки, то экономия суммарной длины линий передачи будет более чем 100%.

В [25, 26] выполнены исследования различных геометриче- ских моделей транспортных сетей, имеющих звездообразную

23

или кольцевую структуру. Расчеты суммарных длин линий передачи показали следующее:

wпреимущества кольцевых структур проявляются более от- четливо по мере роста числа СУ в транспортной сети;

wмаксимальная экономия суммарной длины линий передачи присуща однокольцевой структуре, которая не всегда обладает требуемой надежностью;

wиспользование в качестве модели сети правильных многоугольников обычно позволяет получить верхнюю оценку

суммарной длины линий передачи.

Надежность транспортной сети относится к самым важным показателям телекоммуникационной системы. Если современная транспортная сеть на какой-то период времени "TÏ"

перестает функционировать, то практически вся телекоммуникационная система парализуется. Здесь уместно вспомнить, что современную транспортную сеть чаще всего сравнивают с фундаментом того здания, которому подобна телекоммуникационная система. Легко представить себе судьбу здания, в котором разваливается фундамент.

Одним из привлекательных свойств кольцевой структуры можно считать способность сохранять связь между всеми узлами сети при отказе одного направления. В левой части рисунка 2.12 показана кольцевая структура, содержащая восемь узлов.

Рисунок 2.12 Модель кольцевой сети

Пока мы будем предполагать, что вероятность отказа оборудования узла близка к нулю. Это, как правило, справедливо с практической точки зрения. Между узлами с номерами "2" и "3" показана точка обрыва линии передачи. Тогда можно выделить две подсети, показанные в правой части рисунка 2.12. В случае одного обрыва все узлы сети остаются связанными со свои центром - точка "O". Для повышения надежности кольцевой сети в ней могут создаваться прямые связи между узлами - хорды. В левой части рисунка 2.12 изображена хорда между узлами "O" и "4".

24

Коэффициент готовности (KÃJ) линии передачи между

центром сети, точкой "O", и произвольно выбранным узлом зависит от места расположения этого узла. Если считать, что коэффициент готовности для всех линий одинаков и равен "P", то для рассматриваемой модели несложно вывести такие формулы:

Используя известные алгебраические приемы, легко убедиться, что для условия 0 < P < 1 всегда справедливо такое неравенство:

С практической точки зрения это означает, что хорду лучше всего проводить между центром сети и наиболее удаленным узлом транспортной сети. Именно такое решение и показано

âлевой части рисунка 2.12. Для расчета коэффициента готовности кольца, в котором проведена хорда, можно использовать формулы для оценки показателей надежности, выведенные для мостиковой структуры [27].

Четвертое утверждение декларирует гибкое использование ресурсов транспортной сети за счет применения эффективной системы управления. Для иллюстрации этого тезиса можно воспользоваться очень простой моделью, похожей на предложенную в [28]. Основная идея показана на рисунке 2.13.

Пусть кольцо состоит из двух ЦКУ, которые обеспечивают транспортными ресурсами две МС. Первая МС расположена

âделовом секторе; ее час наибольшей нагрузки (ЧНН) прихо-

дится на рабочее время. Вторая МС установлена в квартирном секторе (на жаргоне телефонистов - в спальном районе); ее ЧНН приходится на утреннее и вечернее время. Каждому ЧНН соответствует интенсивность нагрузки (Y1 или Y2), которая используется для вычислений необходимой емкости пучка СЛ [29]. Если объединить оба пучка СЛ, что позволяет сделать оборудование кроссовой коммутации, то для вычисления его емкости будет использоваться величина

25

суммарного трафика Ys. Очевидно, что в нашей модели Ys < Y1 + Y2. В этом случае пучок СЛ, рассчитанный для объединенного трафика [28], будет иметь меньшую емкость, чем два раздельных пучка.

Рисунок 2.13 Изменение нагрузки в течение суток

Пятое утверждение касается простоты организации аналоговых и цифровых арендованных каналов. Подробнее принципы создания и развития сети арендованных каналов рассматриваются в разделе 2.7. Здесь мы можем ограничиться следующими аргументами:

wМВК и ЦКУ способны создавать арендованные каналы за счет установления полупостоянных соединений, а также выполнять основные функции технического обслуживания;

wфункциональные возможности кроссовой коммутации позволяют формировать арендованные каналы в широком диапазоне скоростей передачи, начиная с 64 кбит/с и закан- чивая номиналами пропускной способности, присущими СЦИ;

wМВК и ЦКУ могут обеспечивать резервирование арендованных каналов за счет установления полупостоянных со-

единений, которые проходят по другим маршрутам. Шестое утверждение касается очень важного, с практичес-

кой точки зрения, аспекта развития транспортных сетей - сопряжение различных типов оборудования передачи. Во-пер- вых, ЦСП, используемые в одной транспортной сети, могут иметь различные функциональные характеристики. Во-вто- рых, Операторы иногда вынуждены использовать оборудование плезиохронной и синхронной иерархий в одной транспортной сети. Кроссовые коммутаторы большинства Производителей телекоммуникационной техники имеют все виды интерфейсов, которые необходимы для подключения цифровых трактов плезиохронной и синхронной иерархий. МВК и ЦКУ, в этом смысле, можно рассматривать как устройства согласования цифровых трактов с различными характеристиками.

26

Седьмое (последнее) утверждение связано с возможностью создания транспортных сетей различной конфигурации в интересах других Операторов. Действительно, функциональные возможности МВК и ЦКУ позволяют создавать несколько транспортных сетей, имеющих, в общем случае, различные структуры. Любой оператор, в первую очередь, обеспечивает транспортными ресурсами все свои коммутируемые сети. Если же резерв этих ресурсов, по каким-либо причинам, существенен, то они могут быть использованы в интересах других Операторов.

Интересный факт отмечен в [30]. При строительстве транспортных сетей все чаще используются кабели со 192 ОВ. Это объясняется тем, что основные затраты связаны не со стоимостью кабеля. В этом случае "темные волокна" становятся хорошим товаром для возврата инвестиций и решения других задач. Под "темными волокнами" специалисты понимают те ОВ в кабеле, которые не уплотнены ЦСП.

Оператор, имеющий избыточные ресурсы в своей транспортной сети, может сдавать в аренду "темные волокна" или цифровые тракты. Кроме того, он может попытаться использовать эти ресурсы для новой коммутируемой сети, продавая телекоммуникационные услуги. На рисунке 2.14, который составлен по некоторым данным, полученным от ряда Операторов, показан ожидаемый эффект от формы использования избыточных транспортных ресурсов.

Рисунок 2.14 Ожидаемый эффект от использования избыточных транспортных ресурсов

Понятно, что лучше всего на телекоммуникационном рынке продавать услуги электросвязи. Тем не менее, при достаточ- но высоком спросе на "темные волокна" соответствующий сегмент телекоммуникационного рынка становится весьма привлекательным.

27

Кроссовые коммутаторы часто встраиваются в ЦСП, но выпускаются также и как самостоятельное оборудование. Рынок цифровых кроссовых систем косвенно можно оценить с помощью данных, приведенных в [31]. Удельный вес оборудования цифровой кроссовой коммутации в продажах компании Tellabs возрастал с 1991 года по 1995 год такими темпами: 19%, 29%, 41%, 46% и 49%.

Примером продукции, выпускаемой компанией Tellabs, может служить кроссовое оборудование семейства Titan. Все сведения об этом оборудовании взяты с сайта www.tellabs.com. Изложенные ниже сведения, равно как и все последующие ссылки на каких-либо Поставщиков телекоммуникационной техники, не следует рассматривать как рекламу. Рассмотрим,

âкачестве примера, характеристики оборудования кроссовой коммутации Titan 532E EMC, которое имеет сертификат соответствия Администрации связи России (информация размещена в Internet).

Оборудование Titan 532E EMC может наращивать свою пропускную способность в диапазоне от 2 до 512 трактов E1. Верхняя граница превышает пятнадцать тысяч ОЦК, что вполне достаточно для крупной цифровой коммутационной станции. Оборудование, в зависимости от емкости, занимает от одного до четырех шкафов. Высокая надежность системы кроссовой коммутации обеспечивается дублированием основных элементов. Система контроля EMS5300 обеспечивает графический интерфейс пользователя, а также управление по стеку протоколов TCP/IP сетью из 48 кроссов Titan 532E. Управляющий терминал подключается к одному из портов кросса.

Кросс Titan 532E обеспечивает полупостоянные соединения одного или более ОЦК (такие каналы обычно обозначаются N x 64 кбит/с), а также трактов E1. Никаких ограничений на вид передаваемой информации по установленным полупостоянным каналам не существует. Кстати, большинство Производителей систем СЦИ реализуют функции кроссовой коммутации

âмультиплексорах, но возможность выделения ОЦК, как правило, не предусматривается, что имеет вполне логичное обоснование. На некоторых рисункахв этой главе используются обозначения "ЦКУ" или "МВК", чтобы подчеркнуть возможность выполнения функции кроссовой коммутации. С точки зрения оборудования обычно подразумевается мультиплексор СЦИ, выполняющий также функции ЦКУ или МВК.

Расширение пропускной способности транспортных сетей стимулирует создание кроссового оборудования большой емкости. Компания Tellabs в конце 2000 года анонсировала разработку кроссового оборудования Titan 6700. Он будет поддерживать 2048 портов STM-16 и 512 портов STM-64.

28

Другие примеры оборудования кроссовой коммутации легко найти, обратившись к технической литературе или воспользовавшись какой-либо поисковой системой в Internet. Мне не удалось найти удачного примера для описания структурной схемы ЦКУ или МВК. Тем не менее, такого рода схему (рисунок 2.15) несложно воспроизвести по функциональным возможностям цифрового кроссового оборудования.

Рисунок 2.15 Структурная схема цифрового кроссового оборудования

Предложенная схема включает три основных элемента - коммутационное поле, которое дублировано, устройство управления и интерфейсные платы, указанные как заштрихованные прямоугольники. Через коммутационное поле проходят все виды полупостоянных соединений, которые должен поддерживать ЦКУ или МВК. Устройство управления выдает команды на установление полупостоянных соединений и осуществляет контроль основных характеристик качества передаваемой информации.

Модель, представленная на рисунке 2.15, лучше всего подходит для МВК, устанавливаемого в сети доступа. Левая часть рисунка иллюстрирует три варианта включения оборудования пользователей в цифровую МС. Можно сделать такие предположения:

wинтерфейс 2B+D предназначен для подключения пользователей ЦСИО, выбравших базовый (основной) доступ, который обеспечивает два прозрачных канала по 64 кбит/с каждый для обмена информацией и один служебный канал на скорости 16 кбит/с;

w интерфейс 30B+D используется для доступа в ЦСИО на первичной скорости (в этом случае пропускная способность D-канала равна 64 кбит/с);

wинтерфейс E1 может использоваться для включения концентраторов, УАТС и ряда других средств доступа.

29

В правой части рисунка показаны два интерфейса, предназначенные для связи с другими МС и для выхода на верхние уровни иерархии ТФОП. Можно сделать такие предположения:

wинтерфейс E1 предназначен для взаимодействия с другими МС, входящими в одну местную телефонную сеть;

wинтерфейс STM-1 используется для выхода на междугородную и международную телефонные сети.

Рассмотренная модель представляет пример использования

кроссового оборудования для ТФОП и ЦСИО. На практике ЦКУ и МВК часто решают также задачи обеспечения канальными ресурсами систем обмена данными (в первую очередь - Internet) и других коммутируемых сетей.

В разделе 2.1 изложены системные аспекты использования оборудования ЦСП и кроссовой коммутации. Их место в современной транспортной сети показано в левой части рисунке 2.16. В правой части этого же рисунка перечислены основные функции, выполняемые оборудованием ЦСП и кроссовой коммутации. Модель включает три уровня. Она составлена по материалам монографии [32].

Рисунок 2.16 Трехуровневая модель транспортной сети

Рассматриваемая структура не имеет прямого отношения к известной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем [33], хотя кое-какие аналогии могут быть найдены без особого труда. Интересно другое. На всех трех уровнях за последние годы произошли весьма существенные качественные изменения. Появление СЦИ ознаменовало переход к новым принципам передачи сигналов в цифровой форме. Использование оборудования кроссовой коммутации кардинально изменило принципы построения транспортных сетей.

В настоящее время самые существенные изменения происходят на нижнем уровне рассматриваемой модели. Системные аспекты изменений, касающихся среды передачи сигналов, рассматриваются в следующем разделе.

30