3.3 Расчет числа цифровых потоков е1 между населенными пунктами

После расчета числа каналов рассчитывается число потоков Е1. При этом число каналов пересчитывается в число ИКМ трактов передачи. Часть каналов должны иметь стопроцентный резерв (защита 1+1). Для расчета количества цифровых потоков Е1 можно воспользоваться формулой (4).

N_ij=En(n_тлф/30+1), (4)

где N_ij - требуемое количество потоков между i-ой и j-ой станциями;

n_тлф - число каналов ТЧ;

30 – число каналов ТЧ в потоке Е1;

En – знак целой части.

Результаты расчетов заносятся в таблицу 3.

Таблица №3 - Число ИКМ трактов между узлами сети

	A	B	C	D
A	X
B		X
C			X
D				X

3.4 Выбор оптимальной структуры сети sdh.

3.4.1 Уровни иерархии SDH.

Синхронная цифровая иерархия имеет шесть уровней N со скоростями передачи, соответствующими STM-N(таблица №3)

Таблица №4

Уровень N	0	1	4	16	64	256
V, Кбит/с	51840	155520	622080	2488320	9953280	39813120

Новые уровни введены в схемы преобразований. Для повышения

эффективности сети можно использовать сцепки. Емкость виртуальных сцепок VC-2-Xv и VC-12-Xv равна 6784X , 2176X , где X – любое число от 2 до 64 . Сцепки используют в связях “точка – точка “ беспрепятственно [2,3/с].

3.4.2 Анализ способов построения сети на базе SDH

3.4.2.1 Сеть на базе SDH строится с помощью различных функциональных модулей. Состав модуля определяется основными операциями , которые необходимо выполнить для обеспечения передачи высокоскоростных потоков по сети связи. Эти операции следующие :

1 Сбор потоков, поступающих в сеть SDH, в синхронные транспортные модули (STM).

2 Передача по сети с возможностью выделения потоков в промежуточных пунктах .

3 Объединения потоков в потоки более высокого уровня

4 Восстановление формы и длительности сигналов , передаваемых на большие расстояния

3.4.2.2 Для решения поставленных задач в состав SDH входят следующие модули :

-терминальные мультиплексоры

-мультиплексоры ввода-вывода

-регенераторы

-концентраторы

-коммутаторы

Мультиплексоры – основной модуль в сети SDH, выполняет следующие функции:

- объединяет низкоскоростные потоки в высокоскоростной поток на передаче и разъединяет на приеме

-производит локальную коммутацию, концентрацию и регенерацию цифровых потоков

Основные типы мультиплексоров :

-терминальный(TM);

-мультиплексор ввода-вывода (ADM).

TM – оконечное устройство сети SDH . Имеет определённое количество каналов доступа . Для скоростей потоков E1,E3,E4,STM-0,STM-1- каналы доступа электрические. Для STM-1,STM-4 и выше каналы доступа – оптические.

TM имеет один или два входа/выхода. Два агрегатных выхода/входа используются для повышения надежности.

К агрегатным входам/выходам подключаются линейные тракты первичной сети.

ADM имеют 2 или 4 агрегатных входа/выхода , число каналов доступа определяется необходимым количеством каналов ввода-вывода для конкретного узла сети SDH

ADM позволяет осуществить :

-сквозную коммутацию цифровых потоков в направлениях ”восток” - “запад”

-осуществлять замыкание канала приема на канал передачи на обеих сторонах (“восточной” и ”западной”) в случае выхода из строя одного из направлений.

-пропускать основной поток мимо мультиплексора, в случае выхода его из строя

Это дает возможность использовать ADM в топологиях типа “кольцо”

Концентратор – мультиплексор , объединяющий несколько однотипных потоков, поступающих от удаленных узлов сети, в один распределительный узел. Матрица кросс-коммутатор должна работать в режиме консолидации виртуальных контейнеров.

Этот узел может иметь не два, а три или четыре или больше линейных портов типа STM-1 или STM-N и позволяет организовать ответвления от основного потока или подключения нескольких узлов к ячеистой сети к кольцу SDH.

Мультиплексор распределительного узла в порте ответвления позволяет локально коммутировать подключенные к нему каналы, давая возможность удаленным узлам обмениваться через него между собой, не загружая основную сеть.

Регенераторы и усилители – это вырожденные мультиплексоры . Регенератор имеет один входной канал – как правило, оптический триб STM-N и один или два (1+1) агрегатных входа/выхода

Задачи – увеличить допустимое расстояние между терминальными узлами сети SDH

Для SDH первого поколения , не использовавшего оптические усилители, допустимое расстояние составляло 15-40 км для длины волны порядка 1300нм или 40-80км для длины волны 1500нм.При ОУ оно может составлять 600-650км . Появился новый тип секции – усилительная секция или пролёт

Коммутаторы –DXC даёт возможность связать пользовательские каналы путем организации постоянных или временных перекрестных соединений. Они устанавливаются в узлах большой пропускной способности , где необходимо гибкое управление нагрузкой различных направлений . Для того чтобы спроектировать сеть SDH, необходимо прежде всего выбрать структуру сети.

3.4.2.3 Базовые топологии, на основе которых может быть построена топология сети в целом.

*Топология “точка-точка”

В этом случае соединение осуществляется с большой пропускной способностью и большой протяженностью (уровни STM-16,STM-64) при 100% резервировании линий и группового оборудования аппаратуры (мультиплексоров и регенераторов).

• 

Рисунок №1

*Топология “линейная цепь”

Эта конфигурация используется тогда, когда интенсивность нагрузки в сети невелика и существует необходимость ответвления в ряде точек на линии, где могут вводится и выводится каналы доступа.

Линейная цепь реализуется с помощью TM на обоих концах цепи и мультиплексоров ADM в точках ответвления (рисунок №2).

Рисунок №2 Последовательная линейная цепь без резервирования.

Указанная структура может быть реализована без резервирования или при 100% резервировании (резервировании типа 1+1).Структура “линейная цепь” cрезервированием типа 1+1 представлена на рисунке №3.

Рисунок №3 Линейная цепь с резервированием 1+1 (уплощенное кольцо).

*Топология ”звезда”

В этой топологии из удаленных узлов сети, связанный с центрами коммутации (цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль коммутатора, или хаба, где часть тракта может быть разделена в терминалы пользователей, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам. Коммутатор должен быть активным и интеллектуальным, т.е. мультиплексором ввода-вывода развитыми возможностями кросс-коммутации.

Такую схему называют также оптическим концентратором, если на его вход подаются частично заполненные потоки уровня STM-N(или потоки уровня на ступень ниже), а его вход соответствует STM-N.

Другим примером использования топологии “звезда” может служить сеть SDH, в которой роль хаба (концентратора) играет мощный кросс-коммутатор, коммутирующий модули STM-N и виртуальные контейнеры VC-n на лучевые сегменты, которых может быть существенно больше 3-4.

*Топология “кольцо”

Эта топология широко используется для построения сетей SDH первых трех уровней иерархии: 155,622 и 2500 Мбит/с. Основное преимущество этой топологии – простота организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов (каналов приема и передачи): восток – запад дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками (рисунок №5).

Рисунок №5

Особенность кольцевой топологии в том, что потоки в различных сечениях кольца должны быть одинаковы. Схема организации потоков в кольце может быть либо двухволоконной (однонаправленной, двунаправленной, с защитой потоков 1+1 или без нее) либо четырехволоконной (как правило двунаправленной позволяющей организовать разные варианты защиты потоков данных). Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, т.е. быть защищенной от некоторых характерных типов отказов. Рассмотренные топологии характерны для магистральной транспортной сети.

Топология ”Ячеистая сеть” используется при построении городских телефонных сетей, сети при этом составляются из замкнутых ячеек или контуров, или технологических колец. На рисунке 6 приведены схемы простых ячеистых сетей, связанных двумя узлами.

Рисунок №6

Форма ячеек сети может быть треугольной, четырехугольной, пятиугольной, шестиугольной. Существенное отличие ячеистой топологии от кольцевой в том, что потоки в звеньях a_ij могут быть разными зависящими от пропускной способности конкретного звена. Особенность ячеистой топологии – возможность расширения без потери топологической однородности сети.

3.4.2.4 Архитектура сетей SDH.

Архитектурные решения при проектировании сети могут быть сформированы на базе использования рассмотренных элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов. Рассмотрим сети, комбинирующие элементарные топологии.

Радиально – кольцевая архитектура приведена на рисунке №7. В этой сети к кольцу SDH подключается топология “Линейная цепь”.

Рисунок №7.

Число радиальных ветвей ограничивается только из соображений допустимой нагрузки на мультиплексор доступа, установленный в кольце.

Архитектура типа “кольцо - кольцо”

Кольца в этом соединении могут быть либо одного, либо разных уровней иерархии SDH. На рисунке 8 приведена схема каскадного соединения колец разного уровня с помощью оптических трибов.

Рисунок №8.

Линейная архитектура большой протяженности используется для соединения удаленных пунктов, расстояния между которыми может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания оптического кабеля. При этом в линейном тракте устанавливаются не только мультиплексоры и проходные коммутаторы, но и регенераторы для восстановления сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций в стандартах ITU – T – G.957 и G.958. Различают три типа секций: оптическая, регенераторная, Мультиплексорная (рисунок №9).

Рисунок №9 – сеть SDH большой протяженности и её сегментация.

3.4.2.5 Разработка оптимальной структуры сети SDH.

В качестве исходных данных при разработке структуры сети используем карту местности на которой показаны заданные населенные пункты. Необходимо выбрать трассы прокладки кабеля и предполагаемый способ прокладки. Каждый участок трассы характеризуется расстоянием. На рисунке 10 приведена архитектура ситуационных трасс.

а)

б)

с)

Рисунок №10.

Сеть будет достаточно оптимальной, если она будет состоять из нескольких уровней. Сеть первого уровня это сеть радиально кольцевой архитектуры. Сеть второго уровня – ячеистая сеть, состоящая из кросс – коммутаторов, которые могут соединяться по принципу “каждый с каждым”.

3.5 Определение уровня мультиплексорного оборудования.

Синхронный транспортный модуль STM – это информационная структура используемая для осуществления соединений в SDH. Для определения типа STM используют результаты, полученные в предыдущих разделах проекта, а именно структуру сети с указанием местоположения мультиплексоров ввода – вывода (ADM), количество цифровых потоков E1 между различными узлами сети. На основании этого строится матрица M емкостей кратчайших путей и ребер. Она включает перечень взаимодействующих узлов сети, количество цифровых потоков, перечень участков цепи которые используются для создания основных и резервных путей.

Рассмотрим пример составления матрицы. Пусть известны: схема связи узлов (рисунок №11), структура кольца (рисунок №12), число потоков E1 между станциями (таблица №4).

Рисунок №11 – схема связи.

Рисунок №12 – структура кольца

Кольцо двунаправленное со стопроцентным резервированием на случай аварии на участках кольца. После заполнения матрицы определяется суммарное число трактов Е1 для каждого участка кольца первичной сети (Sтреб). В примере Sтреб=60. С учетом коэффициента запаса на развитие сети (Кр) необходимое число цифровых потоков должно удовлетворять следующему условию:

Sн  Кр*Sтреб.

Рекомендуется коэффициент развития Кр = 1,4…1,5. Тип STM выбирается с учетом стандарта уровней. Если 0 < Sн < 63, то выбираем STM 1, если 63  Sн  252, то – STM 4, если 252  Sн  1008, то – STM 16.

Таблица №4 – матрица кратчайших путей и ребер

исход стан ции	Вход станции	Кол-во Е1	Путь передачи	Участки кольца
				A-B	B-A	B-C	C-B	C-A	A-C
A	B	15	Осн	15
		15	Рез				15		15
	C	20	Осн	20		20
		20	Рез						20
B	A	15	Осн			15		15
		15	Рез		15
	C	25	Осн			25
		25	Рез		25				25
C	A	20	Осн					20
		20	Рез		20		20
	B	25	Осн	25
		25	Рез				25	25
Суммарное число потоков Е1 по кольцу				60	60	60	60	60	60

3.6 Выбор метода защиты синхронных потоков и оборудования SDH.

Одним из преимуществ технологии SDH является возможность такой организации сети, при которой достигается высокая надёжность её функционирования, обусловленная

-аппаратной надёжностью

-надежностью среды передачи

-системной надёжностью

Такие сети называют самовосстанавливающимися.

Под защитой в сетях SDH понимается не только резервирование (которое является одним из методов защиты), но и обеспечение таких вариантов работы оборудования сети и сети в целом, которые в конечном итоге приводят к бесперебойному функционированию. Для выбора методов защиты в сетях SDH предварительно рассмотрим трехуровневую модель архитектуры транспортной сети, состоящую из слоёв каналов, трактов и секций (рисунок №13).

140 45/34 новые 2Мбит/с 1,5Мбит/с

Мбит/с сл

	Cлой ТР VC3	Сл ТР VC2		Cл ТР VC-12	Сл ТР VC-11		Cл Вирт ТР VP (АТМ)
Слой тракта VC4
Слой мультиплексной секции STM-16			Слой мультиплексной секции STM-4			Слой мультиплексной секции STM-1
Cлой регенерационной секции STM-16			Слой регенерационной секции STM-4			Слой регенерационной секции STM-1
Слой оптической секции STM-16			Слой оптической секции STM-4			Слой Оптичес Электри кой сек ческой ции секции STM-1 STM-1

Сигнал STM-16 сигнал STM-4 сигнал cигнал

STM-10 STM - 1E

Рисунок №13

Для защиты используются специально заложенные “емкости” между узлами. Под “емкостью” понимаются в этом случае свободные трейлы и соединения, их дублирования, а также дополнительное оборудование.

При проектировании сети можно использовать следующие схемы:

1. резервирование участков сети по схеме 1+1 и 1:1 по разнесенным трассам;

2. организация кольцевых и линейных сетей, резервированных по схемам 1+1, 1:1 и 1:N;

3. резервирование терминального оборудования по схемам 1:1, N:1 и N:m;

4. восстановление работоспособности сети в целом путем обхода отказавшего участка;

5. использование оперативного переключения на работоспособный участок [ ].

В линейной топологии «точка-точка» могут использоваться методы защиты (1+1) и (1:1). Последний метод обладает большой экономичностью, поскольку защитить трейл или соединение может использоваться для подключения сигнала дополнительного трафика, иногда его называют вторичным, специальным трафиком.

В топологии «кольцо» применяется особенная классификация методов защиты. Например, при транспортировании по двухволоконному кольцу сигнала STM-1 используется защита соединений подсети. В каждом мультиплексоре типа ввода/вывода (ADM), включенным в «кольцо», передача осуществляется в двух направлениях – на и на запад. Прием же только с одного направления. При повреждении оптического волокна или оборудования на одном участке между любыми мультиплексорами прием будет осуществляться с других направлений.

В кольцевой топологии используют следующие варианты защиты трейлов мультиплексных секций:

• 2F SP RING – двухволоконное кольцо с совместной используемой защитой (Shared Protection) мультиплексной секции. Этот метод предполагает защиту мультиплексной секции при транспортировке STM-4 и STM-16. При этом в каждой секции AU-4 разделяются на рабочие и защитные поровну. Так для STM-4 – в каждой мультиплексной секции 2AU-4 – рабочие, а 2AU-4 – резервные, но рабочие и защитные AU-4 должны размещаться в мультиплексных секциях, которые организуются в разных волокнах;

• 4F SP RING – четырехволоконное кольцо с совместно используемой защитой (Shared Protection) мультиплексной секции. В одной мультиплексной секции всеAU-4 рабочие или защитные. Протокол переключений такой же, как и для двухволоконного кольца;

4F DP RING – четырехволоконное кольцо с добавочно выделенной защитой (Dedicated Protection) архитектура защиты 1+1.

В проекте необходимо предусмотреть один из вариантов повышения надежности сети, учитывая её архитектуру.

3.7 Обоснование и выбор поставщика.

Для конфигурации узлов, составления спецификации сменных модулей и прорисовки блок – схем соединений сменных блоков всех узлов, кроме топологии сети (рисунок 12) и таблицы 4 нужно знать номенклатуру сменных блоков, иметь ясное понимание их назначения и функциональных возможностей.

Для этого необходимо выбрать конкретного производителя. Сравнительные характеристики синхронных мультиплексоров ввода – вывода приведены в таблице 2-3 [сл. с 136].

Рассмотрим для примера оборудование компании Nokia.

3.7.1 Номенклатура сменных блоков SDH компании Nokia.

Компания Nokia производит мультиплексоры SDH типа Synfonet уровня STM-1,4,16. Для сетей малой пропускной способности, требующих использования мультиплексоров уровня STM-1 и STM-4 наиболее подходящими являются мультиплексоры Synfonet STM-1/4, так как они используют одно и то же шасси (полку) для карт STM-1 и STM-4, позволяют в версии STM-1 обслуживать до 126 потоков Е1 вместо стандартных 63. Этот мультиплексор позволяет работать в качестве кросс коммутатора как по схеме SXC 4/4, так и 4/3/1 позволяет коммутировать потоки 64 кбит/с.

Перечень сменных блоков мультиплексора Synfonet STM-1/4:

• CU – блок управления и синхронизации (может дублироваться);

• SU – блок обслуживания интерфейсов (V.11, V28, G.703);

• STM-4 – линейный оптический агрегатный блок 622 Мбит/с (приемопередатчик);

• STM-1 – линейный оптический агрегатный блок 155 Мбит/с (приемопередатчик с функциями кросс- коммутатора);

• STM-1E – линейный электрический агрегатный блок 155 Мбит/с (приемопередатчик с функциями кросс- коммутатора);

• WDM – мультиплексор WDM, позволяющий передавать 2 несущие (1310 и 1550 нм) по одному волокну;

• STM-1E - трибитовый интерфейсный блок 140 Мбит/с (1-портовая карта);

• 45M – трибитовый интерфейсный блок 45 Мбит/с с функцией терминального адаптера (ТА), упаковывает Т3 в AU-4, может быть сконфигурирован для работ со скоростью 34 Мбит/с;

• 34М - трибитовый интерфейсный блок 34 Мбит/с с функцией терминального адаптера (ТА), упаковывает Е3 в AU-4;

• 2МТА - трибитовый интерфейсный блок 2 Мбит/с – интерфейсная карта на 16 портов 2 Мбит/с с терминальным адаптером;

• 2М - трибитовый интерфейсный блок 2 Мбит/с интерфейсная карта на 16 портов на 2 Мбит/с без терминального адаптера, функционирует только при наличии сменного блока 2МТА (до 3-х карт 2М на карту 2МТА);

• SSW – блок системного кросс – коммутатора - центральный блок кросс коммутатора типа DXC – 4/4/1 с эквивалентной емкостью 16*AU – 4 для коммутации VC-4, VC-12;

• TSW – терминальный блок системного кросс – коммутатора – блок синхронизации AU-12 и AU-4 на входе для осуществления кросс коммутации;

• TSWO – блок кросс – коммутатора для коммутации каналов 64 кбит/с с поддержкой сигнализации CAS;

• SPIU – блок питания полки (кассеты).

3.7.2 Конфигурация мультиплексорных узлов и составление спецификации оборудования.

• Конфигурация узлов с мультиплексорами STM-1. Для работы любого мультиплексора уровня STM-1 при минимальной конфигурации (1 трибная интерфейсная карта – 16 каналов 2 Мбит/с) требуется следующий набор блоков: 2*STM-1, SSW, 2MTA, CU, SPIU, SU. Если число каналов менее 16, достаточно иметь минимальную конфигурацию.

• Конфигурация узлов с мультиплексорами уровня STM-4. Для работы мультиплексора STM-4 при минимальной конфигурации требуется следующий набор блоков: 2*STM-4, SSW, 2*TSW1, 2MTA, CU, SPIU, SU.

На рисунке №14 приведена схема конфигурации и функциональной связи узлов SDH сети.

3.8 Формирование сети управления и синхронизации.

В качестве основных каналов управления используются каналы DCC И каналы сети Ethernet DCC – Data Communication Chanal – встроенный канал сети управления. Если сеть достаточно большая и разбита на несколько областей, то должны быть определены связи между ними, адреса NSAP отдельных узлов и маршруты для передачи информации управления.NSAP – Network Service Access Point – точка/узел доступа сетевого сервиса.

Рисунок №15 - Схема управления сетью SDH.

Станция А, В, С, D используют каналы DCC(рисунок), а узлы А, А1, А2, А3 используют каналы Ethernet. К станции А3 подключается мененджер на базе PC

3.8.1 Определение адреса NSAP для узлов сети

Каждый узел сети управления должен иметь свой адрес точки доступа сетевого сервиса NSAP,который присваивается узлу при инсталляции. Он уникален и служит для идентификации узла при его подключении к EM или NMS.

Важным параметром сети является количество мультиплексоров , управление которыми возможно .

Структура адреса NSAP показана на рисунке 16. Максимальная длина его – 20 байтов.

IDD Начальная часть домена		Специфическая часть домена DSP
AFI	IDI	Адрес области AA	Идентификатор Сигнала SID	NSEL

Рисунок №16.

Адрес области 10 байтов.

Адреса NSAP распределяются сетевой администрацией страны.

Если сеть локальна , то нумерация выбирается произвольно.

AFI-код страны = 39 IDI=001F

В пример адрес области 1

адрес домена 1

Поле адреса AA 00000000000000010001

Поле NSEL=0

Эти поля остаются постоянными для всех узлов

SID-отражает структуру сети :

-поле номера станции (Station- 3 байта )

-поле номера отсека , где установлено оборудование(Room- 1 байт)

-поле номера полки (Subrack- 2 байта)

Таблица №5.

Узел	A	A1	A2	A3	B	C	D
SID	01010001	01020001	01020002	01020003	02010001	03010001	04010001

3. 8. 2 Формирование сети синхронизации.

Для синхронизации всего оборудования узла или станции должен использоваться один источник сигналов синхронизации. Схема синхронизации должна иметь вид "звезды" с расходящимися лучами.

Схема синхронизации сети должна предусматривать возможность автоматического самовосстановления и исключать при этом возможность появления петель синхронизации.

Сообщение о статусе синхронизации отмечается в заголовке цикла передачи (агрегатного сигнала), передаваемого по линии.

В таблице №7 приведено обозначение уровня качества и соответствие его источникам синхронизации. Приоритеты назначаются в каждом узле и в процессе ручной или автоматической реконфигурации сети синхронизации остаются неизменными. Число возможных приоритетов от 1 до 15.

Таблица №7 – Уровни качества синхронизации.

Уровень качества	Содержание байта S1 (в STM - N)	Стабильность частоты	Вид источника синхронизации
Q1	. . . 0010	10-11	PRG ПЭГ (G.811)
Q2	. . . 0100	10-9	SSU – T ВЗГ - T (G.812)
Q3	. . . 1000	2 . 10-8	SSU – L ВЗГ - L (G.812 - 1)
Q4	. . . 1011	4,6 . 10-6	Удержание или SEC
Q5	. . . 0000	----------	Качество не определено
Q6	. . . 1111	----------	Для синхронизации не использовать
QF	----------	----------	Сообщение сигнал не обнаруживается

Рассмотрим пример.

Сеть(Рисунок №17) разбиваем на 2 секции. Первая секция содержит узлы ABCD, вторая – один узел А, то есть А, А1, А2, А3. Схема синхронизации содержит первичный источник PRC (узел А) и один вторичный источник в транзитном узле (узел В) G. 812 T

Рисунок №17 - Схема синхронизации сети