Рекомендовано редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия.

УДК 621.391

Учебное пособие предназначено для выполнения курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Сети связи» и «Сети связи и системы коммутации». В учебном пособии излагаются принципы проектирования ГТС на базе оборудования SDH, приводятся способы построения сетей SDH, алгоритмы оптимизации первичной сети кольцевой структуры и оценка структурной надежности сети. Рекомендуется студентам соответствующих специальностей очной, заочной и ускоренной форм обучения.

Кафедра АЭС

Иллюстраций 20, таблиц 10, список литературы 9 названий, приложений 6.

Рецензенты:

Солодов П.П., зам. главного инженера ОАО «Гипросвязь-4», к.т.н., доцент.

Для специальностей – 200900, 071700

Рекомендовано редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия.

Ó Сибирский государственный

университет телекоммуникаций

и информатики, 2006.

Оглавление

Введение……………………………………………………….……..

1 Разработка схемы построения ГТС…………………….............

1.1 Анализ способов построения местных телефонных сетей общего пользования….......................................................................

1.2 Обоснование выбора способа построения проектируемой сети

1.3 Разработка нумерации абонентских линий…………………....

2 Расчет интенсивности нагрузки………………………………....

2.1Составление диаграмм распределения нагрузки………………

2.2 Расчет исходящей нагрузки……………………………………..

2.3 Расчет нагрузки к узлу спецслужб (УСС)………………………

2.4 Расчет междугородной нагрузки………………………………..

2.5 Расчет межстанционной нагрузки……………………….………

3 Расчет емкости пучков соединительных линий…………….......

4 Выбор оптимальной структуры построения сети на базе SDН………………………………….……………………………..

4.1 Анализ способов построения сетей на базе SDH……….………

4.2 Разработка оптимальной структуры сети МСС………………...

5 Выбор типа синхронного транспортного модуля …………......

5.1 Расчет числа ИКМ трактов передачи………………………...

5.2 Выбор типа модуля STM……………….................................

5.3 Выбор типа оптического кабеля……………………………...

5.4 Выбор конфигурации мультиплексоров ввода/вывода…….

6 Оценка структурной надежности сети………………………

Литература…………………………………………………….………

Приложение А Средняя исходящая нагрузка для различных источников нагрузки……..

Приложение Б Нормы, используемые при расчете нагрузки по различным направлениям на ГТС…………………………………..

Приложение В Таблица первой формулы Эрланга………………..

Приложение Г Величина коэффициентов a и b в формуле О’Делла при различных значениях D и Р…………………………..

Приложение Д Техническая характеристика мультиплексора

SM-1/4…………………………………………………………………

Приложение Е Техническая характеристика мультиплексора

WaveStar ADM 16/1

Список использованных сокращений.................................................

Введение

Современный этап развития Единой сети электросвязи России характеризуется широким внедрением оборудования цифровых технологий коммутации и передачи. Этот процесс нашел отражение и в развитии городских телефонных сетей (ГТС), на которых стали использоваться синхронные и асинхронные системы коммутации, цифровые системы передачи синхронной цифровой иерархии (SDH), волоконно-оптические линии передачи.

Новые возможности цифровых систем коммутации и передачи, позволяющие создавать высокоэкономичные и надежные сети, вызывают необходимость в разработке современных методов планирования и проектирования сетей связи, в том числе и ГТС.

В данном учебном пособии излагают принципы проектирования ГТС при внедрении на сети цифровых систем коммутации, цифровых систем передачи SDH и волоконно-оптических линий передачи. При этом рассматриваются; принципы построения ГТС с учетом их цифровизации; структуры первичных сетей, реализованных на базе оборудования SDH; методика расчета и распределения нагрузки на городской телефонной сети; методы расчета пучков соединительных линий; алгоритмы для выбора оптимальной структуры первичной сети города, а также методика оценки структурной надежности ГТС. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 071700 и 200900, и может быть использована как при изучении специальных курсов, так и при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Разработка схемы построения ГТС

Связь со спецслужбами.

Для приема информации от населения в экстренных случаях, а также для предоставления населению определенных услуг (справка, информация, заказы) на ГТС должны быть организованы справочные, заказные и экстренные службы. На районированной ГТС могут применяться как централизованные, так и децентрализованные службы. Доступ к централизованным службам от абонентов ГТС осуществляется через узел спецсвязи (УСС). В зависимости от местных условий возможны:

- доступ к отдельным службам от абонентов некоторых АТС, помимо УСС;

- организация для части АТС выхода к УСС по общему пучку соединительных линий через специальный узел исходящего сообщения

(УИС-“0”) с целью экономии числа соединительных линий между УСС и отдельной группой АТС, расположенных близко одна от другой и на значительном расстоянии от УСС.

Выбор того или иного варианта организации доступа определяется при конкретном проектировании.

Связь с АМТС.

Связь станций ГТС с АМТС, расположенной в том же или другом городе, осуществляется с использованием линий городской и внутризоновой сети. Исходящая связь от РАТС к АМТС должна осуществляться по заказно-соединительным линиям (ЗСЛ) либо непосредственно, либо через узел ЗСЛ (УЗСЛ) или через УИВС-Э. Входящие междугородные соединения от АМТС к АТС должны осуществляться по соединительным линиям междугородной связи (СЛМ) либо непосредственно, либо через узел УВСМ.

Расчет интенсивности нагрузки

Рисунок 2.1 - Диаграмма распределения нагрузки для РАТС 1

	Рисунок 2.2 - Диаграмма распределения нагрузки для АМТС
	Рисунок 2.3 - Диаграмма распределения нагрузки для УСС

Расчет исходящей нагрузки

Существует два метода расчета исходящей местной нагрузки. Первый метод основан на использовании параметров, характеризующих нагрузку в ЧНН для различных источников нагрузки. Второй метод основан на использовании удельных значений нагрузок в ЧНН для различных источников .

Расчет междугородной нагрузки

Расчет междугородной нагрузки необходимо производить отдельно для связи РАТС с АМТС и АМТС с РАТС.

Расчет межстанционной нагрузки

В предыдущих разделах рассмотрена методика расчета местной исходящей нагрузки на выходе коммутационного поля (А_вых.КПi), а также нагрузки к узлу спецслужб (А_УСС) для РАТС сети города. Определим значения нагрузки от i-ой станции ГТС, подлежащей распределению на местной сети.

Обозначим эту нагрузку через А_i, i= (m – число РАТС местной сети). Тогда:

А_i = А_вых.КПi – A_УССi , Эрл

Распределение нагрузки между РАТС сети может осуществляться:

1) на основании анализа закономерностей распределения нагрузки на действующей сети;

2) на основании нормированных коэффициентов тяготений, полученных в результате анализа большого количества действующих сетей связи;

3) на основании методики, изложенной в НТП 112-2000 (РД45.120-2000).

В курсовом проекте расчет интенсивности межстанционной нагрузки производится по методике, изложенной в НТП 112-2000. Рассмотрим алгоритм расчета по данной методике.

1. Для каждой РАТС определим коэффициент h_{I :}

h_i= (А_вых.КПi 100)/ , %

Коэффициент h_i характеризует долю исходящей нагрузки для i-ой РАТС сети к суммарной исходящей нагрузки всех РАТС города, выраженных в процентах.

2. Рассчитав коэффициент h_i , по таблице приложения Б определим значение коэффициента внутристанционного тяготения К_i (i= ) для каждой станции ГТС.

3. Определим значение нагрузки А_{i расп.}, которая распределяется между станциями сети , за исключением i-ой станции, по формуле

А_{i расп}= А_i(1- (К_i/100)).

4. Распределение нагрузки от выбранной станции А_{i расп} к другим станциям сети осуществим пропорционально распределяемой нагрузки от каждой станции ГТС (А_jрасп).Поэтому для расчета нагрузки от i-ой станции к j-ой воспользуемся формулой:

А_ij = (А_{i расп} А_{j расп})/( A_kрасп.- А_iрасп.), Эрл

где А_ij –межстанционная нагрузка от i-ой станции к j-ой станции ГТС;

А_{i расп} , А_{j расп} – значения распределяемой нагрузки на сети соответственно для i-ой и j-ой станций.

Результаты, проведенных расчетов, сведем в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Значения интенсивности нагрузки на ГТС (Эрл).

Типовые структуры сетей SDH

Структурные решения при проектировании сети могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, рассмотрим некоторые сети, комбинирующие элементарные топологии.

Радиально-кольцевая структура

Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь». Вместо последней может быть использована более простая топология «точка-точка». Число радиальных ветвей ограничивается допустимой нагрузкой (общим числом каналов доступа) на кольцо.

Рисунок 4.7 - Радиально-кольцевая архитектура

Анализ алгоритмов.

Рассмотрим задачу когда = Х. В этом случае требуется построить кольцо, проходящее по всем вершинам, то есть предполагаем, что во всех вершинах расположены станции. Эта задача известна в теории графов как «Задача коммивояжера». Она принадлежит к классу NP – трудных задач, для которых не существует точных эффективных алгоритмов. Поэтому эту задачу решают приближенными, эвристическими алгоритмами с вычислением нижней и верхней оценок решения.

В случае, когда наша задача еще более усложняется. Опишем метод с помощью которого она может быть сведена к «Задаче коммивояжера».

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 модуль STM-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. Модуль STM-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 SDH используются результаты, полученные в предыдущих разделах проекта:

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

- схема взаимодействия ADM с 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 SDH используем 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

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_H³ 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 уровней STM.

Если 0< S_H £ 63, то выбираем STM1

63< S_H £ 252, то - STM4

252< S_H £ 1008, то - STM16

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 l=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 l=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 или Opt.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 фирмы Simens. Техническая характеристика и комплектация оборудования SM –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) или Opt.155Мб (LH). Модуль Opt.155Мб (SH) предназначен для коротких линий и использовании длины волны l=1.3 мкм. Перекрываемое затухание при этом может достигать величины не более 28 дБ. Opt.155Мб (LH) предназначен для длинных линий (l=1.55 мкм) и также перекрывает затухание 28 дб. Для мультиплексора М-622 также имеются два типа модулей оптического линейного тракта:

- Opt.622мб (SH) – l=1.3 мкм, В£24 дБ;

- Opt.622мб (LH) - l=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 l=1.3 мкм. и l=1.55 мкм.

В_{уч. l=1.3}= 60b_1.3=60км·0,4 дБ/км =24дБ

В_{уч. l=1.55}= 60b_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 l=1.3 мкм. и Opt.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].

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.

Для решения задачи воспользуемся рассмотренным выше алгоритмом.

1. Определим список путей, связывающих узлы сети.

m¹₁₂={b₁₂}, m²₁₂ = {b₁₃ ,b₂₃}; m¹₁₃ = {b₁₃}, m²₁₃ = {b₁₂ ,b₂₃};

m¹₁₄ = {b₁₃ , b₃₄}, m²₁₄ = {b₂₁ ,b₂₃ ,b₃₄}; m¹₂₁ = {b₁₂}, m²₂₁ = {b₁₃ ,b₂₃};

m¹₂₃ = {b₂₃}, m²₂₃ = {b₁₂ ,b₁₃}; m¹₂₄ = {b₂₃ ,b₃₄}, m²₂₄ = {b₁₂ ,b₁₃ ,b₃₄};

m¹₃₂ = {b₂₃}, m²₃₂ = {b₁₃ ,b₁₂}; m¹₃₁ = {b₁₃}, m²₃₁ = {b₁₂ ,b₂₃};

m¹₃₄ = {b₃₄}; m¹₄₁ = {b₁₃, b₃₄}, m²₄₁ = {b₁₂ ,b₂₃ ,b₃₄}; m¹₄₂ = {b₂₃ ,b₃₄},

m²₄₂ = {b₁₂ ,b₁₃ ,b₃₄}; m¹₄₃ = {b₃₄}.

2. Определим надежность каждого из указанных путей.

Н(m¹₁₂) = Н(m¹₂₁) = К₂₁, Н(m¹₁₃) = Н(m¹₃₁) = К₂₃,

Н(m¹₂₃) = Н(m¹₃₂) = К₂₃, Н(m¹₃₄) = Н(m¹₄₃) = К₃₄,

Н(m¹₁₄) = Н(m¹₄₁) = К_13* К₃₄, Н(m¹₂₄) = Н(m¹₄₂) = К_23* К₃₄,

Н(m²₁₂) = Н(m²₂₁) = К_13* К₂₃, Н(m²₁₄) = Н(m²₃₁) = К_21* К₂₃,

Н(m²₂₃) = Н(m²₃₂) = К_13* К₂₁, Н(m²₁₄) = Н(m²₄₁) = К_21* К_23* К₃₄,

Н(m²₂₄) = Н(m²₄₂) = К_21* К₁₃*К₃₄.

3. Определим вероятности связности для каждой пары узлов сети.

Р₁₂ = Р₂₁ = К₂₁ + К₁₃ К₂₃ - К₂₁ К₁₃ К₂₃;

Р₁₃ = Р₃₁ = К₁₃ + К₂₁ К₂₃ - К₂₁ К₁₃ К₂₃;

Р₁₄ = Р₄₁ = К₁₃ К₃₄ + К₂₁ К₂₃ К₃₄ – К₁₃ К₂₁ К₂₃ К₃₄;

Р₂₃ = Р₃₂ = К₂₃ + К₁₃ К₂₁ – К₁₃ К₂₁ К₂₃;

Р₂₄ = Р₄₂ = К₂₃ К₃₄ + К₂₁ К₁₃ К₃₄ – К₁₃ К₂₁ К₂₃ К₃₄;

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.

Литература

1. Основные положения развития взаимоувязанной сети связи РФ на перспективу до 2005 года. Руководящий документ. Книга 3 - М.: ГКЭ, 1996.

2. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные сети и системы: Учебное пособие для вузов и колледжей.- Новосибирск: СиБГАТИ, 1997.

3. Синхронная цифровая иерархия. Учебное пособие под ред. Крука Б.И. – Новосибирск: Издательство СибГАТИ, 1998.

4. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. –М.: Эко-трендз. 1998.

5. Заславский К.Е., Фокин В.Г. Проектирование оптической транспортной сети. Учебное пособие.-Новосибирск: СибГУТИ, 1999.

6. Нормы технологического проектирования. Городские и сельские телефонные сети. НТП 112-2000.-М.: ЦНТИ «Информсвязь», – 2000.

7. Соколов Н.А. Эволюция местных телефонных сетей. – Пермь: Книга, 1994.

8. Ионов А.Д. Волоконная оптика в системе связи и коммутации. Часть 1. Учебное пособие. – Новосибирск: СибГАТИ, 1998.

9. Линии передачи волоконно - оптические на магистральной и внутризоновоых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация. Руководящий технический материал. – М.: Минсвязи, Россия, 2000.

Приложение А

Средняя исходящая нагрузка для различных источников нагрузки.

Приложение Б

Нормы, используемые при расчете нагрузки по различным направлениям на ГТС.

Приложение В

Таблица первой формулы Эрланга

Продолжение таблицы приложения В.

Приложение Г

Величины коэффициентов a и b в формуле О^’Делла

при различных значениях D_эф и Р

Приложение Д

Техническая характеристика

Мультиплексора SM – 1/4

Синхронный мультиплексор SM - ¼ предназначен для организации городских, сельских и внутризоновых сетей связи. Главными достоинствами сетей, реализованных на оборудовании SM - ¼ являются:

- высокая живучесть за счет использования современных методов защиты как оборудования, так и трафика;

- простота обслуживания и развития сети, модульный принцип построения оборудования и программного обеспечения;

- полное соответствие всем рекомендациям ITU – T, ETSI и ЦНИИС;

- удобство обслуживания (наличие сервисных центров фирмы на территории России).

Описание конструкции

Ядром мультиплексора является неблокируемая полнодоступная матрица временного коммутатора емкостью 1008 эквивалентов VC-12. Матрица осуществляет все переключения под управлением встроенного микроконтроллера.

Все подключаемые к мультиплексору плезиохрон<