|
|
Характеристика оконечных пунктов
В соответствии с заданием необходимо организовать связь с использованием оборудования SDH между населенными пунктами Уфа-Миасс. ГородУфа - один из крупнейших городов Российской Федерации, столица Республики Башкортостан, административный центр городского округа город Уфа и Уфимского муниципального района (в состав которого не входит). Численность населения — 1 105 667 человек. Уфа находится в северо-лесостепной зоне умеренного пояса. Климат умеренно континентальный, достаточно влажный, лето тёплое с небольшими изменениями температуры от месяца к месяцу, зима умеренно холодная и продолжительная. Средняя температура января — -12,4 °C, минимальная — -48,5 °C; средняя температура июля +19,7 °C (1979 год), максимальная +38,6 °C (1952 год). Среднегодовая температура воздуха +3,8 °C. Среднее количество осадков — 589 мм. Городские предприятия занимаются нефтепереработкой, химией, машиностроением. Основу экономики Уфы составляют топливно-энергетический и машиностроительный комплексы. В Уфе сосредоточено около 200 крупных и средних промышленных предприятий. В 2013 году Уфа заняла 7 место в рейтинге 250 крупнейших промышленных центров России. Торговая отрасль Уфы представлена пятью тысячами предприятий торговли и общественного питания. Ежегодно открывается около 100 новых торговых объектов. Оборот розничной торговли в 2008 г. составил 192,9 млрд. рублей — по этому показателю Уфа вышла на четвёртое место в России после Москвы, Санкт-Петербурга и Екатеринбурга. В городе Уфе функционируют торговые объекты крупных международных, федеральных, а также местных розничных сетей: ИКЕА, Ашан, Castorama, Леруа Мерлен, METRO, О’Кей, Карусель, Лента, Перекрёсток, Магнит, М.видео, Эльдорадо, RBT, Монетка, Техно, Техносила, Полушка, Пятёрочка, Матрица, Байрам, Ярмарка. Город Миасс - четвёртый по величине город в Челябинской области России (с 1926 г.). Основан в 1773 г. Входит в число исторических городов России. Город расположен на реке Миасс, у подножия Ильменских гор, в 96 км к западу от областного центра Челябинска. В Миасском городском округе расположен Ильменский минералогический заповедник. Численность населения – 150 824 человек. По данным статистики на начало 2014 года в Миассе насчитывают более 150-х тысяч человек населения: русские, башкиры, татары, казахи. Население медленно уменьшается (в 2001 году было 165 тысяч человек), хотя, начиная с 2005 года, рождаемость вновь стала увеличиваться. Но до сих пор пенсионеров тысячи на две больше, чем жителей в возрасте до 16 лет, рождается чуть меньше, чем умирает, уезжает из города чуть больше, чем приезжает. Челябинская область расположена почти в центре громадного материка Евразии, к востоку от Уральского хребта, на большом удалении от морей и океанов. По общим характеристикам климат Челябинской области относится к умеренному континентальному. Количество и распределение осадков в течение всего года определяется главным образом прохождением циклонов над территорией области. Ветровой режим зависит от особенностей размещения основных центров действия атмосферы и изменяется под влиянием орографии. В январе - мае, в основном, преобладают ветры южного и юго-западного направления. В июне - августе ветер дует с запада и северо-запада, в сентябре-декабре ветер поворачивает на южный и юго-западный. Среднемесячное значение атмосферного давления в течение года колеблется от 737 до 745 мм рт. ст. Самое низкое давление, зарегистрированное на территории области, составило 651 мм рт. ст., а самое высокое - 773 мм рт. ст. Среднегодовая температура воздуха — 2,5 C . Относительная влажность воздуха — 68,0 %. Средняя скорость ветра — 3,5 м/с. Крупнейшими отраслями промышленности в городе являются машиностроение и металлургия. В Миассе хорошо развиты пищевая, лесоперерабатывающая и строительная сферы экономики. Машиностроение в основном нацелено на производство вахтовых автобусов и грузовых автомобилей, электродвигателей, зернодробилок, ракетно-космической техники. Металлургия обеспечивает город различными металлоконструкциями, здесь налажена добыча золота, выплавка меди, прокат железа. Предприятия пищевой отрасли производства выпускают мясопродукты, молочные, кондитерские и хлебобулочные изделия. Строительная промышленность культивирует добычу щебня и песка, изготовление бетонных и алюминиевых конструкций, кирпича. В Миассе активно возводятся новые здания и дамбы, прокладываются дороги.
Анализ СЦИ SDH - синхронная цифровая иерархия (СЦИ), это способ организации универсальной цифровой транспортной сети. На базе этого способа в настоящее время организуется первичные цифровые сети с использованием ВОЛС. Основные достоинства этого способа построения сети: -Упрощения схемы построения сети, благодаря тому, что SDH мультиплексор заменил собой по функциональным возможностям стойку мультиплексоров PDH. Плезиохронный мультиплексор де мультиплексировал поток для выведения нескольких компонентов сигналов, а затем мультиплексировал весь набор компонентных сигналов снова. SDH мультиплексор выделяет требуемые компонентные сигналы, не разбирая поток. Оборудования нужно меньше, требования к питанию снижаются, площади на установку оборудования уменьшается, затраты на эксплуатацию уменьшаются. -Высокая надежность сети. Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов. Использование кольцевых топологий предоставляет возможность автоматически пере маршрутизации каналов при любых аварийных ситуациях на резервный маршрут. -Полный программируемый контроль. Управление конфигурацией сети, отслеживание и регистрация аварийных ситуаций осуществляется программными средствами с единой консоли управления. В функции центральной управляющей системы входят также средства поддержки тестирования каналов и контроль за качеством работы основных блоков мультиплексоров. -Предоставление услуг по требованию. Создание новых или перемаршрутизация старых каналов пользователя - вопрос малого времени. Стандартизация SDH технологии позволяет использовать оборудование разных фирм производителей на одной сети. Основной набор функциональных модулей, на базе которых строятся сети SDH следующий: мультиплексоры, коммутаторы, концентраторы, регенераторы, терминальные устройства. Этот набор модулей определяется следующими основными операциями, выполняемыми при передаче данных по сетям: - сбор входных потоков с помощью каналов доступа в агрегатный блок, транспортируемый по сети; - передвижение агрегатных блоков по сети с возможностью ввода-вывода входных потоков; - передача виртуальных контейнеров из одного сегмента сети в другой с помощью коммутаторов или кросс-коннекторов; - объединение нескольких однотипных потоков в распределительном узле- концентраторе; - восстановление формы и амплитуды сигналов, передаваемых на большие расстояния; - сопряжение с сетями пользователей с помощью согласующих устройств - конвекторов интерфейсов, скоростей, и т.д. На основе SDH в различных странах были разработаны системы передач, в США и Канаде – это система SONET (Синхронная оптическая сеть – в Европе – SDH). При принятии нового стандарта цифровой связи – SDH, одним из требований к новой системе было обеспечение совместимости с системами PDH. Это относилось прежде всего к цифровому потоку уровня Е4 PDH (140 Мбит/с). Для решения этой задачи в цифровой поток Е4 была введена избыточность в виде дополнительных бит, вследствие чего скорость передачи нового уровня возросла до 155,52 Мбит/с). Такая скорость была принята для основного формата синхронного сигнала, получившего название синхронный транспортный модуль – STM-1. В результате международных соглашений были установлены скорости передачи в виде синхронной цифровой иерархии (СЦИ–SDH), регламентируемые рекомендациями ITU-T (MKKTT) G.707, структура сигнала в интерфейсе сетевого узла – G.708, структура синхронного группообразования – G.709. Таким образом, была принята следующая градация скоростей для иерархий синхронных сигналов(SDH): - STM-1 – 155,520 Мбит/с, - STM-4 – 622,08 Мбит/с, - STM-16 – 2488,32 Мбит/с (2,488 Гбит/с), - STM-64 – 9,953 Гбит/с, - в перспективе – STM-256 – 39,812 Гбит/с. Необходимо отметить, что за исключением STM-1, скорости STM-4, STM-16 и т.д. применяются исключительно в волоконно – оптических системах передачи. В отличие от плезиохронных, в сетях синхронной цифровой иерархии используется центральный опорный генератор синхрочастоты (таймер), вследствие чего в СЦИ средняя частота всех местных задающих генераторов синхронна с точностью не хуже 10-9. Жесткая синхронизация на всех уровнях СЦИ дает возможность введения идентификационных бит, что позволяет получить целый ряд преимуществ синхронных сетей: - возможность выделения из общего группового потока высокого уровня иерархии цифровых потоков более низкого уровня до Е1 без полного демультиплексирования (или, наоборот, введения такого потока в групповой); - упрощение общей структурной схемы оборудования СЦИ благодаря тому, что все функции ввода – вывода выполняет один мультиплексор, в том числе он может вывести (ввести) цифровой поток Е1 PDH из потока (фрейма) STM-1; - возможность выделения (или ввода) цифровых потоков любого уровня из группового потока более высокого уровня позволяет осуществлять оперативное переключение цифровых трактов в сетях, делая их более гибкими в плане конфигурирования; - скорость передачи групповых сигналов на стыках сетевых узлов совпадает в системах СЦИ с линейными скоростями, благодаря чему отпадает необходимость применения дополнительного преобразователя стыкового кода и линейной. Гибкость сетей СЦИ, применение их совместно с волоконно-оптическими системами, имеющими очень большую ширину полосы пропускания и высокое быстродействие квантово-электронных модулей, позволяет осуществлять автоматическую коммутацию цифровых потоков, а также компьютерное дистанционное управление сетью из одного центра. При этом процесс реконфигурации сети занимает считанные секунды. Перечисленные преимущества систем СЦИ на основе ВОСП позволяет оптимально использовать емкости каналов, осуществляя оперативную коммутацию цифровых потоков и резервных линий. Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные PDH так и SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети контейнеры STM-1 передаются в системе SDH разных уровней (STM-n), но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т.е. имеет место мультиплексирование транспортных модулей. Поскольку низкоскоростные сигналы PDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и определено или, скажем, предсказуемо. Поэтому низкоскоростной сигнал SDH, например 155 Мбит/с (STM-1) может быть напрямую добавлен или выделен из высокоскоростного сигнала, например 2.5 Гбит/с (STM-16). Это упрощает процесс мультиплексирования и демультиплексирования сигнала и делает SDH иерархию особенно подходящей для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи, обладающих большой производительностью. Поскольку принят метод синхронного мультиплексирования и гибкого отображения структуры, низкоскоростные сигналы PDH (например, 2Мбит/с) также могут быть мультиплексированы в сигнал SDH (STM-N). Их расположение во фрейме STM-N также предсказуемо. Поэтому низкоскоростной трибутарный сигнал (вплоть до сигнала DS-0, то есть одного тайм-слота PDH, 64 кбит/с) может быть напрямую добавлен или извлечен из сигнала STM-N. Заметьте, что это не одно и то же с вышеописанным процессом добавления/выделения низкоскоростного сигнала SDH в/из высокоскоростного сигнала SDH. Здесь это относится к прямому добавлению/выделению низкоскоростного трибутарного сигнала, такого как 2Мбит/с, 34Мбит/с и 140Мбит/с в/из сигнала SDH. Это устраняет необходимость использования большого количества оборудования мультиплексирования/демультиплексирования (взаимосвязанного), повышает надежность и уменьшает вероятность ухудшения качества сигнала, снижает стоимость, потребление мощности и сложность оборудования. Добавление/выделение услуг в дальнейшем упрощается. Метод мультиплексирования (рисунок 1) помогает выполнять функцию кросс-коммутации и обеспечивает сеть мощной функцией самовосстановления. Абонентов можно динамически соединять в соответствии с потребностями и выполнять отслеживание трафика в реальном времени.
Рисунок 1 Прямое мультиплексирование в системах SDH
2.1 Функциональные методы защиты синхронных потоков Одним из основных преимуществ технологии SDН является возможность такой организации сети, при которой достигается не только высокая надежность ее функционирования, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля. Существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей, которые могут быть сведены к следующим схемам: - резервирование участков сети по схемам 1+1 и 1:1 (см. объяснение ниже) по разнесенным трассам; - организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1+1 и 1:1; - резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1; - восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла; - использование систем оперативного переключения; Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации. В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам (стопроцентное резервирование), сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам:
Во втором случае, наиболее распространенном в сетях SDН, используется топология типа “кольцо”, которое может быть организовано с помощью двух волокон (топология “сдвоенное кольцо”) или четырех волокон (два сдвоенных кольца). Защита маршрута в сдвоенном кольце, которая соответствует типу 1+1, может быть организована двумя путями. Первый путь - используется защита на уровне трибных блоков ТU-n, передаваемых по разным кольцам. Весь основной трафик передается в одном из направлений (например, по часовой стрелке). Если в момент приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит распределенный по кольцу характер, а сам метод носит название метода организации однонаправленного сдвоенного кольца. Второй путь - защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используется как основное, второе - как защитное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки ТU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основного и защитного колец на границах дефектного участка (рисунок 2а), образующее новое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора. В третьем случае восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре SDН для резервирования трибных карт 2 Мбит/с (4:1 или 3:1 для SТМ-1 или 16:1, 12:1, 8:1 для SТМ-4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков, например, блоков кросс-коммутации и систем управления и резервного питания, время переключения которых на запасные не превышает обычно 10 мс.
Рисунок 2 Методы защиты двойного кольца: а) путём исключения повреждённого участка; б) путём организации обходного пути. В четвертом случае резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного узла из схемы функционирования. Так, системы управления SDН мультиплексоров обычно дают возможность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа (рисунок 2б). В пятом случае, характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс-коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в случае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих или исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков. Топологии сетей SDH Рассмотрим топологии сетей SDH и особенности ее выбора. Для того, чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в ТЗ на стадии проектирования. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности: Топология "точка-точка"
Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 3). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).
Рисунок 3 Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ Топология "последовательная линейная цепь" Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунке 4, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 5. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом".
Рисунок 4 Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM
Рисунок 5 Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1 Топология "звезда", реализующая функцию концентратора В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный с центром коммутации или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удалённым узлам (рисунок 6).
Рисунок 6 Топология "звезда" c мультиплексором в качестве концентратора Топология "кольцо". Эта топология (рисунок 7) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.
Рисунок 7 Топология "кольцо" c защитой 1+1. Из представленных выше топологий для организации связи на проектируемом участке Уфа-Миасс я выбрал топологию «точка-точка» с использованием 2 терминальных мультиплексоров со стопроцентным резервированием, так как выбранная мною аппаратура FG-FOM2.5GL2 обеспечивает резервирование 1+1 с целью повышения надежности. Схема организации связи представлена в приложении B.
|
|
