Проектування первинної мережі зв’язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії

«Проектування первинної мережі зв’язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії»

 

 

 

 

                                                Вступ

 

Понад двісті років тому індустріалізація глибоко вплинула на світову економіку. Сьогоднішня  інформатизація матиме всесвітній вплив значно більших розмірів і змінить долю компаній, країн і людей.

Інформатизація змінює спосіб праці, життя розваг і навчання, надає можливості, які ми тільки починаємо усвідомлювати. Ці зміни  утворюють нову інформативну економіку, де технологія єднає кожного з усім, де домінують відкриті комунікації, відкриті стандарти і відкриті ринки.

Інтенсивний розвиток нових  інформаційних технологій стимулював розвиток цифрових методів передачі голосу і даних, що в кінцевому  рахунку привело до створення не тільки технологій локальних мереж, але й нових високошвидкісних транспортних технологій глобальних мереж.

Найбільш цікавою транспортною технологією, що набула широкого застосування – є синхронна цифрова ієрархія SDH. Ця технологія прийшла на зміну імпульсно-кодовій модуляції РСМ і плезіохронній цифровій ієрархії PDH і стала інтенсивно запроваджуватися у результаті масового встановлення сучасних цифрових АТС, що дозволяє оперувати потоками 2 Мбіт/с і утворення у регіонах локальних кілець SDH.

При створенні Україною національної служби зв'язку її не обминули вищезгадані події і проблеми. Тому у нас технологія SDH знайшла місце для існування. Більше того, її симбіоз із цифровою комутацією, не тільки дає змогу інтегрування зі світом і технічного переоснащення первинної мережі, але й поштовх до територіального реформування систем зв'язку України, яке являє собою поділ країни на чотири територіальні вузли – Центральний, Східний, Південний і Західний.

 

 

 

ВИБІР ТОПОЛОГІЇ ПРОЕКТОВАНОЇ ПЕРВИННОЇ МЕРЕЖІ ЗВ’ЯЗКУ

 

Незважаючи на те, що найбільш характерною топологією мереж SDH є  кільцева топологія (рисунок 1), при значній відмінності кількості вводимих та виводимих цифрових потоків у вузлах мережі використання такої топології не завжди виправдано, тому що приводить до завищення необхідної кількості каналів, що циркулюють по кільцю, і, як наслідок, до необхідності використання SDH мультиплексорів ведення/виведення більш високого рівня.

 

Рисунок 1 - Топологія «кільце»

 

B цьому випадку може виявитися, що доцільніше використовувати мережі c чарунковою структурою, засновані на топологіях «точка-точка», «послідовний лінійний ланцюг» або «зірка», тим більше, що сучасні мультиплексори дозволяють використовувати останню топологію з досить великою кількістю променів за рахунок використання більш гнучких схем крос-комутації в центральному вузлі. Один з варіантів чарункової топології показаний на рисунку 1.6.

Рисунок 2 - Топологія «точка – точка»

 

Рисунок 3 - Топологія «послідовний лінійний ланцюг» без резервування

 

Рисунок 4 - Топологія «послідовний лінійний ланцюг» з резервуванням

 

Рисунок 5 - Топологія «зірка» з мультиплексором SMUX в ролі концентратора

 

 

Так само істотним фактором при виборі топології проектованої мережі може бути взаємне розташування вузлів мережі, можливість прокладання  кабелю у вже існуючій кабельній  каналізації й т.д.

Крім того, незалежно  від обраної топології, повинна бути проведена оптимізація структури мережі за критерієм мінімальної довжини оптичного кабелю.

 

Рисунок 6 - Варіант чарункової топології

 

Таким чином, вибір топології  проектованої мережі є досить складним завданням, повне рішення якого виходить за рамки курсового проектування. Тому з метою спрощення при курсовому проектуванні вибір топології мережі будемо здійснювати в ході послідовного рішення таких завдань.

1. Синтез кільцевої топології проектованої мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер (сегментів).

2. Перетворення (при необхідності) кільцевої топології мережі в радіально-кільцеву або чарункову топологію на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі і їхньої довжини.

 

 

Синтез кільцевої  топології проектованої мережі з  мінімальною сумарною довжиною ребер

 

 

На основі заданих  значень відстаней між кожним з вузлів мережі, які зведені в таблицю, будується повнозв’язна (чарункова) топологія (рисунок 7). Відстані в таблиці  дані в кілометрах. Вузли на рисунку 7 позначені відповідно до таблиці 

 

Таблиця  - Розподіл цифрових потоків 2 Мбіт/с по напрямках зв'язку

Вузли	А	В	C	D	E	F
A	-
B	40	-
C	32	40	-
D	48	40	60	-
Е	10	3	4	8	-
F	4	8	20	25	14	-

Рисунок 7 – Повнозв’язна (чарункова) топологія

Рисунок 7 – Повнозв’язна (чарункова) топологія

 

Далі здійснюється перетворення повнозв’язної топології, що показана на рисунку 7, у кільцеву топологію таким чином, щоб сума відстаней між вузлами отриманої кільцевої топології була мінімальною із всіх можливих варіантів кільцевих топологій, які можуть бути виділені як складова частина чарункової топології.

Перетворення здійснюється по алгоритму Дейкстри, що застосовується для знаходження шляху з мінімальною  сумарною вагою в графі з ненегативними вагами.

У загальному випадку, алгоритм Дейкстри складається з таких  кроків.

1. Маркіруємо всі вузли, крім стартового, парою значень, що складається з відстані до даного вузла (спочатку «¥») і ім'я вузла підходу (спочатку «-»), як показано на рисунку 7 (стартовим вузлом обраний вузол А). Вузол підходу ( це найближчий сусідній вузол, від якого здійснюється безпосередній підхід до вузла, який маркирується.

2. Починаючи зі стартового вузла, вибирається вузол з найнижчою сукупною вагою й вважається «фіксованим».

3. Сусідні вузли з «фіксованим» вузлом маркіруються сукупною відстанню від стартового вузла й ім'ям вузла підходу.

4. Якщо вузол уже маркірований, то його мітка заміняється на нову, сукупна відстань якої менше, ніж існуюча сукупна відстань.

5. Триває маркування вузлів, поки всі вузли не стануть «фіксованими».

Після фіксації всіх вузлів результуюча сукупна  вага дозволяє розрахувати самий  короткий шлях від вихідного вузла. Це можна зробити, читаючи у зворотному порядку вузли підходу кожного вузла на відповідному шляху.

Для побудови топології  «кільце» знаходиться шлях мінімальної  сумарної довжини, наприклад, з вузла  А, далі по кільцю через всі інші вузли (ВСDEF для нашого приклада) і  закінчується також у вузлі А. Потім здійснюється побудова варіанта мережі з кільцевою топологією, що відповідає знайденому шляху. Таку процедуру варто проводити послідовно для всіх вузлів мережі. У результаті одержують набір кільцевих топологій з різною сумарною довжиною ліній зв'язку між вузлами.

Остаточне рішення про вибір  варіанта мережі з кільцевою топологією приймається після порівняння сумарних відстаней між вузлами мережі й вибору найменшого.

Можливий випадок, коли в ході виконання  алгоритму Дейкстри відстані між  деякими вузлами будуть однакові. У цьому випадку необхідно розглядати всі можливі варіанти утворення кільцевої топології.

Приклад. Нехай дана таблиця з відстанями між кожним з вузлів проектованої мережі і повнозв’язна (чарункова) топологія (рисунок 7). Синтезуємо кільцеву топологію мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер за допомогою алгоритму Дейкстри.

1. Зафіксуємо  стартовий вузол А и перемаркіруємо  всі сусідні з ним вузли  з урахуванням відстаней від  стартового вузла до кожного  із сусідніх вузлів (рисунок 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 - Приклад застосування алгоритму Дейкстри,

крок перший

 

 

2. Вибираємо з вузлів, маркірованих на кроці 1, вузол з найменшою відстанню до стартового вузла А – це вузол B з відстанню 9 (рисунок 9). Після чого фіксуємо цей вузол.

3. Вузол B може бути безпосередньо пов'язанийз вузлами B, C, D, E, (вузол А «фіксований», він не враховується). Тому що ми робимо синтез кільцевої топології, та тепер необхідно визначити найближчий до вузла B вузол з вузлів, які безпосередньо з ним зв'язані (B, C, D, E ). Після чого мітку найближчого вузла необхідно замінити на нову.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - Приклад застосування алгоритму Дейкстри,

крок другий

 

 

 

Для нашого прикладу це вузол D (тому що довжина ребра АB дорівнює 8). Тому мітку вузла B заміняємо на нову – (9+13; B) = (22; B), а цей вузол фіксується. Цей приклад показаний на рисунку 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 - Приклад застосування алгоритму Дейкстри,

крок третій

 

 

 

 

 

 

4. Вузол D може бути безпосередньо пов'язаний з вузлами C, E, F (вузли А и B «фіксовані», вони не враховуються). Аналогічно кроку 3, знаходимо найближчий вузол до вузла B з вузлів C, E або F, заміняємо його мітку на нову й фіксуємо (рисунок 11). Для нашого прикладу це вузол F. Його нова мітка - (42; B).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11 - Приклад застосування алгоритму Дейкстри,

крок четвертий

 

5. Цей крок аналогічний попередньому. Найближчим вузлом до вузла F є вузол E. Далі змінюємо його мітку й фіксуємо (рисунок 12).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Тому що залишився тільки один незафіксований вузол – C, то вузол E може бути з'єднаний тільки з ним, тому змінюємо мітку вузла C и фіксуємо його (рисунок 13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13 - Приклад застосування алгоритму Дейкстри,

крок шостий

 

 

7. Для формування кільцевої топології тепер необхідно, щоб були безпосередньо зв'язані між собою вузли А и C. Тому міткою вузла А буде (83; C). На цьому кроці синтез варіанта кільцевої топології закінчений. Сумарна відстань між вузлами буде дорівнювати 83 км. Читаючи мітки, що починаються з вузла А в зворотному порядку, ми одержуємо найкоротший маршрут –  
А ® B ® D® F® E ® C ® A (рисунок 14).

Тепер необхідно синтезувати  інші варіанти кільцевих топологій. Для цього вибираємо як стартовий  вузол вузли B, С, D, Е, F і виконуємо аналогічні дії (кроки 1-7) для кожного зі стартових вузлів.

В результаті одержуємо 7 варіантів кільцевих топологій, з яких необхідно вибрати варіант  із мінімальною сумарною довжиною ребер. Для розглянутого прикладу всі варіанти кільцевих топологій є ідентичними, тому оптимальним з погляду мінімізації довжини оптичного кабелю є варіант топології, показаний на рисунку 1.14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 14 - Приклад застосування алгоритму Дейкстри,

крок сьомий

 

 

 

2 Вибір топології проектованої мережі на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі

 

Для вибору топології  проектованої мережі спочатку необхідно  визначити кількість вводимих та виводимих цифрових потоків (2 Мбіт/с) для кожного вузла. Це можна зробити на основі аналізу вихідних даних для курсового проектування (таблиця 2).

 

Таблиця В.2 - Розподіл цифрових потоків 2 Мбіт/с по напрямках зв'язку

Вузли	А	В	C	D	E	F
A	-	40	32	48	10	4
B	40	-	40	40	3	8
C	32	40	-	60	4	20
D	48	40	60	-	8	25
Е	10	3	4	8	-	14
F	4	8	20	25	14	-