Цифрова міська телефонна мережа кільцевого типу

№АТС	1	2	3	4	5	6	7	ВСС	АМТС
1	-	6	6	4	6	7	6	4	598
2	4	-	6	4	6	7	6	3	19
3	6	6	-	4	6	7	6	4	20
4	4	4	4	-	4	6	4	3	634
5	6	6	6	6	-	7	6	4	23
6	7	7	7	7	7	-	7	6	669
7	6	6	6	6	6	7	-	4	20
АМТС	597	16	19	631	19	663	19	-	-

 

2 Розрахунок швидкості цифрового кільця

         Розрахуємо швидкість цифрового кільця, що забезпечує міжстанційний  зв'язок  на  МТМ  без  опорно-транзитних  станцій (ОПС).  В  кільці  використовується  4  мультиплексори  введення-виведення навантаження (або крос-коннектора), позначені буквами  А,  B,  С  і  D (рис.  5.2).  В  мультиплексор  А  включені  ОПС-2, ОПС-5 і АМТС.  В мультиплексор В включені  ОПС-1,  ОПС-3. В мультиплексор С включена ОПС-7 та ОПС-6, а в мультиплексор D  –  ОПС-4  і ВСС.  Ділянки кільця  між мультиплексорами  позначені римськими цифрами I, II, III і IV

Рис.2.1 ─ Схема мережі

      Оскільки  в  даній  мережі  відсутні  транзитні  і  опорно-транзитні станції, що забезпечують групове використання пучків з'єднувальних ліній на окремих ділянках мережі, то всі пучки між всіма  станціями  мережі  можна  рахувати  незалежно,  на  підставі відповідних навантажень.

      Далі  заповнюється  таблиця  кількості  цифрових  потоків  Е1, що вводяться в  i-му мультиплексорі і що виводяться в j-му мультиплексорі цифрового кільця.  Для  даного  прикладу  таблиця  матиме вигляд:

Таблиця 2.1 Кількість цифрових потоків Е1 між пунктами ввевведення-виведення

Мультиплексори введення Е1	Мультиплексори виводу Е1				Сума ПЦТ,що вводять
	А	В	С	D
А	-	638	708	648	1994
В	642	-	26	16	684
С	715	26	-	23	764
D	642	8	10	-	660
Сума ПЦТ,що виводять	1999	674	744	683	-

 

V_∑A =1994

V_∑B =684

V_∑C =764

V_∑D =660

      В останньому стовпці таблиці 5.9 приведені суми всіх елементів  кожного  рядка,  які  визначають  сумарну  кількість  цифрових потоків  Е1,  що вводяться  у  відповідних  мультиплексорах.  Для поданої схеми  формули для розрахунку  кількості цифрових потоків Е1, що вводяться і виводяться у відповідних мультиплексорах, мають вигляд:

V_A-B = V_2-1 + V_2-3 + V_5-1 + V_5-3 +  V_АМТС-1+ V_АМТС-3 =4+6+6+6+597+19=638

V_A-С =V_2-6+ V_2-7 + V_5-6 +V_5-7 +V_АМТС-6+ V_АМТС-7 =6+7+7+6+663+19=708

V_A-D = V_2-ВСС + V_2-4 + V_5-4 + V_5-ВСС +VАМТС-4=3+4+6+4+631=648

V_B-A = V_1-5 +V_1-2 + V_3-5 + V_3-2 + V_1-АМТС + V_3-АМТС =6+6+598+6+6+20=642

V_B-C = V_1-7 + V_1-6 + V_3-6 + V_3-7 =7+6+7+6=26

V_B-D = V_1-4 + V_1-ВСС + V_3-4 + V_3-ВСС  =4+4+4+4=16

V_C-A = V_6-2 + V_6-5 + V_6-АМТС +V_7-2 + V_7-5 + V_7-АМТС =7+7+669+6+6+20=715

V_C-B = V_6-1 + V_6-3  + V_7-1 + V_7-3  =7+7+6+6=26

V_C-D = V_7-4 + V_7-ВСС + V_6-4 + V_6-ВСС =6+4+7+6=23

V_D-A = V_4-2 + V_4-5+ V_4-АМТС =4+4+634=642

V_D-B = V_4-1 + V_4-3  =4+4=8

V_D-C = V_4-7 + V_4-6=6+4=10

      Загальна кількість цифрових потоків Е1 на кожній ділянці кільця визначається сумарним значенням кількості цифрових потоків Е1, що вводяться на даній ділянці (в мультиплексорі початку ділянки)  і  кількість  цифрових  потоків  Е1,  що  проходить  транзитом  по  даній  ділянці  від  мультиплексорів  інших  ділянок  кільця.

      Для даного прикладу в кільці є 4 ділянки. Формули для розрахунку  сумарної кількості цифрових потоків Е1 на кожній ділянці кільця мають вигляд: 

V_I = V_∑A + V_D-B + V_C-B + V_D-C =1992+8+26+10=2038

V_II = V_∑B + V_A-C + V_D-C + V_A-D =684+708+10+644=2050

V_III = V_∑C + V_A-D + V_B-D + V_B-A =762+648+16+642=2070

 V_IV = V_∑D + V_C-A + V_B-A + V_C-B =660+703+642+26=2043

      Необхідна  швидкість  цифрового  кільця  визначається  максимальним значенням пропускної спроможності окремої ділянки.

      Зауваження: За наявності на мережі опорно-транзитних станцій (ОПТС)  необхідно  враховувати  групове  використання  пучків з'єднувальних ліній до і від ОПТС. В цьому випадку необхідно розраховувати не окремі пучки між всіма станціями мережі, а сумарний  пучок  з'єднувальних  ліній  від  і  до  ОПТС  на  підставі сумарного  навантаження  на  ділянках  ОПС-ОПТС,  ОПТС-ОПТС.

      Проте врахування даного чинника при розрахунках дає зменшення кількості ліній в пучках всього на декілька одиниць. Оскільки при використанні цифрових  з'єднувальних  ліній  всі  розрахунки ведуться в цифрових потоках Е1, використання більш точних методів  розрахунку  кількості з'єднувальних  ліній  не  дає  економії  в кількості цифрових потоків Е1.

Вибирається ділянка кільця, на якій потрібна найбільша кількість каналів. Необхідна кількість первинних трактів:

                                                  N_ПТ = V _{k max} =2070

      Необхідна швидкість цифрового потоку в кільці Sпотр розраховують по формулі:

Sпотр = 2 ∙ Nпт [Мбіт/с]=4140

      Швидкість  цифрового   кільця S   вибирають  стандартною,  по  сітці  швидкостей   SDH.  Вона  повинна  задовольняти  наступній умові:

,

де коефіцієнт KP – коефіцієнт запасу на розвиток мережі. Рекомендоване значення KP =1,4-1,8

 Мбіт/с.

     Стандартні системи синхронної цифрової ієрархії наведені в табл. 2.2

Таблиця 2.2 Стандартні системи синхронної цифрової ієрархії

Тип системи SDH	STM-1	STM-4	STM-16	STM-64
Кількість каналів	1920	7680	30720	122880
Кількість потоків Е1	63	252	1008	4032
Швидкість, Мбіт/с	155,520	622,080	2488,320	9953,280

 

     Згідно з розрахунками  для задовільнення умови ─ швидкість  цифрового  кільця S ≥7394.4 Мбіт/с необхідно викоритати тип системи SDH STM – 64.

 

3 Оптимізація структури мережі

Однією з головних задач в  оптимізації структури (топології) мережі  є  мінімізація  довжини  оптичного  кабелю.  Така  оптимізація  може  бути  виконана  за  допомогою  алгоритму  Дейкстри  або алгоритму Прима [4].

Таблиця 3.1 Відстань між вузлами (АТС) мережі, що проектується, км

№АТС	1	2	3	4	5	6	7	АМТС
1	-	7,5	10	9	11	8,5	9	6,5
2	7,5	-	9	7,5	13	11	8,5	8
3	10	9	-	8,5	6	9,5	11	10
4	9	7,5	8,5	-	8,5	7,5	10,5	11,5
5	11	13	6	8,5	-	3,5	6,5	6,5
6	8,5	11	9,5	7,5	3,5	-	9,5	10,5
7	9	8,5	11	10,5	6,5	9,5	-	8
АМТС	6,5	8	10	11,5	6,5	10,5	8	-

 

  Оптимальною  -  з  погляду  простоти  і  надійності  забезпечення захисту  синхронних  потоків  -  є  кільцева  топологія  мережі  SDH. Тому  оптимізуючи  повнозв'язану (комірчасту)  топологію,  задану таблицею 3.1, необхідно прийти до топології «кільце».  Сума  відстаней  між  мережними  елементами одержаної  кільцевої  топології  повинна  бути  мінімальною  зі  всіх можливих варіантів кільцевих топологій, які можуть бути організовані  як  складова  частина  комірчастої  топології.

       Оптимізація  враховує те, що одержана мережа з топологією «кільце» включа-тиме всі мережні елементи (або населені пункти), наведені в таблиці  3.1

 і  буде  виконуватись  по  критерію  мінімуму  відстані  по алгоритму Дейкстри .

Алгоритм, по якому здійснюється пошук, поданий  на рисунках

 і полягає в наступному.

1.  Всім вершинам приписується  вага - дійсне число, d(i)=GM для всіх вершин, окрім вершини з номером u1, а d(u1)=0.

2.  Всім вершинам приписується  мітка m(i)=0.

3.  Вершина u1 оголошується поточної t=u1. 

4.  Для всіх вершин, для яких m(i)=0, перераховується вага по  формулі: d(i)=min{d(i),d(t)+w[t,i]}.

5.  Серед  вершин,  для   яких  виконане  m(i)=0,  шукається   та,  для якої  d(i)  мінімальна.  Якщо  мінімум  не  знайдений,  тобто  вага всіх не помічених  вершин рівна нескінченності (GM), то шлях не існує. Кінець.

6.  Інакше  знайдену  вершину  з  мінімальною  вагою  вважаємо  поточною і позначаємо (m(t)=1).

7.  Якщо t=u2, то знайдений шлях  ваги d(t). Кінець.

8.  Перейти на крок 4.

Остаточне рішення про вибір  тієї або іншої кільцевої топології  приймається після порівняння сумарних відстаней між мережними елементами  і вибору  якнайменшого.  Рішення  виглядає  таким чином:

1)S=61,0

2)S=57,5

3)S=58,5

 

4)S=57.5

5)S=60,5

6)S=57,5

7)S=61,5

8)S=63,5

9)S=60,5

10)S=62.5

11)S=57,0

12)S=60.5

13)S=57.5

   Порівнюючи  одержані  результати  сумарної  відстані  між  мережними елементами для кожної з кільцевих топологій, знаходимо мінімальне значення S=57,0 км. Таким чином, оптимальна, по критерію мінімуму відстані між мережними вузлами, мережа матиме вигляд, поданий на малюнку під номером 11. 
4 Вибір типу оптичного кабелю

 

     Для магістральних і внутрішньозонових мереж становлять інтерес ОВ тільки з довжинами хвиль 1,3 і 1,55 мкм, що дозволяють реалізовувати регенераційні ділянки довжиною 60 ... 100 км. Вибір типу кабелю можна провести, виходячи з відстаней між вузлами. Так, при організації місцевого зв'язку (наприклад, в межах міста), відстань не перевищує 40 км. У цьому випадку можна вибрати одномодовий ОК, працює на довжині хвилі 1,3 мкм. Перевагою є малі дисперсійні спотворення (близько 3 пс / нм * км) імпульсів у лінійному тракті. В інших випадках (внутрішньозоновий і магістральний зв'язок) слід вибирати робочу довжину хвилі 1,55 мкм; втрати в ОВ при цьому малі (близько 0,22 дБ / км), що дозволяє організовувати зв'язок на значні відстані (порядку 100 км.).

     Застосовуючи оптичні підсилювачі, можна збільшувати дальність зв'язку до 150 км і більше, а проте при цьому вже позначаються (особливо при швидкостях 2,5 Гбіт / с і більше) дисперсійні спотворення. У перерахованих випадках частіше застосовують оптичний кабель зі зміщеною дисперсією. Оптичне волокно цього кабелю характеризується втратами (0,22 ÷ 0,3 дБ / км) і дисперсією порядку (1 ÷ 3 пс / нм * км) при довжині хвилі 1,55 мкм. В якості критерію для класифікації одномодових оптичних волокон обрана хроматична дисперсія. Згідно з цим критерієм, існує три типи одномодових оптичних волокон.

     Рекомендація G.652 описує властивості одномодових оптичних волокон і ОК, мають хроматичну дисперсію і довжину хвилі відсічення, що не зміщені з області довжин хвиль близько 1310 нм (довжина хвилі нульової дисперсії знаходиться поблизу 1310 нм). Ці оптичні волокна оптимізовані для застосування в діапазоні довжин хвиль 1260-1310 нм і можуть бути також використані в діапазоні 1530-1565 нм.

     Рекомендація G.653 описує властивості одномодових оптичних волокон і оптичного кабелю з довжиною хвилі нульової дисперсії, зміщеною в діапазон довжин хвиль 1530-1565 нм (номінальне значення знаходиться поблизу 1550 нм) і коефіцієнтом дисперсії, монотонно збільшується з довжиною хвилі. Рекомендація G.654 регламентує властивості одномодового оптичного волокна, яке має довжину хвилі нульової дисперсії близько 1300 нм, а мінімальні оптичні втрати і довжину хвилі відсічення поблизу 1550 нм.

     Рекомендація G.655 описує властивості одномодових оптичних волокон і оптичного кабелю з хроматичної дисперсією, абсолютна величина якої відмінна від нульового значення по всій області довжин хвиль в робочому діапазоні 1530-1565 нм. Така хроматична дисперсія пригнічує ріст чотирьох хвильового зміщення, тобто нелінійний ефект, який особливо небажаний в системах з щільним спектральним ущільненням DWDM.

     Вибираємо одномодовий кабель марки ОКБу, рек. G.652 від ЗАТ "ТРАНСВОК". Це магістральний кабель з посиленою бронею із сталевих дротів, для прокладки в грунтах всіх груп (категорій) у тому числі скельних і схильних мерзлотних деформацій, при перетині річок і боліт, мостах, в кабельній каналізації, тунелях, колекторах, при вводі в будівлі та експлуатації при температурі навколишнього середовища від мінус 40 ° С до плюс 70 ° С. Має в наявності центральний силовий елемент (склопластиковий пруток або сталевий трос, покритий полімерною оболонкою), стійкий до пошкодження гризунами, до впливу цвілевих грибів, інею, атмосферних опадів, соляного туману, сонячного випромінювання. Можливе виготовлення з зовнішньою оболонкою з поліетилену, що не поширює горіння.