Расчет скорости цифрового кольца, обеспечивающего межстанционную связь на гтс без опорно-транзитных станций
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физико-технический институт
Кафедра статистической радиофизики и связи
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему
РАСЧЕТ СКОРОСТИ ЦИФРОВОГО КОЛЬЦА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО МЕЖСТАНЦИОННУЮ СВЯЗЬ НА ГТС БЕЗ ОПОРНО-ТРАНЗИТНЫХ СТАНЦИЙ
Выполнил: студент 4 курса
группы ФТОС-2
Казбеков Газинур Радикович
Проверил: к. ф-м. н. доцент
Тавлыкаев Рамиль Фуатович
УФА - 2011
Содержание
Введение
Первой коммерческой
цифровой системой передачи голоса, использующей
ИКМ и методы мультиплексирования
с временным разделением
Развитие цифровых телефонных
сетей шло по линии уплотнения
каналов, как за счет мультиплексирования
низкоскоростных первичных
Развитие схем мультиплексирования привело к возникновению трех цифровых иерархий с разными уровнями стандартизированных скоростей передачи или каналов: DS2 или T2/E2, DS3 или T3/E3, DS4 или T4/E4. Эти иерархии, названные плезиохронными цифровыми иерархиями PDH, широко использовались и продолжают использоваться как в цифровой телефонии, так и для передачи данных.
Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе PDH привело к появлению двух наиболее значительных новых цифровых технологий: синхронной оптической сети SONET (СОС), и синхронной цифровой иерархии SDH (СЦИ), иногда рассматриваемых как единая технология SONET/SDH, расширившая диапазон используемых скоростей передачи до 40 Гбит/с. Эти технологии были ориентированны на использование волоконно-оптических кабелей в качестве среды передачи.
1. Общая часть
- Цифровая первичная сеть
Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи. Современная первичная сеть строится на основе технологии цифровой передачи и использует в качестве сред передачи электрический и оптический кабели и радиоэфир.
Рассмотрим ту часть первичной, которая связана с передачей информации в цифровом виде. Как видно из рис. 1, современная цифровая первичная сеть может строиться на основе трех технологий: PDH, SDH и ATM.
Рис. 1. Место цифровой первичной сети в системе электросвязи
Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже), регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Схематично структура первичной сети представлена на рис. 2. Как видно из рисунка, первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.
Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.
Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.
Современная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM). Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.
Рис. 2. Структура первичной сети.
Рассмотрим более подробно историю построения и отличия плезиохронной и синхронной цифровых иерархий. Схемы ПЦС были разработаны в начале 80х. Всего их было три:
1) принята в США
и Канаде, в качестве скорости
сигнала первичного цифрового
канала ПЦК (DS1) была выбрана
скорость 1544 кбит/с и давала
2) принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 - DS2 - DSJ3 - DSJ4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;
3) принята в Европе
и Южной Америке, в качестве пе
Комитетом по стандартизации ITU - T был разработан стандарт, согласно которому:
— во-первых, были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий;
— во-вторых, последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.
Указанные иерархии, известные
под общим названием
Уровень цифровой |
Скорости передач, соответствующие | ||
AC: 1544 kbit/s |
ЯС: 1544 kbit/s |
EC: 2048 kbit/s | |
0 |
64 |
64 |
64 |
1 |
1544 |
1544 |
2048 |
2 |
6312 |
6312 |
8448 |
3 |
44736 |
32064 |
34368 |
4 |
— |
97728 |
139264 |
Таблица 1. Три схемы ПЦС:АС-американская; ЯС-японская; ЕС-европейская.
Но PDH обладала рядом недостатков, а именно:
— затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;
— отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;
— многоступенчатое восстановление синхронизма требует достаточно большого времени;
Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий. Указанные недостатки PDH, а также ряд других факторов привели к разработке в США ещё одной иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи(ВОЛС).Но из-за неудачно выбранной скорости предачи для STS-1 , было принято решение -- отказаться от создания SONET, а создать на её основе SONET/SDH со скоростью передачи 51.84 Мбит/с первого уровня ОС1 этой СЦИ. В результате OC3 SONET/SDH соответствовал STM-1 иерархии SDH. Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 2.
Уровень SDH. |
Скорость передачи, Мбит/с |
STM-1 |
155,520 |
STM-4 |
622,080 |
STM-8 |
1244,160 |
STM-12 |
1866,240 |
STM-16 |
2487,320 |
Таблица 2.Скорости передач иерархии SDH.
Иерархии PDH и SDH взаимодействуют
через процедуры
Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.
В системе SDH производится
синхронное мультиплексирование/
Рассмотрим основные тенденции в развитии цифровой первичной сети. В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Если в области средств связи этот переход не столь явный (в случае малого трафика по-прежнему используются системы PDH), то в области эксплуатации тенденция к ориентации на технологию SDH более явная. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH. Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 (2048 кбит/с) является основным каналом, используемым в сетях цифровой телефонии, ISDN и других вторичных сетях.
- Технология SDH
Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH:
• предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;
•предусматривает прямое
мультиплексирование и
• опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей;
• позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, MAN, HDTV и т.д.;
• обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN.Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.
Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.
Выделим общие особенности построения синхронной иерархии:
— первая - поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов(прим. от trib, tributary - компонентный сигнал, подчинённый сигнал или нагрузка, поток нагрузке) PDH и SDH;
— вторая - трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии PDH;
— третья - положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки;
— четвёртая - несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки;
— пятая - предусмотрено формирование отдельного поля заголовков размером 9*9=81 байт.
Как показано в гл. 1.1 (табл. 2), иерархия SDH включает в себя несколько уровней STM. В качестве примера использования уровней в сети SDH на рис.3 показана первичная сеть SDH, включающая кольца магистральной сети, построенной на потоках STM-16, региональных сетей, построенных на потоках STM-4,и локальных сетей с потоками STM-1.
Рис. 3. Пример первичной сети, построенной на технологии SDH
В процессе внедрения технологии SDH на первом этапе вероятно появление комбинированных сетей SDH/PDH. Технология SDH внедряется обычно в виде "островов", объединенных каналами существующей первичной сети (рис. 4). На втором этапе "острова" объединяются в первичную сеть на основе SDH. В результате на современном этапе необходимо не только рассматривать технологию SDH, но и ориентироваться на изучение комбинированных сетей и процессов взаимодействия SDH и PDH.
Рис. 4.Пример комбинированной первичной сети PDH/SDH
- Топология и архитектура сети SDH.
Рассмотрим топологию сетей SDH. Существует базовый набор стандартных топологий. Ниже рассмотрены такие базовые топологии.
Топология "точка-точка".
Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис. 5.). 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).
Рис. 5. 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 рис. 6., либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рис. 7. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом".
Рис. 6.Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM.
Рис. 7.Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.
Топология "звезда",
реализующая функцию
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 (рис. 8.)
Рис. 8.Топология "звезда" c мультиплексором в качестве концентратора.
Топология "кольцо".
Эта топология (рис. 9.) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное приемущество 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.
Рис. 9.Топология "кольцо" c защитой 1+1.
- Архитектура сети SDH.
Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов.
Радиально-кольцевая архитектура.
Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведён на рис. 10. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь".
Рис. 10.Радильно-кольцевая сеть SDH.
Архитектура типа "кольцо-кольцо".
Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рис. 11 показана схема соединения двух колец одного уровня - STM-4, а на рис. 12 каскадная схема соединения трёх колец - STM-1, STM-4, STM-16.
Рис.11. Два кольца одного уровня.
2. Специальная часть
- Расчет скорости цифрового кольца ГТС без опорно-транзитных станций
Цель работы: рассчитать скорость цифрового кольца, обеспечивающего межстанционную связь ГТС, без опорно-транзитных станций.
При проектировании цифровых кольцевых сетей необходимо рассчитать скорость цифрового кольца. Для этого выполняется предварительный расчет нагрузки и количество линий на отдельных участках сети
Рис. 2 Схема кольцевой структуры сети
Емкости пучков соединительных линий в первичных цифровых трактах (ПЦТ) 2,048 Мбит/с. (Таблица 1)
№ станции |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
АМТС |
УСС |
1 |
— |
9 |
10 |
11 |
13 |
12 |
10 |
3 |
3 |
2 |
9 |
— |
15 |
8 |
10 |
14 |
11 |
3 |
2 |
3 |
10 |
15 |
— |
14 |
12 |
12 |
12 |
4 |
4 |
4 |
11 |
8 |
14 |
— |
9 |
10 |
15 |
4 |
3 |
5 |
13 |
10 |
12 |
9 |
— |
14 |
8 |
2 |
3 |
6 |
12 |
14 |
12 |
10 |
14 |
— |
13 |
4 |
3 |
7 |
10 |
11 |
12 |
15 |
8 |
13 |
— |
4 |
4 |
АМТС |
3 |
3 |
4 |
4 |
2 |
4 |
4 |
— |
— |
Таблица 1.
Предварительный расчет нагрузки на отдельных частях сети.
VAB= V12+ V15+ V16+ V1AMTC+ V42+ V45+ V46+ V4AMTC
VAC= V13+ V43
VAD= V17+ V1УCC+ V47+ V4УCC
VBA= V21+ V24+ V51+ V54+ V61+ V64+ VAMTC-1+ VAMTC-4
VBC= V23+ V53+ V63+ VAMTC-3
VBD= V27+ V2УCC+ V57+ V5УCC + V67+ V6УCC + VAMTC-7
VCA= V31+ V34
VCB= V32+ V35+ V36+ V3AMTC
VCD= V37+ V3УCC
VDA= V71+ V74
VDB= V72+ V75+ V76+ V7AMTC
VDC=V73
Подставив значения:
VAB= 9+13+12+3+8+9+10+4=68
VAC= 10+14=24
VAD= 10+3+15+3=31
VBA= 9+8+13+9+12+10+3+4=68
VBC= 15+12+12+4=43
VBD= 11+2+8+3+13+3+4=44
VCA= 10+14=24
VCB= 15+12+12+4=43
VCD= 12+4=16
VDA= 10+15=25
VDB= 11+8+13+4=36
VDC=12
Общее число ПЦК на каждом участке кольца определяется суммарным значением ПЦК, вводимых на данном участке и ПЦК, проходящих транзитом по данному участку от мультиплексоров других участков кольца. В примере четыре участка, суммарное число ПЦК на каждом участке будет равно:
V1=VΣA+VDB+VCB+VDC
V2=VΣB+VAC+VDC+VAD
V3=VΣC+VAD+VBD+VBA
V4=VΣD+VCA+VBA+VCB
Скорость первого участка :
V1=VΣA+VDB+VCB+VDC
VΣA=VAB+VAC+VAD
VΣA=68+24+31=123
V1=123+36+43+12=214
Скорость второго участка:
V2=VΣB+VAC+VDC+VAD
VΣB=VBC+VBD+VBA
VΣB=43+44+68=155
V2=155+24+12+31=222
Скорость третьего участка:
V3=VΣC+VAD+VBD+VBA
VΣC=VCD+VCA+VCB
VΣC=16+24+43=83
V3=83+31+44+68=226
Скорость четвертого участка:
V4=VΣD+VCA+VBA+VCB
VΣD=VDA+VDB+VDC
VΣD=25+36+12=73
V4=73+24+68+43=208
Требуемая скорость цифрового кольца определяется максимальным
значением пропускной способности отдельного участка, т.е. выбирается
участок кольца, на котором требуется наибольшее количество ПЦК VMAKC,
эта величина и будет определять требуемую способность цифрового кольца.
VТРЕБ = VMAKC
В нашем случае Vмакс = V3=226.
Скорость цифровой системы передачи для реализации цифрового кольца выбирается стандартной по сетке иерархий SDH.
Таблица 3. Состав SDH
VТРЕБ=V3*Kp
Где КР - коэффициент запроса на развитие сети.
VТРЕБ=226х1,4=316,4 т.е. можно принять скорость кольца 622Мбит/с, тип системы STM-4.
Заключение
В России развернуты и полномасштабно функционируют практически в регионе, начиная с 1993 года, десятки крупных сетей SDH. На ее основе происходит крупномасштабное переоборудование старой аналоговой сети связи и сети связи PDH России в цифровую Взаимоувязанную сеть связи (ВСС), использующую самые передовые технологии.
Использование SDH позволило резко повысить скорость передачи на сети РФ в целом. Учитывая факт внедрения систем SDH, а так же то, что WDM позволяет многократно увеличить общую скорость передачи по одному волокну, и далее она может быть так же многократно увеличена за счет использования многоволоконного оптического кабеля, мы получим впечатляющие перспективы максимально возможного в будущем более чем 92000-кратного увеличения пропускной способности кабелей.
Литература
1. Н. Н. Слепов «Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи» - М.: Радио и связь, 2000г. 468с.
2. Беллами Дж. «Цифровая телефония»: Пер. с англ. - М.: Эко-Трендз, 2004г. 544с.
3. Н. Н. Слепов «Синхронные цифровые сети SDH» - М.: Эко-Трендз, 1999г. 150с.
