Проектирование системы тактовой сетевой синхронизации

 

Таким образом, результаты расчетов по пунктам 1.1 – 1.5 представим в приложении 1. При расчете объема передаваемого по сети трафика из рассмотрения исключается собственно трафик, создаваемый областным центром.

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ СЕТИ

 

Поскольку внутризоновую  сеть строится на основе оборудования систем передачи синхронной цифровой иерархии SDH со 100-процентным резервирование трафика, то в качестве физической топологии проектируемой сети выберем топологию кольцо. Кольцевая топология обладает рядом преимуществ:

1)простота;

2)надежность (при одиночных повреждениях);

3)обеспечение защиты синхронных потоков.

 При построении топологии будет введена поперечная связь для повышения надежности и самовосстановления сети при нескольких повреждениях. Поперечная связь должна быть организована таким образом, чтобы оптимизировать нагрузку в сети и уменьшить объем устанавливаемого оборудования в узлах сети. При этом по дополнительному кольцу может передаваться сигнал уровня STM-n, а по основному – более высокого уровня.

Также необходимо учесть, что протяженность кольца, связывающего все районные центры, должна быть минимальной. Для выполнения этого условия необходимо воспользоваться  алгоритмом оптимизации. Задачу оптимизации будем решать методом ветвей и границ. Суть метода заключается в следующем:

1. Найти  минимальный элемент в каждой  строке U_i.

2. Вычесть  мин. элемент из каждого элемента  данной строки. После этого в  каждой строке будет хотя бы  один 0.

3. Проверяем  столбцы. Если есть хоть один  столбец, в котором нет 0, то  находим мин. элемент для этого  столбца V_j и вычитаем его из каждого элемента этого столбца.

4. Теперь  в каждой строке и каждом  столбце есть как минимум один 0. Найдем нижнюю границу пути  Н. Она равна сумме мин. элементов .

5. Переходим к нахождению степеней нулей. Для этого нужно поочередно заменить каждый 0 в строке на ∞ и найти минимальный элемент C_i для этой строки.

6. То же  самое проделываем для столбцов  и находим C_j.

7. Степень  0 S_ij= C_i + C_j. Находим максимальную степень S_ij.

8. Удаляем  строку i и столбец j. Дугу i j включаем в оптимальный путь. Значение ячейки, принадлежащей строке j и столбцу i, заменяем на ∞.

9. Смотрим,  в каждой ли строке есть 0, если  нет, то для этой строки находим  минимальный элемент и вычитаем  его из всех остальных. После  этого в каждой строке должен быть хотя бы один 0. К значению нижней границы добавляем сумму вычтенных элементов.

10. То  же самое проделываем со столбцами.

11. См. пункт  №5, 6, 7.

12. Удаляем  строку i и столбец j. Дугу i j включаем в оптимальный путь. Значение ячейки, принадлежащей строке j и столбцу i, заменяем на ∞. Если такой ячейки нет, то находим строку и столбец, в которых нет элемента равного ∞, и заменяем значение ячейки, принадлежащей этим строке и столбцу, на ∞.

13. Повторяем  пункты 9 – 12, до тех пор, пока  не останется таблица 2х2.

14. Добавляем  оставшиеся два контура в оптимальный  путь.

Для построения оптимальной топологии необходимо определить расстояния между населенными пунктами по автомобильным дорогам, вдоль которых предполагается прокладывать коммуникации, данные представим в виде таблицы.

 

Таблица 2.1 – Районные узлы электросвязи

Витебск	1
Орша	2
Бешенковичи	3
Браслав	4
Глубокое	5
Дубровно	6
Лиозно	7
Полоцк	8
Сенно	9
Толочин	10
Шумилино	11
Шарковщина	12

 

Таблица 2.2 – Расстояния между узлами проектируемой сети

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	-	98	58	237	198	111	48	110	68	43	142	226
2	98	-	134	320	280	20	109	193	65	126	57	309
3	58	134	-	238	164	147	107	119	37	86	85	193
4	237	320	238	-	77	332	293	126	263	195	296	45
5	198	280	164	77	-	293	253	86	178	156	211	32
6	111	20	147	332	293	-	74	206	93	238	85	322
7	48	109	107	293	253	74	-	166	105	99	114	282
8	110	193	119	126	86	206	166	-	158	64	181	117
9	68	65	37	263	178	93	105	158	-	96	49	210
10	43	126	86	195	156	238	99	64	96	-	169	185
11	142	57	85	296	211	85	114	181	49	169	-	243
12	226	309	193	45	32	322	282	117	210	185	243

В результате применения алгоритма ветвей и границ получили следующий путь: Витебск – Лиозно – Дубровно – Орша – Толочин – Сенно –

Бешенковичи – Глубокое – Шарковщина – Браслав – Полоцк – Шумилино – Витебск. Общая протяжённость кольца составила 759 км. Топология проектируемой сети представлена в приложении Б.

Определим уровень STM, необходимый для передачи всего трафика с учетом выбранного механизма защиты. Для этого преобразуем трафик передачи данных и потоки E1 в виртуальные контейнеры. При этом учтем, что скорость VC-12 составляет 2,24Мбит/с, а VC-3 – 48,96 Мбит/с.,VC-4-149,76 Мбит/с Также нам необходимо знать следующее:

поток STM-1 образуют 1 VC-4 или 3 VC-3 или 63 VC-12;

поток STM-4 образуют 4 VC-4 или 12 VC-3 или 252 VC-12;

поток STM-16 образуют 16 VC-4 или 48 VC-3 или 1008 VC-12;

поток STM-64 образуют 64 VC-4 или 192 VC-3 или 4032 VC-12

 

Таблица 2.3 – Таблица результатов расчета трафика передачи данных

Район	Кол-во потоков Е1 (с запасом)	Соответств. контейнеры	Трафик ПД (с запасом)	Соответствующие контейнеры
Витебск	3	3VC-12	2639,6	17VC-4,2VC-3
Орша	22	22VC-12	25027,4	166VC-4,4VC-3
Бешенковичи	6	6VC-12	2,146	14VC-4,2VC-3
Браслав	6	6VC-12	3237,4	21VC-4,2VC-3
Глубкое	9	9VC-12	5099,84	33VC-4,4VC-3
Дубровно	6	6VC-12	2081,92	14VC-4
Лиозно	6	6VC-12	1897,186	12VC-4,3VC-3
Полоцк	16	16VC-12	13592,1	90VC-4,3VC-3
Сенно	6	6VC-12	2746,2	17VC-4,5VC-3
Толочин	6	6VC-12	2226,9	15VC-4
Шумилино	6	6VC-12	3210	21VC-4,2VC-3
Шарковщина	6	6VC-12	2067,37	14VC-4

 

Для того, чтобы определить оборудование какого объема необходимо установить в узлах связи, мы должны просчитать нагрузку на сегментах (левом  и правом). Для каждого района определим основные и резервные пути прохождения трафика и найдем максимальную необходимую пропускную способность сегментов. Также учтём, что Ip-Tv добавит нагрузку в 300 Мбит/с в каждом сегменте (для проектируемой сети мы будем использовать отдельную длину волны, для передачи трафика Ip-Tv).    

 

 

 

 

Таблица 2.4 – Таблица результатов расчета трафика передачи данных

№ мультиплексора	Основной путь	Резервный путь
2	2-6-7-1	2-10-9-3-1
3	3-9-10-2-6-7-1	3-1
4	4-8-11-1	4-12-5-3-1
5	5-12-4-8-11-1	5-3-1
6	6-7-1	6-2-10-9-3-1
7	7-1	7-6-2-10-9-3-1
8	8-11-1	8-4-12-5-3-1
9	9-10-2-6-7-1	9-3-1
10	10-2-6-7-1	10-9-3-1
11	11-1	11-8-4-12-5-3-1
12	12-4-8-11-1	12-5-3-1

 

Нагрузка в левом сегменте: Глубокое, Шарковщина, Браслав, Полоцк, Шумилино. Нагрузка составила 173 VC-4, 9 VC-3, 43VC-12 (27745,44 Мбит/с).

Нагрузка в правом сегменте: Бешенковичи. Сенно, Толочин, Орша, Дубровно, Лиозно, Витебск. Нагрузка составила 261 VC-4, 18VC-3, 55VC-12 (39391,84 Мбит/с).

3. РАСЧЕТ ОБЪЕМА ОБОРУДОВАНИЯ, РАЗМЕЩАЕМОГО В УЗЛАХ СЕТИ.

 

В данном разделе курсового проекта нам  необходимо, исходя из рассчитанного  нами трафика, выбрать оборудование, устанавливаемое в узлах сети. Так как трафик, рассчитанный раннее, оказывается достаточно большим, пропускную способность волоконно-оптических сетей можно увеличить двумя основными способами: повысив уровень STM-сигнала или внедрив технологию плотного волнового мультиплексирования (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM). Технология DWDM оказывается предпочтительнее по многим факторам.

3.1  Краткое описание технологии DWDM.

 

Плотное спектральное уплотнение DWDM (dense wavelength-division multiplexing) - это современная технология передачи большого числа оптических каналов по одному волокну. Таким образом, в одной паре волокон параллельно передается несколько независимых каналов (каждый на своей длине волны), что позволяет повысить пропускную способность системы передачи. На рисунке 3.1 приведена типовая схема сети DWDM.

 

Рисунок 3.1 Построение сетей DWDM

 

В технологии DWDM полностью ОВ распространяется несколько не взаимодействующих между собой электромагнитных волн с разными частотами. На каждой частоте можно передавать любой трафик - STM, ATM, IP. Используются частоты, или длины волн, для которых затухание электромагнитных волн минимально, а именно С- и L-диапазоны. Для передачи по одному волокну нескольких сигналов STM необходимо преобразовать их из "формата" SDH в "формат" DWDM. Эту функцию выполняет транспондер. На его вход подается сигнал STM (или ATM, IP), который необходимо преобразовать в "формат" DWDM, т. е. в сигнал со строго фиксированной длиной волны и узким спектром излучения. Оптический STM-сигнал преобразуется в электрическую форму, восстанавливается форма сигнала, и далее выполняется обратное электрооптическое преобразование в "формат" DWDM. Для восстановления формы сигналов используется 3R-преобразование: 1R (re-amplification) - усиление сигнала, 2R - 1R плюс восстановление формы сигналов (re-shaping), 3R - 2R плюс ресинхронизация (re-timing). Для передачи сигнала на сравнительно небольшие расстояния, в пределах города или области, достаточно использовать транспондеры с функцией 2R. Можно выделить четыре основных узла оборудования DWDM :

1) оптический терминальный мультиплексор (Optical Terminal Multiplexer - OTM);

2) регенератор (Regenerator - REG);

3) оптический усилитель (Optical Line Amplifier - OLA);

4) оптический мультиплексор ввода-вывода (Optical Add Drop Multiplexer - OADM).

Основными узлами оптического терминального  мультиплексора являются оптический мультиплексор (OM) и оптический демультиплексор (OD). В направлении передачи OM мультиплексирует сигналы с фиксированными длинами  волн, сформированные на выходе транспондеров, в групповой сигнал, который и  передается по оптическому кабелю. На приеме OD демультиплексирует групповой сигнал на сигналы с фиксированными длинами волн, которые подаются на транспондеры.

Оптический  регенератор используется для восстановления формы группового сигнала, подавления джиттера и улучшения соотношения  сигнал/шум. С этой целью используется преобразование O-E-O (Optical-Electrical-Optical). Групповой сигнал на входе регенератора преобразуется в электрическую форму, проводится 3R-восстановление формы сигнала, и далее он опять преобразуется в оптическую форму. Регенератор строится на базе двух OTM-мультиплексоров, включенных по схеме back-to-back через транспондеры. Такая конфигурация позволяет осуществить ввод-вывод всех оптических каналов.

Оптический  усилитель соответственно усиливает  групповой сигнал без восстановления его формы. При передаче информации на большие расстояния усилители оснащают функцией эквалайзера - выравнивания мощности оптических каналов. В городских условиях функция эквалайзера не используется, и это уменьшает стоимость усилителя. Оптический усилитель наиболее дешевый узел оборудования DWDM (в сравнении с OTM-мультиплексором и регенератором).

Оптический  мультиплексор ввода-вывода строится на базе оптического усилителя, в  который добавляется пассивная  оптическая плата, позволяющая осуществить  ввод-вывод ограниченного числа  оптических каналов с фиксированными длинами волн. Она представляет собой  брегговскую решетку с периодическими изменениями индекса преломления, которые достигаются за счет насечек  на оптоволоконном кабеле, сделанных  с помощью ультрафиолетового  излучения. OADM-мультиплексор на базе брегговских решеток позволяет  осуществлять ввод-вывод от 1 до 12 оптических каналов. Для остальных каналов  он работает как усилитель. Основное преимущество такого мультиплексора по сравнению с OTM-мультиплексором и  регенератором - гораздо более низкая его цена.

При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал  структура и содержимое пакетов  не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для  контроля правильности прохождения  сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать  как соединение парой оптических кабелей.