Организация волоконно-оптического кольца первичной сети с использованием STM-16

Распределение источников синхронизации кольцевой сети

• При разрыве кабеля между узлами В и С узел С, не получая сигнала синхронизации от узла В, переходит в режим удержания синхронизации и посылает узлу D сообщение о статусе SETS уровня качества синхронизации. Узел D, получив сообщения об уровне качества синхронизации от А и С и выбрав лучший (от А), посылает узлу С сообщение "PRC" вместо "Don't use". Узел С, получив это сообщение от узла D, изменяет источник синхронизации на "PRC" от D.

5.3.1 Управление сетью SDH

Функционирование любой сети (и сети PDH и SDH/SONET не являются исключением) невозможно без ее обслуживания на различных уровнях. Обслуживание сети сводится в общем случае к автоматическому, полуавтоматическому или ручному управлению системой, ее тестированию и сбору статистики о прохождении сигнала и возникающих неординарных или аварийных ситуациях, а также менеджменту (или административному управлению системой). Эти функции в свою очередь невозможно осуществить без сигнализации различного рода о состояниях системы, например сигнализации о возникновении аварийного состояния. Сигнализация должна осуществляться по специальным встроенным или зарезервированным для этого каналам, связывающим управляющие (оперирующие на сети) системы OS (Operations System) и управляемые системы или сетевые элементы NE (Network Element).

В отличие от существующих систем PDH, не имеющих стандартного описания модели и интерфейсов и специальных (стандартизованных) управляющих каналов связи, системы SDH имеют свои системы управления - SMN (SDH Management Network), опирающиеся на достаточно проработанную в настоящее время систему стандартов [Рек. ITU-T M.3010 - M.3400], описывающих модель, интерфейсы, схему взаимодействия и функции блоков и каналов управления [12].

Общая схема сети управления телекоммуникациями (TMN) может быть представлена четырехуровневой моделью управления, где каждый уровень выполняет определенную функцию, представляя верхнему уровню последовательно обобщаемую нижними уровнями картину функционирования сети. Это следующие уровни:

бизнес-менеджмент (верхний уровень управления экономической эффективностью сети - BOS);

сервис-менеджмент (уровень управления сервисом сети - SOS);

сетевой менеджмент (уровень систем управления сетью - NOS);

элемент-менеджмент (нижний уровень элемент-менеджеров ЕМ или систем управления элементами сети EOS).

Функционирование каждого верхнего уровня в этой иерархии основано на информации уровня, лежащего ниже, передаваемой через интерфейс между этими уровнями.

Элемент-менеджер (ЕМ - Element Manager) осуществляет управление отдельными элементами сети NE, т.е. оборудованием (мультиплексорами, коммутаторами, регенераторами и т.д.) сети. Его задачи:

конфигурация элементов сети - установление параметров конфигурации, например, назначение каналов, распределение трибных интерфейсов, установка реального времени;

мониторинг - определение степени работоспособности (статуса), сбор и обработка сигналов о возникновении аварийных ситуации (alarms - А), несущих информацию типа «в элементе сети NE, произошла ошибка А»;

управление функцией передачи - управление операционными параметрами, отвечающими за функционирование сети, а именно: проверка состояния интерфейсов, активация систем защиты для переключения на резервное оборудование;

управление функциями TMN - управление потоками сигналов о возникновении аварийных состояний, адресация возникающих при этом сообщений, формирование критериев фильтрации ошибок, маршрутизация пакетов сообщений по служебным каналам, формируемым за счет SОН в SDH, генерация и мониторинг сигналов синхронизации;

тестирование элементов сети - проведение тестов, характерных для данного типа оборудования;

локализация NE в рамках выделенного слоя - осуществление сервиса NE и обработка информации от NE, специфических для данного слоя.

Функции ЕМ могут интерпретироваться как независимые функции OS, осуществляемые конкретными NE с помощью данного ЕМ через сервисные интерфейсы, поддерживаемые данной OS. Для осуществления этих функций все NE должны быть известны и различаемы для конкретной OS. Если несколько OS реализуют одни и те же сервисные интерфейсы, то в этом случае функции элемент-менеджмента могут быть распределены по нескольким OS.

Сетевой менеджер (NM - Network Manager), или система управления сетью NMS, призваны управлять сетевым уровнем, или сетью в целом. На этом уровне менеждер абстрагируется от отдельных элементов сети, рассматриваемых с точки зрения выполнения задач, управляемых элемент-менеджером. Это не значит, что NM их не видит, они рассматриваются здесь как элементы, поддерживающие сетевые связи - маршруты в терминологии SDH. NM использует следующие функции NE:

функцию связи, осуществляемую всеми элементами, имеющими возможность кросс-коммутации;

функцию доступа к мультиплексору, осуществляемую всеми мультиплексорами;

функцию секции передачи, реализуемую между точками связи или между точкой связи и мультиплексором.

Сетевой менеджер осуществляет следующие функции:

мониторинг - проверка маршрута передачи с использованием функции проверки окончания маршрута, проверка качества передачи и самой возможности связи, при этом NE используются либо непосредственно самой OS, либо через операционную систему ЕМ;

управление сетевой топологией - управление функцией связи для переключения маршрутов передачи (в том числе и в результате сбоев и последующего восстановления маршрута);

локализация в рамках выделенного слоя - осуществление сервиса NM и обработка информации от NE, специфических для данного слоя.

Как и в любом слое NM обеспечивает маршруты для слоя SM.

Сервис-менеджер SM обеспечивает традиционные для сетей виды сервиса - телефонный сервис, передачу данных различного вида и др. Он выполняет следующие функции:

мониторинг - проверка возможности осуществления сервиса, а также доступности маршрутов передачи, подготовленных в слое NM;

управление - управление характеристиками сервиса, а также формирование запросов сетевому уровню на изменение маршрутов передачи;

локализация в рамках выделенного слоя - осуществление сервиса SM и обработка информации от NM.

SM также обеспечивает информацию о новых видах сервиса для слоя ВМ.

Бизнес-менеджер BM обеспечивает мониторинг и управление типами сервиса, а также формирование запросов на уровень сервиса, лежащий ниже, на изменение вида сервиса.

Сетевой-, элемент- и сервис-менеджеры (NM, EM и SM) формируют то, что принято сейчас считать ядром сети управления телекоммуникациями - TMN. TMN обеспечивает функции менеджмента и управления для телекоммуникационных сетей и сервиса, и предлагает связь между TMN и этими сетями и сервисом.

Основная концепция TMN заключается в формировании такой архитектуры, которая позволит связать различные типы управляющих систем OS - EOS, NOS, SOS, как между собой, так и с элементами сети NE (сетевым оборудованием) для обмена управляющей информацией с помощью стандартных интерфейсов, протоколов и сообщений.

TMN поддерживает пять типов менеджмента и управления:

управление рабочими характеристиками систем;

управление отказами и обеспечение надежности работы систем;

управление конфигурацией систем;

менеджмент бухгалтерской отчетности и тарификации (биллинга) в системе;

управление безопасностью систем и обеспечение конфиденциальности информации, циркулирующей в них.

Архитектура TMN рассматривается в трех аспектах:

функциональном, определяющим состав функциональных блоков, позволяющий реализовать сеть TMN любой сложности;

информационном, основанном на объектно-ориентированном подходе и принципах OSI;

физическом, описывающем реализуемые интерфейсы и примеры физических компонентов TMN.

TMN включает ряд функциональных блоков, выполняющие следующие одноименные функции (в скобках даны термины, используемые в русских переводах стандартов ITU-T):

OSF - функции управляющей (операционной) системы OS;

MF - функция устройств сопряжения М (медиаторная функция);

NEF - функция сетевого элемента NE;

QAF - функция Q-адаптера QA;

WSF - функция рабочей станции WS.

Для передачи информации между указанными блоками TMN используется функция передачи данных DCF. Пары функциональных блоков, обменивающихся информацией, разделены между собой опорными (или интерфейсными) точками. Три из указанных блоков, выполняющих функции NEF, QAF и WSF, принадлежат TMN лишь частично (рисунок 6).

Рисунок 6. Типы и положение интерфейсов в схеме управления сетью

Функциональные блоки не только выполняют указанные функции, но и содержат дополнительные функциональные компоненты, реализующие определенные функции, а именно:

блок OSF - обрабатывает управляющую информацию с целью мониторинга и/или управления;

блок MF - обрабатывает информацию, передаваемую между блоками OSF и NЕF (или QAF), позволяя запоминать, фильтровать, адаптировать и сжимать информацию;

блок NEF - включает функции связи, являющиеся объектом управления;

блок QAF - подключает к TMN логические объекты класса NEF или QSF, не являющиеся частью TMN, осуществляя связь между опорными точками внутри и вне TMN;

блок WSF - позволяет интерпретировать информацию TMN в терминах, понятных пользователю управляющей информации.

В свою очередь, DCF - функция передачи данных - используется для передачи информации между блоками, наделенными управляющими функциями.

В сети TMN вводятся опорные (интерфейсные) точки, определяющие границы сервиса. Эти точки делятся на две группы. Первая - включает точки внутри TMN, вторая - вне ее. Точки первой группы делятся на три класса:

q - точки между блоками OSF, QAF, MF и NEF, обеспечивают информационный обмен между блоками в рамках информационной модели, описанной в стандарте ITU-T М.3100; эти точки делятся на два типа: q_Х- точки между двумя блоками MF или блоком MF и остальными блоками; q₃ - точки между двумя блоками OSF или блоком OSF и остальными блоками;

f - точки для подключения блоков WSF к OSF и/или к MF, подробнее описаны в Рек. ITU-Т Rec. М.3300;

х - точки между OSF, принадлежащими двум TMN. Точки второй группы делятся на два класса: g - точки между WSF и пользователем (см. определение в стандарте ITU-T Рек. Z.300); m - точки между QAF и управляемым объектом, не принадлежащим TMN.

В соответствии с положением указанных опорных точек определяется положение соответствующих им интерфейсов TMN, обозначаемых заглавными буквами. Оно показано на рисунке 6, пунктиром отмечены границы TMN. В соответствии с ними интерфейсы Q и F являются внутренними для TMN, интерфейс Х - пограничным, а интерфейсы М и G- внешними.

В свете вышесказанного, схема управления сетью SDH, приведенная на рисунке 1 (приложение 4), многоуровневая схема организационного управления сетью [Рек. G.784]. Нижний уровень этой схемы включает SDH NE, которые обеспечивают транспортный сервис. Функции MAF внутри них осуществляют связь с одноранговыми NE и поддержку управления ими, а также устройствами MD (Mediation Device - (медиатор) устройство сопряжения) и управляющей системой OS.

Нижний уровень состоит из сетевых элементов. В каждом элементе логически выделены три функции: MCF, MAF и NEF. Управляющее сообщение, поступающее по ЕСС через интерфейсы F и Q или от элемента другой (не SDH) сети, передается с помощью MCF, затем интерпретируется с помощью MAF и передается на управляемый объект МО. Реакция объекта передается обратно в канал ЕСС, или через интерфейсы F и Q на средний уровень - MD, взаимодействующий непосредственно с OS, которая управляется от ЕМ или NMS. Формат сообщений в такой многоуровневой структуре поддерживается одинаковым, как при движении по горизонтали - NE-NE, так и по вертикали: NE-MD, MD-OS.

Сеть управления SDH (SMN), будучи сама составной частью TMN, состоит из нескольких подсетей SMS (SDH Management Sub-network). Архитектура SMS и их взаимодействие с TMN приведены на рисунке 7.

Отметим ряд особенностей этой архитектуры:

несколько адресуемых NE могут располагаться в одном месте, доступ к которому осуществляется через шлюзовые элементы сети GNE, например GNEe - GNEg;

функция MCF имеет возможность завершать, маршрутизировать или обрабатывать сообщения, передаваемые по ЕСС или через внешний Q-интерфейс;

на основе ЕСС можно сформировать звено связи между офисами или местами установки оборудования;

в пределах одного места установки оборудования можно организовать связь, используя либо встроенные каналы управления ЕСС, либо локальную сеть связи LCN (Local Communications Network).

Каждая SMS должна иметь хотя бы один элемент, `оединенный с MD или OS, он называется шлюзовым элементом сети GNE, так как служит шлюзом в подсеть SMS

Рисунок 7. Архитектура подсетей SMS и взаимодействие SMS с TMN

Для осуществления функций эксплуатации, администрирования, обслуживания и обеспечения ОАМ&Р при передаче сообщений в сетях SDH по каналам передачи данных (DCC) необходимо использовать набор, или стек, протоколов, ориентированный на эталонную модель взаимодействия открытых систем OSI.

DCC представляет физический уровень OSI, причем DCC регенераторной секции работает для передачи сообщений как канал 192 кбит/с (байты SOH D1-D3), а DCC мультиплексной секции - как канал 576 кбит/с (байты SOH D4-D12).

Из всех интерфейсов, взаимодействующих с сетью TMN (рис. 3-2), рассмотрим только два интерфейса Q и F, которые являются внутренними интерфейсами сети TMN. Наиболее важным из них безусловно является группа интерфейсов, объединенных общим названием Q-интерфейс.

Q-интерфейс (Рек. CCITT G.771) используется SMS, для взаимодействия с сетью TMN. Он имеет три набора или стека протоколов: В1, В2, ВЗ, определенных в Рек. ITU-T G.773 [версия 1990г.]. Эти стеки протоколов были позднее заменены на стеки: А1, А2 - короткий стек и CONS1, CLNS1, CLNS2 (вместо В1, В2, ВЗ соответственно) - полный стек, определенный в Рек. G.773 [версия 1993г.]. В этой последней публикации описаны только стеки А1 и А2, которые в основном соответствуют интерфейсу Q_Х, причем выбор соответствующего стека остается за производителем оборудования. Профиль протоколов CONS1, CLNS1 и CLNS2 для уровней 1-3 модели OSI описан в Рек. ITU-T Q.811, а для уровней 4-7 - в ITU-T Q.812. Они соответствуют как интерфейсу Q₃, так и Q_Х, (при необходимости реализации всех уровней модели OSI) сетей SDH.

Скорости передачи, поддерживаемые интерфейсом Q_X, зависят от стека протоколов. Для А1 они равны 19200 и 64000 бит/с, хотя можно использовать и 128 кбит/с. Для А2 она равна 1 Мбит/с или выше.

Согласно общей концепции, местоположение F-интерфейса соответствует положению опорных точек f. Как было указано выше, через F-интерфейс сеть DCN связана с рабочей станцией WS - монитором управляющей системы. Благодаря этой связи обеспечивается выполнение функций OSF и MF, осуществляющих, как было описано выше, ряд управляющих действий. Возможностей управления сетью через F-интерфейс со стороны диспетчера сети, сидящего за дисплейным пультом управления WS, достаточно много даже на уровне основных функций управления, включающих общие функции управления, управление потоками сообщений о возникновении аварийных ситуаций, управление рабочими характеристиками оборудования, управление конфигурацией, управление выставлением счетов, обеспечение надежности и сохранение безопасности функционирования системы, а также ее тестирование. Более подробно эти возможности перечислены в Приложении А к Рек. ITU-T М.3300.

Рассмотрим некоторую обобщенную практическую двухуровневую схему управления сетью SDH, которая состоит, например, из колец SDH, а кольцо состоит из нескольких узлов - мультиплексоров. Соединение колец и узлов формирует SMN. Такое соединение можно сделать, используя либо встроенные каналы связи DCC, которые обеспечиваются самим оборудованием SDH, либо внешнюю кабельную проводку между узлами, реализующую сеть X.25 или Ethernet. В любом случае каждый узел должен быть доступен для управления. Для защиты наиболее важных участков сети управления может использоваться резервирование.

Рисунок 8. Схема управления сетью SDH

На рисунке 8 приведена практическая схема управления сетью SDH, состоящей из двух колец по четыре мультиплексора в каждом, с элемент-менеджером ЕМ (нижний уровень управления), подключенным к одному из узлов сети (мультиплексору) через F-интерфейс, и сетевым менеджером NMS (верхний уровень управления), подключенным через локальную сеть к сети SDH через интерфейс Q₃. Это может быть локальный (для данного кольца) или центральный менеджер. Кольца также соединены между собой по контуру управления через интерфейс Q₃.

Каждый узел сети управления должен иметь свой адрес точки доступа сетевого сервиса NSAP. Этот адрес присваивается узлу при инсталляции. Он уникален и служит для идентификации узла при его подключении к ЕМ или NMS.

При управлении конкретной сетью важным параметром является максимальное число узлов (мультиплексоров), управление которыми возможно. Допустим, что это число равно 100. Тогда, если число узлов в результате роста сети превысило этот показатель, то сеть управления должна быть разбита на области с меньшим числом управляемых узлов.

Структура адреса NSAP показана на рисунке 9. Максимальная длина его - 20 байтов.

Рисунок 9. Структура адреса NSAP

Адрес NSAP состоит из двух частей адреса домена: начальной и специфической - IDP (Initial Domain Part) и DSP (Domain Specific Part). Начальная часть домена IDP в свою очередь состоит из двух полей: поля идентификатора полномочий и формата AFI (Authority and Format Identifier) (длиной в 1 байт) и начального идентификатора домена IDI (Initial Domain Identifier) (длиной в 2 байта). Они фиксируются локальной схемой нумерации, которой они и следуют. Так как нет жестко регламентирующих правил нумерации адреса, то лучше придерживаться схемы нумерации, данной в стандарте ISO 10589 для данного протокола.

Внутри одной области начальная часть домена IDP и адрес области АА (Area Address) (длиной в 10 байтов) постоянны. Только идентификатор системы SID (System Identifier) (длиной в 6 байтов) изменяется от узла к узлу в одной области, но его размер остается постоянным. Поле NSEL (Network Selection - выбор сети) имеет длину в один байт и принимается постоянным и равным 0.

6. Расчетная часть

6.1 Расчет количества оборудования

Выбор оборудования требуемого уровня и его количества нужно проводить опираясь на техническое задание по проектированию сети. Для этого нужно проанализировать топологию проектируемой сети, учесть текущую потребность в нужном количестве двухмегабитных потоков между определенными населенными пунктами, а так же потребность в потоках на будущее с учетом срока окупаемости. После чего выбрать оборудование, необходимое для формирования указанной сети и позволяющее работать ей в нужном режиме.

Поскольку проектируемая сеть является кольцевой, то общий поток по волоконно-оптическому кольцу включая, как национальный трафик для внутриреспубликанского использования, так и организацию международного транзита, будет определяться максимальным потоком на одном из его участков. Для определения максимального потока нужно, опираясь на данные технического задания, показать в виде таблицы сетевой межстанционный трафик, пересчитанный на число используемых потоков STM-1 (таблица 3.1.1). При этом следует отметить, что поскольку сеть кольцевая, то все каналы будут иметь стопроцентное резервирование, т.е. защиту типа 1+1.

Приведем распределение потоков STM-1 циркулирующих между станциями.

На участке Минск - Борисов организуется 2 потока STM-1, т.к. количество двухмегабитных потоков циркулирующих между этими пунктами равно 78, а один поток STM-1 позволяет транспортировать только 63 двухмегабитных потока.

На участке Минск - Лепель организуется 1 поток STM-1, т.к. здесь осуществляется международный трафик, потребность которого 18 двухмегабитных потоков.

На участке Минск - Витебск организуется 2 потока STM-1, т.к. количество двухмегабитных потоков циркулирующих между этими пунктами равно 63, и 36 потоков зарезервировано под международный трафик.

На участке Минск - Обухово организуется 3 потока STM-1, т.к. здесь осуществляется транзит Польша - Россия, потребность которого 35 двухмегабитных потока и 80 потоков зарезервировано под международный трафик.

На участке Минск - Могилев организуется 2 потока STM-1, т.к. количество двухмегабитных потоков циркулирующих между этими пунктами равно 82.

На участке Борисов - Витебск организуется 1 поток STM-1, т.к. количество двухмегабитных потоков циркулирующих между этими пунктами равно 20.

На участке Лепель - Обухово организуется 1 поток STM-1, т.к. здесь осуществляется транзит Латвия - Россия.

Таблица 3.1.1

Сетевой межстанционный трафик

Для наглядности расчета необходимого уровня мультиплексоров, которые будут использоваться на проектируемой сети, составим также схему распределения потоков STM-1 по кольцу.

Рисунок 3.1.1. Схема распределения потоков STM-1 на сети

Из составленной таблицы и соответствующей ей схемы распределения потоков по сети можно сделать вывод, что максимальная загрузка кольца составляет 12 потоков STM-1. Это 10 потоков, организуемых на участке Минск - Борисов, плюс 2 резервных потока, идущих через этот участок для защиты типа 1+1 при организации связи между Борисовом и Витебском (1 поток STM-1) и организации транзита Россия - Латвия между станциями в Лепеле и Обухово (1 поток STM-1).

Следует отметить, что расчет используемых потоков производился без учета добавления на развитие 30% от числа двухмегабитных каналов, зарезервированных под организацию связи. С учетом процента на развитие максимальная загрузка сети возростает до 13 потоков STM-1.

Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее целесообразным является использование на сети мультиплексоров уровня STM-16, что позволяет не только организовать транспортировку по кольцу двенадцати потоков STM-1, но и дать возможность для развития сети еще на 4 потока STM-1. Аппаратура фирмы “Marconi”, реализующая работу SDH-мультиплексора уровня STM-16 называется MSH-51, а работу уровня STM-4 MSH-41. Нужно оговорить, что оборудование MSH-51 работает от STM-16 на STM-4 и STM-1, и для выделения двухмегабитных потоков дополняется мультиплексорами ввода/вывода двухмегабитных потоков.

В качестве альтернативы можно привести организацию связи при помощи мультиплексоров STM-4. Но при этом следует отметить, что в таком случае придется на каждом узле сети монтировать по три мультиплексора STM-4, и это без учета запаса на развитие, что является экономически не выгодным.

Для конфигурации узлов, составления спецификации сменных модулей и прорисовки блок-схемы соединений сменных блоков всех узлов кроме топологии сети и распределения в ней нагрузки нужно иметь номенклатуру функциональных сменных блоков. Номенклатура сменных блоков SDH- аппаратуры фирмы “Marconi”, выбранной для использования на сети выглядит следующим образом:

Wired Subrack 133-1394/01 - субпанель MSH-51 - блок с материнской платой, выполняющий функцию устройства, к которому подключаются все остальные блоки, необходимые для работы оборудования на уровне мультиплексора STM-16;

Wired Subrack Type R 133-1361/02 - субпанель MSH-41 - блок с материнской платой, выполняющий функцию устройства, к которому подключаются все остальные блоки, необходимые для работы оборудования на уровне мультиплексора STM-4;

- оптический линейный бокс - блок, служащий для соединения линейных и станционных волокон;

End Of Shelf Unit 131-8760/01 - блок сигнализации MSH-51, необходимый для визуального определения аварий;

End Of Shelf Unit 131-8760/02 - блок сигнализации MSH-41;

- блок служебной связи в комплекте с трубкой, необходимый для организации служебной связи между узлами сети;

Switch Unit Type A 131-8822/01 - блок матрицы MSH-51, служащий для кроссконекции виртуальных контейнеров уровня VC-4;

Switch Unit Type A 131-8689/11 - блок матрицы MSH-41, служащий для кроссконекции виртуальных контейнеров уровня VC-1;

Comm/Control Unit 131-8679/01 - блок контроллера MSH-51, осуществляющий конфигурацию, управление и мониторинг аварий и событий мультиплексора;

Comm/Control Unit 131-8679/02 - блок контроллера MSH-41;

L-16.2 Optical Mux Unit 131-8828/01 - оптический блок L-16.2, необходимый для передачи и приема линейного сигнала;

S-4.1 Optical Mux Unit 131-8681/73 - оптический блок S-4.1, служащий для соединения с оконечным терминалом MSH-41;

I/F Module 131-9069/01 - интерфейсы MSH-51, служащие для соединения мультиплексора с внешними потребителями;

I/F Module 131-8761/01 - интерфейсы MSH-41;

Booster Unit 131-917/03 - усилительная плата - плата, увеличивающая энергетический потенциал системы;

Tributary Unit 4x140/155 MB/s - блок 4х155 - блок, необходимый для организации транзита на уровне STM-1;

63х2 MB/s G.703 Unit 131-8684/01 - плата 63х2 MSH-41, необходимая для ввода/вывода двухмегабитных потоков.

Определим теперь базовые конфигурации аппаратуры.

Для работы SDH-мультиплексора MSH-51 при минимальной конфигурации требуется набор следующих блоков: субпанель, блок контроллера, два оптических линейных бокса, блок сигнализации, блок служебной связи, два блока матрицы, два оптических блока L-16.2, интерфейсы. Все эти блоки помещаются в стандартный каркас Wired Rack 332-0224/01 размером 2200х600х300 мм, рассчитанный на два мультиплексора. Данная минимальная конфигурация позволяет использовать мультиплексор для включения в линию на уровне STM-16 (другими словами, эта конфигурация оборудования без дополнительных блоков будет осуществлять работу станции в режиме усложненного регенератора).

В качестве дополнительного оборудования в базовой конфигурации MSH-51 может использоваться оптический блок S-4.1, блок 4х155, а также усилительная плата, позволяющая увеличить длину участка регенерации. Выберем минимальную конфигурацию мультиплексора MSH-41, чтобы иметь возможность для выделения из сигнала уровня STM-4 стодвадцатьшесть (2 х STM-1) оконечных двухмегабитных потоков.

Она имеет следующий вид: субпанель, блок контроллера, блок сигнализации, два блока матрицы, оптический блок S-4.1, две платы 63х2, интерфейсы. В качестве дополнительного оборудования выбраны две платы 63х2, позволяющие дополнительно выделять еще 126 двухмегабитных потока.

Базовый набор аппаратуры устанавливаемой на регенерационных пунктах включает следующие блоки: стандартный каркас, два оптических блока, субпанель, блок служебной связи, блок контроллера, блок сигнализации и два оптических блока.

Опираясь на потребность узлов в организации определенного числа каналов, а так же на выполняемые станцией функции и, учитывая стандартные конфигурации аппаратуры, запишем необходимое оборудование для каждой станции сети в отдельности.

На станции в Минске монтируется мультиплексор MSH-51 с полным набором дополнительного оборудования: субпанель, блок контроллера, два оптических линейных бокса, блок сигнализации, блок служебной связи, два блока матрицы, два оптических блока L-16.2, два оптических блока S-4.1, плата 4х155 и интерфейсы. Здесь также требуется выделить 357 двухмегабитных потока, для чего необходимо два мультиплексора MSH-41, один полной и один минимальной конфигурации, способных обслуживать 378 двухмегабитных потока. Эти три мультиплексора устанавливаются в два каркаса.

На станции Борисов в каркас монтируется мультиплексор MSH-51 базовой конфигурации с дополнительным оптическим блоком S-4.1, а также мультиплексор MSH-41 минимальной конфигурации для обслуживания 98 двухмегабитных потоков.

На станции Лепель в каркас монтируется мультиплексор MSH-51 базовой конфигурации с дополнительным блоком 4х155, для организации транзита, и усилительной платой.

В Витебске устанавливается каркас с мультиплексором MSH-51 базовой конфигурации и дополнительными блоками S-4.1, 4х155 и усилительной платой, а также мультиплексор MSH-41 минимальной конфигурации для обслуживания 83 двухмегабитных потоков.

На станции Обухово в каркас монтируется мультиплексор MSH-51 базовой конфигурации с дополнительным блоком 4х155, для организации транзита, и усилительной платой.

На станции Могилев в каркас монтируется мультиплексор MSH-51 базовой конфигурации с дополнительным оптическим блоком S-4.1 и усилительной платой, а также мультиплексор MSH-41 минимальной конфигурации для обслуживания 82 двухмегабитных потоков.

На регенерационных станциях между Минском и Могилевом устанавливаются базовые наборы аппаратуры.

При определении количества оборудования на узлах, необходимо учитывать потребность в потоках на будущее, что отразиться в дополнительной комплектации мультиплексоров MSH-41 платами 63х2. Так с учетом 30% на развитие потребуется в дальнейшем доукомплектовать мультиплексоры MSH-41 двумя платами 63х2 в Минске, одной платой 63х2 в Борисове.

Схема соединений сменных блоков всех узлов сети, наглядно отражающая потребность в соответствующей аппаратуре, при организации волоконно-оптического кольца связи уровня STM-16, показана на рисунке 3.1.2.

6.2 Расчет длины участка регенерации

Длина регенерационного участка любой волоконно-оптической системы передач определяется двумя параметрами:

суммарным затуханием регенерационного участка;

дисперсией оптического кабеля.

Исходя из этих параметров, рассчитываются расстояния, через которые вдоль линии оптической связи располагаются линейные регенераторы, восстанавливающие и усиливающие сигнал до требуемого уровня.

Если учитывать только затухание, т.е. потери в оптическом кабеле, устройствах ввода-вывода оптического излучения, разъемных и неразъемных соединителях, то длина участка регенерации может быть определена по формуле:

L_р (Э_п - А_рс х n_рс - А_нс х n_нс - А_зап)/

Здесь Э_п - энергетический потенциал волоконно-оптической системы передач, определяемый как:

Э_п = Р_пер - Р_пр

и указываемый в технических характеристиках ВОСП; n_нс, n_рс - число неразъемных и разъемных соединителей соответственно; А_нс, А_рс - потери в неразъемных и разъемных соединителях соответственно; А_зап - запас на возможное увеличение затухания участка регенерации за счет температурных изменений затухания оптического волокна, ухудшения характеристик компонентов участка со временем и т.п.; - коэффициент затухания кабеля.

С учетом дисперсионных свойств оптического волокна длина участка регенерации не должна превышать значения, определяемого из следующего соотношения:

L_р 1/( х В),

где В - требуемая скорость передачи информации, бит/с; - среднеквадратическое значение дисперсии оптического волокна, с/км. Для одномодовых волокон = 10^-12 х х _н, где _н - нормированная среднеквадратическая дисперсия, указываемая в паспортных данных кабеля, пс/(нм х км); - ширина полосы оптического излучения, указываемая в паспортных данных соответствующего источника излучения, нм.

В качестве окончательного значения длины участка регенерации выбирается наименьшее значение из полученых по вышеприведенным соотношениям. Таким образом, длина участка регенерации ВОСП определяется энергетическим потенциалом системы, коэффициентом затухания кабеля и дисперсией оптического кабеля, а так же потерями в разъемных и неразъемных соединениях.

Поскольку в проектируемой системе передач используется одномодовый кабель марки FTG 4-36 SM/EFE производства фирмы ”Pirelli”, имеющий низкое значение среднеквадратической дисперсии _н = 19 пс/(нс х км), а так же полупроводниковый лазер производства фирмы “Hewlett Packard” марки LSC 2210/C3 9529/NQF с шириной полосы оптического излучения = 0,1 нм, то нетрудно показать, что на длину регенерационного участка в большей степени будут влиять затухания.

Для наглядности приведем расчет длины участка регенерации по дисперсии:

= 10^-12 х _н = 10^-12 х 0,1 х 19 = 1,9 х 10^-12 (с/км)

Скорость передачи информации в проектируемой системе передач: В=2488,32 х 10⁶ (бит/с). С учетом этого:

L_р 1/(1,9 х 10^-12 х 2488,32 х 10⁶);

L_р 211,514 (км);

Как видно из расчетов, влияние дисперсии в одномодовом волокне не так уж велико, что позволяет делать достаточно большими по длине участки регенерации. Однако, если брать во внимание затухание в кабеле и на стыках, которые, в силу технологии производства оптического волокна, встречаются в линии через каждые три километра, то длина регенерационного участка значительно уменьшиться.

Запишем формулу для расчета участка регенерации с учетом количества неразъемных соединений, приходящихся на один такой участок. При этом следует отметить, что по технологии прокладки волоконно-оптической линии связи на участке между двумя пунктами укладывается целое число стандартных отрезков кабеля (в нашем случае длиной по 3 км). Это делается с целью резерва, потому что при дальнейшей эксплуатации возможны разрывы кабеля, а резерв используется в качестве замены, как расходный материал на спайку. Учитывая это можно рассчитать количество отрезков кабеля, на которые разбивается участок регенерации: N = L_p/3. Таким образом, количество неразъемных соединений на этом участке будет равно:

n_нс = N - 1 = (L_p/3) - 1

Тогда участок регенерации будет иметь длину:

L_р (Э_п - А_рс х n_рс - А_нс х ((L_p/3) - 1) - А_зап)/

L_р (Э_п - А_рс х n_рс - (А_нс х L_p)/3 + А_нс - А_зап)/

L_р х Э_п - А_рс х n_рс - (А_нс х L_p)/3 + А_нс - А_зап

L_р х ( + А_нс/3) Э_п - А_рс х n_рс + А_нс - А_зап

L_р (Э_п - А_рс х n_рс + А_нс - А_зап)/( + А_нс/3)

Нужно отметить, что количество разъемных соединений для участка регенерации равно двум. Энергетический потенциал системы передач определяется разницей между уровнем передачи на выходе станции Р_пер и минимальным уровнем приема оптического излучения Р_пр, при котором происходит полное восстановление сигнала. Для проектируемой системы связи на базе оборудования итальянской фирмы “Marconi” MSH-51 энергетический потенциал имеет значение:

Э_п = Р_пер - Р_пр = 1 - (-28) = 29 (дБм)

Запас на возможное увеличение затухания участка, гарантируемый фирмой-производителем оптического кабеля, составляет А_зап = 2 (дБм). Величины затухания в неразъемных и разъемных соединениях, для выбранного типа кабеля и при стандартных допусках проведения его монтажа, составляют соответственно 0,15 (дБм) и 0,5 (дБм) (здесь даны предельно допустимые значения, реально они чуть ниже). Коэффициент затухания кабеля при работе системы на длине волны 1550 (нм) составляет 0,2 (дБ/км).

В соответствии с вышеприведенными техническими характеристиками системы передачи рассчитаем длину участка регенерации:

L_р (29 - 0,5 х 2 + 0,15 - 2)/(0,2 + 0,15/3)

L_р 104,6 (км)

С учетом того, что производитель кабеля поставляет продукцию в барабанах с кабелем по 3 км, длина регенерационного участка будет L_р = 102 км.

Исходя из полученной величины можно определить нужны ли регенераторы между станциями, и если нужны, то в каком количестве.

Зная расстояния между станциями в проектируемой ВОЛС, делаем вывод, что на отрезках кольцевой линии связи Минск - Борисов, Борисов - Лепель, Витебск - Обухово регенераторы устанавливать не нужно, т.к. расстояния между этими станциями L < L_р. На отрезках Лепель - Витебск и Обухово - Могилев следует установить два регенерационных пункта: [L/L_р] =276/102=2.

Исходя из экономических соображений, целесообразно уменьшить количество регенераторов на сети, в связи с высокой стоимостью оборудования и большими расходами на его обслуживание. Эта задача решается путем монтажа дополнительного оборудования на станциях, между которыми необходимо разместить регенерационный пункт. А именно - усилительных плат, которые позволяют увеличить энергетический потенциал системы на данном отрезке на 15 (дБм). Такой метод позволяет, не снижая технических показателей и устойчивой работы системы передачи, уменьшить затраты на ее строительство и дальнейшее обслуживание.

Поскольку расстояние между станциями на отрезках Лепель - Витебск и Обухово - Могилев не на много превышает полученную длину L_р (на 10 -15 км), то логично применить описанный выше метод именно здесь. Покажем, как при этом изменится значение L_р:

L_р' (Э_п' - А_рс х n_рс + А_нс - А_зап)/( + А_нс/3),

где Э_п' - новый, увеличенный за счет подключения усилительных плат, энергетический потенциал, равный Э_п' = Э_п + 15 = 29 + 15 = 44 (дБм). Тогда:

L_р' 41,15/0,25

L_р' 164,6 (км), т.е. L_р' = 162 (км)

Определим местоположение регенерационных пунктов на отрезке Минск - Могилев (рисунок 3.2.1). Поскольку эти станции требуют высококвалифицированного обслуживания, то логично расположить их вблизи городов или поселков городского типа. Такими населенными пунктами являются Кличев и Марьина Горка, которые расположены вблизи кабельной магистрали.

Могилев

98 км

Минск

75 км

Марьина Горка Кличев 102 км

Рисунок 3.2.1 Местоположение регенерационных пунктов на отрезке Минск - Могилев.

6.3 Организация синхронизации сети

Одна из важнейших задач при проектировании сети с использованием оборудования SDH заключается в создании тракта синхронизации, который нужен, чтобы использовать один и тот же синхросигнал для всех сетевых элементов. Для решения этой задачи один сетевой элемент следует определить, как главный для синхронизации, тогда как все другие сетевые элементы будут считаться подчиненными. При этом необходимо четко обозначить схему синхронизации. Это важно, т.к. отсутствие хорошей синхронизации приводит, например, к относительному "проскальзыванию" цифровых последовательностей или "слипам" (slip) и ведет к увеличению уровня ошибок синхронных сетей.

Цель синхронизации - получить наилучший возможный хронирующий источник или генератор тактовых импульсов (или таймер) для всех узлов сети. Для этого нужно не только иметь высокоточный хронирующий источник, но и надежную систему передачи сигнала синхронизации на все узлы сети.

Система такого распределения базируется в настоящее время на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, где находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов PRC (Primary Reference Source), или первичный таймер. Его сигналы затем распределяются по сети, создавая вторичные источники - вторичный или ведомый эталонный генератор тактовых импульсов SRC (Secondary Reference Clock), или вторичный таймер, реализуемый либо в виде таймера транзитного узла TNC (Transit Node Clock), либо таймера локального (местного) узла LNC (Local Node Clock). Первичный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы) с точностью не хуже 10^-11. Он обычно калибруется вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time, Coordinated). Для трансляции сигналов мирового скоординированного времени UTC используются спутниковые системы LORAN-C и глобальная система позиционирования GPS (Global Positioning System). Эти сигналы затем распространяются по наземным линиям связи для реализации того или иного метода синхронизации.

В качестве первичного эталонного генератора тактовых импульсов PRC установлен генератор с относительной нестабильностью частоты 10^-11 на станции в Минске. А в качестве метода узловой синхронизации выберем иерархический метод принудительной синхронизации с парами ведущий-ведомый таймер [G.810].

Вообще любая сеть SDH может иметь несколько дублирующих источников синхронизации:

сигнал внешнего сетевого таймера, или первичный эталонный таймер PRC, определяемый в Рек. ITU-T G.811, сигнал с частотой 2048 кГц;

сигнал с трибного интерфейса канала доступа, аналог таймера транзитного узла TNC, определяемый в Рек. ITU-T G.812Т, сигнал с частотой 2048 кГц, выделяемый из первичного потока 2048 кбит/с;

сигнал внутреннего таймера, или таймера локального узла LNC, определяемый в Рек. ITU-T G.812L, сигнал 2048 кГц;

линейный сигнал STM-N, или линейный таймер, сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейного сигнала 155.520 Мбит/с или 4n х 155,520 Мбит/с.

Учитывая, что трибы 2 Мбит/с отображаются в виртуальные контейнеры и могут плавать в рамках структуры вложенных контейнеров, использующих указатели, их сигналы должны быть исключены из схемы синхронизации SDH сети. Точность сигналов внутреннего таймера порядка 1-510^-6 - мала, учитывая возможность накапливания ошибки в процессе так называемого "каскадирования сигналов таймеров", когда узел сети восстанавливает сигнал таймера по принятому сигналу и передает его следующему узлу. В этом смысле наиболее надежными источниками синхронизации являются сигнал внешнего сетевого таймера и линейный сигнал STM-N. В сети SDH, восстанавливающей в каждом узле сигнал таймера из линейного сигнала STM-N, целостность синхронизации сети SDH лучше поддерживается при использовании распределенных первичных эталонных источников PRС, что позволяет устранить эффекты "каскадирования сигналов таймеров".

На проектируемой сети предусматривается четыре стандартных режима работы хронирующих источников узлов синхронизации:

режим первичного эталонного таймера PRC или генератора (мастер узел);

режим принудительной синхронизации - режим ведомого задающего таймера SRC или генератора (транзитный и/или местный узлы);

режим удержания с точностью удержания 510^-10 для транзитного зла и 110^-8 для местного узла и суточным дрейфом 110^-9 и 210^-8 соответственно [12];

свободный режим (для транзитного и местного узлов) - здесь точность поддержания зависит от класса источника и может составлять для транзитного 110^-8 и 110^-6 для местного узлов.

Организации ITU-T и ETSI предложили использовать понятие уровень качества хронирующего источника. Этот уровень передается в виде сообщения о статусе синхронизации SSM (Synchronization Status Message) через заголовок STM-N, для чего используются биты 5-8 байта синхронизации (например, S1), или последовательностью резервных бит Е1 - 2 Мбит/с. В этом случае при сбое в сети, повлекшем защитное переключение, сетевой элемент имеет возможность послать сообщение таймеру о необходимости использовать сигнал синхронизации, восстановленный из альтернативного маршрута.

Системы управления проектируемой сети могут использовать до шести уровней качества хронирующего источника (таблица 3.3.1).

Таблица 3.3.1

Возможные уровни качества хронирующего источника.

Аттестация типа "уровень качества неизвестен" означает, что сигнал хронирующего источника получен со старого оборудования SDH, на котором не реализован сервис сообщений о статусе синхронизации. Сообщение "не используется для целей синхронизации" может прийти от блока, чей интерфейс STM-N используется в данный момент для целей синхронизации.

Использование таких сообщений о статусе синхронизации позволяет повысить надежность функционирования сети синхронизации.

Одним из требований при формировании сети синхронизации является наличие альтернативных хронирующих источников. Таким альтернативным источником на проектируемой сети будет генератор тактовых импульсов с качеством 10^-9 [G.812T], установленный на станции в Витебске. Учитывая, что по сети транслируются транзитные потоки, необходимо указать, что в качестве дополнительного источника синхронизации на станции в Лепеле может быть использована синхронизация от Латвии (Slot 1).

Аппаратура, находящаяся на всех остальных станциях, является подчиненной и выделяет синхросигнал от линейного интерфейса STM-16 для синхронизации ее внутренних схем сигнала, передаваемого по линейным интерфейсам. Подчиненная аппаратура может быть синхронизирована в режиме прямой (рисунок 3.3.1) и шлейфовой (рисунок 3.3.2) синхронизации, а комбинация этих режимов используется в целях защиты.

Так в режиме прямой синхронизации аппаратура пропускает линейный синхросигнал через мультиплексор в направлении с Запада на Восток или с Востока на Запад. Восстановленный синхроимпульс с одной стороны используется для синхронизации исходящего сигнала на другой стороне.

Рисунок 3.3.1 Прямая синхронизация

Для режима шлейфовой синхронизации, аппаратура использует восстановленный линейный синхросигнал одного направления для синхронизации сигнала исходящего в том же направлении (т.е. восстановленная западная синхронизация синхронизирует исходящий трафик в направлении Запад, восстановленная восточная синхронизация синхронизирует трафик в направлении Восток).

Таким образом, при нормальном функционировании сети на станции в Минске используются только внешние опорные сигналы, а все объекты синхронизации синхронизируются в соответствии с нижеприведенной таблицей приоритетов (таблица 3.3.2), куда внесены списки источников синхронизации, выбираемые по номеру приоритета для каждого узла.

Рисунок 3.3.2 Шлейфовая синхронизация

Таблица 3.3.2

Приоритетные списки источников синхронизации по узлам.

Учитывая сказанное, наиболее приемлемой для проектируемой сети будет схема синхронизации, показанная на рисунке 3.3.3. Эта схема использует ставший классическим метод принудительной синхронизации. Один из узлов (Минск) в ней назначен ведущим и на него подается сигнал синхронизации от внешнего PRC. Из этого узла основная синхронизация (источник первого приоритета) распределяется в направлении Запад для синхронизации улов Борисов, Лепель и в направлении Восток для синхронизации Могилева, Обухово и Витебска. Синхронизация по резервной ветви (источник второго приоритета) идет в направлении Запад к узлам Витебск, Обухово и Могилев, и в направлении Восток к узлам Лепель и Борисов.

Необходимо показать как на сети организовано управление синхронизацией. Управление синхронизацией осуществляется с помощью элемент-менеджера (узлового менеджера), который учитывает конфигурацию сети синхронизации своего узла, разработанную в соответствии с планом синхронизации сети в целом и осуществляет следующие начальные установки:

устанавливает источники, которые могут быть использованы в качестве эталонных;

устанавливает приоритеты в выборе эталонных источников синхронизации;

устанавливает уровни качества передаваемых сигналов 2 Мбит/с и соответствующих им сигналов синхронизации частотой 2 МГц;

выбирает для каждого интерфейса STM-16 либо фиксированный уровень качества, либо возможность использования сообщений о статусе синхронизации;

выбирает сигнал таймера, который посылается с внешнего интерфейса.

Так как сигналы 2 Мбит/с и входные сигналы синхронизации 2 МГц не несут сообщений о статусе синхронизации SSM, оператор может установить им желаемый уровень качества вплоть до PRC, если входной сигнал 2 МГц был взят от источника высокого класса.

Узловой менеджер может использовать три режима работы системы синхронизации:

режим использования списка приоритетов для выбора наилучшего возможного источника синхронизации в качестве эталонного из списка, сформированного в соответствии с приоритетами;

режим ручного выбора источника синхронизации;

режим удержания синхронизации.

Покажем стабильность синхронизации при возникновении аварийной ситуации на сети. Так при разрыве кабеля между любыми двумя узлами, например между станциями в Могилеве и Обухово, как показано на рисунке 3.3.4, узел в Обухово не будет получать сигнала синхронизации от Могилева. В этом случае он перейдет в режим удержания синхронизации и пошлет узлу в Витебске сообщение о статусе “SETS” уровня качества синхронизации. Узел в Витебске, получив сообщение об уровнях качества синхронизации от Обухово и Лепеля и выбрав лучший (от Лепеля), посылает узлу в Обухово сообщение “PRC” вместо “Don't use”. Узел в Обухово, получив это сообщение от Витебска, изменяет источник синхронизации на “PRC” от Витебска.

7. Охрана труда и экологическая безопасность

Обеспечение лазерной безопасности при проектировании волоконно-оптической линии связи с использованием оптических квантовых генераторов.

В данной работе проектируется магистральная линия связи, представляющая по своей архитектуре волоконно-оптическое кольцо, и позволяющая транспортировать по кабельным линиям сигналы уровня STM-16. Для ввода информационного сигнала в оптический кабель используются оптические квантовые генераторы, являющиеся основными источниками лазерного излучения.

Это лазеры производства фирмы “Hewlett Packard”, вмонтированные в оптические платы L-16.2 и S-4.1 мультиплексоров ввода/вывода аппаратуры MSH-51 фирмы “Marconi”. В зависимости от спектра излучения, используемого в аппаратуре, устанавливаются лазеры с классом излучения I и III. Класс лазера указывает на степень опасности его излучения. Так у лазеров первого класса выходное излучение не представляет опасности для глаз и кожи. У лазеров третьего класса выходное излучение представляет опасности для глаз и кожи: при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а так же диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности; при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.