2.4.1. Общее
Модернизация первичной сети во всех развитых странах основана на совместном применении ЦСП, относящихся к СЦИ, и современных направляющих систем, среди которых основную роль играют, естественно, ОК [8, 13, 37, 38].
Новая сетевая концепция опирается на кольцевую топологию, хотя для построения первичной сети могут быть использованы и другие структуры [39, 40]. Далее будет рассматриваться только кольцевая структура как наиболее общая и интересная модель перспективной первичной сети.
Перспективная первичная сеть состоит из трех основных элементов:
- ЦКУ, функции которого кратко перечислены в разделе 2.1, а принципы построения – изложены ниже;
- мультиплексор с выделением каналов (МВК), названный в англоязычной технической литературе – Add/Drop Multiplexer (ADM), который можно рассматривать как упрощенный ЦКУ, в котором отсутствуют некоторые функциональные возможности последнего;
- линии передачи, соединяющие определенным образом все ЦКУ и МВК своего и смежных уровней иерархии первичной сети.
Модель перспективной первичной сети показана на рисунке 2.5 в виде нескольких иерархических плоскостей. Деление на такие плоскости в данном разделе сделано, в определенном смысле, произвольно. В двух следующих разделах, при переходе от абстрактной модели к конкретным структурам ГПС и СПС, принципы деления первичной сети на иерархические плоскости будут конкретизированы.
Предложенная модель представляет собой систему иерархических структур кольцевой топологии. Верхний уровень объединяет СУ, в помещениях которых расположены международные коммутационные станции. Кольцевая структура представляет собой одно из возможных решений. На верхних уровнях первичной сети часто используются структуры, соответствующие полносвязному графу или другим топологиям. Второй уровень представляет собой новую структуру магистральной первичной сети, на базе которой реализуется междугородная телефонная сеть, междугородная телеграфная сеть и т.п. Третий уровень – совокупность внутризоновой и местных первичных сетей, целесообразность объединения которых подлежит дальнейшей проработке. Последний (четвертый) уровень представляет абонентскую первичную сеть.
Территориально ЦКУ и МВК расположены в одних помещениях с соответствующими коммутационными станциями. В коммутационных полях ЦКУ и МВК производится полупостоянное распределение цифровых трактов и, при необходимости, цифровых каналов таким образом, чтобы соответствующие коммутационные станции были связаны между собой по установленному заранее принципу ("каждая с каждой", только со станцией верхнего уровня иерархии, с одной станцией верхнего уровня и с двумя станциями нижнего уровня иерархии и т.п.).
2.4.2. Формирование структуры первичной сети
Принципы установления полупостоянных соединений могут быть проиллюстрированы на примере структуры узла первичной сети, показанной на рисунке 2.6, который можно рассматривать только как функциональную модель ЦКУ или МВК.
В верхней части рисунка 2.6 отображается модель первичной сети, содержащая четыре ЦКУ. Нижняя часть рисунка иллюстрирует возможный метод образования вторичной сети, коммутационные станции которой должны быть связаны по принципу "каждая с каждой".
Основные элементы ЦКУ – это коммутационное поле и устройство управления (УУ).
Коммутационное поле – с учетом важности обеспечения высокого коэффициента готовности первичной сети – имеет обычно двойное резервирование [41]. Основная задача коммутационного поля заключается в установлении полупостоянных соединений цифровых каналов и трактов различной пропускной способности. В известных реализациях ЦКУ [42, 43] коммутируются цифровые тракты от 2 до 140 Мбит/с и основные цифровые каналы с пропускной способностью 64 кбит/с.
УУ выдает команды на образование полупостоянных соединений либо автономно (автоматически или оператором), либо получая соответствующую информацию от системы управления первичной сети.
На представленной модели коммутационное поле условно разбито на две части, чтобы выделить входящие и исходящие цифровые тракты. Входящие цифровые тракты объединяют все каналы, идущие от ЦКУ с номерами 2,3 и 4 к ЦКУ с номером 1. Установив в коммутационном поле необходимые соединения, можно выделить входящие пучки к коммутационной станции, на территории которой расположен ЦКУ N1.
Аналогично формируются исходящие пучки от данной коммутационной станции.
Структурная схема коммутационного поля ЦКУ может быть основана на нескольких вариантах, которые, в свою очередь, зависят от необходимости сопряжения ЦСП плезиохронной и синхронной иерархий, поддержки совместной работы линейных трактов, образованных посредством различных направляющих систем и т.п.
На рисунке 2.7 приведена гипотетическая модель ЦКУ, позволяющая проиллюстрировать возможные варианты полупостоянных соединений, осуществляемых в его коммутационном поле. В предлагаемой модели показаны два вида цифровых трактов плезиохронной иерархии: электрические и оптические. Для упрощения предполагается, что на входе ЦКУ эти тракты образованы третичными ЦСП, т.е. скорость потока битов равна 34 Мбит/с.
Коммутационное поле состоит из двух основных типов коммутаторов: для электрических и для оптических сигналов. Если нужно соединить два оптических тракта 34 Мбит/с (второй с L-ым), то данная процедура осуществляется в оптическом коммутаторе без перехода к электрическим сигналам. В противном случае (первый оптический тракт) используется соответствующий преобразователь.
Коммутационное поле может рассматриваться как последовательное соединение мультиплексоров, преобразующих цифровые потоки смежных уровней ЦСП (34 Мбит/с в 8 Мбит/с, 8 Мбит/с в 2 Мбит/с), и коммутаторов цифровых трактов с пропускной способностью 2, 8, 34 Мбит/с, расположенных между мультиплексорами. За счет полупостоянных соединений во всех или в нескольких коммутаторах могут быть реализованы любые структуры вторичных сетей.
На показанной модели первый цифровой тракт 34 Мбит/с будет содержать – в результате показанных полупостоянных соединений – два двухмегабитных потока (под номерами I и IV), которые входили в состав второго цифрового потока 34 Мбит/с. Два других двухмегабитных потока (под номерами II и III) переданы во вторичную сеть.
Реализация подобных возможностей может осуществляться по иным принципам. В ряде ЦКУ используются только преобразователи 2 Мбит/с в 34 Мбит/с [42]. Для ЦСП синхронной иерархии более точной моделью будет одно коммутационное поле с устройством управления. Тем не менее, предложенная модель показывает основные принципы реализации и использования ЦКУ в современной первичной сети.
2.4.3. Коммутационное оборудование первичной сети
Оборудование ЦКУ, с технической точки зрения, является более простым, чем цифровое коммутационное оборудование, используемое для построения телефонной сети. По этой причине между формированием самой идеи использования ЦКУ до выпуска серийного оборудования прошло всего несколько лет.
AT&T выпускает семейство ЦКУ, получившее название DACS. Различные модификации этого оборудования -DACS II, DACS V-2000, DACScan-2000.
Siemens разработал ЦКУ для ЦСП синхронной иерархии – семейство CH100E. Пять вариантов такого ЦКУ покрывают диапазон от 1000 до 13000 входов, каждый из которых ориентирован на пропускную способность 155 Мбит/с. До этой разработки Siemens разработал ЦКУ, названный NK2000. Этот ЦКУ поддерживает работу плезиохронных ЦСП вплоть до трактов 140 Мбит/с.
Tellabs выпускает семейство ЦКУ под названием TITAN. Система TITAN 532E рассчитана на включение только трактов 2 Мбит/с. Она позволяет соединять до 512 ОЦК без их объединения в тракты 2 Мбит/с. Система TITAN 532L обеспечивает подключение до 64 третичных цифровых трактов, которые могут преобразовываться в тракты 2 Мбит/с, соединяться с другими третичными ЦСП и т.п.
В среднем, все ЦКУ обеспечивают функционирование от 200000 до 500000 абонентских линий.
Из мультиплексоров типа ADM целесообразно отметить выпускаемый AT&T OPTIMUX Mk II, в который можно включить от 1 до 16 трактов с пропускной способностью 2 Мбит/с, образованных по ОК. Данный мультиплексор позволяет объединять и разъединять потоки с различной пропускной способностью: 2, 8 и 34 Мбит/с.
Одно из основных преимуществ кольцевой структуры первичной сети заключается в использовании цифровых трактов большой пропускной способности при сокращении расхода кабельной продукции. Это утверждение можно доказать с помощью простых геометрических расчетов. В данном разделе будет оценена экономия суммарной длины линий передачи первичной сети на рассматриваемой гипотетической модели (рисунок 2.6).
Пусть на любой из плоскостей используемой модели первичной сети организуются N ЦКУ, соединение которых по периметру образует правильный многоугольник с ребром длиной Z. Обозначим через L1 суммарную длину линий передачи первичной сети, ЦКУ которой связаны по принципу "каждый с каждым", а через L2 – аналогичную величину при связи ЦКУ по периметру, т.е. по кольцевой схеме.
Величина L2 по определению будет равна N*Z. Для первичной сети, содержащей только три ЦКУ (N = 3), справедливо равенство L1 = L2. Для большего числа ЦКУ величина L1 всегда будет больше значения L2. Для правильного многоугольника вычисление L1 осуществляется на основе простых геометрических соотношений. В качестве примера ниже приведен ряд выражений для расчета искомой величины:
N = 4: L1 = 4*Z + 4*Z*Sin(450);
N = 5: L1 = 5*Z + 10*Z*Sin(540);
N = 6: L1 = 12*Z + 12*Z*Sin(600).
На рисунке 2.8 показана зависимость отношения L1 к L2 от числа СУ (ЦКУ или МВК). Полученная функция хорошо иллюстрирует эффективность новой сетевой концепции для первичных сетей большой емкости. Эффективность, в данном случае, определяется только как экономия суммарной длины линий передачи первичной сети. Стоимостные оценки возможных структур первичной сети должны учитывать затраты на ЦКУ, которые будут существенно отличаться для рассмотренных выше вариантов.
Кольцевая структура первичной сети позволяет решить три важные задачи:
- существенно сократить расход кабельной продукции, минимизировав, тем самым, стоимость направляющих систем;
- обеспечить достаточно высокую живучесть первичной сети, так как авария даже всех линий передачи между смежными ЦКУ или МВК не приводит к полному перерыву связи между коммутационными станциями вторичной сети;
- ввести процедуры управления пропускной способностью первичной сети за счет изменения в полупостоянных соединениях, реализуемых в ЦКУ и МВК, что необходимо при авариях линий передачи и существенных перегрузках на вторичных сетях.
С точки зрения перспективы предоставления широкополосных услуг, когда требования к пропускной способности линий передачи вырастают на несколько порядков, кольцевая топология имеет также ряд преимуществ перед альтернативными вариантами структур первичной сети.
Первый вариант создания первичной сети может, в принципе, реализовываться без ЦКУ. В этом случае вместо ЦКУ может быть использована сетевая станция, функциональные возможности которой, естественно, несколько ограничены. Для второго варианта такое решение в принципе невозможно. В этом случае разница между стоимостью N ЦКУ и N сетевых станций может существенно превысить выигрыш, полученный за счет сокращения суммарной длины линий передачи первичной сети.
Оценить стоимостные показатели двух рассмотренных выше вариантов в настоящее время не представляется возможным. Но (судя по принятым в зарубежных сетях решениям [8, 37]) применение кольцевых структур, основанных на широком использовании ЦКУ, экономически оправдано.
Считая этот вариант основным, приведем, тем не менее, еще один способ построения первичной сети, основанный на использовании только двух ЦКУ [40]. Соответствующая структура первичной сети может быть интересна для ГПС и приводится, по этой причине, в следующем разделе. Занимая промежуточное место по числу необходимых ЦКУ, этот вариант обеспечивает также некое среднее значение суммарной длины линий передачи первичной сети (L3). Отношение L1 к L3, как функция N, показано также на рисунке 2.8.
Изложенная новая сетевая концепция отвечает всем требованиям, сформулированным в предыдущем разделе. Это целесообразно показать на ряде примеров реализации местных первичных сетей, чему посвящены, в частности, разделы 2.5 и 2.6, а также, частично, в третьей и четвертой главах, чтобы проиллюстрировать взаимодействие первичной и вторичных сетей.