2.5.1. Краткий исторический экскурс
2.5.1. Краткий исторический экскурс
Специалисты-практики по городской телефонной связи редко пользуются таким понятием как "первичная сеть". Это объясняется тем, что ГПС создавалась вместе с ГТС и, практически, только для телефонной связи. Проводное вещание – с самого начала своего развития – имело свою первичную сеть, построенную, как правило, за счет ВЛС, проходящих над крышами городских зданий. Ресурсы ГПС, используемые для телеграфной связи и арендованных линий ("прямых проводов"), были незначительны по сравнению с пропускной способностью, предназначенной для телефонии. Телевидение в пределах городов до настоящего времени не использовало ресурсы ГПС.
Такое положение привело к тому, что структура ГПС практически полностью совпадает со структурой ГТС. И некоторое неприятие специалистами-практиками термина "первичная сеть" следует рассматривать как вполне естественную реакцию на реалии городской телефонной связи.
Дальнейшее развитие ГПС и – как будет показано в третье главе – ГТС связано с реализацией совершенно различных структур этих сетей. Более того, функции ГПС начинают существенно меняться как в качественном (введение новых услуг), так и в количественном (расширение числа обслуживаемых вторичных сетей) аспектах.
Современный этап развития системы электросвязи – объективно сложный процесс. Применительно к российским условиям этот процесс усугубляется механизмом, который можно анализировать в категориях "Спрос и предложение". Сравнительно низкий уровень услуг существующей системы электросвязи, с одной стороны, и резко (по ряду аспектов – практически мгновенно) возросший спрос на определенные виды информационного обслуживания, с другой стороны, – всегда чреваты обилием неоптимальных решений [44].
ГПС может служить весьма характерным примером данного утверждения. Пропускная способность и качественные характеристики существующих ГПС обусловили (в ряде случаев) строительство ведомственных первичных сетей. Начавшийся в последние годы бум на кабельное телевидение (этот термин – строго говоря – не вполне соответствует предоставляемой услуге) стимулировал создание множества практически изолированных первичных сетей на территории каждого города. Даже без численных оценок очевидно, что расход кабельной продукции при таком сценарии развития электросвязи существенно выше, чем при разумном варианте скоординированного развития ГПС.
2.5.2. Основной сценарий реализации ГПС
Предлагаемый ниже сценарий создания перспективных ГПС свободен от многих недостатков, присущих существующим местным первичным сетям. Структуру современной ГПС целесообразно рассмотреть на обобщенной модели – рисунок 2.9. В полном объеме предлагаемая модель отображает структуру самых крупных ГПС (возможно, что только Москвы и Санкт-Петербурга). Без верхней плоскости эта модель адекватно изображает наиболее общую структуру ГПС. И, наконец, без средней плоскости данная модель формализует структуру ГПС, которая найдет, по всей видимости, широкое применение в относительно небольших городах.
Детализируя предложенную модель мы – вольно или невольно – будем устанавливать ее соответствие со структурой ГТС. Такое положение вещей представляется автору справедливым, так как он придерживается концепции интеграции сетей электросвязи, названной МККТТ эволюционной [45]. Напомним, что эта концепция подразумевает три самостоятельных этапа развития сети электросвязи, которые, правда, могут перекрываться во времени:
- постепенная цифровизация телефонной сети;
- реализации для некоторой группы абонентов цифровой телефонной сети услуг узкополосной ЦСИО;
- эволюция узкополосной ЦСИО, заключающаяся в предоставлении услуг широкополосной ЦСИО.
Анализ гипотетической модели ГПС, изображенной на рисунке 2.9, целесообразно начать с верхней плоскости. ЦКУ, расположенные на этой плоскости, будут занумерованы с использованием индекса – латинской цифры III.
Шесть ЦКУ (III1...III6) соединены между собой по кольцу – сплошная линия на рисунке 2.9. Для повышения надежности кольцевой структуры может использоваться соединение несмежных ЦКУ (хорда), что показано на рисунке 2.9 пунктирной линий между ЦКУ III1 и ЦКУ III4. В помещениях, где расположены упомянутые шесть ЦКУ, будут размещаться цифровые коммутационные станции следующего назначения:
- крупные транзитные станции ГТС, выполняющие функции узлов исходящего и входящего сообщений (УИВС), узлов спецслужб (УСС) и т.п.;
- АМТС зоны (одна или несколько), принадлежащие ТФОП, и АМТС выделенных (ведомственных, частных и т.п.) сетей электросвязи;
- АМнТС, если таковая коммутационная станция устанавливается на соответствующей ГТС;
- коммутационные станции других вторичных сетей, например сети передачи данных, имеющие статус междугородных и/или международных центров распределения информации.
В коммутационных полях всех ЦКУ III устанавливаются полупостоянные соединения для взаимодействия коммутационных станций в пределах всех функционирующих в городе вторичных сетей, каждая из которых может иметь свою структуру. Перечисленные выше виды телефонных коммутационных станций будут, скорее всего соединяться по принципу "каждая с каждой". Если в пределах верхней плоскости рассматриваемой модели находятся узлы распределения программ вещания, то между ними может быть образована сеть со структурой типа "звезда" или "дерево". Возможны и другие структуры вторичных сетей.
На средней плоскости гипотетической модели ГПС также изображены шесть ЦКУ с номерами от II1 до II6. Все эти ЦКУ опираются на один узел высшего уровня иерархии; в данном примере – это ЦКУ III5. Но ЦКУ II2 включен также и в ЦКУ III4. Такое решение может оказаться целесообразным, если требуется обеспечить очень высокую надежность соответствующей линии передачи. Все шесть ЦКУ II соединены между собой по кольцевой схеме.
В помещениях, где расположены ЦКУ II, могут размещаться цифровые коммутационные станции следующего назначения:
- районные АТС (РАТС), выполняющие функции опорных (оконечных) станций ГТС;
- крупные УПАТС, включаемые в ГТС на правах РАТС, или коммутационные станции ведомственных телефонных сетей;
- коммутационные станции малой и средней емкости, концентраторы и мультиплексоры других вторичных сетей, имеющие статус, аналогичный статусу РАТС;
- крупные центры, предоставляющие различные услуги электросвязи, примером которых могут служить базы данных различного назначения.
Структуры вторичных сетей, реализуемые в коммутационных полях ЦКУ II, достаточно специфичны. Только для телефонии возможны следующие варианты:
- чисто радиальная схема (от всех ЦКУ II к "своему" ЦКУ верхнего уровня);
- радиальная схема связи с ЦКУ верхнего уровня и "каждый с каждым" между ЦКУ своего уровня;
- радиальная схема связи с ЦКУ верхнего уровня и соединение с одним, например ближайшим, ЦКУ своего уровня и т.п.
Выбор оптимальных структур вторичных сетей представляет собой известную для специалистов проблему. Существенное отличие анализируемой концепции состоит в том, что ошибки специалистов, проектирующих первичную сеть, можно, как правило, устранить за счет реконфигурации установленных в коммутационных полях ЦКУ полупостоянных соединений. Более того, подобными процедурами можно не только перераспределять пропускную способность отдельных линий передачи, но, при необходимости, и менять структуры вторичных сетей. Данная функциональная возможность перспективной первичной сети может сглаживать детерминированные (периодические) и случайные изменения трафика [23, 46].
На нижней плоскости рассматриваемой модели ГПС также изображены шесть СУ – четыре ЦКУ, пронумерованные от I1 до I4, и два МВК (I5 и I6). Эти ЦКУ и МВК соединены с одним узлом второго уровня иерархии; в данном примере – это ЦКУ II4. Все ЦКУ и МВК соединены между собой по кольцевой схеме.
В помещениях, где расположены ЦКУ I, будут, в основном, размещаться технические средства, реализующие абонентские сети:
- концентраторы и мультиплексоры, подключаемые к своей (опорной) РАТС;
- УПАТС малой (в англоязычной технической литературе они обычно называются Key-System) и средней емкости, включаемые в РАТС по абонентским и соединительным линиям соответственно;
- технические средства реализации абонентского доступа различных вторичных сетей;
- центры по предоставлению различных услуг электросвязи, которые включаются во вторичные сети на правах одиночной или малочисленной группы абонентских линий.
Для всех уровней иерархии ГПС, построенных в соответствии с рассматриваемой моделью, справедлив (судя по графику, приведенному на рисунке 2.8) вывод об экономии суммарной длины линий передачи. Реальная конфигурация каждого фрагмента первичной сети будет значительно отличаться от правильного многоугольника. Можно показать [47], что и для произвольной структуры первичной сети использование кольцевой топологии также обуславливает существенную экономию суммарной длины линий передачи.
2.5.3. Дополнительный вариант построения ГПС
Рассмотренная модель основана на кольцевом принципе соединения всех СУ (ЦКУ и/или МВК), принадлежащих одному уровню иерархии ГПС. В разделе 2.4 была упомянута другая модель ГПС, изложенная в [40]. Гипотетическая модель ГПС, соответствующая подобной модели, представлена на рисунке 2.10. Для дальнейшего сравнения двух моделей ГПС рисунок 2.10 также содержит три плоскости с одинаковым числом ЦКУ или МВК на каждом уровне иерархии первичной сети.
С точки зрения реализации требований вторичных сетей обе модели ГПС идентичны в том смысле, что они обеспечивают необходимую пропускную способность, заданные показатели надежности линий передачи и т.п. Отличие этих моделей заключаются в характеристиках собственно ГПС. Анализ этих характеристик может быть сведен к решению трех основных вопросов.
Первый и, вероятно, наиболее существенный вопрос заключается в величине затрат, необходимых на реализацию каждого из возможных вариантов построения ГПС. Эта проблема имеет, в свою очередь, два аспекта.
Во-первых, затраты можно и, в любом случае, нужно оценить по хорошо известной схеме: стоимость какого варианта меньше. Для такой чисто арифметической задачи необходимо знать стоимостные характеристики ЦКУ, МВК и линий передачи ГПС (ЦСП и направляющие системы). Для модели, представленной на рисунке 2.9, свойственна минимальная длина линейно-кабельных сооружений, что хорошо иллюстрирует рисунок 2.8, и, соответственно, минимальные затраты на этот элемент ГПС. Число необходимых ЦКУ и МВК будет всегда максимальным по сравнению с другими моделями ГПС. По этой причине и затраты на данный элемент ГПС будут всегда больше, чем аналогичные инвестиции, необходимые для реализации иной структуры первичной сети. Если упомянутые выше стоимостные характеристики известны, то несложно определить численные значения емкости ГПС, длин и емкостей линий передачи, при которых каждый из вариантов имеет предпочтения с точки зрения минимизации капитальных затрат.
Во-вторых, необходимо оценить те временные рамки, в пределах которых осуществляются инвестиции на формирование ГПС. Для реализации кольцевой топологии необходимо создавать перспективную ГПС за один этап. Можно, в принципе, разработать сценарий поэтапного формирования кольцевой сети. Но такой сценарий будет всегда предусматривать длительное функционирование ГПС со структурой типа "дерево" [48], что, естественно, не допустимо с точки зрения надежности первичной сети. Практическая реализация второго варианта ГПС требует одновременной установки только двух ЦКУ. По этой причине вторая модель ГПС всегда имеет одно преимущество – ее создание не требует больших одномоментных капитальных вложений.
Второй вопрос имеет отношение к характеристикам надежности первичной сети. И эта проблема также распадается на две взаимосвязанные задачи.
Первую задачу целесообразно сформулировать как исследование структурной надежности ГПС, которую, в свою очередь, можно трансформировать в достаточно простой расчет вероятностей связности СУ первичной сети. Моделируя структуру ГПС неориентированным графом [49], можно ввести классическое допущение для расчета надежности сетей [48], заключающееся в том, что коэффициент готовности узла всегда существенно выше коэффициента готовности ветви. При таком допущении вторая модель предпочтительнее первой, так как надежность мостиковой структуры выше кольцевой [48]. Если отказаться от использованного выше допущения, то вывод может быть противоположным. Действительно, для второй модели ГПС выход из строя двух ЦКУ означает полный отказ первичной сети. Для первой модели отказ двух любых ЦКУ приводит только к разделению ГПС на две несвязанные между собой первичные сети. Причем целостность ГПС может быть поддержана за счет установления новых соединений через первичную сеть более высокого уровня иерархии.
Вторая задача – определение пропускной способности ГПС как в нормальных условиях эксплуатации, так и при различных отказах ее элементов. Если пропускная способность ГПС рассчитана на время безотказной работы ее элементов, то в течение периода восстановления неисправности [48] качество обслуживания вызовов будет очень низким. Применительно к телефонии в течение периода восстановления линий передачи можно использовать различные процедуры ограничения трафика [50]. Но если поврежденные линии передачи были предназначены для распределения программ телевидения, то никакие процедуры ограничения трафика не применимы. Этот пример приведен с единственной целью – подчеркнуть актуальность разработки метода расчета пропускной способности перспективных первичных сетей при различных условиях их функционирования.
Третий вопрос – поддержка перспективных требований вторичных сетей – относится, скорее, к дальнейшей эволюции ГПС. Но возможность или, по крайней мере, эффективность предоставления новых услуг электросвязи зависит от системно-сетевых решений, принимаемых в настоящее время. Прогнозировать новые услуги электросвязи достаточно сложно. Еще пять-десять лет назад такие, казалось бы очевидные, тенденции развития связи как Интеллектуальные Сети [51, 52], Универсальная Персональная Связь [53, 54], услуги Мультимедиа (Multimedia) [55] и т.п. не рассматривались как основные факторы, определяющие главные направления эволюции сетей электросвязи. Именно по этой причине первая модель ГПС представляется более перспективной, так как размещение ЦКУ на всех СУ первичной сети обеспечивает хорошую адаптируемость первичной сети к новым требованиям, формируемым логикой развития вторичных сетей электросвязи.
Обе модели вторичной сети имеют свои преимущества и недостатки. Выбор структуры ГПС должен осуществляться на этапе проектирования первичной сети конкретного города. Такое положение может рассматриваться как характерный пример изменения задачи проектировщика сети. Новое поколение техники электро- и радиосвязи трансформирует задачу проектировщика сети из формализованного процесса расчета объема оборудования по таблицам и номограммам в исследовательскую работу.
Принципы реализации различных структур ГТС на основе предложенных моделей ГПС изложены в следующей главе. Для ближайшей перспективы очень важным свойством предлагаемой ГПС может считаться эффективность ее применения для организации арендованных линий различной пропускной способности. Спрос на арендованные каналы непрерывно повышается независимо от интенсивно протекающих процессов модернизации существующих и создания новых сетей электросвязи [56].