3.5.2. Перспективная нерайонированная ГТС
3.5.1. Цифровизация ГТС
В этом разделе основное внимание будет уделено цифровизации ГТС. Изложение сценариев модернизации ГТС при внедрении цифрового коммутационного оборудования основано, как правило, на следующих принципах [6]:
- аналоговые ГТС классифицируются по принципам реализации их структуры;
- для каждой из возможных структур разрабатываются возможные сценарии цифровизации ГТС.
В зависимости от емкости ГТС и характеристик территории города существуют четыре основных варианта реализации структуры сети:
· установка одной АТС;
· связь АТС по принципу «каждая с каждой»;
· связь АТС с использованием узлов входящего сообщения (УВС);
· связь АТС с использованием УВС и узлов исходящего сообщения (УИС).
Традиционный подход заключается, таким образом, в разработке оптимальных принципов внедрения цифрового коммутационного оборудования для этих четырех классов ГТС. Подобная методика нашла применение в ряде работ, например в [4, 10, 56, 61, 62, 63].
Другой подход заключается в том, чтобы определить оптимальные принципы внедрения цифровой коммутационной техники с целью реализации заранее выбранных структур ГТС. Такая методика подразумевает, в свою очередь, следующую процедуру выбора принципов цифровизации ГТС:
- разрабатываются возможные варианты структур цифровой ГТС, учитывающие характеристики коммутационного оборудования, возможности цифровой первичной сети и т.п.;
- для каждой ГТС прогнозируются рост номерной емкости и другие величины, определяющие структуру сети;
- по результатам прогноза для каждой конкретной ГТС определяются одна или несколько перспективных структур цифровой телефонной сети;
- для выбранной структуры ГТС (или нескольких ее структур) разрабатывается оптимальный сценарий внедрения цифрового коммутационного оборудования.
Подобная процедура – по крайней мере с точки зрения изложения материала, содержащегося в разделе 3.5, – представляется автору предпочтительной. С методологической точки зрения предлагаемый подход ориентирован, в основном, на разработку методики цифровизации ГТС, руководствуясь которой местные телефонные сети или проектные организации могут выбирать оптимальные принципы применения цифрового коммутационного оборудования.
В рамках раздела 3.5 будет детализирован только последний (четвертый) этап предлагаемого подхода к разработке принципов цифровизации ГТС. Сценарии цифровизации анализируются для трех основных структур перспективных ГТС:
- нерайонированная сеть, состоящая из одной коммутационной станции;
- районированная сеть, образованная из коммутационных станций, связанных между собой по принципу «каждая с каждой»;
- сеть с транзитными коммутационными станциями.
3.5.2. Перспективная нерайонированная ГТС
Первые цифровые АТС внедрялись в крупных городах России, что обусловило детальную проработку соответствующих рекомендаций преимущественно для ГТС с УИС и УВС. Современный этап модернизации ГТС связан с применением цифровых коммутационных станций на сетях любой емкости. Это обстоятельство требует детализации принципов цифровизации ГТС малой и средней емкости.
Практическое применение первой из перечисленных выше структур цифровых ГТС находится в сильной зависимости от максимальной емкости перспективных коммутационных станций. Эта величина обычно оценивается как 100000 АЛ [64]. Производители коммутационного оборудования планируют в ближайшее время обеспечить возможность обслуживания соответствующей нагрузки. Некоторые типы коммутационных станций уже в настоящее время позволяют строить АТС емкостью порядка 100000 номеров.
Итак, при модернизации телефонной сети небольших городов, номерная емкость которых на перспективу (5 – 10 лет) не превысит 100000 АЛ, целесообразно создавать нерайонированную ГТС. Эту величину следует, несомненно, считать условной. Ее точное значение получить, скорее всего, невозможно, но несложно разработать методику, позволяющую оценить – с достаточной для практики точностью – искомую величину для каждой конкретной ГТС.
Очевидно, что в цифровую ГТС емкостью до 100000 номеров могут быть преобразованы сети, построенные, в настоящее время, по следующим принципам:
- нерайонированная ГТС, состоящая из одной коммутационной станции;
- районированная ГТС, коммутационные станции которой связаны между собой по принципу «каждая с каждой».
Первый тип ГТС может, в свою очередь, цифровизироваться двумя путями:
- замена единственной электро-механической АТС на цифровую коммутационную станцию;
- включение новой цифровой коммутационной станции в существующую сеть как еще одной АТС, используемой для подключения новых абонентов в ТФОП.
Первый вариант именуется на жаргоне специалистов-сетевиков «стратегией бульдозера». Это объясняется тем, что при демонтаже электро-механической АТС образуется, своего рода, свободное пространство, имеющее определенное сходство со строительной площадкой, которую разровнял бульдозер. При замене старой АТС структура ГТС не изменяется. Исключение может составить абонентская сеть. Возможные варианты модернизации абонентской сети одинаковы для большинства рассматриваемых в данном разделе принципов цифровизации ГТС. Поэтому аспекты модернизации абонентской сети изложены отдельно в разделе 3.7.
Второй вариант целесообразно рассмотреть в процессе перехода к полностью цифровой нерайонированной ГТС [63]. Исходная модель анализируемой ГТС, представленная на рисунке 3.6, содержит три электромеханические АТС. Заштрихованные участки отображают два района города, где необходимо подключить к ТФОП новые группы абонентов.
Первый этап в цифровизации рассматриваемой модели ГТС заключается в установке коммутационной станции. Место установки этой станции определяется на этапе конкретного проектирования. Цифровая коммутационная станция может быть смонтирована:
- в помещении, в котором находится электро-механическая станция, продолжающая функционировать как РАТС;
- в помещении, в котором находится электро-механическая РАТС, подлежащая замене;
- в здании, находящемся в произвольной точке города, если существуют какие-либо обстоятельства, определяющие такое решение.
Характерным примером подобных обстоятельств может считаться подключение ТФОП новой группы абонентов. На рисунке 3.7 и далее показан именно такой вариант. Не останавливаясь на детализации принципов цифровизации первичной сети, изложенных в предыдущей главе, отметим два основных варианта организации пучков СЛ между цифровой коммутационной станцией и аналоговыми РАТС:
- 
ИКМ-тракты, оканчивающиеся оборудованием аналого-цифрового преобразования (АЦП) на стороне аналоговых РАТС;
- ИКМ тракты, доведенные до СУ, от которого до кросса каждой РАТС могут организовываться физические СЛ.
Первый вариант является более перспективным с точки зрения последующей цифровизации ГТС. Второй вариант, может быть реализован при соблюдении норм на затухание, принятых для отечественных ГТС [65]. Данный вариант следует рассматривать как вынужденную меру, обусловленную какими-либо исключительными обстоятельствами.
На первом этапе цифровизации ГТС появляется одна новая РАТС и сеть сохраняет прежнюю топологию. Никаких существенных изменений в системе нумерации, маршрутизации и т.п. не происходит.
Второй этап цифровизации ГТС подразумевает реализацию по крайней мере одного из следующих событий:
- подключение новых групп абонентов за счет установки концентраторов и/или мультиплексоров цифровой АТС в некоторых точках города;
- замена одной или более электромеханических АТС на концентраторы и/или мультиплексоры, подключаемые к цифровой коммутационной станции.
На рисунке 3.8 показаны оба эти события. Один концентратор установлен в месте, отмеченном заштрихованной областью на рисунке 3.6, а второй концентратор заменяет две электромеханические РАТС.
В рассматриваемой ГТС, таким образом, только одна коммутационная станция принадлежит к классу аналоговых систем. Финал цифровизации анализируемой ГТС показан на рисунке 3.9. Последняя электромеханическая РАТС заменена концентратором и еще один концентратор введен в новом районе города.
3.5.3. Перспективная районированная ГТС
Изложенная процедура цифровизации ГТС не раскрывает в явном виде принцип внедрения цифрового коммутационного оборудования методом «Наложенной сети», известным по англоязычному термину Overlay Network [62]. Принцип создания «Наложенной сети» стал – во всех развитых и развивающихся станах – аксиомой; по этой причине мы не будем останавливаться на логических аспектах доказательства целесообразности данного принципа цифровизации местных телефонных сетей. Более важная, с точки зрения практики, задача заключается в анализе сценариев построения «Наложенной сети», которые будут проиллюстрированы (как сформулировано выше) для:
- районированной цифровой ГТС, коммутационные станции которой связаны между собой по принципу «каждая с каждой»;
- цифровой ГТС, имеющей оконечные и транзитные коммутационные станции.
Цифровая сеть, построенная по принципу связи коммутационных станций «каждая с каждой», может служить моделью эволюции для районированных ГТС без узлов, с УВС и, возможно, с УИС и УВС. Последний вариант может рассматриваться как теоретический вариант. Только две российские ГТС (в Москве и Санкт-Петербурге) построены с использованием УИС и УВС. Цифровизация этих ГТС осуществляется уже достаточно долго и основана на топологии, подразумевающей применение транзитных станций. По этой причине вариант преобразования таких крупных ГТС в цифровую сеть без транзитных станций далее не рассматривается.
Рассматриваемая структура ГТС будет оптимальна в определенных границах номерной емкости. Нижняя граница определяется рассмотренным выше вариантом – переходом к цифровой нерайонированной сети. Эта величина может быть оценена как 100 тысяч номеров. Определить соответствующую верхнюю границу достаточно сложно. Некоторые косвенные оценки позволяют оценить искомую величину как 1 – 2 миллиона номеров.
Этапы создания «наложенной сети» на аналоговой ГТС без узлов показаны на рисунках 3.10 и 3.11. В качестве исходной модели выбрана та же ГТС, что и для нерайонированной сети (рисунок 3.6).
Вновь вводимая цифровая коммутационная станция должна быть связана со всеми РАТС данной ГТС цифровыми трактами с установкой оборудования АЦП на стороне электромеханических станций. Как и в рассмотренном ранее варианте построения цифровой нерайнированной ГТС могут быть организованы СУ, позволяющие использовать физические СЛ. Подобное решение не может, конечно, рассматриваться как оптимальное.
При введении следующей цифровой коммутационной станции необходимо решить вопрос рационального построения межстанционных связей. Эти связи могут быть реализованы тремя основными способами:
- организация прямых пучков СЛ между каждой цифровой коммутационной станцией и каждой аналоговой РАТС;
- временное использование цифровой коммутационной станции, которая была внедрена первой, в качестве транзитной для связи вновь вводимых цифровых станций с аналоговой ГТС;
- комбинированное решение, основанное на сочетании перечисленных выше вариантов.
Первый вариант выглядит предпочтительным со многих точек зрения. Учитывая возможность быстрой цифровизации первичной сети за счет использования ЦКУ, организацию прямых пучков СЛ можно считать основным сценарием для построения межстанционных связей на районированной ГТС. На рисунке 3.10 проиллюстрированы введение новой цифровой коммутационной станции (под номером 0) и замена аналоговой РАТС (под номером 2) на цифровую станцию.
На рисунке 3.11 изображена финальная стадия цифровизации рассматриваемой ГТС, когда заменены все электромеханические РАТС и введена новая цифровая коммутационная станция, имеющая номер 5. Следует отметить, что по сравнению с исходной моделью, число цифровых станций может быть меньше, равно или больше числа электромеханических АТС. Это соотношение будет, в основном, определяться потребностью в увеличении емкости каждой конкретной ГТС.
Этапы создания цифровой сети без узлов на аналоговой ГТС с УВС показаны на рисунках 3.12 – 3.14. Принципы маршрутизации, характерные для ГТС с УВС, накладывают определенные требования на план нумерации. При внедрении цифровых коммутационных станций на ГТС с УВС необходимо организовывать отдельный сто-, двухсот- и т.д. тысячный узловой район, для которого выделяются отдельные стотысячные индексы из резервной номерной емкости. Этот новый район будет являться базой для создания «наложенной сети». Территории ранее существовавших и вновь организуемого узлового района могут взаимно перекрываться. В отдельных случаях может оказаться целесообразным создание нескольких новых узловых районов в пределах одной «наложенной сети».
Модель аналоговой ГТС с УВС, на которой будут рассмотрены основные этапы цифровизации сети, представлена на рисунке 3.12. Анализируемая ГТС состоит всего из двух узловых районов, что никак не влияет на принципы ее цифровизации.
На рисунке 3.13 показана структура рассматриваемой модели на момент установки первой цифровой коммутационной станции. Эта коммутационная станция (номер I) выполняет следующие функции: – опорной (оконечной) для абонентов, которые включены в эту станцию;
- УВС нового узлового района для четырех аналоговых РАТС, принадлежащих существующей сети;
- УИС нового узлового района, если такой вариант окажется экономически целесообразным.
В данном разделе для подобного коммутационного оборудования станций будет использована аббревиатура ОТС (опорно-транзитная станция). ОТС, помимо функций УВС и УИС, может выполнять роль УВСМ, узла заказно-соединительных линий т.п.
Цифровая ОТС I должна быть связана со всеми РАТС данной ГТС цифровыми трактами с установкой оборудования АЦП на стороне электромеханических узлов станций.
На рисунке 3.14 показана структура гипотетической ГТС на момент ввода еще двух цифровых коммутационных станций. Эти коммутационные станции обязательно связываются между собой цифровыми трактами по принципу «каждая с каждой». Создаваемая этими коммутационными станциями «наложенная сеть» может взаимодействовать с существующими РАТС по трем основным вариантам:
- первая из введенных цифровых коммутационных станций выполняет роль ОТС или чисто транзитной станции (ТС) а остальные – функции опорных станций, аналогичных функциям РАТС;
- все вновь вводимые цифровые коммутационные станции выполняют функции ОТС;
- комбинированное включение вновь вводимых коммутационных станций, подразумевающее сочетание первого и второго вариантов.
На рисунке 3.14 показан третий (основной) вариант, в котором коммутационные станции под номерами I и II обеспечивают взаимодействие с существующей сетью.
Окончательная фаза цифровизации рассматриваемой модели – за исключением, вероятно, числа коммутационных станций полностью соответствует структуре ГТС, приведенной на рисунке 3.11.
3.5.4. Перспективная ГТС с транзитными станциями
Цифровая сеть с транзитными станциями – последний из рассматриваемых вариантов эволюции ГТС – оптимальное решение только для очень крупных городов. Подобная модель приемлема, по всей видимости, только для тех ГТС, которые уже в настоящее время используют УИС и УВС. Теоретически цифровая ГТС может стать эффективной и в ряде специфических ситуаций, примером которой могут служить нестандартные градостроительные условия.
Структура гипотетической ГТС с УИС и УВС на момент установки первой коммутационной станции соответствует модели, показанной на рисунке 3.15.
С формальной точки зрения цифровизация крупной ГТС сводится к очевидной последовательности:
- устанавливается цифровая ТС, связываемая с аналоговыми УИС и УВС цифровыми трактами;
- новые цифровые (опорные) станции включаются в цифровую ТС, посредством которой они взаимодействуют с аналоговыми РАТС;
- постепенно вся ГТС преобразуется в цифровую сеть с ТС, число которых (за счет использования коммутационных станций большой емкости) может быть меньше, чем число аналоговых УИС.
Структура цифровой ГТС большой емкости с ТС показана на рисунке 3.16. Особенность модернизации сетей подобного класса заключается в том, что заменяемые станции и вновь вводимые могут и будут располагаться на территории различных узловых районов. Такая ситуация требует решения следующих вопросов:
- переключение опорных станций из одной ТС в другую по мере установки цифровых ТС, в зоне обслуживания которых находятся введенные ранее цифровые опорные станции;
- изменение плана нумерации по мере переключения опорных станций из одной ТС в другую.
Эффективное решение первой проблемы может обеспечиваться за счет оптимального построения первичной сети. Пример такого решения будет приведен в разделах 4.2 и 4.4. Неизбежное изменение плана нумерации принесет минимальные неудобства для абонентов, если по мере переключения опорной станции из одной в другую ТС будет меняться только трехзначный индекс коммутационной станции «abx».
Рассмотренные в данном разделе принципы цифровизации ГТС представляют основные сценарии использования перспективной коммутационной техники, но, безусловно, не охватывают все возможные варианты модернизации ГТС. Ряд вопросов – организация междугородной связи, включение цифровых УПАТС и т.п. – изложены в четвертой главе. Некоторые аспекты функционирования цифровых ГТС, например методы расчета сети, организация обходных связей и т.п., вообще не вошли в текст монографии, так как составляют предмет отдельной работы.