Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ принципов построения сети доступа 13
1.1. Место сети доступа в системе электросвязи 13
1.2. Общие принципы построения сети доступа для ТФОП 18
1.3. Структурные характеристики существующих сетей доступа 23
1.4. Основные принципы модернизации сетей доступа 34
1.5. Новые задачи планирования сетей доступа 47
1.6. Результаты и выводы 52
ГЛАВА 2. Исследование основных характеристик перспективной сети доступа 53
2.1. Прогнозы развития сетей доступа 53
2.2. Влияние формы пристанционного участка и планировки улиц на длину абонентских линий 59
2.3. Оценка эффективности узлов кроссовой коммутации в сети доступ 77
2.4. Оценка стоимости сети доступа кольцевой структуры 80
2.5. Влияние смещения коммутационной станции на стоимость построения сети доступа 84
2.6. Экономические аспекты построения сети доступа 88
2.7. Результаты и выводы 93
ГЛАВА 3. Разработка методов планирования сети доступа 94
3.1. Определение мест размещения выносных модулей коммутационной станции 94
3.2. Выбор трассы прокладки оптического кабеля между коммутационной станцией и выносными модулями 98
3.3. Выбор структуры сети доступа с учетом показателей надежности 103
3.4. Определение числа секторов в сети доступа 113
3.5. Результаты и выводы 115
ГЛАВА 4. Методика планирования сети доступа 117
4.1. Общий алгоритм проектирования сети абонентского доступа 117
4.2. Этапы планирования сети доступа 119
4.3. Определение емкости и числа выносных модулей 127
4.4. Расчет пропускной способности сети доступа 132
4.5. Расчет характеристик надежности сети доступа 135
4.6. Пример модернизации абонентской сети 141
4.7. Результаты и выводы 149
Заключение 150
Список литературы 152
Приложения 158
- Общие принципы построения сети доступа для ТФОП
- Влияние формы пристанционного участка и планировки улиц на длину абонентских линий
- Выбор трассы прокладки оптического кабеля между коммутационной станцией и выносными модулями
- Определение емкости и числа выносных модулей
Введение к работе
Актуальность исследований. Одна из важнейших особенностей современного этапа развития электросвязи заключается в существенном изменении требований, предъявляемых к сети абонентского доступа.
Эксплуатируемые в настоящее время сети доступа создавались Операторами местных телефонных сетей как совокупность абонентских линий (АЛ), соединяющих терминалы пользователей с кроссом коммутационной станции. Эти АЛ предназначались для передачи информации в полосе пропускания канала тональной частоты. Перспективные сети доступа должны поддерживать все виды телекоммуникационных услуг (речь, данные, видеоинформация), иметь высокую надежность, обеспечивать требуемое качество передачи сигналов.
Использование цифровых систем передачи (ЦСП), выносных модулей (ВМ) коммутационных станций, а также новых сред распространения сигналов значительно изменяет принципы построения сетей доступа. Естественно, что заметно меняются и методы планирования.
В настоящее время, стоимость сети доступа, по различным оценкам, составляет от 20 до 30 процентов в общей структуре затрат, необходимых для создания местной телекоммуникационной системы.
По этим причинам, особую актуальность приобретает разработка методики планирования перспективных сетей доступа, которая позволит минимизировать затраты на этот элемент телекоммуникационной системы.
Состояние исследований. Вопросы, в той или иной степени касающиеся планирования сети абонентских линий (АЛ), рассмотрены в работах И.М. Жданова и Е.И. Кучерявого; И.И. Гроднего, СМ. Верника и Л.Н. Кочановского; Е.В. Мархая; Захарова Г.П.; В.П. Табакова и В.В. Лохмотко; Р. Бесслера и А. Дойча; Y. Rappa; D. Asumi и J.Mellisa. В частности, в [1] исследовалась длина АЛ. В [2], приводится методика проектирования линейных сооружений связи. Основам технико-экономического проектирования городских телефонных
8 сетей посвящена монография [3]. В работах [4-6] представлены методы, позволяющие эффективно проектировать местные телефонные сети, в том числе абонентские. Система автоматизированного проектирования линейных сооружений связи описана в [7]. Следует отметить, что принципы и методы планирования, изложенные в этих работах, были разработаны для традиционных абонентских сетей, которые строились для обеспечения телефонной связи в полосе пропускания канала тональной частоты.
К сожалению, в настоящее время, насчитывается довольно мало публикаций, непосредственно посвященных планированию современных сетей доступа. Вероятнее всего, это связано с тем, что подобная информация используется в коммерческой деятельности телекоммуникационных фирм и представляет собой так называемое «ноу-хау». Среди таких публикаций целесообразно выделить работу [8]. В ней приводятся технико-экономические оценки построения широкополосных сетей доступа. По результатам исследований разработан пакет прикладных программ TITAN.
Из обзора следует, что методики, позволяющей эффективно планировать перспективные сети доступа, в настоящее время не существует.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики планирования перспективных сетей доступа. Поставленная цель обусловила необходимость решения следующих основных задач:
Анализ характеристик существующих абонентских сетей;
Исследование принципов модернизации сетей доступа.
Разработка принципов и методов планирования перспективных сетей доступа;
Методы исследования. Для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследования использованы методы динамического программирования, теории вероятностей, упаковки шаров, математической статистики.
9 Для численных расчетов использовался компьютерный математический пакет Mathcad 7.0. Программное обеспечение необходимое для решения задач эффективного планирования сети доступа реализовано на языке программирования Pascal в среде визуального программирования Delphi.
Научная новизна состоит в разработке методики планирования таких сетей доступа, создание и эксплуатация которых позволит получить как технический, так и экономический эффект. В процессе проведения исследований были получены следующие научные результаты:
Метод определения количества ВМ в сети доступа;
Метод, позволяющий определить места размещения ВМ, близкие к оптимальным;
Алгоритм выбора трассы прокладки оптического кабеля (ОК) между коммутационной станцией и ее ВМ;
Метод выбора структуры транспортной сети доступа с точки зрения показателей стоимости и надежности;
Алгоритм определения оптимального числа колец (в случае построения сети доступа кольцевой структуры).
Практическая ценность. Диссертация является частью работ по планированию сетей доступа, выполняемых ЛОНИИС в рамках договоров с Министерством Российской Федерации по Связи и Информатизации. Результаты исследований использовались при разработке Генеральной схемы развития телекоммуникационной системы Санкт-Петербурга и Ленинградской области, рекомендаций по модернизации сетей доступа на примере ГТС г. Красноярска, основных принципов модернизации телекоммуникационной системы, эксплуатируемой ОАО «Электросвязь» (на примере Красноярского края), типовой концепции развития электросвязи для регионов Российской Федерации, диалоговых систем моделирования и структур сетей связи, выполненной в Вычислительном центре Сибирского отделения РАН.
Представленные принципы и методы эффективного планирования сети доступа служат основой для создания пакета прикладных программ,
10 автоматизирующих процесс планирования. В рамках диссертации разработаны три программы, которые содержатся в приложениях № 1,2,3.
Апробация работы. Результаты диссертации были представлены и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
Международная конференция «Новые технологии построения сети доступа» Москва, 24-25 ноября, 1999; 7- й Всероссийский семинар «Связь в деловой сфере. Новые информационные технологии», Москва, 17-20 октября, 2000; 2-ая Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ, Санкт-Петербург, февраля, 2000; 5-я Европейская школа EUNICE'99, Барселона (Испания), 1-3 сентября 1999; 4-я Международная конференция IEEE MICC99, Мелака (Малайзия), 17-19 ноября, 1999; 2-я Международная конференция по современным телекоммуникационным технологиям, Муджу (Корея), 13-15 сентября 2000; а также на научно-технических конференциях профессорско преподавательского состава, научных работников и аспирантов ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича в 1999-2001 гг.
Основные положения, выносимые на защиту:
Метод определения числа ВМ;
Метод определения координат размещения оборудования ВМ, основанный на гексагональном решетчатом покрытии территории пристанционного участка;
Алгоритм определения маршрута прокладки ОК между коммутационной станцией и ее ВМ в сетях доступа кольцевой структуры, базирующийся на принципах динамического программирования;
Метод выбора структуры транспортной сети доступа.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 162
11 страниц машинописного текста, 53 рисунка и список литературы из 62 наименований.
Содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные научные результаты диссертации, определены практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения об апробации работы, представлены основные положения, выносимые на защиту и краткое содержание последующих глав.
В первой главе анализируются принципы построения сетей доступа. Исследованы следующие структурные характеристики существующих сетей АЛ: распределение длин АЛ и распределение емкости абонентского кабеля на магистральном участке абонентской сети. Выполнена декомпозиция сети доступа на транспортную и коммутируемые компоненты. Сформулированы требования, которым должны удовлетворять перспективные сети доступа. Разработаны основные принципы модернизации сетей доступа. Сформулированы задачи, которые должны быть решены в процессе разработки методики планирования перспективных сетей доступа.
Во второй главе исследованы основные характеристики перспективных сетей доступа. В частности, исследована зависимость фактической длины АЛ от расстояния между коммутационной станцией и соответствующим терминальным оборудованием пользователя, измеренного по прямой. Выполнены расчеты коэффициента, учитывающего удлинение фактически прокладываемых АЛ для пристанционных участков различной формы. Разработан метод, который позволяет оценить стоимость радиальной, однокольцевой и многокольцевой структур построения сети доступа. Исследовано влияние смещения коммутационной станции от ее географического центра на стоимость сети доступа кольцевой и радиальной структур. Рассмотрены экономические аспекты создания сетей доступа.
12 Третья глава посвящена разработке методов эффективного планирования перспективных сетей доступа. В частности, на основе проведенных исследований, разработаны методы, позволяющие:
находить координаты размещения оборудования ВМ коммутационной станции близкие к оптимальным;
получить маршрут прокладки ОК между коммутационной станцией и ее ВМ в сетях доступа кольцевой структуры близкий к оптимальному (по критерию минимальной стоимости);
количественно оценивать надежность сети доступа кольцевой структуры;
определить число секторов в сети доступа, в каждом из которых организуется отдельное кольцо.
Кроме того, в третьей главе даны рекомендации по выбору структуры сети доступа с точки зрения стоимости и показателей надежности.
В четвертой главе, разработан алгоритм планирования сети доступа. Предложены и обоснованы девять основных этапов планирования. Разработан метод, позволяющий определять емкость и число ВМ. Составлены рекомендации по расчету пропускной способности и показателей надежности сети доступа. Приведен пример модернизации фрагмента реальной абонентской сети с использованием разработанных методов планирования.
Общие принципы построения сети доступа для ТФОП
С момента создания первых местных телефонных сетей прошло более 100 лет. Первые абонентские сети можно рассматривать как звездообразные структуры (АЛ напрямую включались в коммутационную станцию). По мере роста емкости местных телефонных сетей увеличивались затраты на АЛ. Это привело к разработке принципа организации абонентской сети, по так называемой, шкафной системе, модель которой представлена на рис. 1.3. АЛ в кросс АТС включаются по индивидуальным двухпроводным линиям. Через кросс АТС часть АЛ может подключаться к коммутационным станциям других сетей связи. От кросса АТС до распределительного шкафа (ШР) расположен магистральный участок абонентской сети. Распределительный участок в абонентской сети занимает место между ШР и распределительной коробкой.
Между распределительной коробкой и телефонной розеткой находится фрагмент абонентской сети, именуемый абонентской проводкой. ТА или иной терминал подключается к абонентской сети в точке, где установлена телефонная розетка. Магистральный участок абонентской сети выполняется, как правило, на многопарном кабеле (200 - 1200 пар), распределительный участок выполняется на 10-50 парном кабеле [17]. Достоинства и недостатки шкафной системы хорошо изложены в технической литературе, касающейся аспектов проектирования абонентской сети [17 - 19]. Известны также численные оценки по оптимальному расположению ШР. В частности, в [19] рекомендуется устанавливать ШР емкостью на 1200 АЛ (ШР-1200x2) на расстоянии не менее 650 м от кросса АТС.
В существующей практике проектирования абонентских сетей [2,3] считается, что все АЛ, умещающиеся в круге с центром в кроссе и радиусом примерно 500 метров, целесообразно включать в коммутационную станцию по бесшкафной системе. Эту часть абонентской сети часто называют "зоной прямого питания".
Модель, иллюстрирующая основные варианты построения абонентской сети, приведена на рис. 1.4 [11]. На этом рисунке детализированы некоторые фрагменты предыдущей модели. Модель, показанная на рис. 1.4, может считаться универсальной в отношении типа коммутационной станции.
С другой стороны, для цифровой коммутационной станции может быть предложена собственная модель, которая позволяет точнее отразить специфику сети доступа (рис. 1.5) [9]. Рисунки 1.4 и 1.5 имеют ряд общих моментов [9].
Во-первых, обе структуры подразумевают наличие зоны прямого питания. Во-вторых, за зоной прямого питания располагается следующая область сети доступа, для которой в цифровой станции целесообразно использовать ВМ (концентраторы или мультиплексоры), а для аналоговой АТС - либо неуплотненные кабели, либо каналы, образованные системами передачи. В-третьих, необходимо отметить, что структура абонентской сети - вне всякой зависимости от типа коммутационной станции - соответствует графу с древовидной топологией. Это существенно с точки зрения надежности связи: применение цифровой коммутационной техники не только не повышает надежность АЛ, но, в ряде случаев, снижает его из-за введения дополнительного оборудования на участке от кросса АТС до терминала пользователя.
В современных сетях доступа появляются отдельные фрагменты, реализуемые на базе кольцевых топологий. Эти фрагменты постепенно трансформируются в полностью кольцевые структуры. В качестве среды передачи, как правило, используется оптический или коаксиальный кабель, проходящий через ВМ. Исследование кольцевой структуры с точки зрения параметров стоимости и показателей надежности выполнено во второй и третьей главах диссертации.
Изложению общего подхода к модернизации сетей доступа должен предшествовать анализ существующих сетей абонентских линий (АЛ), поскольку они в значительной степени будут определять принципы реализации перспективных вариантов абонентского доступа [20].
Одной из главных задач такого анализа является изучение структурных характеристик АЛ. С точки зрения практических задач развития и совершенствования сетей абонентского доступа целесообразно рассмотреть следующие структурные характеристики: - распределение длин АЛ; - распределение емкости абонентского кабеля.
Знание этих характеристик позволяет, например, сделать весьма достоверные оценки в части потребности в линейно-кабельных сооружениях при модернизации абонентских сетей, определить оптимальную номенклатуру новых типов кабелей, подсчитать долю терминалов, для которых может быть эффективным использование технологий типа xDSL.
Общий подход к исследованию структурных характеристик Очевидно, что распределение длин АЛ и емкости абонентского кабеля определяются множеством различных факторов, из которых следует выделить: - емкость коммутационной станции, для которой создается абонентская сеть; - градостроительные принципы, используемые для застройки в той части городской или сельской местности, где установлена коммутационная станция. - уровень развития местной телефонной сети, в частности телефонную плотность; - участок абонентской сети (магистральный или распределительный), для которого оцениваются данные характеристики.
Для анализа распределений длин АЛ и емкости абонентского кабеля была проведена обработка данных, полученных из пяти произвольно выбранных проектов по установке РАТС. Все эти проекты были реализованы. РАТС введены в эксплуатацию в начале 90-х годов.
Исследование характеристик сетей доступа целесообразно осуществлять на уровне эмпирической функции распределения (ФР). Эта функция является оценкой по выборке ФР генеральной совокупности. Длина АЛ и емкость абонентского кабеля относятся к первичным статистическим признакам [21]. С учетом формы их представления в проектной документации оба этих признака следует считать дискретными. Следовательно, ФР для каждого проекта будут представлять собой ступенчатую функцию.
На первом этапе исследования определяются эмпирические ФР, которые дают наиболее полную информацию о поведении исследуемой величины.
На втором этапе вычисляются четыре момента распределения: положение центра группирования (средняя арифметическая величина), характеристика рассеивания (коэффициент вариации), показатели асимметрии и эксцесса, которые позволяют количественно оценить отличие рассматриваемой ФР от нормального распределения.
На третьем этапе определяется степень соответствия между собой ФР длин АЛ и емкости абонентского кабеля для разных сетей. Для решения данной задачи методами математической статистики необходимо определить являются ли выборки однородными, то есть принадлежат ли они одной и той же генеральной совокупности. Для этой цели применяется критерий Вилькоксона [22]. В случае если ФР для различных проектов окажутся идентичными, то необходимо построить результирующую ФР по данным всех проектов.
На последнем этапе проводится дополнительная обработка полученных данных - проверка гипотезы о нормальности закона распределения. Такая проверка производится с использованием критерия Пирсона [22].
Влияние формы пристанционного участка и планировки улиц на длину абонентских линий
Рассмотрим задачу выбора маршрута прокладки ОК между коммутационной станцией и ее ВМ для построения сетей доступа кольцевой структуры с минимальной стоимостью. Исходные данные такие же, как и для предыдущей задачи. В общем случае, задача нахождения кратчайших расстояний между узлами сети представляет собой задачу NP-сложности [59]. Для решения поставленной задачи предлагается аппарат, базирующийся на методе динамического программирования [60].
Необходимо найти: кратчайший путь, который должен удовлетворять следующим условиям: і. проходить через коммутационную станцию и все ее ВМ, и. проходить через каждый узел только один раз,
Hi. начинаться и заканчиваться в одном и том же пункте, соответствующему месторасположению коммутационной станции, iv. не иметь ветвлений. Пронумеруем узлы т=1,2,..М, хє{1,2,..М} (под узлами будем понимать коммутационную станцию и ее ВМ).
Стоимость отрезка пути (звена) между ВМ, стоящем на і -м месте и ВМ на (і-1) месте - С(х;.1,Х;). Например, показатель стоимости может складываться из следующих компонентов: C .x ap+Pg+yf+v, (3.11) где a - стоимость единицы длины кабеля, р - расстояние между і-м и і-1 узлом, Р - коэффициент сложности создания кабельной канализации, g -стоимость создания кабельной канализации, у - коэффициент сложности монтажных работ, зависящий от способа укладки, f - стоимость монтажных работ по укладке кабеля, v - дополнительные затраты, зависящие от особенностей местности. Конкретные значения стоимостных показателей определяются проектировщиком, с учетом особенностей каждого проекта. Задача сводится к нахождению м птш/ C(x-i,x)= mm JM + \(X\,XI,...,XW,XV/ + I), /-О І Л ,=1 {Хі,..,Хм+і} v ) при вышеизложенных условиях. Под JM+1{xXyX1,... uyx U+\) понимается стоимость пути, равная сумме стоимостей звеньев, из которых этот путь состоит.
Известные алгоритмы поиска кратчайшего пути не подходят для решения данной задачи, из-за вышеперечисленных ограничений. Следует отметить, что для многих подобных задач оптимальное решение не может быть найдено [59]. Как уже отмечалось, для решения этой задачи предлагается использовать принципы динамического программирования.
Разорвем кольцо, например, в 1 узле, который соответствует месторасположению коммутационной станции. Тогда необходимо найти кратчайший путь, начинающийся в узле хг=1 и заканчивающийся в узле хм+1. При этом, узел хм+1 совпадает с узлом 1: х Хм+ І. Обозначим место (очередность) m-ro узла на пути индексом і=2,3,...,(М+1). В промежутках і=2,3,.. .,М присутствуют узлы от 2 до М (см. рис. 3.3). Тогда состояние системы на і -ом шаге можно записать в следующем виде: Хіє{2,3,...,М;і=2,3,...,(т+1)} (3.13) Значение целевой функции для пути длиной в і - звеньев можно представить в виде: J(x-i)+C(x,x-i), если лп{1.і-і}=0 J{X\,X2V . yd) — J\Xi) — 1=1,2,.., (м+1) , я , (3.14) GO, если xnjx-..i-ірО, где 3(ХІ - О - уцелевший путь, равный сумме стоимостей звеньев от 1 до (хм) узла.
Пользуясь принципом Беллмана [60] имеем систему из М функциональных уравнений (для каждого значения Х;): min J(x-i)+C(x,x-i), если xn{i.i-i}=0 J(x) = -«., (3.15) С0? если xn{jc..Jc-i}?tO ( )
Решая эту систему, получаем подоптимальный (по минимуму стоимости) вариант маршрута прокладки ОК в сети доступа кольцевой структуры. Ограничение ( ) позволяет учесть условие (ii), согласно которому путь через каждый узел может пройти только один раз. Ограничение ( ) не гарантирует того, что во всех случаях будет найден оптимальный результат. Однако, введение этого ограничения позволяет: - уменьшить объем вычислений с Мм до М3 (М - число узлов на сети), - получить маршрут для прокладки кабеля близкий по стоимости к оптимальному, - учесть вышеперечисленные условия.
Выбор трассы прокладки оптического кабеля между коммутационной станцией и выносными модулями
Представляет определенный интерес провести сравнение параметров надежности кольцевой структуры с параметрами надежности других структур. В качестве примера, приведем расчет среднего числа выбывших ВМ для радиальной структуры. Постановка данной задачи аналогична предшествующей задачи, за исключением небольших изменений. Так, предполагается, что каждый ВМ подключен непосредственно к коммутационной станции (радиальная структура), число колец в сети доступа N равно 0, количество разрывов в сети не превышает трех. ВМ считается выбывшим в том случае, если имеются разрыв линии связи между этим модулем и коммутационной станцией. Два разрыва не могут произойти на одной линии.
Общая формула для вычисления среднего числа выбывших из строя ВМ подобна формуле (3.18): X(M,L) = X(M,L = \)pi + X(M,L = 2)pi + X(M L = 3)p, (3-35) Формулы для вычисления вероятностей р,, р2, р3 будут иметь такой же вид, как в (3.20). Очевидно, что среднее число выбывших из строя ВМ при единственном разрыве в сети равно единице, при двух разрывах - двум, при трех повреждениях в сети - трем: X(M,L = 1) = 1 X{M,L = 2) = 2 X(M,L = 3) = 3 (3.36) С учетом вышеизложенного, формула для расчета среднего числа выбывших ВМ для радиальной структуры сети доступа выглядит следующим образом: Х(М, L) = (- ІП /70)/70 + (- ІП /7,)2 p. + (" 1П Р0) Р (3.37)
Как видно из выражения (3.37), исследуемый параметр надежности не зависит от количества ВМ в сети при вышеуказанных предположениях. При j90=0,9999 среднее количество ВМ, не обслуживающих абонентов, равно 10"4. Эта величина примерно на четыре порядка превышает аналогичный показатель, рассчитанный для кольцевой структуры. При / 0=0,996 среднее количество ВМ, не обслуживающих абонентов, равно 10 3. Эта величина Ill примерно на два порядка хуже аналогичного показателя, рассчитанного для кольцевой структуры. Следует отметить, что при низких коэффициентах готовности, исследуемые показатели надежности для радиальной и кольцевой структур становится сопоставимы. Так, при р0=0,3 величинах(M,L) примерно равна 1. Для сравнения: для одного кольца, организованного в сети доступа, среднее число выбывших ВМ (при/?0=0,3) равно 1 при количестве ВМ в кольце равном 7.
Для того, чтобы дать рекомендации по выбору той или иной структуры, проанализируем их с точки зрения показателей стоимости (см. Главу 2) и надежности одновременно. Для этого, на рис. 3.7 объединены графики зависимостей нормированнной длины трассы от числа ВМ и колец в сети доступа (см. рис. 2.20) и зависимостей среднего числа выбывших ВМ от числа колец в сети доступа и от количества ВМ в каждом кольце, при очень низком значении коэффициента готовности р0=0,3.
Анализируя представленные зависимости, можно сделать следующие выводы. При 1,2,3 ВМ в сети доступа целесообразно применять радиальную структуру. Однако, учитывая ее низкую надежность, при 3-х ВМ разумнее соединить их с коммутационной станцией кольцом. Однокольцевую структуру рационально использовать также при 4 и 5 ВМ. При большем числе ВМ применять эту структуру не рекомендуется, поскольку она имеет значительно худшие характеристики надежности, чем многокольцевые структуры (2 и более кольца). При числе ВМ от 6 до 10 в сети доступа целесообразно создавать два кольца. От 11 до 16 - три кольца. Если требуется повышенная надежность, то два кольца лучше организовывать при 5 ВМ, а три - при 10 ВМ.
На данном этапе планирования сети доступа решается задача определения числа ее секторов, в каждом из которых организуется отдельное кольцо. Обозначив затраты на подключение абонента к ВМ в і-ом кольце через Q на линейные тракты через Li5 а на физические линии для подключения абонентов к ВМ через Si5 можно сформулировать задачу оптимизации числа секторов следующим образом: 2(G + Z, + S)- min С3-38)
Величины Cj и Lj изменяются дискретно, что определяется модульностью пропускной способности среды передачи сигналов и коммутационного оборудования первичной сети (ЦКУ и МВК). Значения Sj меняются, в принципе, также дискретно, но этим фактом можно пренебречь из-за очень малых величин соответствующих приращений. Значения С;, L; и S; могут быть определены в виде относительных единиц со следующими коэффициентами: СгЗД, Li=Mslm+k1li, Sj=ksSj, где kc- коэффициент стоимости подключения абонента к ВМ, Nr число абонентов в і-м кольце, Mstm - стоимость оборудования ЦСП, к,- коэффициент стоимости одного километра линейного тракта, 1; - длина трассы і - го кольца, ks - коэффициент стоимости одного километра физической АЛ от ВМ до распределительной коробки, sr длина і -ой АЛ.
Предполагается, что определены места размещения ВМ (см. п. 3.1) и их количество (задача будет рассмотрена в Главе 4). При числе секторов более двух (реальная ситуация на сети доступа) поиск оптимума по формуле (3.38) может быть выполнен методом прямого перебора из всех допустимых вариантов.
Определение емкости и числа выносных модулей
Для того, чтобы определить емкость и число ВМ, необходимо проанализировать стоимость построения сети доступа. Целевую функцию, представляемую значением суммарных затрат, можно записать в следующем виде: = -кс + АЛ+ ТС + ЦСП+ ВМдоп, О -1) где Скс - стоимость оборудования коммутационной станции, САЛ -стоимость сети АЛ, Стс - стоимость транспортной сети доступа, СцСП -стоимость ЦСП, СВМдоп - стоимость установки оборудования ВМ.
Основываясь на результатах исследований, выполненных в предыдущих главах, в качестве модели построения сети доступа рассмотрим модель, изображенную на рис. 2.19. Абоненты распределены по площади пристанционного участка равномерно. Предполагается, что число абонентов, подключаемых непосредственно к коммутационной станции, равно числу абонентов подключаемых к одному ВМ.
В выражении (4.1) стоимость коммутационного оборудования равна: CKC = NPH, (4.2) где N - число абонентов, Рн - стоимость подключения одного абонента. Стоимость сети АЛ: САЛ=(М+1)ЫузРАЛ/",л, (4.3) где М - число ВМ в сети доступа, Ny3 - число абонентов, подключаемых к одному узлу (под узлами понимаются ВМ и коммутационная станция), РАЛ стоимость 1 м АЛ, їм - средняя длина АЛ в зоне обслуживания одного узла. Очевидно, что число ВМ в сети доступа равно: N і М -—1 (4.4) В работе [1] получена форма для расчета средней длины АЛ для пристанционного участка в форме правильного шестиугольника: /"лл = 0,379л/&, (4.5) где Sy3 - площадь территории, обслуживаемой одним узлом. Выразим Sy3 через площадь всего пристанционного участка S: " = 379А/ЯМ + 1) = 379Г% (4.6) Подставим (4.4) и (4.6) в выражение (4.3) Слл = 0,319 SNv3NPAn (4.7) Стоимость третьего слагаемого выражения (4.1) равна: CTC=P0KL, (4.8) где L - длина трассы ОК между коммутационной станцией и ее ВМ, Рок -стоимость ОК и его прокладки.
Если структура сети доступа не определена, то рассчитать длину трассы прокладки ОК не представляется возможным. В этом случае, величиной Стс следует пренебречь. Выражение для вычисления длины трассы при радиальной структуре построения сети доступа приводится в [66]. Выражение для вычисления длины трассы при кольцевой структуры построения получено из формулы (2.11) и имеет следующий вид: L = 2r (M+NK), (4.9) где NK - число колец, которое планируется организовать в сети доступа, г -радиус вписанной окружности правильного шестиугольника. Выразим г через площадь пристанционного участка S: SNv3 (4.10) V 3,4641 \3,464\N
Поскольку абоненты подключаются к узлам по принципу «прямого питания», то максимальное значение радиуса вписанной окружности не должно превышать 600 м. Подставим (4.9) и (4.10) в выражение (4.8): CTC=2P0KJ SN" (—-1 + JVO. (4.11) тс 0KV 3,4641JV N v Стоимость ЦСП равна: Сцсп=РцсПМ = -( --0, (4.12) где Рцсп - стоимость единицы оборудования ЦСП. Стоимость четвертого слагаемого выражения (4.1) равна: Свмдоп = kPHMNy3 = kPH(N-Ny3), (4.13) где к - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты, связанные с подключением абонентов к ВМ, а не к коммутационной станцией. Выражение (4.1) с учетом (4.2), (4.7), (4.11), (4.12), (4.13) будет иметь вид: С = N Рн+ 0,379V SNMNРАЛ +2РОК J SN" (— -1 + Щ + ок\ 3,464 ІЛГЛГи + Рцсп( l)+kpH(N_N д (4Л4)
Будем считать, что в выражении (4.14) переменной является число абонентов, подключаемых к одному узлу Ny3, а остальные величины известны, т. е. являются параметрами. Очевидно, что надо подобрать такую величину Ny3, чтобы функция C(Ny3) была минимальной. При этом необходимо учитывать ограничение, согласно которому: / SN„ nn r„ = 600л max 3,4641//
После того, как величина Ny3 определена, по формуле (4.4) находят (округлив результат в большую сторону до целого числа) количество ВМ, которое нужно разместить на территории пристанционного участка.
В качестве иллюстрации такого подхода рассмотрим два примера.
В разделе 2.3 на рис. 2.20(a) был показан вариант построения сети доступа для подключения 3500 абонентов с использованием ВМ. Емкость ВМ (500 АЛ) и их количество (6 шт.) были выбраны произвольным образом. Стоимость этого варианта составила 655,2 тыс. долларов. Рассмотрим этот же вариант, но емкость и количество ВМ определим с помощью вышеизложенной методики.
Воспользуемся выражением (4.14). В качестве стоимостных оценок, как и прежде, будем использовать данными известных поставщиков телекоммуникационного оборудования, которые представлены в таблице 2.3. Согласно вычислениям, площадь пристанционного участка S получилась равной 6062175 кв. м. Значение коэффициента к - 0,1.
