Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Надежность магистральных сетей связи 11
1.1 Общие понятия теории надежности 11
1.2 Надежность сетей связи 14
1.3 Резервирование сети связи 15
1.3.1 Аппаратное резервирование 16
1.3.2 Сетевое резервирование 18
1.3.2.1 Линейная структура 18
1.3.2.2 Кольцевая структура 23
1.3.2.3 Сравнение кольцевых технологий резервирования соединения и пути 27
1.3.2.4 Ячеистая структура 28
1.4 Коэффициент готовности сети связи 28
1.5 Примеры реализации механизмов резервирования SDH 29
1.6 Выводы по главе 1 30
Глава 2. Технология спектрального уплотнения 32
2.1 Основы технологии 32
2.1.1 Предпосылки появления и история развития 33
2.2 Основные элементы сетей связи со спектральным уплотнением 34
2.2.1 Оптические передатчики 35
2.2.2 Мультиплексирование/демультиплексирование 37
2.2.3 Преобразователи длин волн и оптические коммутаторы 39
2.3 Преимущества систем связи со спектральным уплотнением 40
2.3.1 Использование ресурсов оптического волокна 40
2.3.2 Модернизация существующих сетей связи 41
2.3.3 Совместное использование на сети связи оборудования SDH и WDM 42
2.3.4 Сравнительный анализ сетей SDH и WDM 43
2.4 Выводы по главе 2 48
Глава 3. Повышение надежности сетей связи со спектральным уплотнением 50
3.1 Аппаратное резервирование 51
3.2 Сетевое резервирование систем со спектральным уплотнением 56
3.2.1 Линейная схема 56
3.2.2 Кольцевая схема 59
3.2.2.1 Кольцевые схемы на основе схем SDH 59
3.2.2.2 Оптимизация кольцевых схем сети WDM 63
3.2.2.3 Резервирование наложенных сетей 65
3.2.3 Ячеистая схема 67
3.2.3.1 Концепция П-циклов 67
3.2.3.2 Решение задачи коммивояжера 70
3.2.3.3 Расчет П-цикла 72
3.2.3.4 Особенности реализации П-циклов в WDM сети 81
3.3 Выводы по главе 3 82
Глава 4. Внедрение технологий резервирования WDM на существующих сетях связи 85
4.1 Сеть связи 85
4.2 Анализ структуры сети связи 86
4.3 Целесообразность внедрения систем WDM 87
4.4 Повышение надежности сети связи 89
4.4.1 Аппаратное резервирование 89
4.4.2 Резервирование линейных участков 90
4.4.3 Резервирование кольцевых участков 92
4.4.4 Резервирование ячеистых участков 93
4.4.4.1 Схема резервирования на основе П-цикла 94
4.4.4.2 Внедрение на участке сети резервирования на основе П-цикла 102
4.4.4.3 Надежность участка сети связи 104
4.5 Выводы по главе 4 106
Заключение 109
Литература
- Надежность сетей связи
- Основные элементы сетей связи со спектральным уплотнением
- Сетевое резервирование систем со спектральным уплотнением
- Целесообразность внедрения систем WDM
Введение к работе
В настоящее время рынок телекоммуникационных услуг является одним из наиболее гармонично и активно развивающихся секторов экономии России. Строительство корпоративных сетей связи коммерческих и государственных структур, повсеместное проникновение Интернет, увеличение числа пользователей сотовых сетей связи, внедрение и расширение сетей хранения данных, либерализация рынка услуг дальней связи - все это требует наличия надежных и высокоскоростных магистральных каналов связи.
До недавнего времени основной технологией построения магистральных сетей связи России являлась технология синхронной цифровой иерархии (СЦИ, SDH, Synchronous Digital Hierarchy). С течением времени пропускная способность, обеспечиваемая системами SDH, оказалась недостаточной для удовлетворения все возрастающих потребностей телекоммуникационного рынка. Для увеличения пропускной способности магистральных каналов рассматривалось несколько вариантов, самым целесообразным из которых был признан вариант внедрения новых систем передачи на основе спектрального разделения каналов (WDM, Wavelength Division Multiplexing), позволяющих передавать одновременно по одному волоконному световоду несколько каналов на различных оптических несущих. Это позволило кардинально увеличить пропускную способность, создать ее достаточный запас, обеспечить широкие возможности по дальнейшему развитию и масштабированию сети связи.
В настоящий момент наибольшее применение на магистральных сетях связи нашли системы плотного спектрального уплотнения (DWDM, Dense WDM). Для стандартизации набора оптических несущих систем DWDM с разносом 50 ГГц (около 0,4 нм) и 100 ГГц (около 0,8 нм) международный союз электросвязи (МСЭ) в октябре 1998 года выпустил рекомендацию ITU-Т G.692. В ней предусмотрено разделение всей рабочей области оптического волокна на L, С и S диапазоны. В С диапазоне при шаге 0,4 нм можно разместить до 100 каналов, что, полагая скорость передачи в пределах 2,5 - 10 Гбит/с, дает информационную емкость одного волокна 250 - 1000 Гбит/с. На Европейской конференции по оптической связи (ЕСОС), проходившей в Каннах в сентябре 2006 года, сообщалось, что японской корпорации NTT удалось достичь суммарной скорости передачи информации по одному волокну порядка 14 Тбит/с на расстояние 160 км. Для этого было использовано 140 оптических каналов по 111 Гбит/с.
Осуществляя передачу трафика на таких высоких скоростях современные магистральные сети становятся уязвимыми даже перед минимальными и кратковременными перерывами связи. Именно поэтому существует потребность в своевременной разработке и внедрении мер по повышению надежности WDM сетей связи.
Наличие дополнительной «степени свободы» - оптической длины волны в сетях WDM (в отличие от сетей, использующих одну длину волны) предоставляет возможность обеспечения высокой надежности за счет организа-
ции восстановления и резервирования на оптическом уровне. Использование отдельных оптических каналов/оптических длин волн позволяет обеспечить высокую скорость переключения и повышает эффективность работы системы резервирования. Благодаря этому появляется возможность реализовать в сетях связи значительно более эффективные схемы организации резервирования и восстановления.
Создание системы резервирования и восстановления магистральной сети неизбежно связано с дополнительными затратами. Наибольшая часть затрат приходится на систему сетевого резервирования, поскольку именно сетевой резерв имеет наибольшую стоимость по сравнению с другими элементами системы резервирования и используется только в случае повреждений на сети. Поэтому необходимо организовать такую систему резервирования, которая позволит обеспечить высокую надежность сети связи с сохранением приемлемого уровня финансовых вложений.
Все вышеизложенное подтверждает актуальность рассмотрения вопросов повышения надежности WDM сетей связи и разработки схем и методов их резервирования.
Основной целью исследования является разработка методов повышения надежности магистральных WDM сетей связи, с учетом применения новых схем резервирования с использованием нескольких оптических длин волн.
Основными задачами исследования являются:
Рассмотрение основных положений теории надежности применительно к сетям связи для определения возможных путей повышения надежности сетей связи.
Получение аналитических выражений оценки сетевого резерва и надежности SDH сетей связи с различной топологией для проведения анализа и сравнения существующих механизмов резервирования и восстановления SDH сетей.
Анализ основ построения и преимуществ систем WDM (в том числе и по сравнению с системами, использующих одну длину волны) для определения возможных путей повышения надежности сетей связи со спектральным разделением.
Формулировка возможных путей повышения надежности WDM сетей связи, оптимизация кольцевых схем резервирования SDH с учетом использования дополнительных возможностей сетей WDM.
Формулировка концепции резервирования на основе П-циклов, разработка алгоритма поиска П-цикла на ячеистой топологической структуре сети связи.
Анализ целесообразности внедрения на реально существующем и эксплуатируемом участке сети связи систем связи со спектральным разделением, разработка схемы резервирования в зависимости от топологической структуры сети, оценка эффективности предлагаемых решений по сравнению с существующими схемами.
Содержание работы
В главе 1 проводится анализ существующих в сетях SDH механизмов обеспечения надежности, в том числе представлены общие понятия теории надежности, относящиеся к исследуемым вопросам, рассмотрены вопросы аппаратного и сетевого резервирования, дано определение коэффициента готовности сети связи и методика его расчета.
В разделе 1.1 представлены общие понятия теории надежности, необходимые для определения основных показателей надежности сетей связи, рассмотренных в разделе 1.2. В разделе 1.3 рассмотрены основные типы аппаратного и сетевого резервирования, в том числе в зависимости от топологии сети связи, т.е. линейной, кольцевой и ячеистой. В разделе 1.4 рассмотрен коэффициент готовности - один из основных показателей, характеризующих надежность сети связи. Одним из основных выводов, сделанных в результате проведенного в главе 1 анализа, является вывод о том, что во всех представленных схемах не достаточно учитываются спектральные характеристики организуемых каналов связи, а также не достаточно эффективно решается вопрос организации резервирования на ячеистых сетях связи.
В главе 2 производится анализ основ построения технологии спектрального уплотнения, дана классификация систем и представлены составляющие элементы оборудования, особое внимание уделено анализу преимуществ систем связи со спектральным уплотнением.
В разделе 2.1 рассмотрены основы построения систем связи со спектральным разделением, а также приведена краткая история развития и становления технологии. Раздел 2.2 посвящен описанию и сравнению составляющих элементов систем WDM, таких как оптические передатчики, приемники, мультиплексоры/демультиплексоры, в том числе уделено внимание перестраиваемым источникам оптического излучения, являющимся одной из основных составляющих системы аппаратного резервирования блока оптических передатчиков. В разделе 2.3 проводится анализ преимуществ систем WDM, по таким показателям как использование ресурсов оптического волокна, целесообразность использования оборудования WDM при модернизации существующих сетей связи, эффективность совместного использования на сети связи оборудования SDH и WDM.
В главе 3 решается задача повышения надежности сети связи со спектральным уплотнением, предложена схема реализации аппаратного резервирования оборудования DWDM, а также схемы сетевого резервирования в зависимости от топологии сети, сформулированы основные положения концепции резервирования на основе П-циклов, разработан алгоритм поиска и расчета П-цикла для участка сети связи.
В разделе 3.3.3 рассмотрена реализация механизма резервирования на основе П-цикла на примере ячеистой структуры сети, предложен алгоритм поиска замкнутого контура, необходимого для работы П-цикла.
Надежность сетей связи
При работе сетей связи отказом будет являться перерыв в предоставлении услуги связи клиенту, т.е. перерыв связи. Такой отказ может быть как полным, когда услуга не предоставляется вообще, либо частичным, когда услуга предоставляется с пониженным качеством [4].
Одним из основных показателей, характеризующих надежность сетей связи, является количество отказов (перерывов связи), произошедших за расчетный период. При этом возникающие на сети связи перерывы разделяются на группы: - произошедшие в результате линейных отказов; - произошедшие в результате станционных отказов; - произошедшие в результате каких-либо других причин (остальные).
К линейным относятся все отказы линейно-кабельных сооружений (ЛКС), причинами которых могут являться: - несанкционированные работы в зоне охраны кабеля, - акты вандализма, - ошибки персонала при работе на ЛКС, - природные катаклизмы, - техногенные катастрофы (в том числе пожары), - другие отказы на ЛКС. К станционным относятся все отказы оборудования связи (ОС), причинами которых могут быть: - ошибки персонала при работе на ОС, - выход из строя элементов ОС, - природные катаклизмы, - техногенные катастрофы (в том числе пожары и аварии у коммунальных служб), - другие отказы ОС.
К остальным отказам относятся все отказы, не попавшие в первые две группы, такие как: - отказы электропитающих установок; - отказы климатических установок; - другие отказы, не связанные на прямую с отказами ОС или ЛКС.
Линейные и станционные отказы являются основными причинами перерывов связи, возникающих на сетях. Поэтому, для преодоления негативного влияния этих отказов на передаваемый трафик, разработан ряд мер и специальных мероприятий, которые подразделяются на два класса: восстановление и резервирование.
Восстановление (Restoration) предполагает использование существующих на момент аварии ресурсов сети и поиск в них возможных путей обхода с использованием вычислительных возможностей центральной системы управления сетью. В большинстве случаев на это требуется достаточно большое количество времени, при этом не всегда обеспечивается восстановление всех аварийных маршрутов на сети. Механизмы восстановления до сих пор не стандартизированы, но с развитием GMPLS (General Multi Protocol Label Switching) появление необходимых стандартов вполне реально. Основным преимуществом восстановления является то, что при этом более эффективно используется пропускная способность сети связи, т.к. нет необходимости обеспечивать наличие дублирующей емкости для обеспечения резервирования.
Резервирование (Protection). Резервирование является методом повышения надежности системы путем введения дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения системой заданных функций. В этом случае отказ наступает только после отказа основного элемента и всех резервных элементов системы.
Для сети связи резервирование представляет собой предварительное выделение определенного ресурса сети (сетевого резерва) в целях организации обходных каналов и маршрутов в случае возникновение отказа на сети. При этом обеспечивается наикратчайшее время перехода на резервные маршруты всех аварийных каналов, но эффективность использования пропускной способности сети недостаточно высока.
При организации резервирования любой системы, в том числе и сети связи, необходимо решать задачу нахождения такого числа резервных элементов, которое будет обеспечивать заданный уровень надежности при наименьшей стоимости. При этом эффективным считается такой вариант организации резервирования, при котором удается добиться требуемого уровня надежности с минимально возможными финансовыми затратами.
Система резервирования включает в себя аппаратное и сетевое резервирование [5]: аппаратное предназначено для резервирования оборудования узлов и линий связи; под сетевым понимается выделение части сетевого ресурса для поддержания работоспособности сети в различных ситуациях. Сетевым ресурсом сети связи называется совокупность всех каналов, трактов и линий, организуемых на сети связи.
Аппаратное резервирование представляет собой резервирование важнейших элементов сети для оперативного перехода на резервный элемент в случае выхода из строя основного. В данном случае обеспечивается защита от аппаратного отказа. Аппаратное резервирование может быть реализовано по следующим схемам: - M:N, где M N и N=l...n, M=l...m, при этом М элементов (блоков оборудования, соединительных линий и тд.) резервирует N основных элементов, переход на резервный элемент осуществляется только после отказа основного; - М+1, при этом 1 основной элемент резервируется М элементами, при нормальном, безаварийном, состоянии работают все элементы (рабочий и резервные).
Основная задача при организации аппаратного резервирования - это обеспечить высокий уровень надежности оборудования с минимальными затратами на дополнительные блоки. к sJciMi -»min, /=i где Р0 - надежность оборудования в целом, с,- - стоимость резервного блока определенного типа, Mt - количество резервных блоков каждого типа, К- количество типов блоков.
В системах SDH взаимодействие всех блоков оборудования происходит посредством электрических шин, по которым передаются данные между всеми блоками, рис 1.4. Все преобразования, переключения и коммутация передаваемых данных осуществляется на электронном уровне, т.е. на уровне электрических сигналов. Для этого принятый линейный оптический сигнал преобразуется в электрический (опто-электронное преобразование, о/э), а для передачи в линию электрический сигнал преобразуется в оптический (электронно-оптическое преобразование, э/о). Чем больше скорость линейного сигнала, тем больше должна быть пропускная способность электронных шин и электронных устройств переключения для достижения необходимого быстродействия и скорости переключения на резервные направления
Основные элементы сетей связи со спектральным уплотнением
Оптические передатчики являются одной из важнейших составляющих оптических систем передачи.
В общем случае оптические передатчики состоят из интегральных схем и оптических источников (лазерных диодов (ЛД, LD), светоизлучающих диодов (СИД, LED)) [38].
Для применения в системах WDM оптический источник излучения должен удовлетворять целому ряду условий. Он должен выдавать оптический сигнал достаточной мощности, а модуляция его выходного сигнала должна осуществляться с требуемой скоростью.
Светоизлучающие диоды в силу своих недостаточно высоких характеристик по генерируемой мощности и полосе пропускания в системах WDM не используются, поэтому основными источниками оптического излучения для систем WDM являются лазерные диоды.
В телекоммуникационных системах связи со спектральным уплотнением наибольшее распространение получили следующие типы лазерных диодов (лазеров): с резонаторами Фабри-Перо; с распределенной обратной связью (DFB, Distributed Feed Back); с распределенными брэгговскими отражателями (DBR, Distributed Bragg Reflector); с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser). В таблице 2.2 представлены некоторые характеристики оптических источников на основе СИД, DFB лазера и VCSEL.
При использовании нескольких оптических длин волн, для обеспечения резервирования каждой из них, необходимо иметь в запасе соответствующее количество оптических передатчиков, что значительно увеличивает стоимость сети связи в целом. Для уменьшения количества резервных оптических передатчиком и, соответственно, стоимости сети связи целесообразно применение оптических источников с возможностью перенастройки генерируемой частоты, а также с возможностью генерации одним источником нескольких длин волн.
В качестве перенастраиваемых источников оптического излучения используются перестраиваемые лазеры [39, 40]. При этом лазер должен выдавать достаточно мощный поток оптического излучения, иметь широкий диапазон настройки, быть компактным и надежным, характеристики генерируемого излучения должны быть постоянны в течение длительного времени и в определенном диапазоне температур [41,42,43].
В общем случае принцип действия перенастраиваемых лазеров основан на изменении свойств резонаторов. Устройства перенастройки длины волны по типу управляющего воздействия могут быть температурного, электрического или механического типа и включать в себя элементы микроэлектромеханических систем (MEMS, Micro Electro Mechanical System) [44, 45].
На сегодняшний день существует несколько основных типов перестраиваемых лазеров, основными из которых являются: DFB, DBR лазеры, VCSEL, включающие технологию MEMS, и лазеры с внешним резонатором (ECL, External Cavity Laser). В таблице 2.3. представлены их основные характеристики.
На основе данных, представленных в таблицах, можно сказать, что на настоящий момент времени наиболее перспективным и целесообразным является использование в системах WDM перенастраиваемых источников на основе DFB лазеров, что позволит обеспечить достаточно высокую выходную мощность излучения, экономию физического пространства, приемлемую цену. Применение остальных источников возможно в случаях решения определенных специфических задач в соответствии с их преимуществами. Например, использование VCSEL лазеров наиболее оправдано в системах CWDM, где не требуется перекрытие больших расстояний, но ключевыми являются требования по энергосбережению и стоимости [46, 47,48, 49, 50].
Одним из последних направлений исследований в области построения перенастраиваемых оптических источников является использование нелинейных явлений, возникающих в волокне при прохождении по нему излучения большой мощности (порядка 1 Вт). Мощный оптический сигнал вводится в оптический модуль, состоящий из нескольких секций оптического волокна со специально подобранными характеристиками. Благодаря нелинейным эффектам фазовой само- и кросс-модуляции, а также явлению четырехволново-го смешения на выходе оптического модуля получается до нескольких десятков длин волн, значения которых могут быть предварительно заданы. Одно такое устройство способно заменить целый набор отдельных оптических источников, что может найти широкое применение при разработке новых типов оборудования, а также при проведении тестирования существующего оборудования [51, 52, 53]. Цена данных устройств достаточно высока и их использование пока ограничено лабораторными установками и специальным измерительным оборудованием.
В общем случае каждый оптический передатчик в системе WDM выдает сигнал на одной из заданных частот (длин волн). Для передачи этих сигналов по оптическому волокну необходимо их мультиплексировать (объединить) в единый составной сигнал. Для этого используется оптический мультиплексор. Для выполнения обратного процесса, разделения сигналов, используется оптический демультиплексор.
Оптическое мультиплексирование и демультиплексирование основано на трех физических явлениях: дисперсии, дифракции и интерференции, при этом основным является дисперсионный элемент. В качестве такого элемента используются дифракционные решетки, фильтры, интерферометры, призмы и т.д. Эти устройства применяются как для мультиплексирования, так и демультиплексирования оптических каналов.
По принципу обработки сигналов все используемые для построения оптических мультиплексоров и демультиплексоров оптические элементы могут быть разделены на две группы: последовательного и параллельного типа [54]. При последовательной обработке выделение составляющих сигналов происходит постепенно, последовательно один за другим. При параллельной же обработке выделение всех сигналов происходит одновременно, параллельно. Недостатком последовательных устройств является внесение затухания на каждом этапе выделения сигнала, что, в результате, приводит к накоплению затухания для последнего выделяемого сигнала. Устройства последовательного типа используется при малом числе сигналов и невысоких требованиях к быстроте осуществления обработки.
Сетевое резервирование систем со спектральным уплотнением
Все, что было сказано про линейную структуру для SDH сети, справедливо и для WDM сети. Основными методами резервирования для линейной сети WDM являются схемы MSP 1+1 и MSP 1:N, при этом резервирование происходит на уровне оптических длин волн и оптических мультиплексор-ных секций (OMS, Optical Multiplex Section). В WDM сетях реализуются схемы резервирования оптической мультиплексорной секции (OMSP, Optical Multiplex Section Protection).
Использование схем MSP решает две задачи: - защита от аппаратных отказов линейных плат оборудования, аппарат ное резервирование линейных блоков; - защита от линейных отказов, повреждений оптических волокон.
Использование схем OMSP для решения задачи организации аппарат ного резервирования линейных блоков WDM оборудования было подробно рассмотрено в пункте 3.2, поэтому в этом разделе остановимся на применении данной схемы для защиты от линейных отказов.
Одно из важнейших и главных преимуществ систем WDM перед системами SDH заключается в возможности организации резервных маршрутов в том же оптическом волокне, по которому проходят основные маршруты, без использования дополнительных пар волокон. Для этого используются другая длина волны, отличающаяся от рабочей. Это позволяет снизить до минимума (1 или 2) количество используемых оптических волокон в кабеле, не зависимо от скорости передачи, количества используемых длин волн, линейных блоков и т.д.
Для организации эффективного OMSP резервирования для защиты от линейных отказов целесообразно использовать оптические волокна, разнесенные между собой в пространстве и включенные в схему 1:1. Переключение между основным и резервным волокном может быть осуществлено посредством быстродействующего устройства оптической коммутации, которое в случае неисправности перенаправит выходной оптический поток с одного оптического волокна в другое. При этом в случае нормальной безаварийной работы по резервному волокну может быть организована передача низкоприоритетного трафика. В качестве такого коммутационного элемента может быть применено устройство на основе MEMS технологии, позволяющее организовать простейшее, достаточно быстродействующее и надежное переключение.
Использование данной схемы обеспечит: - одновременное переключение и резервирование всех высокоскоростных потоков, передаваемых по оптическому волокну, что в случае SDH потребовало бы для каждого потока отдельного волокна и соответствующего количества оптических переключателей либо комплектов линейных плат; - уменьшение габаритов оборудования в целом; - снижение энергопотребления; - повышение надежности системы связи за счет отсутствия дополнительных соединений и оптических разъемов; - значительное снижение стоимости сети связи за счет уменьшения количества линейно-кабельных сооружений, их строительства и эксплуатации; - более эффективное использование линейно-кабельных сооружений связи; - возможность передачи низкоприоритетного трафика по резервному во локну при безаварийной работе. Резервная пропускная способность участка сети WDM может быть найдена: UP=UW; uv=fut, і где Up - резервная пропускная способность, Uw -рабочая пропускная способность, Ц -рабочая пропускная способность /-ого канала связи, N - количество организованных высокоскоростных каналов связи,
Число оптических волокон, необходимое для организации MSP резервирования на линейном участке SDH сети: 1 о 1Уор iyow npuNop=Now=N,N0=2Now=2N, где N0 - общее количество задействованных оптических волокон, Now - количество рабочих оптических волокон, Nop - количество резервных оптических волокон, N- число каналов связи.
Общее количество задействованных оптических волокон (N0) ограничивается характеристиками предлагаемых производителями оптических кабелей и типичное число волокон в кабеле составляет 32, что накладывает соответствующее ограничение на число возможных каналов, т.е. N0 32 и N \6. Число оптических волокон, необходимое для организации OMSP резервирования на линейном участке WDM сети: N0 =Nop=Now=l для N \, при использовании одного ОВ для работы и резервирования; Nop=N0W=l для N \, N0 - 2, при использовании одного ОВ для работы, одного ОВ для резервирования; Nop=Now=2 для N \, N0 = 4, при использовании двух ОВ для работы, двух ОВ для резервирования.
Решения при N0 = 1 и N0 = 2, когда прием и передача оптического сигнала организуются по одному волокну, используются только при значительной нехватке ресурсов оптического кабеля. Более распространенным является решение, при котором прием и передача оптического сигнала осуществляется по различным оптическим волокнам. При этом, даже при максимальном числе задействованных волокон N0 = 4 в типичном оптическом кабеле остаются свободными еще 28 волокон, при этом число оптических каналов, организованным по одной паре волокон может достигать сотен, рис. 3.4.
Стоимость организации MSP резервирования на линейном участке SDH сети cosJh с учетом использования оптических переключателей на каждый оптический канал может быть определена: cosdh = N Ссаы + с.шс N+cflher N = N(ccardsdh + Cswitch + cflber), при 4 N 32, где ccardsdh - стоимость линейной платы SDH оборудования, стіІСІІ - стоимость оптического переключателя, cflber - общая стоимость строительства и эксплуатации одного оптического волокна.
Стоимость организации OMSP резервирования на линейном участке WDM сети cowdm с учетом использования оптического переключателя может быть определена: co dm =Ccardwdm +с,си + k-cflber, при k= 1,2,4, где ccardwJm - стоимость линейной платы WDM оборудования, сШІІсН - стоимость оптического переключателя, cfiher общая стоимость прокладки и эксплуатации ВОЛС в расчете на одно волокно.
Целесообразность внедрения систем WDM
В условиях постоянного роста спроса на каналы связи, увеличения потребностей в каналах со скоростями от 155 Мбит/с и выше, расширения перечня предоставляемых услуг и, как следствие всего этого, возникновения проблемы нехватки пропускной способности сети, было принято решение о проведении модернизации сети связи на основе внедрения систем связи со спектральным уплотнением. Данное решение было принято после тщательного рассмотрения и сравнения следующих вариантов: - отказ от SNCP резервирования трактов, что позволяет высвободить до 50% емкости сети, но приводит при этом к снижению надежности и уменьшению коэффициента готовности; - проведение модернизации и установка взамен существующего нового, более мощного SDH оборудования уровня STM-64; - задействование дополнительного оборудования SDH, используя свободные емкости проложенных волоконно-оптических кабелей связи, т.е. засветка «темных» волокон; - прокладка дополнительного волоконно-оптического кабеля с большим количеством волокон и на его основе добавление оборудования SDH; - внедрение на сети оборудования DWDM на основе имеющихся линейно-кабельных сооружений и инфраструктуры.
Проведенный в главе 2 сравнительный анализ указанных вариантов ясно показал, что наиболее целесообразным из них является вариант внедрения на существующей сети связи оборудования DWDM. Все соображения, касающиеся технологии WDM и преимуществ ее использования, нашли реальное подтверждение на сети связи Компании Транстелеком, которой в достаточно короткие сроки был успешно реализован широкомасштабный проект развертывания систем DWDM на всей протяженности сети связи Компании.
В настоящее время на DWDM сети Компании организовано 5 оптических длин волн с суммарной скоростью 50 Гбит/с, при этом задействовано два оптических волокна, рис. 4.2, а. В случае же использования систем SDH для организации этих же цифровых потоков потребовалось бы задействование 10 оптических волокон, рис. 4.2, б. В дальнейшем, при реализации заявленной Компанией возможного увеличения скорости DWDM сети до 400 Гбит/с, при существующем уровне развития систем SDH, потребовалось бы до 40 оптических волокон, рис. 4.2. г, что привело бы к необходимости прокладки нового оптического кабеля. Это вызвало бы совершенно неоправдан ные финансовые затраты и не обеспечило бы полноценного решения проблемы нехватки пропускной способности. Рис. 4.2 Занятость волокон оптического кабеля: а) в случае организации 50 Гбит/с на 5 длинах волн с использованием систем WDM; б) в случае организации 50 Гбит/с с использованием систем SDH; в) в случае организации 400 Гбит/с на 40 длинах волн с использованием систем WDM; г) в случае организации 400 Гбит/с с использованием систем SDH.
Благодаря интеграции построенной DWDM сети связи с существующей сетью SDH Компании удалось добиться: - повышения пропускной способности сети связи и создания ее значительного запаса (от существующей скорости 2,5 Гбит/с до [50 Гбит/с + 2,5 Гбит/с] с возможностью расширения до [400 Гбит/с + 2,5 Гбит/с]); - задействования минимального (двух вместо 10 или более) количества ОВ в оптическом кабеле; - увеличения времени автономной работы узлов связи, при отсутствии внешнего электропитания по сравнению со схемой, использующей только оборудование SDH (в среднем до 16 часов по сравнению с 7 часами); - широких возможностей по дальнейшему развитию сети связи и ее масштабированию; - экономии места, занимаемого оборудованием связи (в среднем до ХА площади, занимаемой оборудованием в телекоммуникационном шкафу); - эффективного использования емкости DWDM и SDH сетей, за счет оптимального распределения между различными системами низкоскоростных и высокоскоростных потоков данных; - повышения общей надежности сети, за счет организации различных схем резервирования как на SDH, так и на DWDM сети; - снижения финансовых затрат, необходимых для организации каналов связи; - уменьшения затрат времени на конфигурирование сети связи, организацию новых включений на сети и обслуживание оборудования. 4.4 Повышение надежности сети связи Рис. 4.3. Схема магистральной сети связи Схема сетей SDH и DWDM представлена на рис. 4.2. Для организации каждой из сетей используется отдельная пара оптических волокон.
Для решения задачи повышения надежности указанной сети связи необходимо применение аппаратных и сетевых схем резервирования. Рассмотрим их.
Аппаратное резервирование
Одним из основных преимуществ, обеспечиваемых системами WDM для организации аппаратного резервирования и рассмотренных в главе 3, является возможность использования одного перенастраиваемого оптического источника для резервирования нескольких оптических передатчиков. Это позволит реализовать для блока оптических передатчиков схему резервирования 1 .N, при этом надежность блока передачи и его стоимость будет определяться следующими выражениями. Согласно выражений (3.11) и (3.12) надежность блока передачи РТх в случае использования одного резервного передатчика с перестраиваемым источником излучения: РТх =Р"-х-(2РТх -Р2) ІХЇ.Х Тх„ ч « Тх„ а в случае отсутствия перестраиваемого источника излучения и использования на каждый оптический передатчик отдельного резервного с фиксированной длиной волны, т.е. схемы резервировании 1+1:
Похожие диссертации на Повышение надежности волоконно-оптических систем передачи со спектральным разделением путем организации резервирования на основе уплотнения по длинам волн
