Разработка транспортной сети ГТС на базе системы передачи синхронной цифровой иерархии. Учебно-методическое пособие

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ)

М. М. Егунов

Разработка транспортной сети ГТС на базе системы передачи синхронной цифровой иерархии

Учебно-методическое пособие

Новосибирск

2018

УДК 621.391

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ

Рецензент:д.т.н., профессор Шувалов В. П.

Егунов М. М. Разработка транспортной сети ГТС на базе системы передачи синхронной цифровой иерархии: Учебно-методическое пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2018. – 58 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для выполнения домашнего задания, контрольной работы, курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Сети связи». В пособии излагаются принципы проектирования транспортной сети ГТС на базе оборудования SDH, структуры и способы построения сетей SDH, алгоритмы оптимизации транспортной сети кольцевой структуры и оценка структурной надежности сети.

Рекомендуется студентам, обучающимся по направлению «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», очной, заочной и ускоренной форм обучения. Для подготовки по направлению 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль – «Сети связи и системы коммутации».

Кафедра АЭС

В авторской редакции

Егунов М. М., 2018

Сибирский государственный университет Телекоммуникаций и информатики, 2018

2

2Расчет интенсивности нагрузки………………………………................... 14

2.1.Составление диаграмм распределения нагрузки……………….........14

2.2.Расчет исходящей нагрузки……………………………………...........15

2.3.Расчет нагрузки к узлу спецслужб (УСС)………………………........18

2.4.Расчет нагрузки к (от) сети NGN………………………………...……18

3Расчет транспортного ресурса ГТС……………………………………...…21

3.1.Расчет емкости пучков соединительных линий…………………....…21

3.2.Расчет числа цифровых потоков Е1……………………………….......22

5.1. Выбор типа модуля STM………………............................................. 36

5.2. Выбор типа оптического кабеля……………………………...............39

5.3.Выбор конфигурации мультиплексоров ввода/вывода……..............41

3

Введение

Современный этап развития Единой сети электросвязи России характеризуется широким внедрением оборудования цифровых технологий коммутации и передачи [1]. Этот процесс нашел отражение и в развитии городских телефонных сетей (ГТС), на которых используются синхронные и асинхронные системы коммутации, цифровые системы передачи синхронной цифровой иерархии (СП SDH), волоконно-оптические линии передачи, средства пакетной передачи.

Новые возможности цифровых систем коммутации и передачи, позволяющие создавать высокоэкономичные и надежные сети, вызывают необходимость в разработке современных методов планирования и проектирования сетей связи, в том числе и ГТС.

В данном учебно-методическом пособии излагают принципы проектирования ГТС при использовании на сети: цифровых систем коммутации с коммутацией каналов (КК), внедрении фрагментов мультисервисных сетей (МС) и сетей сотовой подвижной связи (СПСС); цифровых систем передачи синхронно-цифровой иерархии (SDH) и волоконно-оптических линий передачи. При этом рассматриваются: принципы построения ГТС; методика расчета и распределения нагрузки на городской телефонной сети; структуры транспортных сетей, реализованных на базе оборудования SDH; методы расчета емкости пучков соединительных линий; алгоритмы выбора оптимальной структуры транспортной сети города; методика оценки структурной надежности. Приведены конкретные примеры расчета.

Учебно-методическое пособие предназначено для подготовки студен-

тов по направлению 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль – «Сети связи и системы коммутации».

4

1. Разработка схемы построения ГТС

1.1. Анализ способов построения телефонных сетей общего пользования

Различают четыре основных способа построения коммутируемых телефонных сетей: “каждая с каждой”, радиальный, радиально-узловой и комбинированный [2].

По структурному принципу городские телефонные сети (ГТС) классифицируются следующим образом:

-сеть c одной оконечной станцией (ОС) (рис.1.1. а);

-сеть без узлообразования, содержащая несколько ОС, связанных по принципу “каждая с каждой” (рис.1.1. б);

-сеть с узлами входящих сообщений (сеть, содержащая несколько ОС и транзитных станций (ТС), выполняющих функции узлов входящего сообщения (УВС));

-сеть с узлами исходящего и входящего сообщений (сеть, содержащая ОС и ТС, выполняющих функции УИВС) рис.1.2. На нижеприведенных схемах (рис.1.1.б и 1.2) не показано взаимодействие ГТС с сетью подвижной связи (СПС), с узлом спецслужб (УСС) и сетью следующего поколения (NDN).

Рис. 1.1. Схемы построения ГТС:

а) с одной ОС; б) без узлообразования, содержащая несколько ОС, связанных по принципу “каждая с каждой”

При использовании цифровых АТС, в условиях применения выносных цифровых концентраторов (ЦК), сеть ГТС с одной ОС может быть экономически целесообразна при емкости сети до сотни тысяч номеров.

Структура цифровой сети ГТС без узлообразования, содержащая несколько ОС и применении ЦК, экономически целесообразна при емкости сети в несколько сотен тысяч номеров.

Сети ГТС с узлами входящих сообщений делятся на узловые районы, в каждом из которых, для концентрации нагрузки к станциям ОС узлового района, устанавливаются один или несколько УВС. Все станции ОС узлового района имеют общий стотысячный (двухсоттысячный) код.

5

Цифровые сети ГТС с УВС могут иметь емкость до нескольких миллионов номеров. Сети ГТС с узлами входящих и исходящих сообщений обычно имеют несколько десятков узловых районов.

Рис. 1.2. Схема ГТС с узлами исходящих и входящих сообщений

Основные особенности структур ГТС с цифровыми станциями, позволяющие существенно сокращать затраты на создание и техническую эксплуатацию сети ГТС, следующие:

-широкое использование выносных цифровых концентраторов;

-комбинированное использование оборудования АТС (ОС; ОС и УВС; ОС и УИВС; ОС, УСС и АМТС и т.д.);

-возможность использования двухсторонних соединительных линий (c точки зрения направления их занятия при установлении соединения);

-применение обходных направлений;

-широкое использование общеканальной системы сигнализации ОКС№7;

-предоставление абонентам значительного числа дополнительных видов обслуживания в пределах всей сети;

-создание на сети единого центра технической эксплуатации.

Связь со спецслужбами

Для приема информации от населения в экстренных случаях, а также для предоставления населению определенных услуг (справка, информация, зака-

6

зы) на ГТС должны быть организованы справочные, заказные и экстренные службы.

На ГТС могут применяться как централизованные, так и децентрализованные службы [3]. Доступ к централизованным службам от абонентов ГТС осуществляется через узел специальной связи (УСС). В зависимости от местных условий возможны:

-доступ к отдельным службам, от абонентов некоторых АТС, помимо УСС;

-организация для части АТС выхода к УСС по общему пучку соединительных линий через специальный узел исходящего сообщения (УИС-“0”) с целью экономии числа соединительных линий между УСС и от-

дельной группой АТС, расположенных близко одна от другой и на значительном расстоянии от УСС;

-выход к экстренным и справочно-информационным службам через коммутационное поле ОС или транзитной станции, например АМТС.

Выбор того или иного варианта организации доступа определяется при конкретном проектировании.

Связь с АМТС

Связь станций ГТС с АМТС, расположенных в том же или другом городе, осуществляется с использованием линий городской или внутризоновой сети. Исходящая связь от ОС к АМТС должна осуществляться по заказносоединительным линиям (ЗСЛ) либо непосредственно, либо через узел ЗСЛ (УЗСЛ) или через УИВС-Э. Входящие междугородные соединения от АМТС к ОС должны осуществляться по соединительным линиям междугородной связи (СЛМ) либо непосредственно, либо через узел УВСМ (УИВС-Э) [3].

Связь абонентов ГТС с абонентами сети подвижной связи (СПС) осуществляется через АМТС зоны нумерации.

Связь с фрагментом мультисервисной сети

В настоящее время операторы связи пришли к необходимости создания единой мультисервисной сети для транспортировки и коммутации услуг [4, 5]. При этом оператор сможет существенно повысить эффективность использования средств связи и прибыль за счет интеграции различных видов трафика и предоставления различных услуг. Мультисервисная сеть (МС) образует единую информационно-телекоммуникационную структуру, которая поддерживает все виды трафика (данные, голос, видео) и предоставляет различные услуги (традиционные и новые, базовые и дополнительные) в любой точке, в любое время, в любом наборе и объеме, с дифференцированным качеством и по ценам, удовлетворяющим различные категории пользователей. МС строится, исходя из универсальных систем передачи, универсальных сетевых технологий и протоколов, которые обеспечивают конвергенцию сетей и интеграцию услуг. Под конвергенцией подразумевается процесс объедине-

7

ния разрозненных сетей передачи данных, голоса и видео на общей технологической основе (например, объединение IP-сетей и ATM-сетей по технологии MPLS), взаимодействие сетей передачи данных с оптической сетью на базе технологии GMPLS, взаимодействие сети ТфОП с сетью пакетной коммутации на основе Softswitch или IMS.

Под интеграцией услуг понимается процесс предоставления различных услуг на основе единой универсальной технологии. При единой транспортной технологии обмен информацией внутри сети происходит путем инкапсуляции всех видов трафика (голос, данные, видео) в единый сетевой протокол, например, IP. Таким образом, общей технологической основой конвергентных (мультисервисных) сетей служат универсальные среды, передающие цифровые потоки, несущие любую мультимедийную информацию, и специальные транспортные протоколы, позволяющие осуществлять эту передачу с необходимой скоростью и заданным качеством обслуживания. Отметим, что общими тенденциями построения мультисервисных сетей в настоящее время является применение:

мультисервисных коммутаторов/маршрутизаторов, поддерживающих все современные сетевые протоколы (GMPLS, MPLS, IP, ATM, FR);

программных коммутаторов Softswitch и подсистемы IMS;

оптических линий связи;

технологии DWDM;

двухуровневой структуры построения транспортной сети: транспортный уровень и сети доступа.

Внастоящее время наибольшее распространение получила архитектура сети NGN на базе Softswitch, представленная на рис.1.3.

Архитектура сети NGN на базе Softswitch включает следующие уровни:

уровень услуг;

уровень управления обслуживанием вызова и сигнализации;

транспортный уровень;

уровень управления сетью.

Уровень услуг включает функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, которая обеспечивает:

предоставление инфокоммуникационных услуг;

управление услугами;

создание и внедрение новых услуг;

взаимодействие различных услуг.

Уровень управления обслуживанием вызова и сигнализации обеспе-

чивает:

обработку информации сигнализации;

маршрутизацию вызовов и управление потоками сообщений;

хранение и управление абонентскими данными пользователей;

взаимодействие с серверами приложений для оказания расширенного списка услуг пользователям;

8

управление медиашлюзами;

авторизацию и аутентификацию пользователей;

учет стоимости услуг.

Рис. 1.3. Архитектура сети NGN на базе Softswitch

Транспортный уровень должен обеспечивать:

коммутацию и прозрачную передачу информации пользователей;

поддержку соединений в реальном времени и соединений, нечувствительных к задержкам;

поддержку различных моделей соединений: «точка-точка», «точкамноготочие», «многоточие-многоточие», «многоточие-точка»;

гарантированный уровень производительности, надежности, доступности, защищенности и масштабируемости.

Транспортный уровень NGN включает сеть базового уровня и сеть уровня доступа.

Всостав транспортной сети базового уровня входят:

транзитные узлы (маршрутизаторы и коммутаторы);

оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети;

шлюзы, обеспечивающие подключение традиционных сетей (ТфОП, СПС, СПД) к базовой транспортной сети;

9

соединительные линии мультисервисной сети, связывающие вышеперечисленное оборудование между собой, с контроллерами сигнализации и центром управления сети. Эти линии создаются на основе цифровой первичной сети ЕСЭ.

Куровню доступа относятся:

шлюзы и оконечные узлы, в том числе транспортные (MG) и сигнальные шлюзы (SG) для подключения оборудования ОС ТфОП к сети NGN;

пакетные сети доступа;

существующие сети с коммутацией каналов, взаимодействующие с NGN;

оконечное абонентское оборудование.

Следует отметить, что шлюзы и оконечные узлы с одной стороны входят в транспортную сеть базового уровня, а, с другой стороны, являются основными устройствами уровня доступа.

Уровень управления сетью осуществляет контроль и управление:

состоянием элементов сети;

конфигурацией сети и последствиями отказов;

качеством предоставления услуг;

защитой информации;

– учетом данных за предоставляемые услуги и взаиморасчетами с клиентами. Как следует из рис.1.3. взаимодействие телефонной сети общего пользования (ТфОП) с сетью NGN осуществляется через транспортный шлюз (MG) и сигнальный шлюз (SG).При этом станции телефонной сети связываются с MG с использованием цифровых потоков Е1, а взаимодействие станций с SG осуществляется с помощью системы сигнализации ОКС№7. Указанные шлю-

зы размещаются на АМТС, где размещается и Softswitch.

Внастоящее время все большее применение находят сети NGN базе подсистемы IMS [4]. Подсистема IMS (IP Multimedia Subsystem) – это спецификация стандартной архитектуры по управлению мультимедийными сеансами для сетей NGN. Система IMS специально разработана как распределенная структура управления сеансами на основе единого протокола сигнализации – SIP, общей базы абонентских данных – HSS (Home Subscriber Server) и ядра системы управления CSCF (Call Session Control Function).

Система IMS обеспечивает управление сеансами телефонной связи с возможностью активизации мультимедийных приложений видеотелефонии, передачи мультимедийных сообщений, для организации услуг IPTV, услуг определения местонахождения абонента и его мобильности. Также IMS обеспечивает требования по качеству обслуживания для каждого из приложений, взаимодействует с ТфОП, с мобильными сетями, как с коммутацией каналов, так и с коммутацией пакетов, поддерживает различные технологии доступа (WiFi, WiMAX, GPRS, xDSL, PON, HFC, 2G, 3G, 4G ), а также гибкую систему тарификации мультимедийных сеансов.

Внастоящее время сети NGN на основе Softswitch или IMS реализуются на оборудовании отечественных и зарубежных производителей.

10