гл 2 Соколов

Н.А. СОКОЛОВ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ

ÑÅÒÈ

Монография в 4-х главах Часть 2 (глава 2)

Москва

2003

ÓÄÊ

ÁÁÊ

Н.А. СОКОЛОВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ. Монография в 4-х главах. Часть 2 (глава 2) – М.: Альварес Паблишинг, 2003, – 128 с.

ISBN

Монография Н.А. Соколова издается в 4-х главах. В этом выпуске печатается глава 2. Она посвящена транспортным сетям. Ранее эти сети назывались первичными. Термин "первичная сеть" встречается в большинстве ныне действующих официальных документах, утвержденных Администрацией связи России. Транспортные сети часто сравнивают с фундаментом, на который опирается телекоммуникационная система. На этом фундаменте создаются коммутируемые сети; их ранее именовали вторичными. Как правило, транспортные сети создавали и эксплуатировали Операторы телефонной сети. Теперь эти сети строятся также Операторами сетей кабельного телевидения, Провайдерами услуг Internet и другими эксплуатационными компаниями.

ÁÁÊ

Служенье муз не терпит суеты; Прекрасное должно быть величаво.

(А.С. Пушкин)

2. Городские и сельские транспортные сети

Любая достаточно ушедшая вперед технология неотличима от чуда.

(Артур Кларк)

2.1. Системы передачи и оборудование кроссовой коммутации

2.1.1. Простейшие экономические соотношения

Появление систем передачи в качестве самостоятельного элемента сети электросвязи можно датировать 1870 годом. В этот год в коммерческую эксплуатацию была введена аппаратура для обмена телеграфными сообщениями, которая имела в своем составе электромеханические регенераторы. Интересным фактом может считаться то обстоятельство, что упомянутая аппаратура была разработана как ЦСП с временным разделением каналов.

Очевидно, что электромеханические принципы регенерации не могли использоваться в телефонии. По этой причине дальность телефонной связи была ограничена несколькими сотнями километров. Развитие электронной промышленности позволило в 1915 году создать первую аналоговую систему передачи (АСП). Практическое применение АСП стало одним из важнейших этапов развития транспортных сетей - местных, междугородных и международных. Всему свое время, и время всякой вещи под небом (Екклесиаст, Глава 3). Наступила эра ЦСП.

Теория передачи аналоговых сигналов в цифровой форме, послужившая основной идеей для создания ЦСП, была разработана известным российским ученым Владимиром Александровичем Котельниковым [1]. Подобные работы были опубликованы американским специалистом шведского происхождения Гарри Найквистом (Harry Nyquist). В техни- ческой литературе весьма часто упоминается теорема Котель- никова-Найквиста, но редко делаются ссылки на литературу. Очень простые объяснения теоремы Котельникова-Найквис- та содержатся, например, в [2]; для тех, кто дружит с высшей математикой, я бы рекомендовал замечательную монографию Александра Александровича Харкевича "Очерки общей теории связи" [3].

4

С принципом построения ЦСП Вы можете ознакомиться, используя материалы книг и статей, которые опубликованы в отечественной научно-технической литературе. Основные технические характеристики ЦСП изложены, например, в [4, 5, 6]. Следует выделить монографии [5 и 6]; они посвящены тем ЦСП, которые относятся к семейству СЦИ. Практически только этот вид СЦИ может использоваться в современных транспортных (первичных) сетях. Поэтому ЦСП, относящиеся к плезиохронной иерархии, мы с Вами рассматривать не будем.

В этой главе монографии основное внимание уделяется вопросам построения транспортных сетей. С этой точки зрения существенны следующие аспекты применения современных ЦСП:

wвысокая пропускная способность, обеспечивающая переда- чу большого объема информации;

wвозможность построения экономичных транспортных сетей любой структуры;

wэффективная система технической эксплуатации, необходимая для поддержки заданных показателей надежности всей телекоммуникационной системы.

Êэтому можно добавить и высокие показатели качества передачи информации, если, конечно, для организации цифрового тракта используется современная среда передачи сигналов - ОВ или цифровая РРЛ.

Рисунок 2.1 Изменение стоимости канала связи с 1840 года

Во второй главе монографии [7] был приведен рисунок под номером 2.1, иллюстрирующий изменение основных характеристик систем передачи почти за двухсотлетний период. Под тем же номером ниже воспроизведен тот фрагмент рисунка, который касается стоимости канала связи. Речь идет

5

о канале тональной частоты (ТЧ). В монографии рассматриваются только цифровые системы передачи и коммутации; поэтому далее можно будет говорить не о канале ТЧ, а об ОЦК с пропускной способностью 64 кбит/с.

Величины относительной стоимости канала связи представлены в логарифмическом масштабе. Это означает, что зависимость стоимости канала связи от времени может быть аппроксимирована показательной функцией.

График, приведенный на рисунке 2.1, был опубликован в 1992 году [8]. Можно считать, что та его часть, которая по оси абсцисс лежит до 1992 года, представляет статистические данные. Ту часть графика, которая относится к следующему отрезку времени, следует рассматривать как прогностическую кривую. Естественно, что к началу XXI века характер изменения рассматриваемых стоимостных показателей стал другим. Новые разработки в области ЦСП и сред распространения сигналов в сочетании с заметным прогрессом в соответствующих отраслях промышленности обеспечили существенное снижение затрат на передачу информации.

Интересная информация приведена в [9]. Согласно приведенным в этой статье данным, относительная стоимость одного канала ЦСП с 90-х годов до 2002 года уменьшится в сто раз, а если отсчитывать с 1995 года, то в десять раз. На рисунке 2.2 эти данные представлены в виде графика. Непрерывная линия представляет пример аппроксимирующей функции. Она, как и для рисунка 2.1, построена в логарифмическом масштабе.

Рисунок 2.2 Изменение относительной стоимости одного канала ЦСП

Похоже, что мы снова имеем дело с показательной функцией, но снижение стоимости канала связи происходит существенно быстрее. Интересно, что оценки стоимости ОЦК приведены в [9] без указания на длину канала связи,

6

организуемого в ЦСП. Объяснение этого явления может быть найдено при анализе рисунка 2.2 в монографии [7]. Приведенный там график был составлен на основе данных, опубликованных в [10].

Рисунки, подобные двум приведенным выше графикам, содержатся и в других работах. В частности, в [11] показан график, также представляющий линейную функцию. Для оси "Y", как и в других публикациях, использованлогарифмический масштаб. Автор статьи [11] считает, что c 1985 по 1995 год стоимость передачи снизилась на три порядка. К сожалению, в этой работе не указан конкретный объект - ОЦК, оборудование передачи или транспортная сеть в целом. Тем не менее приведенная в [11] оценка подтверждает, что в последние годы снижение стоимости канала связи происходит значительно быстрее.

Интересна также зависимость стоимости ОЦК от емкости ЦСП. В [12] приводится такая зависимость стоимости ОЦК (Cîöê) от емкости ЦСП (Nöñï):

ãäå k1 - некая постоянная величина, называемая обычно коэффициентом пропорциональности.

Рисунок 2.3 Модель для сравнения стоимости ОЦК

Соотношение (2.1) объясняет целесообразность использования ЦСП, образующих большое число ОЦК. Предполагается, что сравнение стоимости ОЦК в различных ЦСП производится для модели, которая показана на рисунке 2.3.

7

Вариант (а) подразумевает использование каждой из "K" систем передачи собственного линейного тракта. Применение устройств мультиплексирования и демультиплексирования (мульдексов) - отличительная особенность варианта (б). Мульдекс позволяет использовать один линейный тракт для всех "K" систем передачи. Правда, этот линейный тракт обладает более высокой пропускной способностью, что отражается на его технико-экономических характеристиках (этот аспект построения транспортных сетей рассматривается в разделе 2.2).

Монография [12] была опубликована в 1977 году. Для проверки справедливости соотношения (2.1) в эпоху нового поколения ЦСП целесообразно проанализировать доступные данные по ценам на оборудование транспортных сетей. Модель, показанная на рисунке 2.3, свидетельствует, что для подобного анализа необходимо знать цены на оборудование ЦСП и линейных сооружений. Получить данные такого рода достаточно сложно, так как они относятся к коммерческой тайне.

Весьма интересный график, оценивающий изменение стоимости передачи одного бита в секунду для современных ЦСП с различной пропускной способностью, приведен в [13] на странице 103. В этой работе рассматривается диапазон скоростей передачи 622 Мбит/с - 40 Гбит/с. Для городских и сельских транспортных сетей - это наиболее интересная, с практический точки зрения, область изменения скорости передачи. Величины, приведенные на графике в [13], позволяют получить следующую приближенную зависимость стоимости передачи одного бита в секунду (Cáèò)

от скорости передачи (B):

Коэффициенты в формуле (2.2) определены "методом наименьших квадратов" [14]. Интересен тот факт, что падение стоимости передачи одного бита в секунду происходит быстрее, чем уменьшение стоимости ОЦК - формула (2.1).

Зависимость стоимости ОЦК от его длины - косвенно - можно оценить по величинам тарифов на арендуемые линии. Эти данные регулярно публикуются на одной из последних страниц журнала Public Network Europe. Эта страница отражает часть материалов, представленных на сайте www.teligen.com. В частности, в [15] опубликованы данные по стоимости арендованного канала длиной 3, 30 и 300 км. Эти величины, усредненные для ряда европейских стран, составляют примерно 180, 260 и 370 Евро за месяц.

8

Данные значения позволяют получить приближенную зависимость стоимости арендованного канала (Càð) îò åãî äëè-

íû (L):

Коэффициенты в формуле (2.3), как и ранее, определены "методом наименьших квадратов". Весьма вероятно, что столь низкое значение показателя степенной функции отражает ту интересную тенденцию в развитии современной электросвязи, которая называется "смерть расстояний" [16].

Впервые этот термин, вероятно, был введен в [17]. Автор монографии [17] установил весьма примечательный для развития электросвязи феномен. Тарифы на телекоммуникационные услуги все менее зависят от расстояния между источ- ником и приемником информации. С другой стороны, тарифы отражают капитальные затраты и эксплуатационные расходы Оператора. Следовательно, и эти величины все в меньшей степени определяются расстоянием между терминалами пользователей.

Безусловно, феномен "смерть расстояний" играет очень важную роль в дальнейшем развитии междугородной и международной связи. Тем не менее, и для местной связи эта тенденция в значительной мере определяет выбор структуры транспортных сетей и используемых телекоммуникационных технологий. Очень интересным может стать исследование феномена "смерть расстояний" для сельских транспортных сетей. Они часто создаются в регионах с большой территорией административных районов, но с низкой поверхностной плотностью размещения потенциальных абонентов Оператора.

9

2.1.2. Оборудование синхронной цифровой иерархии

Этот параграф, как следует из его названия, посвящен новому поколению систем передачи. Оборудование СЦИ уже широко используется в транспортных сетях всех российских Операторов. Его основные характеристики достаточно хорошо известны. Мы, в основном, будем рассматривать только те из них, что влияют на принципы построения транспортной сети и ее функциональные возможности. Начать это параграф - как мне показалось - лучше всего с модели, которая дает хорошее представление о парадигмах систем передачи.

В последнее время часто сравнивают технологии, и даже отдельные виды оборудования, выполняющие совершенно разные функциональные задачи. В частности, обсуждаются преимущества и недостатки телекоммуникационных сетей, построенных на базе оборудования СЦИ и ATM.

Уместно ли вообще такое сравнение? Для ответа на этот вопрос рассмотрим классификацию возможных вариантов передачи информации, представленную на рисунке 2.4 [18].

Рисунок 2.4 Возможные варианты передачи информации

Сначала, согласно [18], выделяются два режима (или метода) переноса информации - STM (синхронный) и ATM (асинхронный). Режим STM был реализован в ЦСП двух иерархий - синхронной (Synchronous Digital Hierarchy - SDH) и асинхронной (Plesiochronous Digital Hierarchy - PDH). ЦСП асинхронной иерархии часто называются плезиохронными.

Характеристиками режима ATM могут быть различные атрибуты. В частности, коммутатором ATM могут поддерживаться следующие возможности обмена информацией:

wс переменной скоростью (Variable Bit Rate - VBR);

wс постоянной скоростью (Constant Bit Rate - CBR);

wс такой скоростью следования конвертов ATM, которая, в данный момент, соответствует возможностям сети

(Available Bit Rate - ABR).

10