Сети и телекоммуникации

161

— в противоположном (деление на основной и резервный пути здесь является условным, так как они оба равноправны). Поэтому такое кольцо называется од-

нонаправленным, с переключением трактов или с закрепленным резервом. Схе-

ма прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения по основному и резервному путям в таком кольце изображена на рис. 11.12.

В случае двунаправленного кольца с двумя волокнами удвоение сигнала не производится. При нормальной работе каждый входной поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении (отсюда и название

«двунаправленное»). При возникновении отказа посредством МВВ на обоих концах отказавшего участка осуществляется переключение всего потока ин-

формации, поступавшего на этот участок, в обратном направлении. О таком кольце также говорят, что в нем осуществляется переключение секций или за-

щита с совместно используемым резервом.

Рис. 11.13. Двунаправленное кольцо в штатном режиме

Пример двунаправленного кольца приведен на рис. 11.13 и рис. 11.14. На них показаны схемы прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения при штатном режиме работы (рис. 11.13) и в аварийном ре-

жиме при отказе одного из участков кольца, перечеркнутого крестом (рис.

11.14).

Возможно также двунаправленное кольцо с четырьмя волокнами. Оно обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости, чем кольца с двумя

162

волокнами, однако затраты на его построение существенно больше, поэтому такой вариант применяется реже. Двунаправленное кольцо в большинстве слу-

чаях оказывается более экономичным, требуя меньшую пропускную способ-

ность. Это объясняется тем, что сигналы, передаваемые на различных непере-

секающихся участках такого кольца, могут использовать одни и те же емкости

(как в основном, так и в аварийном режимах работы). В то же время однона-

правленное кольцо проще в реализации. Анализ типичных ситуаций показывает,

что каждый из двух видов кольцевой структуры имеет свою область предпоч-

тительного применения.

Рис. 11.14. Двунаправленное кольцо в аварийном режиме

Однонаправленные кольца больше подходят для случаев центростреми-

тельного трафика. Это типично для сетей доступа, предназначенных для под-

163

которой установлена АОП, в случаях возникновения на сети отказов, разры-

вающих имеющиеся тракты, возможно переключение потоков с использовани-

ем резервов пропускной способности работоспособных линий (реконфигура-

ция). На рис. 11.15 показан пример фрагмента сети и схема прохождения трак-

тов на нем при нормальном режиме работы. На рис. 11.16 — тот же фрагмент

после реконфигурации, вызванной отказом линии между узлами А и В.

В сетях на основе АОП резервирование может осуществляться с исполь-

зованием различных маршрутов, число которых

конфигурации может быть централизованной или децентрализованной (рас-

пределенной). В первом случае необходим сетевой центр управления, который собирает информацию о состоянии всех элементов сети, при необходимости принимает решение о реконфигурации и рассылает соответствующие команды на переключение всем АОП. Основное преимущество централизованного мето-

да в том, что он более прост в реали-

164

возникновении отказов на сети комплекты АОП различных узлов, обмениваясь между собой сообщениями, определяют состояние сети, вырабатывают согла-

сованное решение по реконфигурации и реализуют принятое решение. Основ-

ной недостаток — гораздо большая сложность распределенных процедур, и как следствие — большие временные затраты на их выполнение.

Далее, выбор нового плана распределения потоков может осуществлять-

ся, или путѐм обращения к процедурам поиска в ответ на изменение состояния сети в реальном масштабе времени, или на основании заранее рассчитанных и хранящихся в памяти процессоров центра управления или АОП конфигураци-

онных таблиц. В первом варианте в принципе может быть проанализирована любая ситуация на сети, однако здесь следует учитывать ограничение на время принятия решения. Во втором — возникает трудность, обусловленная тем, что общее число всех возможных состояний сети весьма велико. Поэтому иметь таблицу, охватывающую все множество состояний невозможно, так как ее хра-

нение потребовало бы недостижимого на практике объема памяти, а время по-

иска в ней было бы недопустимо большим. В связи с этим приходится ограни-

чиваться некоторым подмножеством состояний сети, размер которого выбира-

ется с одной стороны, учитывая требования по отказоустойчивости, а с другой

— исходя из реальных возможностей по объему памяти и быстродействию. На-

пример, это подмножество может включать только состояния с одним отказав-

шим элементом, или все состояния с одним отказом и часть состояний с двумя и т.п.

Наконец, существуют комбинированные методы. Например, возможен подход, при котором АОП всех узлов хранит конфигурационные таблицы, ох-

ватывающие некоторое подмножество возможных состояний сети. При отказах включается распределенная процедура определения состояния сети, после вы-

полнения которой принимается решение о реконфигурации на основании имеющихся таблиц. Состояние всей сети контролируется также единым цен-

тром, который при необходимости обновляет конфигурационные таблицы и

166

Более широкие возможности предоставляет использование АОП (рис. 11.18). При этом, как видно из рисунка, могут быть организованы и логические кольца, охватывающие различные цепочки МВВ.

В целом применение смешанной структуры, использующей как коль-

цевые структуры, так и АОП, позволяет эффективно строить сети, обеспечивая тот же уровень отказоустойчивости, что и у чисто кольцевой сети, при меньшей суммарной пропускной способности всех линий. Наиболее прост и дешев вари-

ант объединения колец, когда два смежных кольца имеют только один общий узел. Однако он обладает тем недостатком, что при выходе из строя этого узла связь между кольцами прерывается. Поэтому обычно рекомендуется применять для сопряжения колец два узла. Это обеспечивает устойчивость сети по отно-

шению к одиночным отказам элементов.

В некоторых случаях требуется обеспечить возможность бесперебойной работы не только при любых одиночных отказах, но и при любом сочетании двух одновременно неработоспособных элементов в различных кольцах (по од-

ному в каждом). Для этого каждый поток, направляемый в смежное кольцо,

должен достигать обоих узлов сопряжения, а эти узлы оснащаются специаль-

ными устройствами для выбора и переключения сигналов.

Таким образом, выбор структуры сети требует детального анализа, учи-

тывающего, в частности, размеры сети, требования по надежности и живучести,

распределение нагрузки между узлами и другие факторы.

Глава 12 Системы радиосвязи

Радиолинии и системы передачи сообщений с радиоканалами

В тех случаях, когда возникают трудности прокладки проводных линий связи, используются радиолинии. Принципиальное отличие радиосистем пере-

дачи информации заключается в том, что условия распространения радиоволн в радиолинии нестационарны, т.е. подвержены непрерывным изменениям, зави-

сящим от времени и частоты. Однако передача с помощью радиоволн в некото-

рых случаях является единственным методом связи (например, связь с подвиж-

ными объектами).

В настоящее время применяются различные системы радиосвязи: радио-

релейные прямой видимости и тропосферные, спутниковые, на декаметровых волнах, ионосферные и пр.

Рис. 12.1. Структура системы радиосвязи

Для обеспечения односторонней радиосвязи (рис. 12.1) в пункте, из кото-

рого ведется передача сигналов, размещают радиопередающее устройство, со-

держащее радиопередатчик Рпер и передающую антенну Апер, а пункте, в кото-

ром ведется прием сигналов — радиоприемное устройство, содержащее при-

емную антенну Апр и радиоприемник Рпр. Антенны подключаются к приемопе-

редающему оборудованию при помощи фидерных трактов Ф. Для двухсторон-

него обмена сигналами нужно иметь два комплекта оборудования. Двухсторон-

168

няя радиосвязь может быть симплексной или дуплексной. При симплексной ра-

диосвязи передача и прием ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах в этом случае могут работать на одинаковой частоте, на эту же частоту настроены и радиоприемники. Радиопередатчик включается только на время передачи.

При дуплексной радиосвязи передача осуществляется одновременно с приемом. Для связи должны быть выделены две разные частоты для передачи в разных направлениях. Радиопередатчики и радиоприемники абонентов вклю-

чены в течение всего сеанса связи.

Радиопередающие устройства

В функциональном смысле под радиопередающим устройством понима-

ется комплекс оборудования, предназначенный для формирования и излучения радиочастотного сигнала (радиосигнала). В качестве функциональных узлов в состав радиопередатчика входят генератор несущей и модулятор. Как правило,

генератор несущей и модулятор строятся по многокаскадной схеме. Кроме то-

го, в состав радиопередающих устройств (особенно мощных) входит много другого оборудования: источники питания, средства охлаждения, автоматиче-

ского и дистанционного управления, сигнализации, защиты и блокировки и пр.

Основные показатели радиопередающих устройств условно могут быть разделены на три группы: энергетические, показатели электромагнитной со-

вместимости и качественные.

Важнейшими энергетическими показателями радиопередающего устрой-

ства являются номинальная мощность и промышленный коэффициент полезно-

го действия. Под номинальной мощностью радиопередающего устройства P

понимают среднее за период радиочастотного колебания значение энергии,

подводимой к антенне. Промышленный коэффициент полезного действия КПД представляет собой отношение номинальной мощности P к общей Pобщ, потреб-

ляемой от сети переменного тока радиопередающим устройством

Основными показателями электромагнитной совместимости являются диапазон рабочих частот, нестабильность частоты колебаний и внеполосные излучения. Диапазоном рабочих частот называют полосу частот, в которой ра-

диопередающее устройство обеспечивает работу в соответствии с требования-

ми стандарта. Под нестабильностью частоты радиопередатчика понимают от-

клонение частоты колебаний на его выходе за определенный промежуток вре-

мени относительно установленной частоты. Малая нестабильность (высокая стабильность) частоты позволяет ослабить помехи радиоприему. Внеполосными

называют такие излучения, которые расположены вне полосы, отведенной для передачи полезных сообщений. Внеполосные излучения являются источником дополнительных помех радиоприему. В случае подавления внеполосных излу-

чений качество передачи сигнала не ухудшается.

По назначению радиопередающие устройства делятся на связные, радио-

вещательные и телевизионные. По диапазону рабочих частот радиопередающие устройства подразделяются в соответствии с классификацией видов радиоволн.

В зависимости от номинальной мощности радиопередающие устройства делят-

ся на маломощные (до 100 Вт), средней мощности (от 100 до 10 000 Вт), мощ-

ные (от 10 до 500 кВт) и сверхмощные (свыше 500 кВт).

Специфика эксплуатации позволяет выделить стационарные и подвижные радиопередающие устройства (автомобильные, самолетные, носимые и т.д.).

Радиоприѐмные устройства

Радиоприѐм — это выделение сигналов из радиоизлучения. В том месте,

где ведется радиоприем, одновременно существуют радиоизлучения от множе-

ства естественных и искусственных источников. Мощность полезного радио-

сигнала составляет очень малую долю мощности общего радиоизлучения в месте радиоприема. Задача радиоприемного устройства сводится к выделению

170

полезного радиосигнала из множества других сигналов и возможных помех, а

также к воспроизведению (восстановлению) передаваемого сообщения.

Основными (в смысле универсальности) показателями радиоприемных устройств являются диапазон рабочих частот, чувствительность, избиратель-

ность и помехоустойчивость.

Диапазон рабочих частот определяется диапазоном возможных частот настройки. Другими словами, это область частот настройки, в пределах которой радиоприемное устройство может плавно или скачкообразно перестраиваться с одной частоты на другую.

Чувствительность является мерой способности радиоприемного устрой-

ства обеспечивать прием слабых радиосигналов. Количественно оценивается минимальным значением ЭДС сигнала на входе радиоприемного устройства,

при котором имеет место требуемое отношение сигнал-шум на выходе при от-

сутствии внешних помех.

Свойство радиоприемного устройства, позволяющее отличать полезный радиосигнал от радиопомехи по определенным признакам, свойственным ра-

диосигналу, называется избирательностью. Иначе, это способность радиопри-

емного устройства выделять нужный радиосигнал из спектра электромагнит-

ных колебаний в месте приема, снижая мешающие радиосигналы.

Различают пространственную и частотную избирательности. Простран-

ственная избирательность достигается за счет использования антенны, обес-

печивающей прием нужных радиосигналов с одного направления и ослабление радиосигналов с других направлений от посторонних источников. Частотная избирательность количественно характеризует способность радиоприемного устройства выделять из всех радиочастотных сигналов и радиопомех, дейст-

вующих на его входе, сигнал, соответствующий частоте настройки радиопри-

емника.

Помехоустойчивостью радиоприѐмного устройства называется его спо-

собность противодействовать мешающему действию помех. Количественно