На правах рукописи
| Вид материала | Автореферат |
- Печатная или на правах рукописи, 21.09kb.
- Удк 796/799: 378 , 770.24kb.
- На правах рукописи, 399.58kb.
- На правах рукописи, 726.26kb.
- На правах рукописи, 1025.8kb.
- На правах рукописи, 321.8kb.
- На правах рукописи, 552.92kb.
- На правах рукописи, 514.74kb.
- На правах рукописи, 670.06kb.
- На правах рукописи, 637.26kb.
1 2
На правах рукописи
КАМИНЕЦКИЙ
Илья Семенович
Повышение надежности
волоконно-оптических систем передачи
со спектральным разделением
путем организации резервирования
на основе уплотнения по длинам волн
05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2007
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.
Научный руководитель кандидат физико-математических наук, доцент
Б.К. Чернов
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
С.А. Курицын
кандидат технических наук, доцент
А.А. Муравцов
Ведущее предприятие ОАО "Интелтех"
Защита диссертации состоится « » 2007 г. в часов
на заседании диссертационного совета Д 219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруе-вича по адресу: 191186 Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан « » 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 219.004.01
доктор технических наук, профессор В.Ю. Волков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время рынок телекоммуникационных услуг является одним из наиболее гармонично и активно развивающихся секторов экономики 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-T G.692. В ней предусмотрено разделение всей рабочей области оптического волокна на L, C 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 NТТ 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 организации 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.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка методов повышения надежности магистральных WDM сетей связи, на основе использования новых схем резервирования с задействованием нескольких оптических длин волн.
Для достижения этой цели в диссертации решаются следующие задачи.
- Рассмотреть основные положения теории надежности применительно к сетям связи для определения возможных путей повышения надежности сетей связи.
- Получить аналитические выражения оценки сетевого резерва и надежности SDH сетей связи с различной топологией для проведения анализа и сравнения существующих механизмов резервирования и восстановления SDH сетей.
- Проанализировать основы построения и преимущества систем WDM (в том числе и по сравнению с системами, которые используют одну длину волны) для определения возможных путей повышения надежности сетей связи со спектральным разделением.
- Сформулировать возможные пути повышения надежности WDM сетей связи, оптимизировать кольцевые схемы резервирования SDH с учетом использования дополнительных возможностей сетей WDM.
- Сформулировать концепцию резервирования на основе П-циклов, разработать алгоритм поиска П-цикла на ячеистой топологической структуре сети связи.
- На основе реально существующего и эксплуатируемого участка сети связи проанализировать целесообразность внедрения на нем систем связи со спектральным разделением, разработать схемы резервирования в зависимости от топологической структуры сети, оценить эффективность предлагаемых решений по сравнению с существующими схемами.
Методы исследования базируются на фундаментальных принципах теории графов, дискретной математики, а также известных положениях теории построения сетей связи. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием известных, проверенных практикой методов исследования, доказанных положений фундаментальных наук, соответствием полученных теоретических результатов с практическими данными, а также с результатами исследований других авторов.
Научная новизна основных результатов работы состоит в том, что автором впервые:
- обоснована эффективность внедрения на магистральных сетях связи систем WDM с точки зрения повышения надежности сетей связи;
- выполнено обоснование оптимальности предлагаемых схем резервирования и целесообразности их использования на магистральных сетях связи при условии развертывания WDM систем;
- сформулирован алгоритм нахождения П-цикла для организации резервирования на ячеистой топологической структуре сети связи в случае применения данного метода резервирования в WDM сетях связи;
- предложена к внедрению и рассчитана схема резервирования участка реально существующей DWDM сети связи с ячеистой топологией на основе П-цикла, учитывая возможности систем связи со спектральным уплотнением.
Научные положения, выносимые на защиту.
- Результаты анализа существующих механизмов обеспечения надежности SDH сетей связи с различной топологией, позволяющие говорить о необходимости их модернизации с учетом использования нескольких оптических длин волн.
- Результаты исследования преимуществ систем WDM по сравнению системами, использующими одну длину волны, по показателям:
- эффективность использования ресурсов оптического волокна. Применение систем WDM позволяет сократить количество задействованных ОВ на 60%;
- целесообразность использования при модернизации существующих сетей связи. Проведение модернизации сетей связи путем внедрения систем WDM позволяет добиться целого ряда преимуществ, в том числе сохранить имеющиеся на сети структурные схемы обеспечения надежности и обеспечить возможность оперативной масштабируемости и простоты дальнейшего наращивания пропускной способности;
- площадь, необходимая для размещения оборудования. Использование оборудования WDM экономит порядка 60% рабочего пространства;
- энергопотребление. Применение оборудования WDM позволяет снизить потребление электроэнергии примерно на 60–80%.
- Результаты исследования преимуществ совместного использования систем WDM и SDH. В данном случае более эффективно используются емкости WDM и SDH сети, повышается их надежность, а также уменьшаются затраты и повышается их эффективность при организации каналов связи.
- Результаты оптимизации кольцевых схем резервирования SDH, с учетом их применения в сетях WDM. Оптимизированные кольцевые схемы резервирования позволяют не только организовать резервирование всего трафика, передающегося по сети связи, в том числе и «низкоприоритетного», но и обеспечить более рациональное использование пропускной способности участков сети связи, а в случае необходимости использовать только одно оптическое волокно для передачи рабочего и резервного трафика.
- Методика организации П-цикла для построения схемы резервирования на ячеистой топологической структуре сети связи. Организация резервирования ячеистой сети связи на основе П-цикла позволяет уменьшить примерно до 30% пропускную способность, необходимую для организации резервирования. При этом обеспечивается время переключения на резерв порядка 50 мс, т.е. время, сопоставимое со временем переключения в кольцевых сетях.
- Результаты расчета и сравнительного анализа предлагаемых схем резервирования, проведенные для реально существующего и эксплуатируемого участка сети связи, позволяющие оценить эффективность использования предлагаемых схем и методов.
Проведенный сравнительный анализ показал, что:
- целесообразно внедрение на сети оператора схемы аппаратного резервирования оптических блоков передачи по схеме 1:N с учетом использования перестраиваемого источника излучения в качестве резервного;
- реализация схемы резервирования OMSP 1+1, с возможностью организации передачи рабочего и резервного трафика по одному волокну является эффективным решением задачи повышения надежности линейного участка в условиях нехватки свободных оптических волокон;
- внедренные на сети связи оператора схемы кольцевого резервирования OMS-SPRing и OCh-SPRing позволили организовать эффективную схему резервирования с малым временем переключения на резерв (около 50 мс) и улучшили показатели живучести сети в случае двойных линейных повреждений (одного полного обрыва и одного частичного повреждения оптических волокон кабеля).
- Результаты расчета реально существующего участка DWDM сети с ячеистой топологией с учетом реализации схемы резервирования на основе П-цикла. Анализ результатов, полученных при реализации рекомендуемой к внедрению схемы резервирования, показал, что:
- общая надежность сети связи составит 0,9999 (возможный перерыв связи может составить 52 мин в год) при надежности элемента сети 0,999;
- сеть связи не потеряет работоспособность при одинарном повреждении защитного ребра и множественных повреждениях защищаемых ребер;
- время переключения на резерв составит порядка 50 мс, т.е. время, сопоставимое со временем переключения в кольцевых сетях;
- будет достигнуто более эффективное использование пропускной способности сети, при этом требуемая дополнительная резервная емкость составит около 42%;
- использование волновых конверторов приведет к минимизации количества задействованных оптических длин волн и организации их коммутации вне зависимости от занятости конкретной длины волны.
Практическая ценность исследования состоит в том, что проведенные исследования и предложенные методы решения поставленных задач могут быть успешно использованы при проектировании новых и модернизации существующих магистральных сетей связи. Это позволит повысить эффективность использования ресурсов сети, а также минимизировать финансовые затраты на ее построение и обслуживание.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены и используются:
- филиалом ЗАО «Компания ТрансТелеКом» в Санкт-Петербурге при:
- проведении текущего анализа функционирования магистральной цифровой сети связи;
- разработке инженерно-технических решений по модернизации участков существующей сети связи;
- проектировании новых узлов и участков сети связи;
- ЗАО «Санкт-Петербургский ТЕЛЕПОРТ»:
- в проведении текущего анализа показателей надежности сети связи;
- для подготовки решений по повышению надежности сети связи;
- в процессе определения путей развития сети связи и модернизации ее отдельных участков;
- ОАО «Интелтех»;
- на кафедре ОКРФ СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на конференциях в СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича: 58-й СНТК-2004, 57-й ЮНТК-2005.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 9 опубликованных работах, из них 2 публикации в виде материалов доклада и 7 публикаций в периодических изданиях.
Личный вклад автора в работы (в соавторстве), где изложены положения, выносимые на защиту. Результаты, изложенные в работах [7–9] и выносимые на защиту, получены лично автором диссертации.
Структура и объем исследования. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 74 наименования, и трех приложений. Работа содержит 113 страниц основного текста, 67 рисунков, 49 таблиц и 3 приложения на 13 страницах.