Для разработки математической модели, пригодной для исследования структурной надежности автоматически коммутируемой телефонной сети, приведем краткий анализ принципов построения первичной и вторичной телефонной сети ЕСЭ РФ (единая сеть электросвязи Российской Федерации).

Первичная сеть ЕСЭ представляет собой совокупность сетевых узлов, сетевых станций и линий передачи, образующих сеть типовых каналов. Структура первичной сети ЕСЭ должна в значительной степени определять эксплуатационную надежность и основные технико-экономические показатели единой автоматизированной сети связи.

Исходя из особенностей организации эксплуатационного процесса, а также из сложившейся структуры административно-технического управления первичная сеть по территориальному принципу разделяется на местные, внутризоновые и магистральную сети.

Местные первичные сети строятся на территории либо города, либо сельского района.

Внутризоновая первичная сеть строится на территории одной зоны семизначной нумерации и совпадает с административными границами области, края или республики. Она обеспечивает соединение между собой местных первичных сетей зоны.

Магистральная первичная сеть строится на территории всей страны и соединяет между собой все внутризоновые первичные сети.

В настоящее время можно отметить следующие основные структуры первичной сети связи того или иного уровня.

Полносвязная сеть (рис.1.1.(а)) - соединение узлов по принципу "каждая с каждой". В такой сети при n узлах число линий передачи равно n(n-1)/2. Из полносвязной сети может быть исключено до n-2 линий передачи без разрушения связи между узлами сети. Данная структура обладает потенциально максимальной структурной надежностью.

Древовидная сеть (рис.1.1.(б)) - между каждой парой узлов может быть только один путь. Число линий передачи в такой сети равно n-1. Частными случаями древовидной сети являются: узловая сеть (рис.1.1.(в)), звездообразная сеть (рис.1.1.(г)) и линейная сеть (рис.1.1.(б)). Данная структура сети обладает потенциально минимальной структурной надежностью.

Петлевая (рис.1.1.(д)) – шлейфовая, кольцевая сеть, в ней число рёбер равно N, и между каждыми двумя узлами имеется два пути. Такие сети обеспечивают высокую надежность.

Сетка - сетевидная сеть (рис.1.1.(е-и)), в которой каждый узел является смежным только с небольшим числом других узлов, обычно территориально близких. Сетевидные сети обладают структурной надежностью потенциально большей, чем древовидные и меньшей, чем полносвязная сеть.

В последнее время в области транспортных сетей все большее распространение приобретает технология синхронной цифровой иерархии передачи данных SDH (synchronous digital hierarchy). На основе сетей SDH возможно создание надежных цифровых сетей операторов телефонной связи. Применение SDH для построения первичных сетей различного уровня позволяет существенно сократить капитальные затраты, эксплуатационные расходы, сократить сроки монтажа и настройки оборудования.

Для того чтобы спроектировать сеть SDH, необходимо прежде всего выбрать структуру (топологию) сети. Существует базовый набор стандартных топологий. Ниже рассмотрены такие базовые топологии.

Топология "точка-точка".

Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рис.2.1.). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резер-вирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервировани-ем типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические аг-регатные выходы (каналы приёма/передачи). При отказе основного канала сеть авто-матически переходит на резервный. Благодаря своей простоте именно эта топология широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам (например, по трансокеанским подводным кабелям).

Рисунок 2.1. - топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ.

Топология "последовательная линейная цепь".

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рис.2.2., либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рис.2.3. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом". ADM - Мультиплексоры ввода-вывода.

Рисунок 2.2. - топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM.

Рисунок 2.3. - топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

Топология "звезда".

В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удалённым узлам (рис.2.4.). DXC – коммутатор, позволяет связывать различные пользовательские каналы путём путём организации постоянных или временных (полупостянных)

Рисунок 2.4. - топология "звезда" c мультиплексором в качестве концентратора.

Топология "кольцо".

Эта топология широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Кольцевые сети могут обеспечить высокую надежность и экономичность построения первичной сети. Основное преимущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Существуют два варианта построения сети кольцевой топологии: однонаправленное и двунаправленное кольцо.

При первом варианте каждый входящий в сеть цифровой поток направляется вокруг кольца в обоих направлениях, а в пункте приема осуществляется выбор лучшего сигнала. Для построения кольца используются два волокна. Передача по основному пути происходит в одном направлении (например, по часовой стрелке), а по резервному – в противоположном. Следует отметить, что деление на основной и резервный здесь является условным, т.к. оба пути равноправны. Поэтому, такое кольцо, называется однонаправленным с переключением трактов или с закрепленным резервом (рис.2.5.(а)).

Рисунок 2.5.(а) - топология "однонаправленное кольцо".

В двунаправленном кольце при нормальной работе, если используется два волокна, каждый входящий поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении (отсюда и название «двунаправленное»).

При возникновении отказа, с помощью мультиплексора SMUX на обоих концах отказавшего участка, осуществляется переключение всего потока информации, поступающего на этот участок, в обратном направлении. В таком кольце осуществляется переключение секций сети SDH или защита с совместно-используемым резервом (рис.2.5.(б)).

Рисунок 2.5.(б) - топология "двунаправленное кольцо".

Выбор той или иной структуры первичной сети определяется прежде всего экономическими требованиями к надежности и живучести сети связи.

Сеть связи, построенная на базе каналов первичной сети ЕАСС, называется вторичной сетью. Наиболее разветвленной вторичной сетью связи является общегосударственная автоматически коммутируемая телефонная сеть (ОАКТС), которая образуется как совокупность автоматических телефонных станций (АТС), междугородних АТС (АМТС), узлов автоматической коммутации различного назначения, абонентских аппаратов и линий, а так же каналов тональной частоты, полученных из первичной сети.

Различают четыре способа построения коммутационных телефонных сетей:

- соединений станций “каждая с каждой”;

- радиальный;

- радиально-узловой;

- комбинированный.

На рис. 3. представлены способы построения коммутируемых телефонных сетей (а-г) соответственно.

а) б)

в)

г)

С точки зрения распределения нагрузки по направлениям можно выделить сети без обходных направлений и с обходными направлениями.

В сетях без обходных направлений связь между каждой парой станций или узлов коммутации осуществляется по одному допустимому пути. В сетях с обходными направлениями для связи каждой пары станций или узлов допускается использование нескольких путей.

Применение радиального способа построения позволяет повысить эффективность использования каналов пучков соединительных линий. Но при этом увеличивается протяженность каналов и снижается структурная надежность сети.

Применение способа "каждая с каждой" позволяет повысить структурную надежность сети за счет введения обходных направлений, но при этом в некоторых случаях снижается использование каналов вторичной телефонной сети. Поэтому для построения телефонных сетей используются комбинированные методы способы построения, при возможности с использованием обходных направлений.

При выборе способа построения телефонной сети кроме экономических показателей и структурной надежности необходимо учитывать и другие условия. К ним можно отнести: число коммутационных участков; время установления соединения; качество обслуживания вызовов.

##### НАЗАД