Выбор систем передачи информации на участках сети

При проектировании первичной сети связи железнодорожного транспорта  используется  оборудование волоконно-оптических систем передачи ВОСП. Волоконно-оптические системы передачи по сравнению с системами передачи по металлическим кабелям обладают рядом существенных преимуществ:

- широкой полосой пропускания, дающей возможность организовать по одному волоконно-оптическому тракту большое количество каналов;

- высокой защищенностью от электромагнитных помех;

- возможностью организации регенерационных участков большой протяженности вследствие малого километрического  затухания оптических волокон;

- экономией дефицитных материалов (меди, свинца, алюминия);

- потенциально низкой стоимостью одного канало-километра связи, организованного по оптическому кабелю.

При проектировании магистральной и дорожной первичной сети следует учитывать, что для  передачи больших объемов информации, решения задач не только организации технологической связи железнодорожного транспорта, но и информатизации прилежащих к железной дороге обширных регионов целесообразно использовать ВОСП синхронной цифровой иерархии СЦИ.

Синхронная цифровая   иерархия определяется как набор цифровых структур, стандартизованных с целью транспортирования определенных объемов информации, и реализуется как комплексный процесс переноса информации, включая функции контроля и управления.

Основными преимуществами систем передачи синхронной цифровой иерархии являются:

- транспортирование больших объемов информации с использованием минимума оборудования по сравнению с оборудованием ПЦИ;

- гибкость организации сетевых структур с ответвлениями и выделением цифровых потоков на промежуточных станциях;

- автоматическое переключение и резервирование, а также автоматизация процессов контроля и управления сетью.

Кроме того, в аппаратуру СЦИ легко встраиваются существующие системы  ПЦИ и взаимодействуют с ними, в максимальной степени обеспечивая использование уже работающей на сети аппаратуры.

 В ряде случаев на дорожной сети может  использоваться ВОСП  плезиохронной  цифровой иерархии ПЦИ.

Таким образом, применение синхронных транспортных систем не приведет к усложнению функционирования сети  благодаря их способности взаимодействовать с существующими  плезиохронными  цифровыми системами передачи.

На   рис.3   представлена  обобщенная схема  первичной сети связи железнодорожного транспорта с использованием ВОК, состоящая  из транспортного и технологического сегментов.

 Транспортный сегмент организуется на аппаратуре СЦИ уровня СТМ-16 или СТМ-4 и применяется не только для нужд ОАО  «РЖД», но и информатизации обширных регионов страны, прилежащих к железной дороге. 

Технологический сегмент базируется на аппаратуре СЦИ уровня СТМ-1  и служит для  создания сетей оперативно-технологической (ОТС), обще-технологической (ОбТС) связи и передачи данных (ПД). Как видно из рисунка, мультиплексоры ввода-вывода транспортного сегмента устанавливаются в управлениях дорог, на узловых и крупных станциях.  Мультиплексоры ввода-вывода технологического сегмента размещаются на  сети гораздо чаще. Они устанавливаются на станциях, где необходимо выделение каналов сетей ОТС, ОбТС и ПД. Резервирование каналов ОТС выполняется с применением  симметричного кабеля  с медными жилами. Для обеспечения остановочных пунктов каналами связи, необходимыми для эксплуатационной работы, используется оборудование технологии  HDSL, работающее по парам симметричного кабеля.

Характеристики  оборудования  ВОСП сетей СЦИ и ПЦИ, применяющихся на железных дорогах  России, приведены в Приложении Б.

       5 Организация резервирования каналов и трактов первичной сети связи

Комплексным свойством, характеризующим качество функционирования каналов и трактов сети связи как объекта технической эксплуатации, является их надежность.

Рис.3.

Надежность– это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования [5]. На надёжность каналов и трактов влияют, главным образом, случайные отказы техники, вызываемые физико-химическими процессами старения аппаратуры, дефектами её изготовления, а также ошибки обслуживающего персонала.

Подотказомпонимается событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Работоспособным состоянием считается такое состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют нормативной конструкторской или проектной документации.

Каналы и тракты сети связи относятся к восстанавливаемым объектам. Подвосстановлениемпонимается процесс обнаружения и устранения отказа, то есть   перевода объекта в работоспособное состояние  из неработоспособного.

Комплексным показателем надежности восстанавливаемого объекта является коэффициент готовности Кг. Коэффициент готовности Кг характеризует вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, (кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается). Коэффициент готовности Кг зависит от среднего времени наработки на отказ Тои среднего времени восстановления Тв:           Кг = То/(То + Тв). Учитывая, что То >> Тв, поэтому Кг ≈ 1.

Из приведенного выражения следует, что повышение надежности каналов и трактов путем увеличения коэффициента готовности Кг может быть достигнуто за счет увеличения времени наработки на отказ То различными способами резервирования и уменьшения времени восстановления Тв оптимизацией принимаемых при технической эксплуатации  решений.

Под резервированием понимается способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

На практике величина Кг зависит от типа кабельной линии  и ее протяженности,  вида используемой аппаратуры и способов их эксплуатации и может составлять 0,998… 0,9998. 

Как известно, аппаратура СЦИ обладает высокой надежностью, а встроенные в нее средства контроля, обслуживания и управления облегчают и ускоряют обнаружение неисправностей и переключение на резерв. Однако современные сети связи позволяют организовывать очень большое количество каналов и трактов. Поэтому отказ даже одного участка может привести к перерыву связи для нескольких сотен или тысяч пользователей, нарушению технологических процессов, угрозе безопасности перевозки пассажиров и грузов, значительным экономическим потерям. Таким образом, необходимо применять специальные меры по обеспечению отказоустойчивости сетей, предусматривать резервные емкости каналов и трактов, реализовывать алгоритмы реконфигурации сетей при отказах ее элементов.

 Целый  ряд факторов облегчает принятие указанных мер:  значительные емкости ВОЛП и относительно невысокая стоимость одного канало-километра; наличие  в аппаратуре средств контроля и  управления; деление сети на независимые функциональные слои; возможности резервирования основных блоков  мультиплексоров; применение аппаратуры оперативного переключения АОП, позволяющей по командам сетевого оператора с использованием средств сетевого управления выполнять переключения на первичной сети.  

Это дает возможность реализовывать принцип построения  самовосстанавливающихся (самозалечивающихся) сетей СЦИ, которые при выходе из строя отдельных элементов способны сохранять или автоматически восстанавливать в короткое время нарушение связи без серьезных последствий для потребителей.

Так как первичную сеть связи образует  аппаратура сетевых узлов и станций, а также линии передачи, то применяются  следующие основные методы обеспечения самовосстановления сетей СЦИ [1, 5]. 

1. Резервирование основных блоков оборудования по принципу 1+1 (один блок рабочий и один резервный) или 1:N(один блок резервный на  N рабочих; обычно N = 1,…, 16). Этот метод представляет собой аппаратурное резервирование.

2. Резервирование участков сети по схемам 1+1 или 1:1 по разнесенным трассам по принципу переключения секций или трактов. Этот метод называется также сетевым защитным механизмом MSP.

3. Организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1+1 или 1:1. Основными видами реализации данного метода являются сетевые  защитные механизмы SNCP  и MS-SPRING.

4. Организация обхода отказавшего узла, когда работоспособность сети восстанавливается за счет исключения этого узла системой управления мультиплексора и пропускания агрегатного потока по пассивному оптическому тракту.

   5. Использование аппаратуры оперативного переключения АОП, которая выполняет реконфигурацию маршрутов на участках,  прилегающих  к вышедшему из строя элементу, и соответствующее переключение потоков.

  Указанные методы могут применяться, как по отдельности, так и в комбинации.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся на железнодорожном  транспорте  методы самовосстановления сетей связи.

     Аппаратурное резервирование

 Аппаратурное защитное переключение EPS (Equipment Protection Switching) является одной из мер, направленных на повышение надежности работы сети СЦИ. В этом случае резервируются рабочие блоки оборудования (например, коммутационные матрицы, блоки для ввода- вывода цифровых потоков, линейные оптические агрегаты). Резервирование может быть организовано по принципу 1+1 (на один блок рабочий предусматривается  один резервный) или по принципу 1: N (один резервный блок закрепляется за Nрабочими блоками; в зависимости от назначения блока N= 1,…,16). Очевидно, что аппаратурное резервирование увеличивает стоимость реализации сети СЦИ, поэтому вопрос о его целесообразности должен быть решен в ходе проектирования.

  Сетевой защитный механизм MSP

Сетевой защитный механизм резервирования мультиплексорных секций MSP (Multiplexer Section Protection) соответствует Рекомендации МСЭ-Т G.841. Он может быть использован на сети или подсети  топологии «точка-точка». Для его реализации необходимо наличие резервного линейного тракта, как это показано на рис. 4. При этом сигнал STM-N одновременно передается как по основному, так и по резервному тракту. При нормальных условиях работы на приеме используется сигнал, передаваемый по основному тракту, причем производится постоянный контроль качества передачи сигналов посредством алгоритма BIP (Bit Interleaved Parity). В случае значительного ухудшения качества сигнала основного тракта на приеме выполняется аварийное переключение APS (Automаtic Protection Switching) на резервный линейный тракт, для управления которым используются байты К1 и К2 заголовка мультиплексорной секции MSOH. Очевидно, что такое переключение сопровождается перерывом связи, но согласно существующим нормам, его длительность не должна превышать 50 миллисекунд. Отметим, что при MSP защищается весь передаваемый по линейному тракту групповой сигнал.