Підвищення ефективності оптичних транспортних систем

Логічні канали зі стабільною швидкістю передавання є необхідним інструментом для трансляції мультимедійних потоків - файлів потокового відео/аудіо, відео на замовлення, потоків відео конференцій, швидкісної телеметрії-керування тощо.

Пакети ж, у більшості випадків, є інтегральною складовою інформаційного потоку. Маршрутизація пакетів, на відміну від маршрутизації потоків пакетів, є притаманна для застосувань, які оперують трафіком за протоколами HTTP, FTP, SMTP. Об'єми інформації в цьому випадку не є настільки великими, оскільки вказані протоколи були покликані їх зменшити ще на самих початках становлення перших пакетних мереж. Проте, у сучасному телекомунікаційному світі співіснування великих та малих об'ємів інформації неминуче призводить до конфлікту ідеологій мережних технологій навіть на рівні транспортної платформи.

Вираз для відносної якості сервісу має наступний вигляд:

.

Тут - коефіцієнти пакетних та потокових сервісів транспортної мережі відповідно. В загальному ж випадку отримаємо (-коефіцієнт апаратної адаптації):

.

Таким чином, збільшення затримок маршрутизації та зменшення якості сервісу відбувається більше за рахунок складової пакетних сервісів мережі, причому випадок біорієнтованості є найгіршим, оскільки Для максимізації Q в біорієнтованій мережі необхідно в першу чергу забезпечити наступне:

. (15)

Диференціюючи вираз (15) додатково визначаємо, що динамічний ефект від скорочення кількості вузлів мережі буде у 2 рази вищий, ніж від скорочення кількості пакетних сервісів.

Оптимізація розподілу потоків може виконуватися для вирівнювання навантаження на комутаційні вузли, з'єднувальні ланки та для зменшення затримок при маршрутизації. Доведено, що затримки в магістральній мережі при динамічній маршрутизації потоків користувачів залежать від структури потоків оптичної мережі. Запропоновано метод зменшення таких затримок, та, таким чином, підвищення якості сервісу в магістральній транспортній мережі.

Значної переваги за затримками (на порядок) можна досягти за рахунок інтегруючого поліморфізму “потік-сукупність пакетів” і включення гнучких механізмів маршрутизації потоків, в яких окремі пакети не мають затримок. Якщо ж маємо мережу з обома типами сервісів, то необхідність співіснування обох технологій приводить до покращення якості потокового сервісу тільки коли відмовляємося від протилежного - пакетного, за рахунок негнучкості коефіцієнта адаптації . У випадку, коли примусово співіснують різнотипні сервіси без адаптації механізмів маршрутизації в сервісно-неорієнтованій мережі - мінімальну якість сервісів отримуємо, коли кількість потокових сервісів кількісно дорівнює кількості пакетних. Показано, що при концепції АТМ вигідно перейти на маршрутизацію потоків вже при 20-30% потокових застосувань, особливо в невеликій магістральній мережі. Виграш порівняно з системою, де співіснують обидві технології комунікаційних сервісів значно збільшується зі збільшенням частини потоків. Звичайно, пакети надають будь-якій системі більшої гнучкості. Проте, не можна забувати, що вони є складовими частинами потоку, тому потокова архітектура все ж забезпечить загальне зменшення затримки маршрутизації, навіть за умови високої динаміки маршрутизації в мережі з достатньою кількістю ресурсів пропускної здатності.

В дисертації проаналізовано вплив природи потоків на якісні властивості транспортної мережі з комутацією пакетів, сформовано топологічно-узгоджений критерій маршрутизації в мережних структурах за мінімальною затримкою пакетів.

Оптимізація завантаження мережної структури за критерієм мінімальної затримки виконується, якщо вважати ймовірне апріорне завантаження мережі топологічно залежним і пропорційним елементам матриці спряження c, піднесеної до степеня N-1 - елементам поля топології графа. Для випадку мережі з двох вузлів можна записати наступне цільове функціональне співвідношення:

. (16)

Критерій мінімального часу доставки пакета (мінімізації часу затримки):

.

Тут - коефіцієнт нелінійної редукції топологічної мережної структури за ємністю каналів:

.

Реальні мережі можуть бути побудовані з використанням як однотипного, так і різноманітного обладнання. Якщо його можливості приблизно однакові, можна прийняти, що

Мінімізацію часу затримки, тобто , а в граничному випадку в оптимально завантаженій мережній структурі можна записати як умову мінімізації (16). Враховуючи уведені позначення, ця умова набуде вигляду:

,

або

Імплікуючи індекси вагових коефіцієнтів матриці спряження відносно величин потоків міжвузлових ланок у граничному випадку , отримуємо степеневе функціональне рівняння:

. (17)

Розв'язавши рівняння (17) формуємо критерій маршрутизації:

, (18)

де -частка потоку між вузлами i та j, що проходить у ланці між вузлами k та l, та обчислюється на кожному вузлі шляхом аналізу кількості заголовків пакетів.

Для змінних повинна виконуватися умова збереження потоку в мережі:

Таким чином, при маршрут прокладається там, де існує мінімальна завантаженість буферів, тобто для мінімального значення , або інакше при (одиниця часу обробки).

У випадку централізованої маршрутизації й максимально можливій активності запитів на маршрутизацію задача (18) ускладнюється лише в разів (що практично неможливо в окремий момент часу), чого не можна сказати про алгоритми маршрутизації, які використовують глибоку рекурсію та чисельні наближення, зокрема субградієнтні методи.

Аналогічно до (18) сформульована цільова функція для широкомовної оптичної мережі

З вищесказаного можна дійти висновку, що якщо мережна структура представлена і описана набором ланок через моделі M/M/1/N, при , то спрощується загальний аналіз мережі, а топологічна завантаженість графа ефективно інтегрується в аналіз потоків у зв'язку з застосуванням редукції математичної моделі мережної структури у (17) після отримання індукованого відображення на основі матриці спряження, яке застосоване в (16).

Для проведення необхідних розрахунків та визначення маршрутів необхідно призначити спеціальний вузол, який доцільно розмістити в центрі керування транспортною мережею.

Звичайно, за умови топологічно-узгодженої маршрутизації, прокладання нового маршруту через периферійні розвантажені вузли є пріоритетним, але викличе затримку маршрутизації. Проте, концепція роботи передбачає обґрунтування необхідності застосування потокових технологій, для яких стійкість з'єднання після його установлення та затримки під час передавання є більш критичними.

У п'ятому розділі роботи - “Топологічні властивості та оптимізація надійності транспортних мережних структур” - на основі розроблених моделей та адаптованого математичного апарату розглядаються аспекти мережної надійності та живучості. Проводиться аналіз існуючих методик визначення надійності. В розділі запропоновано методику розрахунку величин потоків у транспортній мережі та оптимізації її надійнісних показників на основі властивостей обраної топології.

Аналізуються методи оптимізації надійності. Розглядається топологічний аналіз транспортних мережних структур у ракурсі надійності мережної структури.

В умовах передавання величезних об'ємів життєво необхідної інформації втрата потоків у пошкоджених (за умови недостатньої живучості системи) та відмовних ланках (за умови недостатньої надійності чи резервування) є неприпустимим з кількох причин:

1) економічна катастрофічність наслідків (штрафні санкції, недоотримання великих сум прибутків);

2) в умовах відсутності адаптивних механізмів при динамічній маршрутизації - різке перевантаження мережної структури, що в подальшому може ускладнити відновлення працездатності структури;

3) розміри капіталовкладень на етапах первинної розбудови дозволяють спроектувати інфокомунікаційну мережу правильно, тому відмови негативно впливають на імідж та авторитет телекомунікаційної компанії та її транспортного підрозділу.

Порівняльний аналіз існуючих методів аналізу, забезпечення необхідного рівня живучості і надійності разом із пропозиціями нових матрично-аналітичних топологічних методів оптимізації доповнюють загальну сукупність кола питань ефективного проектування оптичних транспортних телекомунікаційних мереж.

Методики оптимізації потоків у мережних структурах не завжди можуть гарантувати можливість отримання задовільного результату при заданій топології мережі, оскільки вона проектується задовго до початку експлуатації. Передбачити всі майбутні аспекти поведінки утвореної на основі обраної топології мережної структури складно. В роботі розглянуто оптимізацію транспортної структури за рівномірністю розподілу потоків ще на етапі вибору топології. При цьому враховується надійність проектованої мережі.

Існує кілька методик оптимізації розподілу потоків та завантаженості за критерієм максимальної рівномірності. Запропоновані в роботі методики будуються на низхідній формалізації структури, коли за сукупними властивостями елементів структури та властивостями їхньої поведінки можемо перейти до властивостей окремих елементів чи потоків в усій мережній системі за допомогою можливості декомпозиції та рекомпозиції об'єкта дослідження, що заданий матрицею. Подібною є ситуація з оптимізацією надійності.

Якщо вважати елементи матриці суміжності мережі елементами простору всіх можливих зв'язків, то можна отримати відображення всіх станів під час еволюції матриці, що є еквівалентним розвитку потоків реальної структури. Отримання відображення - поля топології - на початкову матрицю забезпечується адитивно-мультиплікативними операціями з ортогональним вибором індексів її елементів, чому достатньою мірою відповідає піднесення матриці до степеня меншого на одиницю за її розмір в елементах. Величини елементів проекції, нормованих до максимального, було названо апріорною топологічною структурною завантаженістю.

На основі визначених закономірностей поведінки структурної завантаженості описано пропоновані методики оптимізації.

Для оцінки відповідності оптимізованої структури критерію оптимізації визначимо диференціальну функцію проекції k-ї ітерації процесу оптимізації. Ця функція у загальному випадку буде мати наступний вид:

, де ,

- елемент структурної завантаженості матриці після еволюції, де N - розмір матриці, яка має елементів.

Якщо рішення приймається згідно з завантаженістю вузлів (базисне рішення за головною діагоналлю), то диференціальна функція запишеться як:

, де .

Структура алгоритмів оптимізації:

а) за критерієм максимальної апріорної рівномірності розподілу потоків - мають виконуватися умови при . Причому цикли оптимізації передбачають, що, , а критерій зупинки алгоритму можна подати так:

,

де - середнє, а - поточне значення диференціальної функції структури.

Можна зауважити, що коли апріорі передбачається рівномірний розподіл потоків, то як основна топологія обирається кільцева;

б) оптимізація (максимізація) структурної надійності мережі за топологією - мають виконуватися умови при , - проводиться дублювання з розширенням сімей солярів - однорідних за значеннями поля топології ділянок (а отже їх меж та збільшення диференціальної функції) з максимальними значеннями. Причому цикли оптимізації передбачають, що, , а критерій зупинки алгоритму можна представити так:

.

Дублювання мережних ланок проводиться в областях, де важливість зв'язків внаслідок початкового проектування та розбудови структури відносно підкреслюється за структурною завантаженістю на фоні інших міжвузлових ланок.

Отже, отримано критерії мінімізації функціонала наступного виду:

.

У роботі подано як загальні блок-схеми алгоритмів для оптимізації топологій структур, так і лістинги кодів їх програмної реалізації.

Для того, щоб оцінити зміни картини структурних завантаженостей під час розвитку реальної мережі, наприклад, корпоративної транспортної мережі компанії ЗАТ СП “Український Мобільний Зв'язок” (UMC), - в роботі було описано у вигляді комплексної матриці суміжності структуру транспортної мережі згаданої компанії та застосовано відповідні еволюційні перетворення.

Можна зазначити, що розвиток мережі здійснюється трьома стадіями: базова опорна мережа, розбудова DWDM 1-ї стадії і фіналізація транспортної структури - DWDM 2-ї стадії. Можна відзначити, що інженери цієї компанії вибрали хорошу стратегію розвитку транспортної мережі. Завантаженості периферійних вузлів концентруються в центрах комутації і в загальному розподіл завантаженості є рівномірним. Помітно, що забезпечується трикратне резервування більшості транспортних кілець.

Також проаналізовано структуру Первинної Транспортної Мережі ВАТ “Укртелеком”.

а)б)

Рис.5. Аналіз первинної транспортної мережі ВАТ “Укртелеком”

Оптимізація за критерієм є актуальною на локальному рівні внаслідок продукування відносно економних деревовидних та зіркоподібних дублюючих зв'язків.

Ці висновки можуть використовуватися як експрес верифікація і демонстрація запропонованої методики оцінки потоково-надійнісного розвитку.

За допомогою розробленого методу аналізу структурно-топологічних властивостей мережі запропоновано визначати слабкі місця транспортної мережі, що є критичними для структури в цілому та несуть найбільшу апріорну топологічну структурну завантаженість інформаційними потоками. Такі ділянки є пріоритетними для дублювання та підвищення надійності установленого обладнання. З'явилася можливість за допомогою простих та ефективних матричних методів проаналізувати виграш за структурною надійністю при модифікаціях топології мережних структур, а також розрахувати потреби у забезпеченні транспортними потоками.

Проводиться порівняльний аналіз ефективності застосування існуючих та запропонованих методів - матричні методи з урахуванням властивостей топології за рахунок практичної відсутності умовних операторів, які у випадку алгоритмічної реалізації могли б призвести до глибокої рекурсії та можливостей уведення різноманітних алгоритмічних оптимізацій, забезпечують підвищення швидкодії розрахунків у 20-25 разів порівняно з існуючими методами розрахунку потоково-надійнісних параметрів мережних структур.

Виграш за структурною надійністю розраховується згідно з еквівалентними графами мережних транспортних систем. Враховуючи значення поля топології графа, які пропорційні кількості доступних варіантів потоків, а також розмір графа - можемо оцінити та розрахувати виграші для кожного ребра графу з достатньо високою точністю. В ході розрахунків була отримана похибка близько 6% порівняно з кореляційним методом та методом об'єднання простих ланок, окрім того з інженерною точністю побудована матриця потоків типової міської транспортної мережі, як вхідні параметри використано матрицю суміжності - розрахунки проводились за запропонованим матричним топологічним методом.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі проаналізовано та досліджено оптичні транспортні інформаційні мережі на фізичному, канальному та мережному рівнях згідно з еталонною моделлю Взаємодії Відкритих Систем OSI. Результатом роботи стало вирішення важливої науково-прикладної проблеми підвищення ефективності оптичних транспортних систем за допомогою застосування нового підходу до їх розвитку та проектування, що включає: концептуальні методики технічного та техніко-економічного розвитку оптичної транспортної системи, методики мережного аналізу з урахуванням топологічних властивостей мережі, алгоритми оптимізації топології транспортної оптичної мережі для забезпечення апріорі рівномірного розподілу потоків та підвищення структурної надійності транспортної мережної структури, алгоритми топологічно-узгодженої маршрутизації за критерієм мінімальної затримки інформації, методики оптимізації пропускної здатності - конфігурації обладнання оптичного тракту, методи підвищення пропускної здатності на основі компенсації поляризаційно-модової дисперсії.

Основні результати роботи полягають у наступному:

1. Проведено аналіз проблем планування, розбудови та впровадження оптичних транспортних мереж на магістральному рівні. Запропоновано концептуальні основи розвитку ефективних за технічними та економічними показниками транспортних оптичних систем. В результаті аналізу розвитку транспортних оптичних систем створено модель, яка враховує макроекономічні особливості їх проектування та дозволяє проводити ефективну інвестиційну політику за будь-якого технологічного сценарію.

2. Вперше проведено комплексний аналіз оптичного тракту xWDM транспортної оптичної системи з метою виявлення можливості підвищення пропускної здатності, для цього розроблено математичні моделі впливів компонентів оптичного тракту на якість передавання інформації в системі. Удосконалено методику розрахунку граничної пропускної здатності оптичного тракту. Враховано всі значущі нелінійні ефекти, активні та пасивні оптичні компоненти. Здійснено та апробовано програмну реалізацію розробленої методики, що застосовувалася для оптимізації параметрів обладнання та його конфігурації на транспортній мережі України для підвищення якості передавання інформації та пропускної здатності в оптичному каналі.

3. Отримав розвиток математичний апарат для опису та методи компенсації дисперсії в оптичних волокнах, зокрема, поляризаційно-модової. Проведено опис та моделювання поляризаційно-модової дисперсії оптичних волокон багатоканальних трактів оптичних систем передавання інформації. Запропоновано новий спосіб компенсації поляризаційно-модової дисперсії на основі використання електрооптичного модулятора. Новизна даного способу підтверджена Патентом України на корисну модель (Патент України №22348 від 25.04.2007 “Спосіб компенсації поляризаційно-модової дисперсії в системах передачі інформації зі спектральним ущільненням каналів”[18]).

4. Вперше розроблено систему для компенсації поляризаційно-модової дисперсії високошвидкісного оптичного транспортного тракту. Система була промодельована із застосуванням вдосконаленого математичного апарату (Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір України U2007 05999). За результатами моделювання було отримано ефективність компенсації дисперсії в межах від 1,7 до 5 разів, у залежності від температурно-механічних зовнішніх впливів на волокно оптичного тракту. Ця система компенсації забезпечує квадратичне підвищення пропускної здатності оптичних транспортних систем.

5. Вперше для опису топологічних властивостей транспортних мережних структур удосконалено і застосовано математичний апарат на основі теорії графів. Внаслідок цього уведено поняття структурних топологічних параметрів транспортної мережі - “поля топології графа” та “диференціальної функції поля топології графа”. На основі уведених понять розвинені методи мережного аналізу, що дозволило створити алгоритми, які враховують властивості топології транспортної мережі та використовують нові критерії для оптимізації топології транспортної мережної системи.

6. Запропоновано використання топологічно-орієнтованої узгодженої багатокритерійної оптимізації конфігурацій транспортних мережних структур та потоків у них, зокрема синтезовано алгоритм маршрутизації, який дозволив підвищити на 30-40% ймовірність установлення маршруту та інформаційного потоку при критичних значеннях завантаженостей мережної структури. Моделювання та натурне випробування побудованих алгоритмів на мережі передавання даних підтверджує їхню ефективність. На основі запропонованих алгоритмів реалізовано описані в роботі методи управління конфігурацією транспортних магістральних інформаційних потоків.

7. Удосконалена модель функціонування транспортної мережі для різних, в тому числі перевантажених, режимів роботи на основі класичних методів теорії графів, що дозволило створити відкриту програмну платформу для моделювання та удосконалення властивостей телекомунікаційних мереж та, зокрема, інформаційних потоків в умовах, наближених до реальних.

8. Запропоновано нові методи та підходи для розрахунку та оптимізації структурної надійності транспортних телекомунікаційних систем на основі урахування топологічних властивостей; досліджено можливості оптимізації та оцінки розвитку існуючих структурних рішень магістральних транспортних мереж за допомогою спрощених графічно-координатних методів аналізу граф-моделей. Використано діаметрально протилежний до загально прийнятого - низхідний підхід до формалізації, коли за глобальною сукупністю властивостей визначаються конфігурації та стани окремих елементів, які можуть бути результатами декомпозиції об'єкта оптимізації. Запропоновані методи успішно застосовано при реорганізації міської транспортної мережі м.Львова, що підтвердило їхню адекватність та ефективність.

9. У результаті теоретичних та практичних досліджень було вирішено актуальну науково-прикладну проблему розвитку національної транспортної мережної інфраструктури, що дозволяє впроваджувати ефективні, економічно та технічно виправдані рішення. Результати дисертаційних досліджень можуть бути основою для розробки нових високотехнологічних поколінь транспортних оптичних систем.

ОСНОВНІ РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Захарченко М.В., Климаш М.М. Методи та засоби підвищення ефективності оптичних транспортних систем. - Львів: Вид. УАД, 2007. - 186 с.

2. Климаш М.М., Чернихівський Є.М., Олексін М.І. Поляризаційно-модова дисперсія оптичних волокон транспортних мереж. - Львів: Вид. УАД, 2007. - 198 с.

3. Климаш М.М., Ящишин Є.М. Радіомережі коміркового зв'язку: Навчальний посіб. - Львів: Вид. УАД, 2005. - 352 с.

4. Климаш М.М. Технології транспортних оптичних мереж на основі використання потоків STM-16 та STM-64 // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - К., 2001. - Вип.13. - С. 190-195.

5. Климаш М.М., Олексін М.І., Демидов І.В. DWDM-технологія та якісний аналіз функціонування транспортних оптичних систем // Зв'язок. - 2006. -№7. - С.9-14.

6. Климаш М.М., Чернихівський Є.М., Олексін М.І. Дослідження структури оптичних лінійних трактів магістральних телекомунікаційних мереж // Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2003. - №470. -- С.179-187.

7. Климаш М.М., Романчук В.І. Розрахунок навантаження цифрових лінійних трактів транспортних телекомунікаційних мереж // Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2003. - №477. - С.117-122.

8. Климаш М.М., Демидов І.В. Матричний метод оптимізації топологій мережевих структур // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. - Львів: Українська Академія Друкарства, 2006. - №16. - С. 211-220.

9. Андрущак А.С., Климаш М.М. Вказівні поверхні індукованих оптичних ефектів для двовісних кристалів // Український фізичний журнал. - 2003. - Т. 48, № 10. - С.1104-1109.

10. Клымаш М.Н., Стрихалюк Б.М., Бурачок Р.А. Исследование и расчет времени задержки в АТМ-сетях // Праці УНДІРТ. - Одеса, 2003, - №4 (32). - С.53-56.

11. Клымаш М.Н., Чернихивский Е.М., Костюк И.В. Исследование влияния поляризационной модовой дисперсии на пропускную способность оптических волокон телекоммуникационных сетей // Праці УНДІРТ. - Одеса, 2003, - №4 (32). - С.57-60.

12. Климаш М.М. Матричний метод аналізу та оптимізації топологій транспортних мережевих структур // Зв'язок. - 2007. - №3. - С.10 - 14.

13. Климаш М.М., Демидов І.В., Андрухів Т.В. Керування структурою потоків оптичної транспорної мережі за топологічними критеріями // Зв'язок. -2007. - №1. - С.10 - 12.

14. Климаш М., Корнійчук В. Розрахунок параметрів передачі та перехідних завад у WDM-мережах // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - К., 2004. - Вип. 22. - С.110-115.

15. Климаш М.М., Бурачок Р.А. Дослідження показників якості надання послуг в інфокомунікаційних мережах // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - К., 2004. - Вип. 24.- С. 149-154.

16. Климаш М.М., Бурачок Р.А., Мельник Д. С., Коваль Б. В. Визначення структурної надійності SDH мережі класичними методами // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - К., 2004. - Вип. 26.- С. 111-116.

17. Климаш М.Н., Демидов И.В. Анализ и исследование эффективности совмещения потоковых и пакетных технологий в транспортных сетях // Радиотехника. - 2007. - Вып. 148.- С.107 - 111.

18. Пат. U200611124 Україна, МПК (2006) G02F 1/01. Спосіб компенсації поляризаційно-модової дисперсії в системах передачі інформації зі спектральним ущільненням каналів: Патент України М.М. Климаш, М.І. Олексін, Є.М. Чернихівський (Україна); Національний університет “Львівська політехніка”.- № 22348; Заявл. 23.10.2006; Опубл. 25.04.2007, Бюл. № 5, 2007.- 2 с.

19. Климаш М.М., Бенбіхі І. Розрахунок пропускної здатності та проектування транспортних SDH мереж // Технічні науки. Вісник Хмельницького Національного університету. - Хмельницький, 2007. - Т. 2(90), № 2. - С. 176-179.

20. Климаш М.Н., Чернихивский Е.М. Расчет пропускной способности одномодовых оптических волокон и применение DWDM технологии на транспортных сетях // Радіоелектроніка, інформатика, управління. - 2002. - №1. - С. 26-28.

21. Климаш М.М, Романчук В.І., Стрихалюк Б.М. Дослідження методів резервування потоків в SDH-мережах // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - К., 2004. - Вип. 26. - С. 89-91.

22. Климаш М.М., Бурачок Р.А. Модель структурної надійності магістральної SDH мережі // Технічні науки. Вісник Хмельницького Національного університету. - Хмельницький, 2007. - Т. 2(90), № 2. - С. 196-203.

23. Климаш М.М., Чернихівський Є.М. Синхронна цифрова мережа західної ділянки енергосистеми України // Вісник ДУ “ЛП” “Радіоелектроніка та телекомунікації”. - Львів, 2000.- № 387. -- С. 240-245.

24. Климаш М.М., Чернихівський Є.М., Шийка Я.В. Моделювання поляризаційних характеристик оптичних волокон за допомогою матриць Мюллера і Джонса // Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2004. - №508. - С.165-168.

25. Климаш М.М., Бурачок Р.А. Дослідження та моделювання впливу структурної надійності телекомунікаційної мережі на показник якості послуг реального часу // Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2005. - №534. - с.78-83.

26. Климаш М.М., Гец Л.С., Андрухів Т.В. Дослідження та оптимізація потоків міських транспортних SDH-мереж з резервуванням // Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник НУ “Львівська політехніка”. - Львів, 2005. - №534. - С.87-92.

27. Климаш М.М. Оптичні транспортні технології SDH і DWDM як основа для створення національної інформаційної інфраструктури // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - К., 2004. - Вип. 26. - С. 13-23.

28. Климаш М.М., Романчук В.І. Метод розрахунку перехресних міжканальних завад в транспортних телекомунікаційних системах // Моделювання та інформаційні технології: Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. - К., 2005. - Вип. 31. - С.25-28.

29. Климаш М.М., Бурачок Р.А. Дослідження впливу семантичної прозорості мережі на якість послуг // Вісник державного університету інформаційно-комунікаційних технологій. - К., 2005. - Т. 3, №3-4, - С.74-77.

30. Климаш М.М., Чернихівський Є.М. Моделювання і дослідження поляризаційної модової дисперсії оптичного волокна // Вісник державного університету інформаційно-комунікаційних технологій. - К., 2005. - Т. 3, №3-4, - С.86-89.

31. Климаш М.М., Павлюк Р.В., Павлюк В.В. Побудова математичних та імітаційних моделей для визначення структурної надійності інформаційних систем // Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. - Львів, 2006. - № 557. - С. 63-68.

32. Климаш М.М., Романчук В.І., Андрухів Т.В. Модель розрахунку перехресних завад в мережах зі спектральним ущільненням каналів // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. - Львів, 2006. - №16. - С. 176 - 182.

33. Бурачок Р.А., Климаш М.М. Дослідження показника якості послуг в телекомунікаційних мережах з комутацією пакетів // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. - Львів, 2006. - №16. - С. 161 - 175.

34. Клымаш М.Н., Чернихивский Е.М. Метод анализа и расчета поляризационно зависимых потерь и коэффициента поляризационной модовой дисперсии с помощью матриц Джонса и Мюллера // 6-я МНТК „Современные проблемы телекоммуникаций”. Сб. докл. - Одесса, 19-22 августа 2003. - С. 76-80.

35. Klymash M.M., Romanchyk V.I., Strychaluk B.M. Simulation of a Gigabit Ethernet switch for transporting optical networks // Proceedings “TCSET - 2004”. - Lviv-Slavsko, Ukraine, 2004. - Р.444-445.

36. Климаш М.М., Бурачок Р.А. Розрахунок параметрів надійності міської синхронної мережі // Науковий вісник Чернівецького університету: Зб. наук. пр. - Чернівці: ЧНУ, 2001. - Вип. 112. - С. 104 - 107.

37. Климаш М.М. Оптичні транспортні мережі та основні принципи створення національної інформаційної інфраструктури // VIII Международная научно-практическая конференция “Системы и средства передачи и обработки информации”. - Одесcа, 2004 . - C. 25-28.

38. Климаш М.М., Романчук В.І., Костюк І.В. Моделювання та дослідження методів захисту потоків в SDH-мережах // VIII Международная научно-практическая конференция “Системы и средства передачи и обработки информации”. - Одеcса, 2004. - C. 68-69.

39. Klymash M., Melnyk D. Stream Optimization of SDH Networks with Reservation // TCSET-2004 “Modern problems of radio engineering, telecommunications and computer science”. - Lviv-Slavsko, 2004. - P. 326-328.

40. Klymash M., Chernikhivsky E., Shyjka Y. The modelling of optical fibers polarization characterictics using Muller and Jons matrices // TCSET-2004 “Modern problems of radio engineering, telecommunications and computer science”. - Lviv-Slavsko, 2004. - P. 478-479.

41. Бурачок Р.А., Климаш М.М. Аналіз методів визначення показників якості в телекомунікаційних мережах // VIII Международная научно-практическая конференция “Системы и средства передачи и обработки информации”. - Одесса, 7-12 сентября 2004 г. - С.63-65.

42. Klymash M., Chernikhivsky E. Resesarch of differential Group Delay and Design of Scheme for Polarization Mode Dispersion Minimization (Дослідження ДГЗ системи і розробка схеми мінімізації ПМД) // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії”. - Львів-Славсько, Україна, 2006. - Р. 471 - 473.

43. Klymash M., Demydov I. DWDM - Technology: a Noise Immunity and Qualitative Analisys of Operation // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії”. - Львів-Славсько, Україна, 2006. - Р. 535 - 538.

44. Andrukhiv Т., Klymash M., Romanchuk V., Oleksin М. Loading Calculation and Modernization of Synchronous Metropolitan Area Network // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії”. - Львів-Славсько, Україна, 2006. - Р. 469-470.

45. Klymash М., Pavlyuk R. The Metodology of Determination of SDH-Network Structural Reliability. Mathematical and Imitating Models // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії”. - Львів-Славсько, Україна, 2006. - Р. 582 - 584.

46. Климаш М.М. Методи підвищення ефективності оптичних транспортних мереж // Матеріали Першої науково-технічної конференції “Проблеми телекомунікацій-2007” (ПТ-07): Збірник тез. - К.: НТУУ “КПІ”, 2007. - С. 116-117.

47. Klymash M. The Methods and Facilities of Optical Transport Networks Efficiency Enhancement // Матеріали 9-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР в мікроелектроніці”. - Львів - Поляна, Україна, 2007. - C. 514 - 517.

48. Klymash M., Dronyuk I., Koshulinskiy R. Modelling and Calculating Maximal Flow for Telecommunication Networks // Матеріали 9-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР в мікроелектроніці”. - Львів - Поляна, Україна, 2007. - C. 124 - 125.

49. Klymash M., Demydov I. The Matrix Method of Network Structures' Topologies Optimization // Матеріали 9-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР в мікроелектроніці”. - Львів - Поляна, Україна, 2007. - C. 298 - 301.

50. Климаш М.М., Романчук В.І., Олексін М.І. Розрахунок ефективності використання пропускної здатності каналу для різних видів трафіка та мережевих технологій // Труды конференции ССПОИ-2003. VIІ Международная научно-практическая конференция “Системы и средства передачи и обработки информации”. - Одесса, Украина, 2003. - C. 91-95.

51. Mychailo Klymash, Roman Burachok, Bogdan Strykhalyuk. The Calculations of SDH and ATM Networks Capacity Based on Time Delays // Proceedings of the VII International Conference CADSM 2003. The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics. - Lviv-Slavske, Ukraine, 2003. - P.95-98.

52. Mychailo Klymash, Evgen Chernikhivskyj, Mychailo Oleksin. Main Telecommunication Network Optical Linear Links Structure Investigation // Proceedings of the VII International Conference CADSM 2003. “The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics”. - Lviv-Slavske, Ukraine, 2003. - P. 91-94.

53. Mychailo Klymash, Yevgen Chernykhivsky, Ivan Kostyuk. Polarizing Dependent Losses and Polarizing Mode Dispersion Coefficient Analysis and Calculation with the Help of Jones` and Muller`s Matrices // LFNM - 2003. - Alushta, 2003. - P. 262 - 265.

54. Mychailo Klymash, Vasyl Romanchuk. Calculation efficiency to use capacity channel for different kinds of traffic and Network technologies // LFNM - 2003. - Alushta,2003. - P. 267 - 271.

55. Климаш М.М. Повністю оптичні мережі: принципи побудови, функціонування та створення національної інформаційної інфраструктури // Матеріали НТК „Сучасні телекомунікації 2003”. - Львів,2003. - С. 18-28.

56. Климаш М.М., Бондаренко В.Г., Слюсарь В.О. Стан управління первинними мережами України // Матеріали НПК „Сучасні проблеми телекомунікації - 2003”. - Львів, 2003. - С.3-17.

57. Бондаренко В.Г., Климаш М.М., Мельник Д.С., Москвітін В.Д. Основні закономірності розвитку інфокомунікацій і їх особливості в країнах з перехідною економікою // Матеріали НПК „Сучасні проблеми телекомунікації - 2003”. - Львів, 2003. - С.29-42.

58. Климаш М.М. Аналіз використання потоків STM-16 і STM-64 для магістральної мережі на основі технології повністю оптичних мереж // Матеріали Міжнародної конференції “Сучасний стан та перспективи використання ВОЛЗ. Первинні мережі України”. - К., 2002. - С. 405-411.

59. Климаш М.М. Шляхи підвищення ефективності оптичних транспортних систем // Матеріали ІІІ Міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування (СПРТП - 2007). - Вінниця, 2007. - С. 15-17.

60. Система компенсації поляризаційно-модової дисперсії: Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір України U2007 05999 / М.М.Климаш, Є.М. Чернихівський, І.П. Островський. Дата реєстрації 30.05.2007.

АНОТАЦІЯ

Климаш М.М. Підвищення ефективності оптичних транспортних систем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Одеська Національна академія зв'язку ім. О.С. Попова, Одеса, 2007.

Дисертація присвячена проблемі оптимізації розвитку оптичних транспортних систем, що складають основу будь-якої національної та міжнародної інфокомунікаційної мережі. Оптичні транспортні мережі проаналізовано з точки зору мережно-залежних рівнів з урахуванням техніко-економічних особливостей та стратегії планування розвитку. Особливу увагу приділено питанню підвищення пропускної здатності оптичних транспортних систем, в тому числі компенсації ефектів поляризаційно-модової дисперсії в багатоканальних волоконно-оптичних системах передавання інформації зі спектральним ущільненням, запропоновано спосіб та автоматизовану систему компенсації.

У роботі проведено аналіз топологічних властивостей транспортних мережних систем і вперше запропоновано їх прикладне застосування для оптимізації топології транспортних мереж, оцінки параметрів надійності і формування теоретичної бази для керування та розрахунку інформаційних потоків. Проаналізовано ефективність використання технічних ресурсів оптичних транспортних систем, розроблено шляхи, методи і засоби підвищення даного показника.

Запропоновано враховувати топологічні властивості мережних структур для синтезу та розвитку транспортних оптичних мереж. Приводяться результати аналізу та оптимізації транспортних оптичних систем операторів телекомунікацій України.

Ключові слова: транспортна мережа, підвищення ефективності, моделювання мережі, топологія мережі, топологічні властивості, спектральне ущільнення, поляризаційно-модова дисперсія, мережний аналіз.

АННОТАЦИЯ

Клымаш М.Н. Повышение эффективности оптических транспортных систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Одесская Национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2007.

Диссертация посвящена проблеме оптимизации развития оптических транспортных систем, которые составляют основу любой национальной и международной инфокоммуникационной сети. Оптические транспортные сети проанализированы с точки зрения сетево-зависимых уровней с учетом технико-экономических особенностей и стратегии планирования развития. Представляется важным использование концепций технико-экономической оптимизации транспортных сетевых систем в условиях экономических ограничений. Особенное внимание уделено вопросу повышения пропускной способности оптических транспортных систем, в том числе компенсации эффектов поляризационно-модовой дисперсии в многоканальных волоконно-оптических системах передачи информации со спектральным уплотнением, предложены способ и автоматизированная система компенсации с обратной связью (использован электрооптический модулятор). С помощью моделирования показано, что данная система способна увеличить физическую пропускную способность волокна в 1,7 - 5 раз, в зависимости от характера внешних воздействий и типа применяемого волокна. В работе проводится анализ нелинейных эффектов, на основе выполненных исследований предложено использование программно-моделирующего комплекса для оптимального конфигурирования оборудования транспортных оптических систем. Таким образом, появляется возможность достижения максимальной пропускной способности оптического линейного тракта при минимизации стоимости применяемого оборудования и заведомо известным общим уровнем качества передачи в оптическом канале - коэффициенте ошибок.

Для расчета и моделирования свойств и поведения транспортных телекоммуникационных сетей была разработана компьютерная система, интегрирующая в себя особенности основных алгоритмов анализа графов, в частности большинства известных алгоритмов маршрутизации. С помощью предложенной системы появилась возможность проанализировать работу сети любой конфигурации и степени сложности в различных, в том числе аварийных режимах.

В работе, в качестве продолжения концепции вертикальной сетево-зависимой интеграции, проведен анализ топологических свойств транспортных сетевых систем, введены понятия поля топологии графа транспортной сети, дифференциальной функции поля топологии графа. Впервые предложено их прикладное применение для оптимизации топологии транспортных сетей, оценки параметров надежности и формирования теоретической базы для управления и расчета информационных потоков. В частности, предложены алгоритмы априорной топологически-адаптированной маршрутизации, которые позволяют увеличить на 20-30% вероятность установления маршрута при критическом уровне загруженности транспортной сети. Диссертационная работа содержит результаты доказательств и выполненные обобщения для свойств транспортных сетевых систем, проведены адаптация и синтез необходимого математического аппарата.

Предложено учитывать топологические свойства сетевых структур для синтеза и развития транспортных оптических сетей. Приводятся результаты анализа первичных транспортных сетей некоторых операторов телекоммуникаций.

В результате проведенной работы удалось совместить экономические и технические критерии развития сетевых оптических систем в единой концепции стратегического развития оптических транспортных систем. Проведен анализ эффективности использования необходимых для таких систем технических ресурсов, разработаны пути, методы и средства повышения данного показателя.

В работе приведены результаты моделирования, экспериментальных исследований и расчетов, подтверждающие адекватность предложенных моделей.

Ключевые слова: транспортная сеть, повышение эффективности, моделирование сети, топология сети, топологические свойства, спектральное уплотнение, поляризационно-модовая дисперсия, сетевой анализ.

ANNOTATION

Klymash M.M. The optical transport systems efficiency increasing. - Manuscript.

A thesis submitted in fulfilment of the Doctor's degree in technical sciences on specialty 05.12.02 - telecommunication networks and systems. - A.S. Popov Odessa National Academy of Telecommunications, Odessa, 2007.

Dissertation is devoted to the problem of optical transport systems development optimization which make basis of any national and international infocommunication network. An optical transport network is analyzed from the point of view network-dependent levels with account technical-economical features and strategy of development planning. The special attention is spared the common carrying capacity increase questions of optical transport systems; including fiber-optical nonlinear and polarization-mode dispersion effects method and automated system of compensation are designed.

During a design this system showed that able to multiply the physical carrying capacity of the fiber in 1.7 - 5 times, depending on character of external influences and type of the applied fiber. Drawing on programmatic-designing complex is offered for the optimum configuring of transport optical systems equipment and carrying capacity maximization.

For a calculation and design of properties and conduct of transport networks of telecommunications the computer system, with integrating in properties of basic algorithms of graphs processing, in particular most known algorithms of routing, was built. A possibility to analyze network of any configuration and complication degree work in different situations, including malfunctions appeared by the offered system.

In work the topologies properties analysis of transport network systems is given and their applied applications for optimization of transport networks topology, reliability parameters estimation and forming of theoretical base for informative streams management, topological-adopted routing and calculation are offered.

The analysis of efficiency of the necessary technical resources use for optical transport systems is conducted, - ways, receptions, methods and facilities of increase of this index are analyzed and developed.

Key words: transport network, increase of efficiency, network design, topology of network, properties of topologies, wave length division multiplexing, polarization-mode dispersion, network analysis.

Размещено на Allbest.ru

...