Методи інтеграції відомчих мереж зв'язку

Размещено на http://www.allbest.ru

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Селевко Сергій Миколайович

УДК 621.396

МЕТОДИ ІНТЕГРАЦІЇ ВІДОМЧИХ МЕРЕЖ ЗВ'ЯЗКУ

Спеціальність 05.12.02 - Телекомунікаційні системи та мережі

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків-2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Телекомунікаційні системи" Харківського національного університету радіоелектроніки.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Марчук Володимир Степанович,

професор кафедри "Телекомунікаційні системи" Харківського національного університету радіоелектроніки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Поляков Петро Федорович,

завідувач кафедри "Транспортний зв'язок" Української державної академії залізничного транспорту (м.Харків).

кандидат технічних наук, доцент

Макаров Сергій Анатолійович,

заст. нач. кафедри "Авіаційні радіолокаційні системи" Харківського університету повітряних сил (м.Харків).

Провідна установа: Національний аерокосмічний університет ім.Жуковського "ХАІ" Міністерства освіти і науки України, кафедра "Приймання, передачі і обробки сигналів" (м. Харків).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, проспект Леніна, 14.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.М.Безрук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В період бурхливого розвитку інформаційного суспільства розвиток телекомунікаційних систем забезпечує всебічне виконання вимог, що ставляться до інформаційних систем. Тому технології телекомунікаційних систем зазнають незвично швидкого зростання, а перелік і якість потреб користувачів інформаційних систем безперервно зростає. Найбільш масовим за чисельністю сектором інформаційних систем є абонентська ділянка, що в основному забезпечується розвитком локальних мереж. Саме до цієї ділянки ставляться особливі вимоги щодо його вартості, переліку та якості послуг QoS. Особливою проблемою у локальних мережах є проблема доступу до елементів мереж типу концентраторів, шлюзів, точок доступу і т. ін. Використання традиційних для цих мереж проводових ліній зв'язку багато в чому вже є незадовільним, зокрема, для їх прокладання, будівництва та розширення потрібен певний час і великий обсяг будівельно-монтажних робіт. Вони забезпечують реалізацію використання тільки стаціонарно, в той час як практика роботи в офісах, а особливо у тимчасових організаційних структурах типу виставок, конференцій, повідомлень і т. ін. потребує більшої мобільності терміналів абонентів. У зв'язку з цим виникла необхідність використання радіоліній на ділянці доступу від терміналу абонента до елемента загального користування типу точки доступу. Використання радіоліній на ділянці доступу узгоджується з реалізацією глобальної концепції FMC - конвергенції фіксованого і мобільного зв'язку, що значно спрощує доступ до мережі (convectivity) та докорінно змінює наші уявлення про інформаційний обмін. Втім, набуваючи цілий ряд позитивних якостей, одночасно виникає небезпека появи ряду недоліків, головним з яких є наявність багатопроменевості у радіоканалі, збільшення ймовірності несанкціонованого доступу і ускладнення проблеми електромагнітної сумісності. Багато в чому не задовільняють сучасні телекомунікаційні технології і використання проводових ліній на транспортній ділянці, на ділянці об'єднання окремих локальних мереж у мережі MAN і WAN. Зараз йде інтенсивне оновлення цих ліній зв'язку і заміна їх на волоконно-оптичні лінії зв'язку. Але однією заміною ліній зв'язку на волоконно-оптичні лінії вже не обходиться сучасне вирішення задачі. Виникла можливість побудови повністю оптичних мереж, включно з задачами обробки сигналів, маршрутизації, підсилення сигналів і т. ін. Таким чином, відбувається докорінна перебудова усієї телекомунікаційної мережі, де важливу роль відіграватимуть радіолінії на абонентській ділянці та волоконно-оптичні - на ділянках більш високого рівня. Безумовно це не виключає використання проводових ліній зв'язку, особливо у стаціонарних умовах і в тих умовах, де вони мають пріоритет. Вирішенню проблеми інтеграції мереж зв'язку присвячено чимало наукових праць. Але розробка глобальної концепції конвергенції мереж фіксованого і мобільного зв'язку FMC поставила ряд нових задач на вищих рівнях семирівневої моделі, вирішення яких - неможливе без розв'язання задач інтеграції на фізичному рівні, що для випадку інтеграції відомчих мереж на базі волоконно-оптичних і систем радіодоступу сьогодні є не розв'язаною задачею. Актуальність теми дисертаційної роботи визначена тими задачами інтеграції, в першу чергу відомчих мереж зв'язку, які необхідно вирішувати на етапі переходу від проводових ліній до радіо- і волоконно-оптичних ліній зв'язку. Робота виконувалася відповідно до глобальної концепції розвитку мереж FMC.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалася відповідно до Концепції розвитку ЄНМЗ в Україні, планами перспективного розвитку ВАТ "Укртелеком", Міністерства з надзвичайних ситуацій України. Дисертаційні дослідження були пов'язані з виконаними на кафедрі телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки науково-дослідними роботами, що виконувалися за держбюджетним і госпрозрахунковим планами. Зокрема, вони пов'язані з тематикою НДР 183-1 (№ ДР 0104U004072), де знайшли відображення дослідження енергетичного запасу систем абонентського радіодоступу, з НДР 4-G (№ ДР 0106U000006), що виконувалася в інтересах Укрчастотнагляду з питань абонентського радіодоступу та з НДР "Смуга-П", виконаної Харківським державним регіональним науково-технічним центром з питань технічного захисту інформації на замовлення ЗАТ "Київстар", а також з навчальним процесом кафедри телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є доказ доцільності створення інтегрованих відомчих мереж зв'язку на основі використання діючих проводових мереж у сукупності з волоконно-оптичними лініями і технологіями радіодоступу. інтегрований відомчий мережа зв'язок сигнал

Задачами дослідження є:

1. Теоретичне обґрунтування варіантів структур інтегрованих відомчих мереж зв'язку, які забезпечують суттєвий виграш якості зв'язку у порівнянні з раніше відомими відомчими мережами.

2. Часткове вирішення задачі подальшого розвитку апарату аналізу інтегрованих відомчих мереж зв'язку: створення нових математичних моделей двофазних систем обслуговування і оптимальної оцінки параметрів сигналів у системах абонентського радіодоступу.

3. Виконання числових і натурних експериментів, результати яких є доказом доцільності реалізації запропонованих структур інтегрованих відомчих мереж зв'язку.

Об'єктом досліджень є процес інтеграції відомчих мереж зв'язку на основі волоконно-оптичних систем і систем радіодоступу.

Предметом досліджень є принципи побудови і функціонування інтегрованих відомчих мереж зв'язку та їх моделі.

Методи досліджень базуються на основних положеннях системного аналізу, математичної статистики, теорії ймовірностей, теорії масового обслуговування, теорії оптимізації, теорії оцінок і управління, математичного моделювання, експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів в тому, що

1. Запропоновано нову модель структури інтегрованої відомчої мережі зв'язку на основі об'єднання волоконно-оптичних мереж та мереж абонентського радіодоступу, що забезпечує зручність користування, підвищення пропускної спроможності, надійності, завадозахищеності мережі та забезпечення мобільності швидкісних терміналів абонентів.

2. Досліджено алгоритми доступу елементів загального користування в інтегрованих відомчих мережах з урахуванням двоетапної процедури обробки заявок. Проведені дослідження забезпечують можливість вибору необхідних розмірів об'ємів буферів пам'яті накопичувачів, продуктивності комутаторів та сталості процедури доступу в обох сегментах інтегрованої мережі.

3. Здійснено подальший розвиток алгоритму адаптивної обробки цифрових сигналів при передачі в умовах складної сигнально-завадової обстановки.

Практична значущість результатів. Отримані результати спрямовані на:

1. Розробку структур відомчих мереж зв'язку нового покоління з високими пропускними спроможностями каналів передачі інформації і високим рівнем надійності в умовах складної сигнально-завадової обстановки.

2. Розробку математичного апарату для інженерних розрахунків елементів, інтегрованих на основі волоконно-оптичних та радіосистем відомчих мереж зв'язку.

Результати дисертаційних досліджень впроваджено згідно з відповідними актами у НДР 4-G № ДР 0106U000006, що виконувалася в інтересах Укрчастотнагляду з питань абонентського радіодоступу та у НДР "Смуга-П", виконаної Харківським державним регіональним науково-технічним центром з питань технічного захисту інформації на замовлення ЗАТ "Київстар".

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримано самостійно і опубліковано в спеціалізованих фахових виданнях. Зокрема, в роботі [1] автором запропоновано дві нові схеми інтеграції систем абонентського радіо і оптичного доступу, в роботі [2] досліджено вплив кодів на пропускну спроможність систем абонентського оптичного доступу, в роботі [3] автор виконав дослідження джерел впливу на мінімальну оптичну потужність оптичного приймального пристрою волоконно-оптичної системи передачі, в роботі [4] запропонував метод адаптації у задачі профілювання трафіку, в роботах [7,8] запропонував математичну модель стану нестаціонарної телекомунікаційної системи та виконав дослідження оцінки стану нестаціонарності телекомунікаційної системи.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертації доповідалися на 2-х науково-технічних конференціях міжнародного рівня: 7-й Международный молодежный форум "Радиоэлектроника и молодежь в 21-м веке", Харьков, 2003, 9-й Международный молодежный форум "Радиоэлектроника и молодежь в 21-м веке", Харьков, 2005.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 робіт, у тому числі 6 робіт у спеціалізованих виданнях ВАК України [1-4, 7,8]. Усі роботи за темою дисертації. Крім того, ці матеріали були опубліковані в тезах доповідей на конференціях [5,6].

Структура й обсяг роботи. Робота складається з вступу, 5-ти розділів, висновків з роботи, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації 213 сторінок: 185 стор. основного тексту, 91 рисунок, 52 бібліографічних джерела, 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, наукову новизну, практичне значення отриманих результатів, дано інші необхідні характеристики роботи.

У першому розділі проведено аналіз вимог до сучасних відомчих мереж зв'язку та телекомунікаційних технологій, що при інтеграції у відомчих мережах забезпечать вирішення поставлених задач щодо збільшення пропускної спроможності каналів мереж, їх надійності в умовах складної сигнально-завадової обстановки та мобільність швидкісних цифрових терміналів абонентів.

У сучасних відомчих мережах зв'язку передається трафік двох основних видів: дані систем автоматизації управління і мультимедійний трафік.

Опис та аналіз мультимедійного трафіка у сучасних телекомунікаційних мережах є складною і важливою задачею. Основними причинами цих складностей є:

- широкий діапазон швидкостей передачі - від декількох кбіт/с, як у випадку телефонного трафіку, до сотень Мбіт/с при передачі відеопотоків;

різні статистичні властивості мультимедійних інформаційних потоків, що передаються (трафік реального часу висуває жорсткі вимоги до ресурсів мережі);

велика кількість різновидів мережних конфігурацій, технологій та протоколів передачі;

багаторівнева обробка повідомлень, що передаються, в наслідок чого якість обслуговування залежить від декількох рівнів обробки.

Існуючі системи зв'язку відомчих мереж у офісах будуються, як правило, на основі проводових технологій. Така побудова має ряд недоліків: користувач позбавлений мобільності і, як правило, відсутній достатній резерв з пропускної спроможності для розвитку мережі. Окрім того у таких мереж невелика надійність з-за наявності на стиках проводів механічних контактів. Використання безпроводових технологій у відомчих мережах забезпечує зручність для абонентів, мобільність користувачів, але при цьому спричиняється погіршення завадової обстановки, виникають взаємні впливи, а також знижується рівень захищеності від несанкціонованого збору інформації. Використання у відомчих мережах волоконно-оптичних систем передачі істотно збільшує їх пропускну спроможність, забезпечує малий рівень шумів та високий рівень захисту від несанкціонованого доступу. Але на абонентській ділянці використання таких систем не виправдано: відсутня мобільність терміналів користувачів, занадто висока вартість кабелю.

У зв'язку з цим виникає задача розробки методів інтеграції технологій передачі інформації у відомчих мережах зв'язку нового покоління і, як випливає з проведеного аналізу, для досягнення необхідних якостей, потребує вирішення задачі інтеграції мереж на основі волоконно-оптичних та радіосистем абонентського доступу.

У другому розділі розроблено дві схеми побудови інтегрованих відомчих мереж зв'язку. Район обслуговування вузла комутації (ВК) розбивається на чарунки. Центральна чарунка - зона прямого живлення, у центрах чарунок за периметром навколо вузла комутації пропонується встановити цифрову апаратуру абонентського доступу (ЦААД), що виконує роль концентраторів. У цьому випадку навантаження на кожну чарунку зменшиться і у випадку використання радіодоступу потрібна для забезпечення стійкого зв'язку потужність передавальних пристроїв також зменшиться. В залежності від територіальної щільності абонентів розміри чарунок будуть різні, але, в середньому при багатоповерховій забудові, або при великій щільності терміналів абонентів відстань між ВК і ЦААД становитиме 1-2 км не більше, а між ЦААД і апаратурою доступу окремого будинку 300-500 м. У схемі першого типу (рис. 1) оптична ланка ВК-ЦААД, а радіодоступ має два ступеня: 1-й ступінь - в об'ємі окремого офісу між точками радіодоступу (ТРД) і терміналами абонентів (ТА), 2-й - між апаратурою доступу окремого будинку (АД) і концентратором ЦААД. У схемі інтеграції другого типу оптична ланка - це ЦААД - АД окремого офісу. Радіодоступ у схемі другого типу (рис. 2) також має два ступеня, причому 1-й ступінь, як і у схемі 1-го типу між ТРД терміналами ТА, а 2-й - між ЦААД і ВК.

Вибір схеми інтегрованої мережі залежить від територіального розміщення ЦААД. Якщо відстань між ВК і ЦААД більше відстані ЦААД - АД, то рекомендується застосовувати першу схему побудови інтегрованої мережі, в протилежному випадку слід використовувати другу схему.

Дослідження дальності зв'язку L від енергетичного запасу ?P при різних коефіцієнтах підсилення антен G для системи радіодоступу інтегрованої відомчої мережі показали, що для коротких радіоліній в сотні метрів потрібен енергетичний запас на десятки дБ менший в порівнянні з радіолініями довжиною в одиниці кілометрів. Тому інтегрована мережа дає суттєвий виграш за енергетичним запасом в сегменті радіодоступу. Використання високих робочих частот призводить до зниження цього виграшу.

На рис. 3 зображено залежності дальності зв'язку L від енергетичного запасу ?P на частоті 2,5 ГГц. а на рис. 4 - залежності енергетичного запасу ?P від робочої частоти f. Зростання енергетичного запасу є суттєвим при збільшенні дальності зв'язку.



Із аналізу оптичної частини інтегрованої мережі, на яку припадає сумарне навантаження від групи користувачів випливає, що для збільшення пропускної спроможності необхідно застосовувати коди, які потребують для своєї реалізації малої смуги пропускання оптичного каналу; фотодетектори з високим значенням інтегральної чутливості і використання режиму великих рівнів оптичного сигналу на вході оптичного приймального пристрою.

У третьому розділі розроблено математичну модель обробки заявок, що поступають на маршрутизацію у відомчу мережу зв'язку. Запропоновані структури інтегрованої відомчої мережі мають двоступеневу обробку заявок, тому розроблена математична модель двофазної системи обслуговування: перша фаза в комутаторі оптичної частини, а друга - в комутаторі системи радіодоступу.

Рис. 3 - Залежність дальності від Рис. 4 - Залежність енергетичного

енергетичного запасу системи запасу від робочої частоти

Схема запропонованої математичної моделі системи обслуговування заявок зображена на рис. 5.

Размещено на http://www.allbest.ru

САОД - система абонентського оптичного доступу; САРД - система абонентського радіодоступу; КМ - комутатор; НКМ - накопичувач комутатора

Рис. 5 - Схема математичної моделі двофазної системи обслуговування

На схемі позначено: - інтенсивність надходження заявок на 1-у фазу системи; - інтенсивність надходження заявок на 2-у фазу системи; - продуктивність обладнання на 1-й фазі, - продуктивність обладнання на

2-й фазі, - ймовірність обслуговування заявок на 1-й фазі, - ймовірність обслуговування заявок на 2-й фазі, - ймовірність обслуговування заявок на 1-й фазі, при умові закінчення обслуговування на 2-й фазі (якщо заявка була на 1-й фазі).

З рівнянь стану рівноваги марківського процесу моделі отримано розрахункове співвідношення для ймовірності стану

, (1)

, (2)

де - найменший позитивний корінь рівняння

, (3)

а . (4)

При цьому мають виконуватися умови стаціонарності

, (5)

. (6)

Практичний інтерес представляє випадок рівності ймовірностей обслуговування на всіх фазах обслуговування. При маємо

, (7)

, (8)

де .

При ймовірностях обслуговування співвідношення для параметрів мають вигляд

, (9)

. (10)

Ймовірність блокування двофазної інтегрованої системи обслуговування

. (11)

Ємності накопичувачів комутаторів на першій і другій фазах визначаються співвідношеннями

, (12)

. (13)

де , .

На рис. 6 зображено графіки залежностей ємностей накопичувача комутатора для виродженого випадку роботи двофазної системи (л₁ = 0, л₂ 0).

Залежності ймовірності блокування двофазної системи від ємностей накопичувачів зображено на рис. 7.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 6 - Залежності ємності накопичувача ₂ від ймовірності блокування для різних відносних навантажень (), , л₂?0



Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 7 - Залежності ймовірності блокування двофазної системи від ємності накопичувача N1 (N2 = 100) при різних значеннях параметра r1

Показано, що при відсутності потоку л₂ ємність накопичувача комутатора на першій фазі обслуговування має перебільшувати ємність накопичувача на другій фазі, а при зростанні навантаження пропонується використовувати швидкісні процесори у комутаторах та використовувати паралельне їх включення при надвисоких значеннях навантаження, коли одиночні комутатори неефективні з точки зору економічних показників.

У четвертому розділі розроблено методи забезпечення надійності зв'язку на абонентській ділянці безпроводового доступу у відомчих мережах зв'язку в умовах сигнально-завадового оточення, що змінюється у часі.

Зараз для забезпечення надійності передачі інформації адаптивні процедури управління швидкістю передачі та фрагментації пакетів виконуються на основі періодичної передачі тесту - пілот сигналу. Втрати часу на отримання та обробку статистики приводять до невизначеності системи управління. Система управління при цьому запізнюється коректувати режим передачі. В складній завадовій обстановці ці процедури можуть втрачати стійкість, виникає хаотична поведінка, процес фрагментації зациклюється.

Призначення розробленої математичної моделі - це вирішення задачі оптимальної оцінки моментів ймовірнісних стрибкоподібних змін параметрів сигналів у лініях систем абонентського радіодоступу відомчої мережі зв'язку з метою забезпечення надійності зв'язку.

Є векторний випадковий процес

, (14)

де функція стрибкоподібно змінюється у випадкові упорядковані моменти часу , що утворюють вектор параметрів :

,

де , ,…, - деякі задані функції часу t й інформаційного сигналу ; - вектор білих гаусових шумів, статистично незалежних від , з нульовими середніми значеннями та матрицею інтенсивностей . У моменти часу можуть відбуватися стрибкоподібні зміни параметрів самого сигналу .

Розглянемо модель нестаціонарного каналу з нестаціонарним сигналом з псевдовипадковою робочою частотою, що стрибає (ПВРЧ).

При цьому - випадковий марківський процес, апріорна щільність ймовірностей якого при фіксованому значенні описується рівняннями

, (15)

, ,

де оператори відомі і визначають еволюцію щільності ймовірностей сигналу у проміжках між стрибками. Апріорна щільність ймовірностей випадкового вектора також рахуватимемо заданою і рівною .

При цьому припустимо, що апріорна щільність ймовірностей моменту появи першого стрибка нестаціонарності може мати довільний вигляд на інтервалі , а умовні апріорні щільності ймовірностей других моментів при заданих значеннях попередніх моментів дорівнюють

. (16)

Окрім того, припустимо, що ймовірність появи у моменти часу t кожного п-го стрибка при умові, що до цього моменту часу вже з'явилося п-1 стрибків, не залежить від

. (17)

При таких обмеженнях апріорна щільність ймовірностей моменту появи першого стрибка при і умовні щільності ймовірностей моментів появи інших стрибків переходу на новий рівень інтервалу локальної стаціонарності ІЛС можна подати в експоненціальному вигляді

, (18)

,

де ,

.

Дана модель (18) дозволяє використовувати рекурентні процедури, що спрощує задачу виявлення нестаціонарності. Використання ймовірнісних моделей і рекурсивних процедур оцінки дозволило синтезувати алгоритми оцінки моментів переходу до нових ділянок ІЛС.

Отримано рівняння для оптимального оцінювання моментів стрибкоподібних змін якостей випадкових процесів.

Отримано також спрощене рівняння при тотожності умовних щільностей ймовірностей

(19)

Для окремих випадків знайдено точні рівняння для оптимального оцінювання моментів стрибкоподібних змін якостей випадкових процесів.

Наприклад, вирішено задачу оптимальної оцінки моментів появи і закінчення ІЛС, що проявляється у вигляді стрибка на фоні гаусівського шуму з нульовим середнім значенням і спектральною щільністю N. Процес і , що спостерігається, заданий рівняннями

, (20)

де А - відома амплітуда стрибка, і - випадкові моменти появи і закінчення стрибка (статистично незалежні від шуму ). Припустимо, що щільність ймовірностей моменту появи стрибка і умовна (при фіксованому значенні ) щільність ймовірностей моменту його закінчення апріорно описуються однаковими експоненціальними законами

, (21)

з параметром . При цьому

.

У наведеному прикладі для визначення умовних щільностей ймовірностей , немає необхідності звертатися до інтегро-диференційних рівнянь (19). Оскільки амплітуда сигналу наперед відома, ці щільності ймовірностей мають вигляд дельта функцій

,

.

Після перетворень знайдено точні рівняння алгоритму оптимальної оцінки моментів для стрибка.

Слід зауважити, що при аналітичних дослідженнях алгоритму потрібно враховувати нелінійний характер стохастичних рівнянь, що в нього входять. При достатньо великому співвідношенні сигнал / шум вирішення спрощується.

Таким чином, запропонований у даному розділі підхід дозволяє для нестаціонарних задач синтезувати алгоритми оптимальної оцінки моментів зміни параметрів випадкових сигналів у реальному часі, що синтезуються як початок чергових ІЛС. Головне, що досягнуто, це використання запропонованого алгоритму про перехід на новий інтервал локальної стаціонарності для реалізації адаптивної процедури фрагментації пакетів, які передаються, в залежності від сигнально-завадової обстановки і таким чином подолання апріорної невизначеності у відношенні до параметрів сигналів і завад. Як наслідок, зростає надійність передачі інформації у безпроводовому сегменті відомчої мережі зв'язку.

У п'ятому розділі розроблено простий у практичному використанні метод вимірювання повернених втрат на основі методу зворотного розсіювання з введенням фільтра Калмана-Б'юсі для оцінки згасання сигналу та проведені експериментальні вимірювання повернених втрат на оптичних трасах Укртелекому.

Практична реалізація інтегрованої відомчої мережі з оптичним сегментом на міській території призводить до збільшення стиків у оптичних кабелях, що в свою чергу призводить до виникнення в них повернених втрат, і відповідно, до зниження якості передачі інформації. Проведені експериментальні вимірювання підтвердили можливості практичного використання розробленого методу вимірювання повернених втрат, що є актуальною задачею при практичній реалізації мереж, які досліджуються.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота є завершеним науковим дослідженням, в якій вирішується актуальна наукова задача інтеграції відомчих мереж різних технологій для об'єднання властивостей, що забезпечують потреби сучасних інформаційних систем відомств. Мета та задачі роботи досягаються за рахунок поєднання мереж на основі оптичних кабелів та систем радіодоступу і відповідного вибору структури інтегрованої мережі. Це дало змогу забезпечити мобільність терміналів абонентів, передачу цифрової інформації зі швидкостями до одиниць та десятків Гбіт/с і високою надійністю передачі інформації 99,99%. Завдяки цьому можливе впровадження сучасних інформаційних систем у відомчих мережах зв'язку.

У дисертаційній роботі отримано такі основні результати:

1. Розроблено структурні моделі побудови відомчої мережі зв'язку на основі інтеграції волоконно-оптичних систем і систем радіодоступу, які відрізняються від існуючих тим, що забезпечують:

мобільність терміналів мережі;

високу пропускну спроможність і її запас на розвиток мережі;

передачу різнорідного цифрового трафіку, в тому числі мультимедійного;

високий рівень захисту від несанкціонованого відбору інформації в оптичній частині мережі;

підвищену надійність мережі;

покращення завадової обстановки і зниження рівня взаємних впливів мереж, що входять у склад відомчої мережі зв'язку, в тому числі і з іншими мережами;

можливість розширення мережі і збільшення кількості терміналів у відомчій мережі зв'язку.

2. Для вирішення поставлених задач запропоновано два типи інтеграції відомчих мереж зв'язку. У схемі першого типу оптична ланка - це електронний вузол комутації ВК - цифрова апаратура абонентського доступу ЦААД, що виконує роль електронного концентратора. Радіодоступ у схемі першого типу має два ступеня: 1-й ступінь - в об'ємі кожного окремого офісу між точками радіодоступу ТРД і терміналами абонентів ТА, 2-й - між апаратурою радіодоступу АРД окремих будівель і концентратором ЦААД. У схемі інтеграції другого типу оптична ланка - це ЦААД - апаратура оптичного доступу АОД окремого офісу. Радіодоступ у схемі другого типу також має два ступеня, причому 1-й ступінь як і у схемі 1-го типу між точками радіодоступу ТРД і терміналами абонентів ТА, а 2-й - між концентратором ЦААД і електронним комутатором ВК.

Структура схеми інтегрованої відомчої мережі зв'язку залежить від територіального розміщення електронних концентраторів у системі комутатор ВК - концентратор ЦААД. Якщо відстань між комутатором ВК і концентратором ЦААД більше відстані ЦААД - апаратура доступу окремого офісу, то доцільно використовувати першу схему інтеграції, в якій оптична кабельна система на ділянці ВК - ЦААД, всупереч цьому випадку слід використовувати другу схему інтеграції, в якій оптична кабельна система використовується на ділянці концентратор ЦААД - апаратура доступу окремого офісу.

3. Показано, що при побудові інтегрованих відомчих мереж зв'язку збільшення пропускної спроможності волоконно-оптичної системи передачі (ВОСП) забезпечується за рахунок вибору коду у лінійному тракті, що потребує малої смуги пропускання оптичного каналу, фотодетекторів з високим рівнем інтегральної чутливості і переводу фотоприймача у режим великих рівнів оптичного сигналу на вході.

Швидкості передачі інформації у відомчих мережах зв'язку можуть значно відрізнятися. Для мало- і середньошвидкісних (до десятків Мбіт/с) відомчих мереж зв'язку рекомендується у ВОСП використовувати трансімпедансні підсилювачі, а для швидкісних відомчих мереж (сотні і тисячі Мбіт/с) доцільно використовувати підсилювачі з великим вхідним опором.

Для відомчих мереж зв'язку потрібна якість, при якій ймовірність похибки , тому для ВОСП у інтегрованих відомчих мережах пропонується використовувати фотодетектори з високою інтегральною чутливістю по струму (S_i має бути не менше одиниць А/Вт) і низьким рівнем темнового струму (I_s не має перевищувати одиниць мкА). У випадку використання лавинних фотодетекторів не слід використовувати ЛФД з високим значенням коефіцієнта множення M>20 через зростання рівня дробових шумів.

4. Показано, що у відомчій мережі зв'язку заявки проходять два етапи обслуговування. Для інтегрованої мережі зв'язку запропоновано математичну двофазну модель системи обслуговування заявок.

На основі запропонованої моделі відомчої мережі отримано розрахункові співвідношення для визначення ймовірностей обслуговування заявок і умов блокування інтегрованої системи на кожній з фаз і в цілому всієї системи, а також отримано аналітичні вирази для розрахунку ємностей пам'яті комутаторів на першій і другій фазах обслуговування.

5. З аналізу математичної моделі відомчої мережі отримано рекомендації, що дозволяють вибирати ємності накопичувачів комутатора. При навантаженні до с = 0,5 ємність накопичувача слід вибирати на декілька десятків заявок, а при подальшому зростанні навантаження і прямуванні її до 1, ємність накопичувача слід значно збільшувати. (При с = 0,993...0,997 ємність накопичувача має складати тисячі заявок). Показано, що вкрай небезпечними з точки зору блокування при великих навантаженнях є малі (одиниці і десятки заявок) ємності пам'яті накопичувачів комутаторів.

Показано, що в інтегрованій відомчій мережі з двофазним обслуговуванням заявок слід вибирати (у випадку відсутності потоку л₂) ємність накопичувача комутатора на першій фазі обслуговування більшою, ніж на другій фазі.

6. Для зменшення часу обслуговування заявок пропонується використовувати високошвидкісні процесори в комутаторах.

Іншою рекомендацією поряд з використанням високошвидкісних процесорів для збільшення продуктивності комутаторів в інтегрованій відомчій мережі зв'язку є паралельне включення комутаторів. Досягнення граничних швидкостей одиночного процесора комутатора вимагає невиправданих витрат через технічну й економічну складність реалізації. У такому випадку паралельне включення комутаторів із процесорами, що не мають максимально можливих швидкостей, можна вважати виправданим.

7. Показано, що при погіршенні сигнально-завадової обстановки для запобігання “вибуху фрагментів” у системі радіодоступу відомчої мережі зв'язку доцільно використовувати адаптивні процедури, що забезпечують можливість подолання апріорної невизначеності у відношенні параметрів сигналів і завад, а також використовувати процедури оцінки нестаціонарного стану сигнально - завадової обстановки і прийняття рішень про перехід на новий інтервал локальної стаціонарності, що у свою чергу дозволяє реалізувати адаптивну процедуру фрагментації пакетів.

8. У роботі пропонується удосконалити процедуру фрагментації інформації відповідно до протоколу керування доступом до середовища передачі даних (МАС) з метою підвищення якості передачі інформації. Рекурсивна процедура: вимір - оцінка - керування зводиться до трьох окремих етапів:

вимір і оцінка сигнально-завадової обстановки у радіоканалі,

вибір оптимальної комбінації і структури сигналів,

корекція адаптера на черговому кроці.

При поганих умовах передачі по радіоканалу пропонується працювати меншими фрагментами і з меншою швидкістю, ніж у стандартному протоколі.

9. Запропоновано методику визначення розташування точок доступу в системі абонентського радіодоступу відомчої мережі зв'язку, що дозволяє розміщувати апаратуру точок доступу з урахуванням різних вимог з обмеження умов поширення радіохвиль і мінімізувати втрати надійності системи зв'язку. У випадку, якщо задача не має вирішення при заданих обмеженнях, рекомендується зменшити швидкості передачі інформації у каналах зв'язку.

10. Організовано і проведено експериментальні дослідження, що дозволили запропонувати метод визначення повернених втрат у волоконно-оптичних лініях зв'язку оптичної частини відомчих мереж зв'язку. Пропонується використовувати метод зворотного розсіювання для виміру загасання, а потім за отриманими рефлектограмами визначати рівень повернених втрат з використанням фільтра Калмана-Б'юсі. Виміри з одного кінця кабелю зручні, дають можливість швидкій локалізації несправності вже прокладеного кабелю. Застосування фільтра дозволило збільшити динамічний діапазон вимірів на відміну від існуючих методів.

11. Проведено експериментальні дослідження з виміру згасання сигналу на трасах ХД ВАТ “Укртелеком” за допомогою методу зворотного розсіювання й обміряно повернені втрати як інтегральна оцінка від зворотного розсіювання. Виміри згасання сигналу у волоконно-оптичних лініях зв'язку проводилися за допомогою рефлектометра Flash (7976) фірми Wavetek з динамічним діапазоном 28-26 дБ і оптичним інтерфейсом RS232. Виміри проводилися у другому вікні прозорості на довжині хвилі 1310 нм на трасах: АТС 65 - АТС 64; АМТС - АТС 27; АТС(Жихар) - АТС 52; АТС 43 - АТС 12; АТС 93 - АТС 10; АТС 12 - АМТС. У результаті експерименту був зроблений висновок про те, що із застосуванням фільтра Калмана-Б'юсі збільшується динамічний діапазон вимірів.

12. Показано, що в реальних оптичних лініях через стики в роз'ємах виникають повернені втрати, що приводять до збільшення помилок у цифровій системі зв'язку. Запропоновано для зниження рівня помилок в оптичній частині відомчої мережі зв'язку на початку кожного сеансу зв'язку здійснювати моніторинг стану оптичного каналу за рівнем повернених втрат, і на основі проведених вимірів коректувати рівні потужностей передавальних оптичних пристроїв з метою компенсації несприятливих наслідків впливу повернених втрат.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Марчук В.С., Селевко С.Н. Интеграция систем абонентского радио и оптического доступа // Праці УНДІРТ - 2004. - № 3(39). С.44-48.

2. Марчук В.С., Селевко С.Н. О влиянии параметров фотоприёмника на пропускную способность системы абонентского оптического доступа // Восточно-европейский журнал передовых технологий - 2004. - №5. - С.74-77.

3. Марчук В.С., Селевко С.Н. Минимально допустимая мощность на входе цифрового оптического приёмного устройства для систем оптического доступа // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник “Радиотехника”. - 2005. - № 140. - С.134-139.

4. Абдельхамид Зугбар, Звягольская Г.В., Селевко С.Н. Методы адаптации и управления в задачах профилирования трафика // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник “Радиотехника”. - 2004. - № 138. - С.130-134.

5. Селевко С.Н. Системы широкополосного беспроводного абонентского доступа типа MMDS, LMDS, MVDS // Материалы 7-го международного молодёжного форума “Радиоэлектроника и молодежь в 21-м веке”. - Харьков, 2003. - С.108.

6. Селевко С.Н. Использование технологии FSO для решения задачи ЭМС в системах абонентского радиодоступа // Материалы 9-го международного молодёжного форума “Радиоэлектроника и молодежь в 21-м веке”. - Харьков, 2005. - С.111.

7. Звягольская Г.В., Селевко С.Н. Разработка математической модели состояния нестационарной телекоммуникационной системы // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник “Радиотехника”. - 2005. -

№ 142. - С.80-82.

8. Звягольская Г.В., Селевко С.Н. Оценка состояния нестационарной телекоммуникационной системы // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник “Радиотехника”. - 2005. - № 142. - С.97-104.

АНОТАЦІЇ

Селевко С. М. Методи інтеграції відомчих мереж зв'язку. - Рукопис.

Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2006.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача інтеграції відомчих мереж різних технологій для об'єднання властивостей, що забезпечують потреби сучасних інформаційних систем відомств. Мета та задачі роботи досягаються за рахунок поєднання мереж на основі оптичних кабелів та систем радіодоступу і відповідного вибору структури інтегрованої мережі. Це дало змогу забезпечити мобільність терміналів абонентів, передачу цифрової інформації зі швидкостями до одиниць та десятків Гбіт/с і високою надійністю передачі інформації 99,99%. Завдяки цьому можливе впровадження сучасних інформаційних систем у відомчих мережах зв'язку. Розроблено вдосконалений адаптивний алгоритм управління фрагментацією пакетів, що передаються в безпроводовій частині інтегрованої мережі в залежності від сигнально-завадової обстановки.

Ключові слова: інтегрована відомча мережа зв'язку, волоконно-оптичні системи передачі, системи абонентського радіодоступу, аналіз, оптимізація, двофазна обробка заявок на маршрутизацію у комутаторах, адаптивна фрагментація пакетів.

Селевко С. Н. Методы интеграции ведомственных сетей связи - Рукопись.

Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи по разработке методов интеграции ведомственных сетей связи на основе волоконно-оптических систем и систем радиодоступа. Показано, что существующие методы построения ведомственных сетей не удовлетворяют потребности современных информационно-управляющих комплексов ведомств. Предложено два метода интеграции ведомственных сетей связи. Это позволило обеспечить мобильность терминалов абонентов, передачу цифровой информации со скоростями до единиц и десятков Гбит/с и высокой надежностью передачи информации до 99,99%. Разработаны рекомендации по использованию интегрированных сетей.

Выделены основные параметры влияния на пропускную способность оптических каналов интегрированных сетей. Исследованы особенности двухступенчатой обработки заявок на маршрутизацию, которые возникают в интегрированных сетях и даны рекомендации по выбору емкости накопителей и производительности коммутаторов на обеих фазах обработки. Разработан усовершенствованный адаптивный алгоритм управления фрагментацией пакетов, которые передаются в беспроводной части интегрированной сети в зависимости от сигнально-помеховой обстановки. Для повышения надежности связи на участке аппаратура точки доступа - терминал пользователя в интегрированной сети запас высокочастотного уровня мощности достигается за счет оптимального размещения аппаратуры точек доступа на территории обслуживания групп терминалов. Разработана методика определения оптимального размещения точек доступа с учетом требований по условиям распространения радиоволн, скорости передачи информации в каналах связи и рабочего частотного диапазона аппаратуры. Для повышения надежности связи на оптическом участке интегрированной сети предложен, для уменьшения уровня ошибок в цифровом канале, простой в практическом использовании метод измерения возвратных потерь на основе метода обратного рассеяния потерь за счет введения фильтра Калмана-Бьюси для оценки затухания сигнала. Проведены экспериментальные измерения возвратных потерь на оптических трассах Укртелекома, которые подтверждают эффективность разработанного метода.

Ключевые слова: интегрированная ведомственная сеть связи, волоконно-оптическая система передачи, система абонентского радиодоступа, анализ, оптимизация, двухфазная обработка заявок на маршрутизацию в коммутаторах. адаптивная фрагментация пакетов.

Selevko S. M. Methods of integration of departmental transmission networks. - Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Technical Science in Specialization 05.12.02 - Telecommunication Systems and Networks - Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv, 2006.

The thesis is devoted to development of methods of integration of departmental transmission networks on the basis of optical-fibre systems and systems of radioaccess. It is shown, that the existing methods of construction of departmental networks do not satisfy requirement of modern information-managing complexs of departments. Two methods of integration of departmental transmission networks are offered. The recommendations for their use are developed.

The basic parameters of influence on transmission capacity of optical channels of the integrated networks is allocated. The features of dual-ratio processing of the applications on routing are probed which arise in the integrated networks and the recommendations are given at the choice of capacity of stores and productivity of switchboards on both phases of processing. The advanced adaptive algorithm of management fragmentation of packets is developed which are transmitted in a cordless part of the integrated network depending on signal - noise conditions. For a reliability augmentation of communication on a section equipment point of access - terminal of the user in the integrated network the stock of a high-frequency power level is achieved at the expense of optimum arrangement of the equipment of points of access in territory of service of groups of terminals. The procedure of determination of optimum arrangement of points of access is developed in view of the requirements on propagation conditions of radio waves, information rate in communication channels and operating frequency range of the equipment. For a reliability of communication on an optical section of the integrated network a method of measurement of returnable losses is offered, for reduction of a level of errors in the digital channel. It is based on method of a backscattering of losses at the expense of introduction of the Kalman-Bucy filter for a rating of attenuation of a signal. The experimental measurements of returnable losses on UKRTELECOM optical lines are carried out which confirm efficiency of the developed method.

Key words: the integrated departmental transmission network, optical-fiber transmission system, system of user's radioaccess, analysis, optimization, two-phase processing of the applications on routing in switchboards, adaptive fragmentation of packets.

Размещено на Allbest.ru

...