Геометрична модель топології та покриття мережі GPON системи eHealth міста Дніпро

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геометрична модель топології та покриття мережі GPON системи ehealth м. Дніпро

Валерій Бондаренко

Постановка проблеми

Закон України «Про державні фінансові гарантії медичного обслуговування населення» запроваджує державну «електронну систему охорони здоров'я» (eHealth) - інформаційно-телекомунікаційну систему для управління медичною інформацією та автоматизації ведення медичної звітності. На виконання закону постановою КМУ від 25 квітня 2018 р. № 411 затверджено порядок її функціонування.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

За проектування мереж телекомуніка- цій, геотопологія та покриття мережі постають як сукупність емпіричних базових проектних процедур у рамках традиційного «ситуаційного планування». Лише останнім часом вони набувають комп'ютеризованого втілення у спеціалізованих базах даних, зокрема автоматизованої системи технічного обліку на базі платформи General Electric Smallworld [3].

Постановка завдання

Мета даної роботи полягає у визначенні оптимальних за вищезазначеними критеріями геометричних параметрів взаємного розташування на території м. Дніпро активних портів OLT оптичної мережі доступу GPON для 33 ONU - міських закладів охорони здоров'я, що складають регіональний рівень eHealth [1].

Виклад основного матеріалу

Дніпро - одне з 5-х міст-мільйонників України (за станом на січень 2018 р. його населення складало 1 002 900 осіб) - обіймає площу 397 км2 За адміністративним поділом має 8 районів: Амур-Нижньо- дніпровський, Шевченківський, Соборний, Індустріальний, Центральний, Чечелівсь- кий, Новокодацький, Самарський та с.м.т. Авіаторське (рис. 1).

Повний комплекс сучасних медичних послуг з охорони здоров'я населенню м. Дніпро системно надають 33 лікувально-профілактичні установи (ЛПУ) Дніпровської міської ради, підпорядковані Департаменту охорони здоров'я населення Дніпровської міської ради. Нижче наведена загальна структура системи установ охорони здоров'я м. Дніпро - офіційних об'єктів міської системи eHealth. Центри первинної допомоги: Комунальне некомерційне підприємство «Дніпровський центр первинної медично-санітарної допомоги №ХХ» Дніпровської міської ради, ХХ = 1, 2, 3,..., 12. У складі кожного - Амбулаторія ЗПСМ Y = 1, 2, 3. Поліклініки: Комунальний заклад «Дніпровська міська поліклініка №Х» Дніпровської міської ради, Х = 1, 2, 4, 5, 6; у складі №1 - 3 Заклади, №2 - 2 Заклади, №№ 4, 5, 6 - по 1 Закладу. Лікарні: Комунальний заклад «Дніпровська міська клінічна лікарня №ХХ» Дніпровської міської ради, ХХ = 1, 11, 12, 15; у складі №1 - 1 Заклад, №11 - 2 Заклади, №12 - 3 Заклади, №15 - 1 Заклад; Комунальний заклад «Дніпровський міський пологовий будинок №1» Дніпровської міської ради - 1 Заклад; Комунальний заклад «Дніпровське клінічне об'єднання швидкої медичної допомоги» Дніпровської міської ради - 3 Заклади. Дитячі лікарні: Комунальний заклад «Дніпровська міська дитяча клінічна лікарня №Х» Дніпровської міської ради, Х = 2, 5, 6 - по 1 Закладу. Стоматології: Комунальний заклад «Стоматологічна поліклініка №Х» Дніпровської міської ради, Х = 1, 2, 3; у складі кожного - по 1 Закладу; Комунальний заклад «Дніпровська міська клінічна стоматологічна поліклініка №Х» Дніпровської міської ради, Х = 4; у складі №4 - 1 Заклад; Комунальний заклад «Дніпровська (міська) дитяча стоматологічна поліклініка №Х» Дніпровської міської ради, Х = 1, 2, 3; у складі кожного - по 1 Закладу.

Архітектура мережі GPON. Мережа GPON складається з чотирьох ділянок:

- станційна ділянка - обладнання OLT и ODF, змонтовані на вузлі електрозв'язку у приміщенні АТС (опорному вузлі);

- магістраль - сукупність ВОК, магістральних та розподільчих шаф (ОРШ, ШКО), муфт (боксів), конекторів та з'єднувачів, що розміщуються між лінійним портом ODF та вхідним інтерфейсом оптичного сплітера у муфті або в ОРШ (вхідним інтерфейсом ШКО за розміщення сплітерів першого рівня сплітування у АТС);

- БРМ - ділянка мережі від виходу сплітера в ОРШ (вихідних інтерфейсів ШКО за розміщення сплітерів першого рівня сплі- тування у АТС) до абонентських портів ОРК;

- абонентська ділянка - персональне абонентське розведення одноволоконним ВОК від абонентського порта ОРК до ОРА або до активного обладнання ONT у офісі корпоративного клієнта (ділянка між розподільчою коробкою (ОРК) - ONT).

За побудови оптичної розподільчої мережі GPON використовується двокаскадна схема поділу оптичного сигналу з сумарним коефіцієнтом 1:64 (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2. Схема організації двокаскадної мережі GPON

Після вибору активного обладнання, що здійснюється переважно емпіричними методами, проектування зазначеної мережі доступу GPON складається з такої послідовності типових проектних процедур:

- визначення місць установки OLT;

- побудова топології мережі доступу GPON;

- побудова покриття - трас проходження оптоволоконного кабелю для кожної віти;

- вибір місць встановлення розгалу- джувачів OP;

- визначення оптимальних коефіцієнтів поділу всіх розгалуджувачів OP;

- розрахунок бюджету втрат для кожної віти.

Для викладення методики побудови інтегрованої Топології та Покриття оптичних мереж абонентського доступу GPON для eHealth доречно запровадити такі означення.

Хмара - елемент Покриття, що являє собою одноз'вязну ділянку території міста, на якій розташовані усі міські будівлі, охоплені фракталом мережі від одного опорного вузла.

Кластер - елемент Хмари, що складається з групи будівель, охоплюваних одним зв'язаним набором лінійно-кабельних споруд деревовидної структури з коренем на опорному вузлі. До Топології Кластера належить магістральна волоконно-оптична мережа, що являє собою сукупність волоконно-оптичних кабелів, організованих в топології «дерево», та БРМ в усіх будівлях Кластера. Кількість будівель, що входять до складу Кластера, визначається кількістю волокон кореневого кабелю ВОЛЗ, що йдуть від опорного вузла. Мікрорайон - елемент міського Покриття, що визначається як угрупування будівель, обмежене широкими вулицями.

Опорний вузол - АТС міської телекомунікаційної мережі, на якій встановлені GPON OLT.

Кореневий кабель ВОЛЗ - ділянка магістрального кабелю від оптичного кроса, встановленого на АТС (до якого підключено OLT мережі GPON), до першої розгалуджувальної муфти у кабельній каналізації. Кількість волокон у кореневому ВОК має складати 96 ОВ, в окремих випадках припустимо застосування кабелю с числом волокон 144.

Магістральні волокна - волокна магістральної ВОЛЗ від оптичного кросу опорного вузла до входу сплітера БРМ, встановлюваного в ОРШ мережі GPON.

Обрання опорних вузлів. Опорні вузли обирають з існуючих АТС м. Дніпра за таких умов:

- АТС, обрані у якості опорних вузлів, мають бути рівномірно розподілені по території м. Дніпра;

- від одного з опорних вузлів до кожного обслуговуваного ним району м. Дніпра має бути доступна принаймні одна траса (канал) по багатоотворовій кабельній каналізації;

- відстань від опорного вузла до будь- якої будівлі у м. Дніпро (радіус Хмари) має бути не більше 10 км по кабельній трасі;

- достатня потужність електропостачання опорного вузла (у тому числі, з урахуванням розташування обладнання з реконструйованих АТС).

Визначення меж Хмар. Для визначення меж Хмари використовується така картографічна інформація:

- межі сусідніх Хмар;

- адміністративні межі районів м. Дніпра, обслуговуваних опорними вузлами;

- наявність та стан каналів багатотво- рової кабельної каналізації у радіусі 10 км від опорного вузла.

Якщо проектована Хмара має примикання до раніше зпроектованих Хмар, у якості її внутрішньої межі використовують безперервну сукупність ділянок зовнішніх меж усіх примикаючих Хмар. Якщо Хмари двох чи більше опорних вузлів не мають спільних меж, здійснюється первинна кла- стеризація, що полягає у нанесенні на мапу адміністративних меж районів обслуговування опорних вузлів.

До складу Хмари залучають весь район, на якому знаходиться опорний вузол. Якщо два опорних вузли знаходяться у сусідніх районах, то у якості межі Хмар приймають межу районів.

Після первинної кластеризації здійснюється поелементний аналіз приєднаних районів щодо наявності багатоотворової каналізації. Для цього у кожному з мікрорайонів перевіряються наявність та приблизна довжина трас до сусідніх опорних вузлів. Якщо для групи елементів, віднесених до певного опорного вузла, аналіз показує доцільність їхнього перезакріплення за іншим опорним вузлом, здійснюється топологічне виокремлення цієї групи. Для цього група повинна бути топологічно зв'язною й мати спільну з районом межу. Після цього межа Хмари коригується приєднанням до сусіднього району.

За виявлення на території Хмари групи малоповерхової забудови (тобто лише приватними будинками та/або малоквартирними будинками до 16 квартир), здійснюється топологічне виокремлення цієї групи (група має бути топологічно зв'язною). Якщо у приєднаному районі (за критерієм спільних меж з раніше зпроектованою Хмарою) аналіз виявляє технічно важко доланні підімкнен- ня деяких елементів до даного опорного вузла (наприклад, необхідність будівництва більш як 500 м каналізації, або будівництво каналізації через автомагістралі, залізницю, ріку Дніпро тощо), проводиться повторний аналіз стосовно раніше зпроектованого опорного вузла, і його Хмара розширюється.

Табл. 1. Прийнятні до застосування типи магістральних ВОК

Загальні правила формування кластерів. Основним критерієм за формування кластеру є мінімізація питомої суми довжин магістральних кабелів й ВОК приєднаних будинків кластера, приведених до кількості обслуговуваних у кластері клієнтів.

Формування кластеру здійснюється на основі об'єднання близько розташованих будівель з ознакою «ОРШ». Спочатку для кожного з них обчислюється кількість обслуговуваних ONT. Для цього здійснюється прив'язка будівель без ОРШ до базових будинків. На першому етапі прив'язки визначаються базові будівлі Кластера, до яких відносять будівлі з ознакою «ОРШ». Надалі підлягають прив'язці до базових будинків інші будівлі, за винятком охоплених мережами FTTB/FTTC. Для кожного з них за мапою з нанесеною каналізацією визначається найближчий базовий будинок.

Критерій прив'язки - мінімальна довжина по кабельній каналізації й дотримання норм на загасання за двокаскадної схеми побудови дерева PON відповідно до Рекомендацій ITU-T G.984. Визначення кількості магістральних волокон для кластера. Для нежитлових будинків, що мають ознаку «ОРШ», а кількість клієнтів - юридичних осіб більше 32, кількість магістральних волокон визначається як поділена на 32 сума запланованих до розміщення ONT з урахуванням резерву (10 - для компенсації можливих помилок висхідних даних та перспективи підімкнення в подальшому раніше неохоплених будівель):

Кмвнжд = OKPBBEPX((KsoHo +

КСМП + 10)/32) + ККК*2 + 1 (резерв).

За розрахунку кількості магістральних волокон Кмвххх належить враховувати коефіцієнти поділу сплітерів, встановлюваних в ОРШ та ОРК.

Формування кластера. Для формування кластера використовується адаптивна процедура з оберненим контролем, в якій відстежується загальна кількість заді- яних волокон, що потрапляють до кожного кластеру:

Кк = Кмвокн + Кмвнжд + Кмвбд + KMBfttb + Кмвштк.

Також розраховується загальна кількість вільних волокон у кореневому кабелі кластера:

Ксв = 91 - Кмвххх.

Заповнення кластера будинками здійснюється послідовно - за критерієм досягнення належного резерву вільних волокон у кореневому кабелі, що складає від 17 до 22. Після цього здійснюється заповнення наступного за номером кластера. Кластери нумеруються послідовно, розпочинаючи з одиниці.

Побудова кластерного дерева. Перед побудовою кластерного дерева має бути визначена кількість волокон магістрального кабелю Кмвххх для кожної будівлі кластера с урахуванням резервних волокон.

Побудова кластерного дерева здійснюється послідовно, розпочинаючи з найбільш віддалених - за кабельною каналізацією - будівель. Вибір ємності кабелю для підімкнення кожної будівлі здійснюється з заданого списку номіналів (табл. 1) з урахуванням необхідної кількості магістральних волокон, що надходять до ОРШ, та резерву - не менше 2-х волокон.

Об'єднання кабелів для підімкнення будівель здійснюється у розгалужувальних муфтах, з кількістю відгалужень, необхідною для підімкнення транзитних кабелів до сусідніх муфт. Ємність транзитних та відгалужувальних кабелів обираеться з списку номіналів у табл. 1.

Обирається прийнятний кабель з найменшою ємністю. Даний кабель графічно прокладається до кластерної муфти за трасою каналізації. Якщо на відповідних ділянках траси кількість кабелів перевищує 3, у найближчому колодязі розташовується перша об'єднувальна муфта. Зображення подальшої ділянки траси редагується - з урахуванням використання проміжного кабелю. Ємність проміжного кабелю обирається з табл. 1, при цьому вона має дорівнювати сумі волокон об'єднувальних кабелів, якщо об'єднуються транзитні кабелі та один розгалужувальний кабель.

Надалі процедура повторюється - якщо за трасою каналізації до кластерної муфти знаходяться більше 3-х кабелів (від- галужувальних чи об'єднувальних), вони знов об'єднуються у муфті й т.д. Для розрахунку ємності об'єднувального (транзитного) кабелю використовується табл. 1, кількість волокон визначається аналогічно.

Для розрахунку бюджету втрат кожної оптичної лінії(віти) повні втрати на лінії подаються у вигляді суми загасань на усіх її складниках [2]:

А^ = (і +... + Іп + Nр Ар + N3 А3 + (ароз +¦¦¦ +Арозт)

Перший доданок цієї суми надає сумарні втрати в оптичному кабелі, другий - втрати в роз'ємах, третій - втрати на зварках, четвертий - втрати в розга- лужувачах.

Саме цей вираз постає як критерій оп- тимальності за розв'язання задачі мінімізації енергетичного бюджету згасан- ня/втрат оптичного сигналу.

Рис. 3. Скріншот програми CrossProject. Траса магістральних волокон кластера

Шуканими геометричними параметрами мережі доступу GPON є довжини її ділянок/віт і мережі.

Програма обліку й адміністрування мережі телекомунікацій оператора. Програма CrossProject дозволяє створювати, зберігати та редагувати базу даних телекомунікаційних об'єктів (у вигляді файлів Excel), переглядати існуючі траси та формувати нові (рис. 3-4).

Рис. 4. Кластер «Комунальний заклад «Дніпровська міська клінічна лікарня №1» Дніпровської міської ради»

Особливість програми - можливість обліку й адміністрування телекомунікаційних об'єктів інноваційних технологій, зокрема застосування для оптичної кабельної мережі, при цьому підтримуються різні типи обладнання, кабелів, муфт тощо. Усі використовувані дані зберігаються на сервері, сама ж програма (у вигляді надбудови XLA для Microsoft Excel) запускається на комп'ютерах користувачів. Реалізовано гнучке розмежування прав доступу за 9-ма рівнями, завантаження з сайту оновлень програми.

Програма має модульну архітектуру й містить, зокрема, такі модулі для розширення свого функціоналу: завантаження та вивантаження до/з білінгової системи кро- сувальних даних, реєстрація ONT- терміналів та отримання статистики їхньої роботи, швидка перевірка доступності окремих вузлів мережі. мережа оптичний сигнал волокно

Оператори широко запроваджують електронні бази даних(БД) з обліку та адміністрування мереж телекомунікацій. Такі БД надають можливість створення мап, топографічних планів з відображенням топології мережі та кабельної каналізації, їхніх параметрів, а також редагування та відображення необхідних шарів та фрагментів мапи з їхнім наступним документуванням. У таких БД можуть бути реалізовані автоматичні розрахунки маршрутів прокладання проектованих кабелів з урахуванням усіх технічних можливостей та обмежень, завантаженості тощо для досягнення мінімальних довжин маршрутів.

Висновки

Запропонований метод оптимізації геометричних параметрів топології та покриття оптичних мереж доступу GPON може бути ефективно використаний при плануванні мережі доступу медичної інформаційної системи еНеаІШ регіонального рівня/великого міста. Подальші дослідження спрямовані на реалізацію функціонала наступних стадій еНеаІШ.

Список використаних джерел

1. Бунь Р.А., Качмар В.О., Хвищун А.І. Принципи формування єдиної медичної інформаційної системи великого міста. Луган. інформ. вісн. 2008. №1. С. 192-194.

2. Кулик Ю.А., Смидович Л.С., Калмыков А.В. Структура базы данных прокладки кабельных каналов в пассивной оптической сети. Сьома міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні напрями розвитку інформаційно-комунікаційних технологій та засобів управління». Полтава-Баку-Кіровоград-Харків, 20-21 квітня 2017р. С. 31.

Анотація

Розроблено геометричну модель топології та покриття телекомунікаційної мережі доступу регіональної системи eHealth (м. Дніпро) за технологією GPON, на основі якої запропоновано метод параметричної оптимізації мережі доступу за критеріями мінімізації витрат енергетичного бюджету згасання/втрат оптичного сигналу на повній оптичній лінії - від точки підключення волокна до активного обладнання OLT до найвіддаленішого ONU.

Ключові слова: eHealth, медична інформаційна система(МІС), топологія, покриття, GPON, OLT, ONU, оптоволоконний кабель, енергетичні втрати, енергетичний бюджет згасання, параметрична оптимізація.

Keywords: eHealth, medical information system (MIS), topology, coating, GPON, OLT, ONU, fiber optic cable, energy loss, energy budget extinction, parametric optimization.

Разработана геометрическая модель топологии и покрытия телекоммуникационной сети доступа региональной системы еНеаШ(г.Днепр) по технологии GPON, на основе которой предложен метод параметрической оптимизации сети доступа по критериям минимизации потерь энергетического бюджета затухания/потерь оптического сигнала на полной оптической линии - от точки подключения волокна к активному оборудованию OLT до наиболее удалённого ONU.

Ключевые слова: eHealth, медицинская информационная система (МИС), топология, покрытие, GPON, OLT, ONU, оптоволоконный кабель, энергетические потери, энергетический бюджет угасания, параметрическая оптимизация.

Размещено на Allbest.ru