СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2023 года по МПК H04W40/00 H04B10/27 

Изобретение относится к оптическим системам, а именно, к сетям связи, и может быть использовано при проектировании и построении новых или совершенствовании существующих волоконно-оптических сетей связи (ВОСС).

Известен способ моделирования процессов обеспечения технической готовности сетей связи при технической эксплуатации и система для его реализации (См. Патент РФ №2336566, G06N 1/00, опубл. 20.10.2008, бюл. №29), заключающийся в определении схемотехнических характеристик элементов сети связи, установлении их взаимосвязи, описании структуры сети связи, разделении всех связей на основные и резервные, задания произвольных комбинаций повреждений элементов сети связи, определении значения показателя аварийности состояния связей между элементами сети связи, моделировании процесса обеспечения технической готовности при эксплуатации сети связи, имитации различных видов отказов, повреждений и сбоев основных элементов сети связи, замещении поврежденных связей резервными, определении значения показателя восстановления работоспособности сети связи, осуществлении сбора статистики, прогноза технического состояния основных элементов сети связи и расчете основных показателей функционирования сетей связи.

Недостатком способа является относительно низкая живучесть сети связи, так как реконфигурацию сети связи выполняют путем замещения повреждения связей резервными, что не позволяет сформировать в структуре сети необходимое количество независимых маршрутов передачи сообщений с требуемым уровнем оптического сигнала в них.

Известен способ обеспечения устойчивости сетей связи в условиях внешних деструктивных воздействий (См. Патент RU 2379753 С1, МПК G06F 21/20, G06N 3/02, опубликовано 20.01.2010, бюл. №2), заключающийся в контроле внешних деструктивных воздействий, оценивании пропускной способности и, путем распределения доступного ресурса между абонентами, обеспечении своевременности предоставления информационных услуг.

Недостатком указанного способа является относительно низкая живучесть сети связи, так как распределяется только доступный ресурс между абонентами сети, при этом построение структуры сети связи не обеспечивает формирование нескольких независимых маршрутов и распределение линий связи между ними.

Известен способ управления структурой инфокоммуникационной системы (См. Патент RU 2642380 С2, МПК G06F 9/00, G06F 15/177, опубликовано 24.01.2018, бюл. №3), заключающийся в создании имитационной модели инфокоммуникационной системы, подготовки вариантов структурного построения сетей совместно с данными о нагрузках, моделировании на имитационной модели вариантов структурного построения сетей, получении оценок параметров сетей по каждому варианту, выборе наиболее целесообразного варианта структуры сети по комплексу оценочных показателей и оценке показателей качества, реализации выбранной структуры сети.

Недостатком указанного способа является относительно низкая живучесть сети связи, так как формирование многомерных маршрутов осуществляется только на основе данных, характерных для статистических условий, не учитывающих динамику функционирования сети и изменение ее структуры и связности, а также изменение уровня оптического сигнала в линиях связи.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к заявленному изобретению является способ динамической реконфигурации сетей связи с многомерными маршрутами передачи сообщений (См. Патент РФ №2522851, С2. кл. H04W 40/00, опубл. 20.07.2014 г.). Известный способ заключается в том, что в каждом из узлов связи осуществляют контроль качества входящих в узел связи каналов связи, результаты контроля качества каналов связи передают на все узлы связи сети связи, в зависимости от качества канала связи оценивают пропускную способность канала связи, затем определяют пропускную способность одномерных маршрутов передачи сообщений в зависимости от пропускной способности входящих в этот одномерный маршрут каналов связи, далее формируют многомерный маршрут передачи сообщений, по которому передают сообщения, причем, вначале в многомерный маршрут включают одномерные маршруты передачи с наибольшей пропускной способностью, затем - одномерные маршруты передачи с меньшей, следующей по величине пропускной способностью и так далее, до тех пор, пока пропускная способность многомерного маршрута передачи не обеспечит передачу сообщений в заданное время с требуемой вероятностью доведения сообщения, и, далее, передают сообщения по многомерному маршруту передачи, в узлах связи, которые представляют собой источники сообщений, по результатам контроля качества канала связи оценивают также тренд изменения пропускной способности каналов связи, затем оценивают тренд изменения пропускной способности одномерных маршрутов передачи и, далее, оценивают тренд изменения пропускной способности многомерных маршрутов передачи, при уменьшении пропускной способности многомерного маршрута передачи ниже предельно допустимого значения в многомерный маршрут добавляют одномерные маршруты передачи, начиная с оставшихся одномерных маршрутов передачи с наибольшей пропускной способностью, и так до тех пор, пока пропускная способность многомерного маршрута передачи не достигнет необходимого значения с учетом тренда изменения пропускной способности многомерного маршрута, при формировании одномерных маршрутов передачи при равной пропускной способности каналов связи, сначала выбирают менее загруженные каналы связи, а затем более загруженные каналы связи, при неравной пропускной способности сначала выбирают каналы связи, у которых пропускная способность с учетом их загрузки будет больше, затем выбирают каналы связи с меньшей пропускной способностью с учетом их загрузки.

Способ-прототип учитывает качество входящих в узел связи каналов связи и изменение пропускной способности каналов связи и одномерных маршрутов при формировании многомерного маршрута передачи сообщений.

Однако способ-прототип имеет недостаток: относительно низкую живучесть сети связи. Это объясняется тем, что в способе-прототипе формируют только один многомерный маршрут при этом не учитывают изменение связности элементов в структуре сети в случае выхода из строя узлов и линий связи в динамике ее функционирования, а также затухание оптического сигнала в одномерных маршрутах.

Техническим результатом при использовании заявленного способа динамической реконфигурации ВОСС, является повышение ее живучести за счет спроектированной структуры сети, обеспечивающей коммутацию нескольких независимых многомерных маршрутов передачи сообщений, и оперативного переключения между ними в случае увеличения затухания оптического сигнала в одном или нескольких одномерных маршрутах их составляющих.

Технический результат достигается тем, что в известном способе динамической реконфигурации ВОСС, заключающемся в том, что в каждом из ее сетевых узлов связи контролируют качество входящих в узел каналов связи, коммутируют два и более одномерных маршрутов, состоящих из множества каналов между двумя инцидентными узлами связи, в многомерный маршрут передачи сообщений. Передают сообщения по многомерному маршруту передачи. Дополнительно предварительно определяют координаты размещения сетевых узлов связи n_i, где i = 1, 2, …, m. Рассчитывают расстояния между сетевыми узлами связи n_i, формируют матрицу расстояний между сетевыми узлами связи n_i. Рассчитывают минимальный по протяженности маршрут между всеми n_i, сетевыми узлами связи ВОСС. Группируют сетевые узлы связи n_i в k_j подсети, где j = 1, 2, …, h путем полного последовательного перебора сетевых узлов связи n_i по критерию минимальной суммарной длины линий связи образующих k_j подсеть. Проектируют в каждой k_j подсети кольцевую структуру, для чего формируют матрицу расстояний между сетевыми узлами связи n_i, составляющих каждую k_j подсеть, определяют в каждой k_j подсети центральный узел связи путем определения минимальной медианы графа, прокладывают линии связи от центральных узлов R_j к остальным сетевым узлам k_j подсети. Соединяют все R_j центральные узлы k_j подсетей между собой линиями связи. Определяют в каждой k_j подсети вспомогательные узлы связи путем определения в каждой k_j подсети ближайших к друг другу узлов связи, входящих в минимальный по протяженности маршрут между всеми n_i узлами ВОСС. Соединяют все R_y вспомогательные узлы k_j подсетей между собой линиями связи. Измеряют затухание а_ос оптического сигнала в одномерных маршрутах в каждой k_j подсети. Рассчитывают максимально допустимое значение затухания оптического сигнала а_доп в каждом одномерном маршруте. Коммутируют два независимых многомерных маршрута передачи сообщений, для чего коммутируют в первый многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов у которых а_ос < а_доп, с коммутацией между подсетями через R_j центральные узлы связи и во второй многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп, с коммутацией между k_j подсетями через R_y вспомогательные узлы связи, причем, линии связи, задействованные в коммутации первого многомерного маршрута, в коммутации второго многомерного маршрута не задействуются. Передают сообщения по первому многомерному маршруту. При увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах, составляющих первый многомерный маршрут, переключают на второй многомерный маршрут передачи сообщений при этом реконфигурируют ВОСС, для чего раскоммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений, исключают из него одномерные маршруты у которых а_ос>а_доп, после чего повторно коммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов, не входящих во второй многомерный маршрут, у которых а_ос<а_доп.

Группируют сетевые узлы связи n_i в k_j подсети с равным распределением узлов ВОСС между всеми k_j подсетями или по категориям.

Коммутируют в первый многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов, обеспечивающих минимальное суммарное затухание оптического сигнала а_ос в нем, а также коммутируют два независимых многомерных маршрутов передачи сообщений из двух и более одномерных маршрутов таким образом, чтобы суммарное затухание одномерных маршрутов, составляющих первый и второй многомерные маршруты, отличалось не более чем на 10%.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, в заявленном способе реализована возможность динамической реконфигурации ВОСС за счет спроектированной структуры сети, обеспечивающей коммутацию нескольких независимых многомерных маршрутов передачи сообщений, и оперативного переключения между ними в случае увеличения затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах их составляющих, чем и достигается повышение живучести.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:

фиг. 1 - размещение сетевых узлов связи (СУС);

фиг. 2 - минимальный по протяженности маршрут между всеми узлами связи n_i в ВОСС;

фиг. 3 - группирование узлов связи n_i в k_j подсети;

фиг. 4 - структура ВОСС, сформированная на основе соединения всех R_j центральных и R_y вспомогательных узлов k_j подсетей между собой линиями связи;

фиг. 5 - характеристики одномерных маршрутах ВОСС;

фиг. 6 - коммутация двух независимых многомерных маршрутов передачи сообщений;

фиг. 7 - пример динамической реконфигурации ВОСС на промежутке времени t₁;

фиг. 8 - пример динамической реконфигурации ВОСС на промежутке времени t₂.

Реализация заявленного способа заключается в следующем. В соответствии с фиг.1 сетевые узлы связи ВОСС расположены на местности. Сетевые узлы связи ВОСС необходимо соединить волоконно-оптическими линиями между собой таким образом, чтобы в образуемой структуре сети коммутировалось не менее двух независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между заданными пунктами.

Под СУС понимают комплекс технических средств, обеспечивающий соединение сетевых станций первичной сети, образование и перераспределение сетевых трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей, а также предоставление их вторичным сетям [В. Г. Фокин. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 288 с: ил., стр. 12].

Под ВОСС понимают совокупность ресурсов систем передачи (каналов, трактов, секций или участков передачи), относящихся к ним средств контроля, оперативного переключения, резервирования и управления, предназначенных для переноса информации между заданными пунктами [В. Г. Фокин. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. -М.: Эко-Трендз, 2008. - 288 с: ил., стр. 13].

На СУС устанавливают средства волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) и аппаратуру оперативного переключения (АОП).

Под ВОСП понимают комплекс технических средств, обеспечивающей формирование типовых каналов и трактов передачи с использованием в качестве направляющей среды оптического кабеля и передачей по нему оптических сигналов [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В. В. Крухмалев, А. Д. Моченов, Р. М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 м.: ил., стр. 12].

В качестве средств ВОСП, устанавливаемых на СУС, выступают один или несколько сетевых элементов. Под сетевыми элементами понимают изделие с набором функций, которые обеспечивают взаимодействие в сети с другими аналогичными устройствами для организации соединений, их защиты, тестирования, управления [В. Г. Фокин. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 288 с: ил., стр. 151]. К сетевым элементам относят: терминальные мультиплексоры, мультиплексоры доступа (ввода/вывода) к отдельным цифровым потокам высокого и низкого уровней, кроссовые коммутаторы с возможностями любых перекрестных соединений трактов высокого и низкого уровней, регенераторы линейных сигналов и оптические усилители [В. Г. Фокин. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. -М.: Эко-Трендз, 2008. - 288 с: ил., стр. 19].

Аппаратура оперативного переключения обеспечивает установление полупостоянных соединений между различными каналами и трактами [Гордиенко В. Н., Тверецкий М. С.Многоканальные телекоммуникационные системы. Учебник для вузов. - 2-е издание, испр. и доп.- М: Горячая линия - Телеком, 2019. - 396 с: ил., стр. 201]. Установленная на сетевых узлах связи АОП осуществляет, в случае аварии или неисправности средств ВОСП, установленных на СУС, или инцидентных им линий связи, реконфигурацию многомерного маршрута на прилегающих одномерных маршрутах ВОСС и соответствующее переключение потоков. Использование АОП обеспечивает реализацию схемы резервирования одномерных маршрутов в ВОСС по схеме 1:1 и географически разнесенным линиям связи по принципу переключения секций или трактов. [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В. В. Крухмалев, А. Д. Моченов, Р. М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 м.: ил., стр. 242]. Установка узлах связи АОП обеспечивает резервирование с использованием различных маршрутов, число которых тем больше, чем больше связность ВОСС, определяемой числом независимых маршрутов между всеми парами СУС, и защиту от одновременных отказов нескольких сетевых элементов [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А. Д. Моченов, Р. М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 м.: ил., стр. 247].

Для проектирования структуры ВОСС и соединения СУС линиями связи определяют координаты (B, L, H) n_i СУС (фиг.1) в геодезической системе координат [ГОСТ 32453-2013 Межгосударственный стандарт. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек]. Определить координаты размещения СУС можно с помощью навигационной аппаратуры потребителя, например «Грот-В» 14Ц821 [Приемоиндикатор возимый «Грот-В» индекс 14Ц821. Руководство по эксплуатации ЦДКТ.464316.448 РЭ]. Далее рассчитывают расстояния между СУС и, в ВОСС, для чего производят пересчет геодезических координат каждого из узлов в геоцентрическую декартовую систему координат 0XYZ, центр которой совмещен с центром масс Земли, ось 0Z направлена по оси вращения Земли в сторону Северного полюса, ось ОХ лежит в плоскости земного экватора и связана с Гринвичским меридианом G, ось 0Y дополняет систему координат до правой [Перов А. И. Основы построения спутниковых радионавигационных систем. Учеб. пособие для вузов. - М: Радиотехника, 2012. 240 с: ил.]. Рассчитывают геоцентрические координаты СУС n_i и n_m: x_i, y_i, z_i, x_m, y_m, z_m. [ГОСТ 32453-2013 Межгосударственный стандарт. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек]. Рассчитывают расстояния между СУС n_i и n_m по формуле . Определение расстояний между СУС n_i и n_m в ВОСС позволяет сформировать матрицу расстояний между ними [Филлипс Д., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 496 с, ил. стр. 18]

Сформированная матрица расстояний между УС позволяет рассчитать минимальный по протяженности маршрут между всеми n_i узлами ВОСС.Рассчитывают минимальный по протяженности маршрут между всеми n_i узлами ВОСС, известными способами, например решением задачи «Коммивояжер» [Кристофидиес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978, стр. 242] (фиг.2). Нахождение минимального по протяженности маршрута между всеми n_i узлами ВОСС позволяет группировать СУС n_i в k_j подсети и определить в каждой k_j подсети вспомогательные узлы связи . Группируют СУС n_i в k_j подсети, где j = 1, 2, …, h либо с равным распределением узлов связи ВОСС между всеми подсетями, либо по категориям. Категорию СУС определяют в зависимости от категорий основных направлений электросвязи, которые данные узлы обслуживают, и значимости выделяемых каналов [ГОСТ Р 53111 - 2008. Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки. - М.: Стандартинформ, 2009 г. - 19 с, стр. 7]. Группирование СУС n_i в k_j подсети осуществляют путем полного последовательного их перебора по критерию минимальной суммарной длины линий связи образующих k_j подсеть (фиг.3). Полный последовательный перебор узлов связи n_i осуществляют известными способами, например решением комбинаторной задачи перебора [Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1988. - 480 с: ил., стр. 376].

Далее проектируют в каждой k_j подсети кольцевую структуру, для чего формируют матрицу расстояний между узлами связи составляющих каждую k_j подсеть, на основе которой определяют в каждой k_j подсети центральный узел связи с помощью расчета минимальной медианы графа. Затем прокладывают линии связи от центральных узлов R_j к остальным узлам k_j подсети [Кристофидиес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978, стр. 127] и соединяют все R_j оцентральные узлы k_j подсетей между собой линиями связи (фиг.4).

Определяют в каждой k_j подсети вспомогательные узлы связи R_j ∈ k_j. Ближайшие к друг другу узлы в каждой k_j подсети связи в минимальном по протяженности маршруте между всеми и, узлами ВОСС (фиг.2), являются вспомогательными узлами связи. Соединяют все R_y вспомогательные узлы k_j подсетей между собой линиями связи (на фиг.4 показаны пунктирными линиями).

Контроль качества входящих в СУС каналов связи осуществляют в соответствии с требованиями уровня обслуживания для соответствующего метода коммутации трафика и цифровой иерархии. Под уровнем обслуживания понимают совокупность технических параметров, характеризующих соответствие некоторой группы ресурсов поступающей нагрузке при определенных условиях [Рекомендация Е. 800 «Термины и определения по инженерии трафика»; Лемешко А.В., Модель и метод предотвращения перегрузки с активным управлением очередью на узлах телекоммуникационной сети // Проблемы телекоммуникаций. - 2014. - С.91-104; Шринивас В., Качество обслуживания в IP: учеб. Пособие / В. Шринивас. - М.: издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с].

Для систем с коммутацией каналов определение уровня качества обслуживания каждого потока данных производят в соответствии с нормами на рабочие характеристики по скорости передачи битов тракта для секунды с ошибками - PO_es или нормы для рабочих характеристик пораженной ошибками секунды - PO_ses, нормы для рабочих характеристик фоновой ошибкой блока - PO_bbe, нормы для рабочих характеристик пораженный ошибками период - PO_sep и распределением тракта А%, А%=∑а% [Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH - Рекомендация МСЭ-Т / М.2101; 2003 г., 44 с, стр. 15].

Для пакетного трафика определение уровня качества обслуживания каждого потока данных производят по своевременности доставки пакета, оцениваемой достижимой максимальной сквозной задержкой пакета i-го потока данных «из конца в конец» s-го класса из множества S классов трафика t_дост, не превышающей требуемого значения t_треб, определяемого рекомендацией Y. 1541: Гарантированное качество обслуживания предоставляемых мультисервисных услуг достигается путем обеспечения требуемой задержки обработки пакетов i-го потока в системе спектрального уплотнения - получателем сообщений.

Уровень качества обслуживания трафика оценивают с помощью интегрального показателя для различных категорий и типов пакетного трафика, который рассчитывают по формуле где - обобщенный показатель качества обслуживания пакетного трафика, - время задержки, - вероятность своевременной доставки и - вариация задержки для различных категорий трафика k ∈ [1, K] и типа трафика u ∈ [1, U]. Показатель рассчитывают как интегральную оценку по трем показателям с учетом весовых коэффициентов g, которые определяют методом экспертных оценок.

Параметры нормируют по формуле , где - нормированное значение параметра в диапазоне [0,1]; - максимальное и минимальное значение нормируемого параметра.

С учетом вышеперечисленного оценку уровня качества обслуживания пакетного трафика производят по формуле: , где - весовые коэффициенты для соответствующих показателей, - нормированные значения задержки, потерь и вариации задержки для соответствующей категории и типа трафика.

Измеряют затухание а_ос оптического сигнала в одномерных маршрутах в каждой k_j подсети между оптическими усилителями или регенераторами. Измерить затухание а_ос оптического сигнала можно различными известными методами, например, с помощью метода обратного рассеяния [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 62], с помощью оптического рефлектометра во временной области, например «ТОПА3-7000» [Тестер оптический серии «ТОПА3-7000» Руководство по эксплуатации АВНФ.411918.008 РЭ] или в автоматическом режиме с помощью системы управления и мониторинга оборудования ВОСП, установленного на СУС, например, с помощью универсальной системы управления и мониторинга «Фрактал» [Сетевая система управления DWDM-сетей NMS «ФРАКТАЛ» версия 4.0. Краткое руководство пользователя]. Затем рассчитывают допустимое значение затухания оптического сигнала в каждом одномерном маршруте а_доп [дБ/км]. Одномерным маршрутом передачи в сети связи называют множество каналов связи, образованных оборудованием связи, между двумя инцидентными узлами связи. Многомерным маршрутом передачи сообщения в сети связи называют два и более соединения одномерных независимых маршрутов, по которым передают сообщение. Максимально допустимое значение затухания оптического сигнала в одномерном маршруте а_доп определяют максимальным значением перекрываемого затухания на усилительных участках одномерного маршрута между оборудованием ВОСП или между оборудованием ВОСП и оптическим усилителем или между оптическими усилителями, дБ;

Максимальное допустимое значение затухания оптического сигнала рассчитывают где - затухание разъемного оптического соединителя, дБ; n - число разъемных оптических соединителей; А_н - затухание неразъемного оптического соединителя; m - число неразъемных оптических соединителей; α - коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км; L - длина усилительного участка в одномерном маршруте; А_п - суммарное затухание всех дополнительных пассивных устройств, включенных на усилительном участке одномерного маршрута. Максимальную протяженность усилительного участка одномерного маршрута рассчитывают по формуле , км, где - энергетический потенциал; - строительная длина кабеля; ΔW₃ - энергетический запас, дБ. Энергетический потенциал определяют выражением , где - уровень оптического сигнала на передаче в начале усилительного участка одномерного маршрута и р_пр - уровень оптического сигнала на приеме в конце усилительного участка одномерного маршрута. Энергетический запас рассчитывают , где А₁ - запас на ухудшение параметров пассивных элементов кабельного участка; А₂ - запас на ухудшение параметров оптоэлектронных компонентов ВОСП [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В. В. Крухмалев, А. Д. Моченов, Р. М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 м.: ил., стр. 320]. Если максимальная протяженность усилительного участка на одномерном маршруте меньше длины одномерного маршрута, его представляют совокупностью усилительных участков, при этом оптический усилитель или регенератор устанавливают посередине длины одномерного маршрута.

После чего коммутируют два независимых многомерных маршрута передачи сообщений путем расчета кратчайшего пути между корреспондирующими узлами связи, с помощью известных методов, например, с помощью алгоритма Дейкстры [Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - 323 с, ил. стр. 45] (фиг.7). При этом в первый и второй многомерные маршруты коммутируют два и более одномерных маршрутов у которых а_ос<а_доп, таким образом, чтобы коммутация между подсетями осуществлялась через R_j центральные узлы для первого многомерного маршрута и через R_y вспомогательные узлы связи для второго многомерного маршрута. Линии связи, задействованные в коммутации первого многомерного маршрута, в коммутации второго многомерного маршрута не задействуют, что повышает живучесть ВОСС. Взаимное исключение линий связи из многомерных маршрутов обеспечивает алгоритм Дейкстры [Кристофидиес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978, стр. 177].

При увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутов переключают на второй многомерный маршрут передачи сообщений. Раскоммутацию и коммутацию осуществляют с помощью АОП, установленных на СУС ВОСС, при этом обеспечивается автоматическое переключение между маршрутами за время не более 50 мс, что сохраняет в большинстве случаев установленные соединения в сети [В. Г. Фокин. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. - М.: Эко-Трендз, 2008. -288 с: ил., стр. 18]. Реконфигурацию осуществляют централизовано с помощью сетевого центра управления, в качестве которого может выступать оборудование ВОСП, установленное на одном из центральных узлов связи ВОСП, децентрализовано или комбинировано [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В. В. Крухмалев, А. Д. Моченов, Р. М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368 м.: ил., стр. 248]. Сетевой центр управления собирает информацию о состоянии всех элементов сети, принимает решение о конфигурации ВОСС и рассылает соответствующие команды на переключение передачи сообщений между многомерными маршрутами и их реконфигурацию всем АОП. Децентрализованную реконфигурацию ВОСС осуществляют с помощью обмена сообщениями о состоянии сетевых элементов ВОСС между АОП всех СУС, после чего вырабатывают согласованное решение по конфигурации. Комбинированная реконфигурация предусматривает хранение конфигурационных таблиц, рассылаемых сетевым центром управления, на каждом СУС ВОСС и принятие решения о реконфигурации на основании данных таблиц.

Далее реконфигурируют ВОСС, для чего раскоммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений, при этом исключают из него одномерные маршруты у которых а_ос>а_доп. После чего повторно коммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов не входящих во второй многомерный маршрут у которых а_ос<а_доп.

Пример повышения живучести ВОСС, представленной на фиг.1 за счет динамической реконфигурации ее структуры.

Исходные данные: число узлов в сети N = 15. Определяют координаты размещения СУС, измеряют расстояния между ними и формируют матрицу расстояний между узлами связи .

С помощью матрицы расстояний , рассчитывают минимальный по протяженности маршрут между всеми т узлами ВОСС путем решения задачи «Коммивояжер» по критерию . Результаты расчета показывают, что . Маршрут последовательно проходит между узлами связи 1-2-14-15-13-12-10-9-11-4-8-7-6-5-3-1 (фиг.2).

Группируют узлы связи n_i в 3 подсети, путем полного последовательного перебора узлов связи т по критерию минимальной суммарной длины линий связи образующих k_j подсеть.

Состав подсетей: первая подсеть включает УС №1, №2, №3, №5 и №14; вторая подсеть включает УС №9, №10, №12, №13 и №15; третья подсеть включает УС №4, №6, №7, №8 и №11.

Проектируют в каждой k_j подсети кольцевую структуру, для чего формируют матрицу расстояний между узлами связи n_i, составляющих каждую k_j подсеть,

Определяют в каждой k_j подсети центральный узел связи R_j ∈ k_j с помощью расчета минимальной медианы графа. Центральным узлом первой подсети k₁ является УС №2, во второй подсети k₂ - УС №12, в третьей подсети k₃ - УС №8. Прокладывают линии связи от центральных узлов R_j к остальным узлам k_j подсети.

Соединяют центральные узлы №2, 12 и 8 между собой линиями связи (фиг.4). Определяют в каждой k_j подсети вспомогательные узлы связи с помощью рассчитанного ранее минимального по протяженности маршрута между всеми n_i узлами ВОСС (фиг.2). Вспомогательными узлами связи в первой подсети k₁ являются УС №5 и УС №14, во второй подсети k₂ - УС №9 и УС №15, в третьей подсети k₃ - УС №6 и УС №11. Соединяют вспомогательные узлы 14 и 15, 9 и 11, 5 и 6 между собой линиями связи (фиг.4).

Расчет максимально допустимых значений затухания оптического сигнала в одномерных маршрутах α_доп осуществлены для исходных данных: оборудование ВОСП, установленное на СУС фирмы «Т8» модель L400-2C2-X2 с выходной мощностью (BER=10^-12) -15дБм и чувствительностью приемника -22 дБм. Энергетический потенциал W=7 дБ. Кабель фирмы «ОКС-01» марки ОП2 с затуханием на длине волны λ = 1550 нм α = 0,18 дБ/км и строительной длинной кабеля на барабане 12 км. Среднее значение, обеспечиваемое сварочным аппаратом, при сварке оптического волокна А_н = 0,04 дБ. Затухание разъемного оптического соединителя А_р = 0,2 дБ, ΔW₃ = 0,2 дБ, А_п = 1 дБ. Рассчитывают В случае если длина одномерного маршрута ВОСС больше 35,2 км то устанавливают оптические усилители или регенераторы с делением его длины на равномерные отрезки. Длины одномерных маршрутов, количество оптических усилителей на одномерных маршрутах, длины усилительных участков в одномерных маршрутах, рассчитанные допустимые а_доп и измеренные а_ос значения затухания оптического сигнала представлены на фиг.5.

Корреспондирующие узлы №3 и №10. Коммутируют в первый многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос < а_доп, с коммутацией между подсетями через R_j центральные узлы связи №2 и №12. В первый многомерный маршрут входят следующие одномерные маршруты: 3-1-2-12-10 (фиг.6).

Во второй многомерный маршрут коммутируют два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп, с коммутацией между k_j подсетями через R_y вспомогательные узлы связи №14 и №15. Во второй многомерный маршрут входят следующие одномерные маршруты: 3-5-14-15-9-10 (фиг.6).

На промежутке времени t₁ увеличилось затухание оптического сигнала с 5,5 дБ до 8 дБ в одномерном маршруте 2-12, таким образом 8 дБ > 6,53 дБ. АОП на УС №3 осуществило переключение на второй многомерный маршрут передачи сообщений. ВОСС реконфигурируют для чего раскоммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений: 3-1-2-12-10, исключают из него 2-12 одномерный маршрут и заново коммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов, не входящих во второй многомерный маршрут. Первый многомерный маршрут после реконфигурации включает в себя следующие одномерные маршруты: 3-1-2-8-12-10 (фиг.7).

На промежутке времени t₂ увеличилось затухание оптического сигнала с 5,8 дБ до 9 дБ в одномерном маршруте 5-14, таким образом 9 дБ > 6,84 дБ. АОП на УС №5 осуществило переключение на первый многомерный маршрут передачи сообщений, сформированный на промежутке времени t₁. ВОСС реконфигурируют для чего раскоммутируют второй многомерный маршрут передачи сообщений: 3-5-14-15-9-10, исключают из него 5-14 одномерный маршрут и заново коммутируют второй многомерный маршрут передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов, не входящих в первый многомерный маршрут. Второй многомерный маршрут после реконфигурации включает в себя следующие одномерные маршруты: 3-5-6-11-9-10 (фиг.8).

В первый многомерный маршрут коммутируют два и более одномерных маршрутов, обеспечивающих суммарное минимальное затухание оптического сигнала а_ос в нем. Расчеты, показывают, что в данном варианте коммутации в первый многомерный коммутируют одномерные маршруты: 3 - 1 - 2- 12 - 10, с суммарным затуханием оптического сигнала в нем а_ос = 21,14 дБ. Другие варианты коммутации первого многомерного маршрута обеспечивают большее суммарное затухание оптического сигнала по отношений к нему: 3 - 5 - 14-15 - 9 - 10 а_ос = 27,9 дБ; 3 - 5 - 6 - 11 - 9 - 10 а_ос = 29 дБ/км.

Коммутируют два независимых многомерных маршрутов передачи сообщений из двух и более одномерных маршрутов таким образом, чтобы суммарное затухание одномерных маршрутов, составляющих первый и второй многомерные маршруты, отличалось не более чем на 10%. В данном варианте коммутации в первый многомерный маршрут могут быть скоммутированы одномерные маршруты 3-5 - 14 - 15-9 - 10, а во второй 3-5-6-11-9-10, так как их суммарное затухание отличается друг от друга на 3,8%.

Представленные расчеты показывают, что проектирование структуры ВОСС, обеспечивающей коммутацию нескольких независимых многомерных маршрутов с автоматическим переключением между ними с помощью АОП, а также требуемым затуханием оптического сигнала в них, позволяет повысить живучесть сети.

Изобретение относится к оптическим системам, а именно к сетям связи. Техническим результатом является повышение живучести волоконно-оптической сети связи (ВОСС) за счет проектирования структуры ВОСС и коммутации нескольких независимых многомерных маршрутов с минимальным затуханием оптического сигнала в них. Технический результат достигается тем, что группируют сетевые узлы связи в подсети, проектируют в каждой подсети кольцевую структуру, определяют в каждой подсети центральный узел связи, соединяют все центральные узлы подсетей между собой линиями связи, определяют в каждой подсети вспомогательные узлы связи, соединяют все вспомогательные узлы подсетей между собой линиями связи, измеряют затухание оптического сигнала а_ос в одномерных маршрутах в каждой подсети, рассчитывают максимально допустимое значение затухания оптического сигнала а_доп в каждом одномерном маршруте, коммутируют два независимых многомерных маршрута передачи сообщений, передают сообщения по первому многомерному маршруту, при увеличении затухания оптического сигнала в одном или нескольких одномерных маршрутах переключаются на второй многомерный маршрут передачи сообщений, при этом реконфигурируют ВОСС, для чего раскоммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений, исключают из него одномерные маршруты, у которых а_ос > а_доп, после чего повторно коммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов, не входящих во второй многомерный маршрут. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ динамической реконфигурации волоконно-оптической сети связи (ВОСС), в соответствии с которым в каждом из ее сетевых узлов связи контролируют качество входящих в узел каналов связи, коммутируют два и более одномерных маршрутов, состоящих из множества каналов между двумя инцидентными узлами связи, в многомерный маршрут передачи сообщений, передают сообщения по многомерному маршруту передачи, отличающийся тем, что предварительно определяют координаты размещения сетевых узлов связи n_i, где i = 1, 2, …, m, рассчитывают расстояния между сетевыми узлами связи n_i, формируют матрицу расстояний между сетевыми узлами связи, рассчитывают минимальный по протяженности маршрут между всеми n_i сетевыми узлами связи ВОСС, группируют сетевые узлы связи n_i в k_j подсети, где j = 1, 2, …, h, путем полного последовательного перебора сетевых узлов связи n_i по критерию минимальной суммарной длины линий связи образующих k_j подсеть, проектируют в каждой k_j подсети кольцевую структуру, для чего формируют матрицу расстояний между сетевыми узлами связи n_i, составляющих каждую k_j подсеть, определяют в каждой k_j подсети центральный узел связи R_j ∈ k_j путем определения минимальной медианы графа, прокладывают линии связи от центральных узлов R_j к остальным сетевым узлам k_j подсети, соединяют все R_j центральные узлы k_j подсетей между собой линиями связи, определяют в каждой k_j подсети вспомогательные узлы связи R_y ∈ k_j путем определения в каждой k_j подсети ближайших к друг другу узлов связи, входящих в минимальный по протяженности маршрут между всеми n_i сетевыми узлами связи ВОСС, соединяют все R_y вспомогательные узлы k_j подсетей между собой линиями связи, измеряют затухание а_ос оптического сигнала в одномерных маршрутах в каждой k_j подсети, рассчитывают максимально допустимое значение затухания оптического сигнала а_доп в каждом одномерном маршруте, коммутируют два независимых многомерных маршрута передачи сообщений, для чего коммутируют в первый многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп, с коммутацией между подсетями через R_j центральные узлы связи и во второй многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп, с коммутацией между k_j подсетями через R_y вспомогательные узлы связи, причем линии связи, задействованные в коммутации первого многомерного маршрута, в коммутации второго многомерного маршрута не задействуются, передают сообщения по первому многомерному маршруту, при увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах, составляющих первый многомерный маршрут, переключают на второй многомерный маршрут передачи сообщений, при этом реконфигурируют ВОСС, для чего раскоммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений, исключают из него одномерные маршруты, у которых а_ос>а_доп, после чего повторно коммутируют первый многомерный маршрут передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов, не входящих во второй многомерный маршрут, у которых а_ос<а_доп.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что группируют сетевые узлы связи n_i в k_j подсети с равным распределением узлов ВОСС между всеми k_j подсетями.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что группируют узлы связи n_i в k_j подсети с распределением сетевых узлов ВОСС между всеми k_j подсетями по категориям.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коммутируют в первый многомерный маршрут два и более одномерных маршрутов, обеспечивающих минимальное суммарное затухание оптического сигнала а_ос в нем.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коммутируют два независимых многомерных маршрута передачи сообщений из двух и более одномерных маршрутов таким образом, чтобы суммарное затухание одномерных маршрутов, составляющих первый и второй многомерные маршруты, отличалось не более чем на 10%.