СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2025 года по МПК H04W40/00 H04B10/27 

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

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.

Известен 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.

Недостатком указанного способа является относительно низкая живучесть сети связи. Это объясняется тем, что в известном способе 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.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к заявленному изобретению является способ динамической реконфигурации волоконно-оптической сети связи (См. Патент РФ №2806055, С1, кл. H04W 40/00, Н04 В 10/27 опубл. 25.10.2023 г. Бюл. №30). Известный способ заключается в том, что в предварительно определяют координаты размещения сетевых узлов связи n₁, где i=1, 2,...,m, рассчитывают расстояния между сетевыми узлами связи n_i, формируют матрицу расстояний L=||l_im|| 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, проектируют в каждой k_j подсети кольцевую структуру, определяют в каждой k_j подсети центральный узел связи R_j ∈ k_j, 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, 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 a_ос<a_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.

Способ-прототип обеспечивает формирование структуры ВОСС с коммутацией двух независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между подсетями через центральные и вспомогательные узлы связи R_j, R_y, с контролем затухание а_ос оптического сигнала в одномерных маршрутах их составляющих и периодической раскоммутацией многомерных маршрутов передачи сообщений за счет исключения из них одномерных маршрутов у которых а_ос>a_доп.

Однако способ-прототип имеет недостаток: относительно низкую живучесть сети связи. Это объясняется тем, что формируемая структура ВОСС обеспечивает формирование двух независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между подсетями только через центральные и вспомогательные узлы связи R_j, R_y, а при выходе одного из них, или сразу двух, нарушается связность ВОСС и снижается живучесть сети.

Техническим результатом при использовании заявленного способа проектирования структуры волоконно-оптической сети связи, является повышение ее живучести за счет формирования структуры сети, обеспечивающей коммутацию не менее трех независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между всеми сетевыми узлами связи при минимальной суммарной длине дополнительных линий связи, и оперативного переключения между ними в случае увеличения затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах их составляющих.

Технический результат достигается тем, что в известном способе проектирования структуры волоконно-оптической сети связи, заключающемся в том, что определяют координаты размещения сетевых узлов связи (СУС) n_i, где i=1, 2,…,m, рассчитывают расстояния между СУ=С n_i, формируют матрицу расстояний L=||l_im|| между СУС n_i, проектируют кольцевую структуру ВОСС по критерию минимальной суммарной длины всех линий N_KC, причем каждый СУС в кольцевой структуре соединяют с другим ближайшим к нему узлом только одной линией связи, в каждом из СУС контролируют качество каналов связи входящих в него, измеряют затухание а_ос оптического сигнала в одномерных маршрутах, рассчитывают максимально допустимое значение затухания оптического сигнала а_доп в каждом одномерном маршруте, передают сообщения по многомерному маршруту передачи. Дополнительно проектируют многокольцевую структуру ВОСС путем прокладки дополнительных линий N_мкс=N_KC/2 в ее кольцевой структуре таким образом, чтобы каждая линия связи n_мкс соединяла два СУС, между которыми размещались два других СУС и располагалась внутри кольцевой структуры ВОСС. Определяют вариант соединения СУС дополнительными линиями связи путем полного последовательного перебора СУС n_i по критерию минимальной суммарной длины линий связи в многокольцевой структуре. Подключают к дополнительным линиям N_мкс в местах их пересечения коммутационные узлы связи (КУС) n_k. Формируют S вариантов коммутации одномерных маршрутов в три независимых многомерных маршрута передачи сообщений, причем в каждый многомерный маршрут коммутируют два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп при этом линии связи, задействованные в коммутации одного из многомерных маршрутов в коммутации двух других многомерных маршрутов не задействуют. Выбирают из S вариантов коммутации одномерных маршрутов тот, который обеспечивает максимально достижимое равенство суммарного затухания в каждом из трех многомерных маршрутов Σa_{ос im 1} ≈ Ea_{ос im 2} ≈ Ea_{ос im 3}. Передают сообщения по первому многомерному маршруту. При увеличении затухания оптического сигнала a_ос>a_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах его составляющих, переключают на второй многомерный маршрут передачи сообщений. При увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах второго многомерного маршрута переключают на третий многомерный маршрут передачи сообщений. При увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах всех трех многомерных маршрутов передачи сообщений реконфигурируют многомерные маршруты, для чего раскоммутируют все три многомерных маршрутов передачи сообщений, исключают из них одномерные маршруты у которых a_oc>a_доп, после чего повторно коммутируют возможное количество многомерных маршрутов передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов у которых а_ос<а_доп.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, в заявленном способе реализована возможность формирования структуры ВОСС, обеспечивающей коммутацию не менее трех независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между всеми сетевыми узлами связи при минимальной суммарной длине дополнительных линий связи их соединяющих, 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 - кольцевая структура ВОСС;

фиг. 3 - соединение сетевых узлов связи (СУС) дополнительными линиями связи;

фиг. 4 - один из вариантов структуры ВОСС при соединении СУС дополнительными линиями связи путем полного последовательного перебора;

фиг. 5 - многокольцевая структура ВОСС;

фиг. 6 - характеристики одномерных маршрутов ВОСС;

фиг. 7 - вариант коммутации одномерных маршрутов в три независимых многомерных маршрута передачи сообщений;

фиг. 8 - пример переключения на третий многомерными маршрут в ВОСС на промежутке времени t₁ при увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в первом и втором многомерных маршрутах;

фиг. 9 - вариант коммутации двух многомерных маршрутов передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов у которых a_ос<a_доп на промежутке времени t₂.

фиг. 10 - вариант коммутации многомерного маршрута передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов у которых a_ос<a_доп на промежутке времени t₃.

Реализация заявленного способа заключается в следующем. На фиг. 1 представлено расположение СУС на местности.

Необходимо спроектировать структуру ВОСС за счет соединения СУС волоконно-оптическими линиями, через коммутационные узлы связи (КУС) таким образом, чтобы в образуемой структуре сети коммутировалось не менее трех независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между всеми узлами при минимальной суммарной длине дополнительных линий связи.

Под ВОСС понимают совокупность ресурсов волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) (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].

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].

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 КУС понимают комплекс технических средств, обеспечивающий перераспределение сетевых трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей между СУС в первичной сети.

В качестве средств ВОСП, устанавливаемых на СУС и КУС, 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]. На СУС устанавливают сетевые элементы: терминальные мультиплексоры, мультиплексоры доступа (ввода/вывода) к отдельным цифровым потокам высокого и низкого уровней. На КУС устанавливают кроссовые коммутаторы с возможностями любых перекрестных соединений трактов высокого и низкого уровней. Кроме того, на СУС и КУС устанавливают коммутационные устройства или аппаратуру оперативного переключения (АОП). Коммутационные устройства могут быть реализованы на основе оптических коммутаторов, например, в виде коммутаторов на многослойных световодных жидкокристалических матрицах, в которых с помощью выбора необходимой топологии управления электродами можно менять топологию каналов [Н. Н. Слепов. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM), 2-е издание, исправленное, стр. 332]. 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]. В случае аварии или неисправности средств ВОСП, установленных на СУС и КУС, АОП осуществляет реконфигурацию многомерного маршрута на прилегающих к узлу связи одномерных маршрутах и переключение сетевых трактов. Установка на СУС и КУС 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].

Определяют координаты (B,L,H) размещения СУС n_i (фиг.1) известными способами, например, в геодезической системе координат [ГОСТ 32453-2013 Межгосударственный стандарт.Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат.Методы преобразований координат определяемых точек]. Определяют координаты размещения СУС известными устройствами, например, с помощью навигационной аппаратуры потребителя «Грот-В» 14Ц821 [Приемоиндикатор возимый «Грот-В» индекс 14Ц821. Руководство по эксплуатации ЦДКТ.464316.448 РЭ].

Затем рассчитывают расстояния между СУС n_iи n_m по формуле где n_i и n_m: x_i, y_i, Z_i, x_m, у_m, Z_m - геоцентрические координаты СУС [ГОСТ 32453-2013 Межгосударственный стандарт.Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек]. На основе значений расстояний между СУС n_i и n_m в ВОСС формируют матрицу расстояний L=||l_im|| между ними [Филлипс Д., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 496 с, ил. стр. 18]

Проектируют кольцевую структуру ВОСС по критерию минимальной суммарной длины всех линий N_кс.Проектируют кольцевую структуру ВОСС известными способами, например, решением задачи «Коммивояжер» [Кристофидиес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М: Мир, 1978, стр. 242] (фиг. 2).

Проектируют многокольцевую структуру ВОСС путем прокладки дополнительных линий в кольцевой ее структуре. Количество дополнительных линий вычисляют как N_мкс=N_кс/2. Дополнительные линии в ее кольцевой структуре располагают таким образом, чтобы каждая такая линия N_мкс соединяла бы два СУС и располагалась внутри кольцевой структуры ВОСС, при этом между соединяемыми СУС должны размещаться два других СУС ВОСС (фиг. 3).

Определяют вариант соединения СУС дополнительными линиями связи путем полного последовательного перебора СУС n_i по критерию минимальной суммарной длины дополнительных линий связи l_im в многокольцевой структуре. Вариант соединения СУС дополнительными линиями связи осуществляют известными способами, например, методом структурной оптимизации, решая на каждом шагу NP-полную задачу. [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]. Для каждого варианта соединения СУС определяют суммарную длину линий связи в проектированной многокольцевой структуре ВОСС l_im где k - вариант соединения СУС, - суммарная длина линий связи в кольцевой сети, l_Nмкс - суммарная длина дополнительных линий связи N_мкс (фиг. 4).

Подключают к дополнительным линиям N_мкс в местах их пересечения коммутационные узлы связи (КУС) n_k. На фиг. 5 КУС обозначены в виде кругов с пунктирной линией.

Контроль качества входящих в СУС каналов связи осуществляют в соответствии с требованиями уровня обслуживания для соответствующего метода коммутации трафика и цифровой иерархии.

Для систем с коммутацией каналов определение уровня качества обслуживания каждого потока данных производят в соответствии с известными нормами, например, предельными значениями 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, определяемого рекомендацией Y. 1541:

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 α_доп=nА_р+mА_н+αL+A_п, дБ, где A_р - 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 W - энергетический потенциал; l_стр - строительная длина кабеля; ΔW₃ - энергетический запас, дБ. Энергетический потенциал определяют выражением W=р_пер - р_пр, где р_пер - 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 ΔW₃=A₁+A₂, 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 L_{макс α} меньше длины одномерного маршрута, его представляют совокупностью усилительных участков, при этом оптический усилитель или регенератор устанавливают посередине длины одномерного маршрута.

Формируют S вариантов коммутации одномерных маршрутов в три независимых многомерных маршрута передачи сообщений, причем в каждый многомерный маршрут коммутируют два и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<a_доп при этом линии связи, задействованные в коммутации одного из многомерных маршрутов в коммутации двух других многомерных маршрутов не задействуют.Формирование S вариантов коммутации одномерных маршрутов осуществляют 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]. Взаимное исключение линий связи из многомерных маршрутов обеспечивает алгоритм Дейкстры [Кристофидиес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978, стр. 177].

Выбирают из S вариантов коммутации одномерных маршрутов тот, который обеспечивает максимально достижимое равенство суммарного затухания в каждом из трех многомерных маршрутов Σa_{ос im 1} ≈ Σa_{oc im 2} ≈~ Ea_{oc im 3}. Достижимое равенство суммарного затухания в каждом из трех многомерных маршрутов обеспечивают известными способами, например, предварительным группированием строительных длин оптического кабеля в волоконно-оптическую линию связи между узлами связи, составляющей одномерный маршрут. Группирование состоит в поиске такого варианта соединения оптических волокон в муфтах оптического кабеля на основании данных измерений затухания оптического сигнала, при котором достигается ослабление случайных составляющих, т.е. приближение его значения к среднему во всех участков соединения кабеля [Оптические кабели связи: Учеб. Пособие для техникумов / С.М. Верник, В.Я. Гитин, В.С. Иванов. - М.: Радио и связь, 1988. - 144 с: ил. стр. 128-133].

При увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутов переключают на второй многомерный маршрут передачи сообщений. Переключение между многомерными маршрутами осуществляют с помощью АОП или оптических коммутаторов, установленных на СУС и КУС 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].

Раскоммутацию и коммутацию многомерных маршрутов передачи сообщений 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 раскоммутации и коммутации многомерных маршрутов передачи сообщений в ВОСС и рассылает соответствующие команды на переключение передачи сообщений между многомерными маршрутами и их реконфигурацию всем АОП или оптическим коммутаторам. Децентрализованную реконфигурацию ВОСС осуществляют с помощью обмена сообщениями о состоянии сетевых элементов ВОСС между АОП всех СУС и КУС, после чего вырабатывают согласованное решение по конфигурации. Комбинированная реконфигурация предусматривает хранение конфигурационных таблиц, рассылаемых сетевым центром управления, на каждом СУС и КУС ВОСС и принятие решения о реконфигурации на основании данных таблиц.

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

Исходные данные: число узлов в сети N=12. Определяют координаты размещения СУС, измеряют расстояния между ними и формируют матрицу расстояний между узлами связи |L₁|.

С помощью матрицы расстояний |L₁|, рассчитывают кольцевую структуру сети между всеми n_i узлами ВОСС путем решения задачи «Коммивояжер» по критерию Результаты расчета показывают, что СУС в кольцевой структуре соединяют линиями связи следующим образом: 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-1 (фиг. 2).

Проектируют многокольцевую структуру ВОСС путем прокладки дополнительных линий N_мкс=N_кс/2 в ее кольцевой структуре таким образом, чтобы каждая линия связи N_мкс соединяла два СУС, между которыми размещались два других СУС и располагалась внутри кольцевой структуры ВОСС. Количество дополнительных ребер в примере равно N_мкс=N_кс /2=6, например, дополнительные линии связи будут проложены между СУС (1, 4), (5, 8), (9, 12), (2, 11), (3, 6) и (7, 10) (фиг. 3). Далее определяют вариант соединения СУС дополнительными линиями связи путем полного последовательного перебора СУС n_i по критерию минимальной суммарной длины линий связи в многокольцевой структуре (фиг. 4). Результаты расчета показывают, что минимальная суммарная длина линий связи в многокольцевой структуре обеспечивается при размещении дополнительных линий между СУС (2, 5), (6, 9), (10, 1), (3, 12); (4, 7) и (8, 11) и равна 130+90+130+120+140=1275 км (фиг. 5). В местах пересечения дополнительных линий устанавливают КУС.

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 а=0,18 дБ/км и строительной длинной кабеля на барабане 12 км. Среднее значение, обеспечиваемое сварочным аппаратом, при сварке оптического волокна A_н=0,04 дБ. Затухание разъемного оптического соединителя А_р=0,2 дБ, ΔW₃ - 0,2 дБ, А_п=1 дБ.

Рассчитывают L_{маскс α} ≈35,2 км. 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 α_доп и измеренные а_ос значения затухания оптического сигнала представлены на фиг. 6.

Корреспондирующие узлы №1 и №7. Вариант коммутации одномерных маршрутов в три независимых многомерных маршрута передачи сообщений представлен на фиг.7. В первый многомерный маршрут входят следующие одномерные маршруты: 1-12-11-10-9-8-7. Во второй многомерный маршрут входят следующие одномерные маршруты: 1-2-3-4-5-6-7. В третий многомерный маршрут входят следующие одномерные маршруты: 1 - 13 - 14 - 15 - 16-7. В первом многомерном маршруте суммарное затухание Σа_{oc im 1} = 40,19 дБ. Во втором многомерном маршруте суммарное затухание Σa_{ос im 2}=42,24 дБ. В третьем многомерном маршруте суммарное затухание Σa_{ос im 3}=33,55 дБ. Третий многомерный маршрут может состоять из одномерных маршрутов 1-13-18-17-16-7, однако суммарное затухание такого варианта Σa_{oc im 3}=29,59 дБ. Равенство суммарного затухания в каждом из трех многомерных маршрутов Σa_{oc im 1} ≈ Σa_{oc im 2} ≈ Σa_{ос im 3} обеспечивает одинаковое качество связи при переключении передачи сообщений между ними без их реконфигурации, например, при реализации статической маршрутизации. Данные маршруты включают в себя независимые, относительно других многомерных маршрутов, сетевые и коммутационные (обозначены на фигурах пунктирной линией) узлы связи и линии связи. Спроектированная структура сети обладает тремя независимыми маршрутами между всеми узлами ВОСС, что позволяет повысить ее живучесть при аварии на нескольких или на значительном количестве СУС и КУС и линиях связи. Допустим на интервале времени t₁ произошел обрыв на линии связи между СУС №1 и СУС №12, а между СУС №3 и СУС №4 увеличилось затухание оптического сигнала с 7,2 дБ до 12 дБ, таким образом 12 дБ >7,26 дБ (см. фиг. 6). Данные одномерные маршруты составляют первый и второй многомерные маршруты передачи сообщений соответственно. Передача сообщений между корреспондирующими узлами №1 и №7 осуществится без реконфигурации многомерных маршрутов по маршруту №3 (фиг. 8).

При увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп или полном отсутствии оптического сигнала в одномерных маршрутах, например, между СУС №1 и СУС №12, между СУС №3 и СУС №4, между СУС №10 и СУС №9, СУС №8 и СУС №7, а также между КУС №13 и КУС №18, входящих во все три многомерных маршрута передачи сообщений на интервале времени t₂, реконфигурируют многомерные маршруты, без реконфигурации структуры ВОСС (фиг. 9). Для этого с помощью АОП на СУС и КУС раскоммутируют все три многомерных маршрутов передачи сообщений, исключают из них одномерные маршруты у которых а_ос>а_доп, после чего повторно коммутируют возможное количество многомерных маршрутов передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов у которых а_ос<а_доп. На интервале времени t₃ возможно сформировать два независимых многомерных маршрута передачи сообщений между указанными корреспондирующими узлами связи, первый многомерный маршрут 1-13-12-11-18-17-16-7 с Σa_{ос im 1}=41,88 дБ и второй многомерный маршрут 1-2-3-14-15-5-6-7 с Σa_{ос im 2}=47,85 дБ (фиг. 9). Структура спроектированной ВОСС позволяет даже при массовых авариях на СУС, КУС и линиях связи их соединяющих, например, как на фиг. 10, сформировать один многомерный маршрут 1 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17-9-8-7.

Представленные расчеты показывают, что предлагаемый способ проектирования структуры ВОСС, обеспечивает коммутацию не менее трех независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между всеми узлами связи в ВОСС с автоматическим переключением между ними с помощью АОП, а также требуемым затуханием оптического сигнала в них, что позволяет повысить живучесть сети.

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). Техническим результатом является повышение живучести ВОСС за счет формирования структуры сети, обеспечивающей коммутацию не менее трех независимых многомерных маршрутов передачи сообщений между всеми сетевыми узлами связи при минимальной суммарной длине дополнительных линий связи, и оперативного переключения между ними в случае увеличения затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах их составляющих. Упомянутый технический результат достигается тем, что проектируют многокольцевую структуру ВОСС путем прокладки дополнительных линий N_мкс=n_кс/2 в ее кольцевой структуре таким образом, чтобы каждая линия связи N_мкс соединяла два сетевых узла связи (СУС), между которыми размещались бы два других СУС и располагалась внутри кольцевой структуры ВОСС, определяют вариант соединения СУС дополнительными линиями связи путем полного последовательного перебора СУС n_i по критерию минимальной суммарной длины линий связи в многокольцевой структуре, подключают к дополнительным линиям N_мкс в местах их пересечения коммутационные узлы связи (КУС) n_k, формируют S вариантов коммутации одномерных маршрутов в три независимых многомерных маршрута передачи сообщений. 10 ил.

Способ проектирования структуры волоконно-оптической сети связи (ВОСС), в соответствии с которым определяют координаты размещения сетевых узлов связи (СУС) n_i, где i=1, 2,…, m, рассчитывают расстояния между СУС n_i, формируют матрицу расстояний L=||l_im|| между СУС n_i, проектируют кольцевую структуру ВОСС по критерию минимальной суммарной длины всех линий N_мкс, причем каждый СУС в кольцевой структуре соединяют с другим ближайшим к нему узлом только одной линией связи, в каждом из СУС контролируют качество каналов связи, входящих в него, измеряют затухание а_ос оптического сигнала в одномерных маршрутах, рассчитывают максимально допустимое значение затухания оптического сигнала а_доп в каждом одномерном маршруте, передают сообщения по многомерному маршруту передачи, отличающийся тем, что проектируют многокольцевую структуру ВОСС путем прокладки дополнительных линий N_мкс=N_кс/2 в ее кольцевой структуре таким образом, чтобы каждая линия связи N_мкс соединяла два СУС, между которыми размещались бы два других СУС и располагалась внутри кольцевой структуры ВОСС, определяют вариант соединения СУС дополнительными линиями связи путем полного последовательного перебора СУС и, по критерию минимальной суммарной длины линий связи в многокольцевой структуре, подключают к дополнительным линиям n_мкс в местах их пересечения коммутационные узлы связи (КУС) n_k, формируют S вариантов коммутации одномерных маршрутов в три независимых многомерных маршрута передачи сообщений, причем в каждый многомерный маршрут коммутируют три и более одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп, при этом линии связи, задействованные в коммутации одного из многомерных маршрутов, в коммутации двух других многомерных маршрутов не задействуют, выбирают из S вариантов коммутации одномерных маршрутов тот, который обеспечивает максимально достижимое равенство суммарного затухания в каждом из трех многомерных маршрутов Σa_{oc im 1} ≈ Σa_{oc im 2} ≈ Σa_{oc im 3}, передают сообщения по первому многомерному маршруту, при увеличении затухания оптического сигнала a_ос>a_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах его составляющих переключают на второй многомерный маршрут передачи сообщений, при увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах второго многомерного маршрута переключают на третий многомерный маршрут передачи сообщений, при увеличении затухания оптического сигнала а_ос>а_доп в одном или нескольких одномерных маршрутах всех трех многомерных маршрутов передачи сообщений реконфигурируют многомерные маршруты, для чего раскоммутируют все три многомерных маршрута передачи сообщений, исключают из них одномерные маршруты, у которых а_ос>а_доп, после чего повторно коммутируют возможное количество многомерных маршрутов передачи сообщений из оставшихся одномерных маршрутов, у которых а_ос<а_доп.