Přenosové Systémy 2. zadání c/5/10.

Transkript

1 Přenosové Systémy 2 Semestrální Práce návrh sítě SDH zadání c/5/10 Ondřej Zub (ozub81@seznam.cz) 31. ledna 2005

2 Obsah 1 zadání seznam uzlů řešené sítě požadavky na realizaci digitálních okruhů rozbor zadání 6 3 návrh sítě na vrstvě přenosových médií matice vzdáleností metoda minimálního stromu Kimova metoda návrh sítě na vrstvě sekcí provozní matice přepočtená na ekvivalent kontejneru VC volba typu zařízení v jednotlivých uzlech volba osazení zařízení zásuvnými jednotkami uzel 1 Plzeň (SMA-16) uzel 10 Město Touškov (SMA-4c) propojení toků v síti (cross-connection layout) uzel 1 Plzeň uzel 1 Plzeň-páteř uzel 10 Město Touškov volba synchronizačního plánu 17 8 návrh synchronizačních priorit uzel 1 Plzeň uzel 10 Město Touškov závěrečné zhodnocení a zdůvodnění 19

3 Seznam obrázků 1 vrstva okruhů minimální strom kruhová topologie vrstva multiplexních sekcí distribuce synchronizačního signálu Seznam tabulek 1 matice provozních zájmů matice vzdáleností provozní matice přepočtená na ekvivalent kontejneru VC zařízení použitá v jednotlivých uzlech osazení kartami v uzlu Plzeň osazení kartami v uzlu Město Touškov cross-connection layout Plzeň cross-connection layout Plzeň-páteř cross-connection layout Město Touškov priorita taktovacího signálu Plzeň priorita taktovacího signálu Město Touškov

4 1 zadání Vypracujte návrh přenosové sítě SDH. Uvažujte pouze lokality a odpovídající požadavky na realizované okruhy pro svou variantu zadání. Součástí návrhu bude: 1. Zadání 2. Rozbor zadání zahrnující zobrazení vrstvy okruhů realizovaných navrhovanou sítí (obrázek 1) a matice provozních zájmů (tabulka 1). 3. Návrh sítě na vrstvě přenosových médií vycházející z matice vzdáleností (tabulka 2 optimální průběh optického kabelu obrázek 2 minimální strom, obrázek 3 navržená vrstva přenosových médií (minimální náklady ukazatel nákladů: kilometrová vzdálenost lokalit podél komunikací). 4. Návrh sítě na vrstvě sekcí (Mux Network Plan) obrázek 4 vrstva MS (uvést označení portů např. East/West/Tributary číslo a řádu linkového signálu) na základě průběhu optického kabelu a za předpokladu dodržení maximálního dynamického rozsahu optických modulů (long haul cca 60 km). Zahrnuje dimenzování linkového signálu STM (uvést výpočet včetně rezervy) a volba typu zařízení (AM1, ADM-1/4, ADM-16 či řada SMA) uvést typy zařízení v jednotlivých lokalitách tabulka 4 5. Volba osazení zařízení zásuvnými jednotkami dle potřeby (equipment layout) tabulky 5 a Návrh propojení požadovaných toků v síti (cross-connection layout) tabulky 7, 8, 9 7. Volba synchronizačního plánu zadané sítě obrázek 5 8. Návrh priorit pro synchronizaci zařízení tabulky 10, Závěr, zhodnocení a zdůvodnění Body 5, 6 a 8 zpracujte pouze pro dva zadané uzly sítě (uzel 1 a uzel 10). Při vypracování se zaměřte na spolehlivost provozu (volba ochran), případné rozdělení do subsítí, možnosti dalšího růstu sítě (rezerva min. 30%) a rámcově též na náklady projektu (např. delší propojení optickým kabelem znamená náklady navíc, ADM-16 je dražší než AM1, STM-4 modul je dražší než modul STM-1, moduly použité pro ochranu znamenají náklady navíc atd.). Navržené řešení zdůvodněte, případně naznačte další možné varianty. Zvláštní podmínky: uvažujte návaznost na páteřní síť v uzlu 1, který bude součástí páteřní kruhové sítě STM-16 uvažujte pouze uzly, v kterých je požadováno ukončení některého typu okruhu dle varianty zadání pokud bude některý uzel řešen pomocí několika zařízení, všechny signály mezi nimi propojujte multiplexované uvnitř k tomu určenému STM toku Okruhy pro Ethernet dimenzujete v násobcích VC-12 (1 až 5) nebo VC-3 (1 až 2) takt pro řešenou síť bude prioritně distribuován z páteřní sítě skrze uzel 1 4

5 1.1 seznam uzlů řešené sítě uzel obec 1 Plzeň 2 Přeštice 3 Stod 4 Rokycany 5 Stříbro 6 Nýřany 7 Starý Plzenec 8 Dobřany 9 Blovice 10 Město Touškov 11 Mirošov 1.2 požadavky na realizaci digitálních okruhů mezi uzly provoz 1-2 Ethernet 100M, 11 E E E E1 1-5 Ethernet 10M E E E E1 1-9 E3, 5 E E páteřní síť Ethernet 10M 3-páteřní síť 2 E1 1-páteřní síť Ethernet 100M, 8 E1 2-páteřní síť E3, 12 E1 Vzhledem k faktu, že v uzlu 11 (město Mirošov) není požadavek na žádný provoz, nebude tento uzel v dalším návrhu vůbec zohledňován. 5

6 2 rozbor zadání Obrázek 1: vrstva okruhů uzel páteř 1 eth100 6 E1 eth10 8 E1 3 E1 E3 4 E1 eth E1 5 E1 8 E1 2 eth100 5 E1 3 E1 4 E1 E3 11 E1 12 E1 3 2 E1 2 E1 4 6 E1 5 E1 5 eth E1 7 8 E1 4 E1 2 E1 8 3 E1 9 E3 5 E E1 eth10 páteř eth100 E3 2 E1 eth100 8 E1 12 E1 Tabulka 1: matice provozních zájmů 6

7 3 návrh sítě na vrstvě přenosových médií 3.1 matice vzdáleností km , ,62 30,37 12,47 10,52 14,06 23,81 9, ,34 17,72 30,71 37,83 23,03 20,13 10,1 17, ,72 36,6 20,13 10,97 24,54 9,95 32,91 19, ,62 30,71 36,6 46,98 29,07 13,74 28,33 23,69 26, ,37 37,83 20,13 46,98 18,9 40,5 29,46 53,03 22, ,47 23,03 10,97 29,07 18,9 22,3 14,46 35,44 8, ,52 20,13 24,54 13,74 40,5 22,3 14,59 16,19 20, ,06 10,1 9,95 28,33 29,46 14,46 14,59 23,88 22, ,81 17,54 32,91 23,69 53,03 35,44 16,19 23,88 33, , ,33 26,58 22,13 8,45 20,48 22,59 33,78 Tabulka 2: matice vzdáleností Tabulka 2 znázorňuje kilometrové vzdálenosti mezi městy podél silničních komunikací. Tučně jsou zvýrazněny hrany grafu využité při řešení kruhové topologie sítě. Obecně lze říci, že pokládka optických kabelů nepatří mezi nejlevnější záležitosti, a tak se při návrhu snažíme minimalizovat celkovou délku pokládky kabelů. V následujícím textu budou prezentovány výsledky dvou minimalizačních metod spadajících do teorie grafů: metoda minimálního stromu a Kimova metoda. 3.2 metoda minimálního stromu Pro začátek vybereme nejkratší vzdálenost, která se v matici vzdáleností vyskytuje. Dále postupujeme tak, že hledáme v matici další co možná nejkratší vzdálenosti, tak aby přidáváním příslušných hran nevznikla kružnice. V okamžiku, kdy již máme spojeny všechny uzly grafu, je graf již kompletní obrázek 2. Součet hran činí 109 km. Stromová struktura sítě tedy ukazuje minimální dálku pokládky optických kabelů, avšak pro účely zálohování na fyzické vrstvě se oproti kruhové topologii nejeví příliš optimální. 3.3 Kimova metoda V sítích SDH se nejčastěji používá kruhová topologie, která umožňuje snadnou implementaci zálohování již na vrstvě fyzických médií. Jak ale takovou kružnici získat? Vyjdeme z grafu znázorňujícího minimální strom. Strom zdvojíme, čímž získáváme kružnici, která však některými uzly prochází vícekrát. Nahrazujeme tedy postupně dvojice hran procházející vícenásobně některým vrcholem hranou jedinou, která cestu zkrátí a příslušný vrchol obejde. Nevýhodou této metode je fakt, že nemusí vždy vést k optimálnímu řešení, avšak při malém počtu vrcholů je velmi pravděpodobné, že během několika málo pokusů optimální řešení opravdu nalezeme. Aplikací této metody na naše zadání získáváme optimální kruhovou topologii sítě obrázek 3. Obvod kružnice činí 143 km. 7

8 Obrázek 2: minimální strom Obrázek 3: kruhová topologie 8

9 4 návrh sítě na vrstvě sekcí 4.1 provozní matice přepočtená na ekvivalent kontejneru VC-12 VC součet součet Tabulka 3: provozní matice přepočtená na ekvivalent kontejneru VC add-drop VC okruhů VC-12 Ethernet 10 Mbps byl reprezentován jako 4 VC-12, Ethernet 100 Mbps byl reprezentován jako 2 VC-3. Zahrnuty jsou pouze okruhy přenášené uvnitř navrhované sítě, případně okruhy mezi jednotlivými uzly a páteří. Provoz mezi uzlem 1 a páteřní sítí není v této matici zohledněn. Z provozní matice je zřejmé, že potřebujeme přenést ekvivalent 136 VC-12 okruhů. Tuto kapacitu nám poskytne okruh STM-4, který zároveň dodrží požadavek na 30% rezervu pro budoucí nárůst provozu. N 1 63 C ij = =. 2, 16 STM-4 ij 4.2 volba typu zařízení v jednotlivých uzlech Z tabulky 4 je zřejmá volba uzlových zařízení na základě potřebného vydělení/začlenění daného ekvivalentu virtuálních kontejnerů VC-12. Proč však osazujeme uzel 1 zařízením SMA-16, když by na první pohled postačilo i SMA-16c? V uzlu 1 bude naše síť připojena na síť páteřní, která bude řádu STM-16. Na linkových portech uzlu 1 tedy budou toky STM-16. Až potud bychom vystačili se zařízením SMA-16c. Pokud však bude uzel 1 připojen linkovými porty do páteře, musí být do námi navrhované sítě připojen dvěma příspěvkovými porty a to porty řádu STM-4. U zařízení SMA-16c by toto připojení nebylo možné realizovat, a proto musíme zvolit plnohodnotné řešení pomocí zařízení SMA-16. 9

10 uzel příspěvkové signály ekvivalent VC-12 typ zařízení 1 2 Eth 100, Eth 10, 3 E3, 45 E1 196 SMA-16 2 Eth 100, E3, 35 E1 98 SMA E1 5 SMA-4c 4 11 E1 11 SMA-4c 5 Eth 10 4 SMA-4c 6 3 E1 3 SMA-4c 7 14 E1 14 SMA-4c 8 3 E1 3 SMA-4c 9 E3, 5 E1 26 SMA-4c 10 Eth 10, 4 E1 8 SMA-4c Tabulka 4: zařízení použitá v jednotlivých uzlech Obrázek 4: vrstva multiplexních sekcí 10

11 5 volba osazení zařízení zásuvnými jednotkami 5.1 uzel 1 Plzeň (SMA-16) pozice typ karty pozice typ karty 601 Optical Card West A (STM-16) 401 Tributary Card LBT E1 (21/21) 602 Optical Card West B (STM-16) 402 Tributary Card LBT E1 (21/21) 603 Mux Card West A (STM-16) 403 Tributary Card LBT E1 (3/21) 604 Mux Card West B (STM-16) 404 Tributary Card LBT E3 (1/3) 605 Mux Control Card A 405 Tributary Card LBT Ethernet (3/4) 606 Mux Control Card B Link Card A Link Card B Router Card A 409 Power Supply A 610 Router Card B 410 Tributary Protection Card 611 Power Supply B Tributary Card HBT West (STM-4) 613 Optical Card East A (STM-16) 413 Tributary Card HBT East (STM-4) 614 Optical Card East B (STM-16) 414 Mux Card West HBT West (STM-4) 615 Mux Card East A (STM-16) 415 Mux Card West HBT East (STM-4) 616 Mux Card East B (STM-16) Communications Card 417 Tabulka 5: osazení kartami v uzlu Plzeň 5.2 uzel 10 Město Touškov (SMA-4c) pozice typ karty 401 Optical Mux Card West A (STM-4) 402 Optical Mux Card West B (STM-4) 403 Switch Card A 404 Switch Card B 405 Optical Mux Card East A (STM-4) 406 Optical Mux Card East B (STM-4) 407 Tributary Card LTB E1 (4/21) 408 Tributary Card LBT Ethernet (1/4) 409 Tributary Protection Card 410 Communications Card 411 Mux Control Card Power Supply A 417 Power Supply B Tabulka 6: osazení kartami v uzlu Město Touškov Indexem A jsou označeny primární karty, indexem B pak karty záložní. Tučná čísla v závorkách označují využitou/dostupnou kapacitu dané karty. 11

12 typy zásuvných karet: Optical Mux Card modul optického rozhraní. Slouží k přivedení optických kabelů sítě do zařízení SMA-1. U zařízení vyšších stupňů SDH reprezentováno moduly Optical Card a Mux Card. Switch Card digitální spojovací rozhraní zařízení SMA-1. U zařízení vyšších stupňů SDH reprezentováno moduly Link Card a Router Card. Tributary Card zásuvná karta pro příspěvkové signály hierarchie PDH Communications Card řídící karta; modul pro komunikaci s dohledovým systémem Mux Control Card karta pro zpracování poplachů; též obsahuje software pro některé další karty Power Supply Card napájecí modul Tributary Card LBT E1 modul umožňující začlenění 21 toků E1 (2 Mbps) Tributary Card LBT E3 modul umožňující začlenění 3 toky E3 (34 Mbps) Tributary Card LBT Ethernet modul umožňující začlenění toků Ethernet 10/100 (čítá 4 porty) 12

13 6 propojení toků v síti (cross-connection layout) Tučně jsou zvýrazněny zřetězené virtuální kontejnery sloužící pro přenos Ethernetu. Znak P označuje směr, kterým je vedena ochranná cesta. Ukončení propojení do páteřní sítě (ukončení Mux) mají pouze demonstrační účel, protože nám blíže není známa konfigurace páteřní sítě. 6.1 uzel 1 Plzeň Tabulka 7: cross-connection layout Plzeň Line West Line East Typ VC trasa Ukončení P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux P VC-12 2-páteř Mux

14 Tabulka 7 pokračování Line West Line East Typ VC trasa Ukončení P VC-3 2-páteř Mux P VC-3 2-páteř Mux P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC-12 3-páteř Mux P VC-12 3-páteř Mux P VC-12 3-páteř Mux P VC-12 3-páteř Mux P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí 14

15 Tabulka 7 pokračování Line West Line East Typ VC trasa Ukončení P VC průchozí P VC průchozí P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC páteř Mux P VC Trib P VC Trib P VC Trib uzel 1 Plzeň-páteř Line West Line East Typ VC Ukončení Mux Mux P VC-3 Trib Mux Mux P VC-3 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Mux Mux P VC-12 Trib Tabulka 8: cross-connection layout Plzeň-páteř 6.3 uzel 10 Město Touškov Tabulka 9: cross-connection layout Město Touškov Line West Line East Typ VC trasa Ukončení STM-1 průchozí STM-1 průchozí STM-1 průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí 15

16 Tabulka 9 pokračování Line West Line East Typ VC trasa Ukončení P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC Trib P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí P VC páteř Trib P VC páteř Trib P VC páteř Trib P VC páteř Trib P VC průchozí P VC průchozí P VC průchozí 16

17 7 volba synchronizačního plánu Při řešení distribuce synchronizačního signálu sítě kruhové topologie lze vybírat ze dvou možností: jednosměrná distribuce se na první pohled vyznačuje svou jednoduchostí. Za normální situace prochází taktovací signál všemi uzly sítě jedním směrem. Nevýhodou může být delší doba přepnutí způsobená konfigurací sítě, která se snaží zamezit vzniku synchronizační smyčky. obousměrná distribuce vyžaduje mírně náročnější konfiguraci, avšak odměnou je rychlejší přepínání v případě výpadku a v neposlední řadě menší nebezpečí vzniku synchronizační smyčky. Z výše uvedených možností byla tedy pro své nesporné výhody zvolena obousměrná distribuce synchronizačního signálu. Hlavní synchronizační signál PRC 1 bude odebírán z páteřní sítě připojené do uzlu 1 Plzeň. Zamezení synchronizační smyčky dosáhneme vysíláním zprávy DNU 2 na příchozí signály uzlu 1. Obrázek 5: distribuce synchronizačního signálu 1 Primary Reference Clock 2 Don t use for synchronization 17

18 8 návrh synchronizačních priorit Pro spolehlivé odvození synchronizačního taktu je třeba stanovit priority jednotlivých taktovacích signálů. Rozlišme tedy hlavní (P1) a záložní (P2) zdroje taktu. V naší síti použijeme násobné získávání taktu 3. Takt odvozený z od příchozího signálu je dále použit pro směr odchozí. 8.1 uzel 1 Plzeň cíle zdroje West STM-4 East STM-4 West STM-16 East STM-16 T0 T1 West STM-16 P2 P1 P2 P1 P1 East STM-16 P1 P2 P1 P2 P2 T0 Tabulka 10: priorita taktovacího signálu Plzeň Samozřejmostí je, že směry East i West naší sítě jsou taktovány primárně ze sítě páteřní. Pokud kvalita taktovacího signálu nevyhovuje, přechází uzlová zařízení automaticky do přídržného režimu. 8.2 uzel 10 Město Touškov cíle zdroje West STM-4 East STM-4 T0 T1 West STM-4 P2 P1 P1 East STM-4 P1 P2 P2 T0 Tabulka 11: priorita taktovacího signálu Město Touškov 3 které je ostatně podmínkou pro využití obousměrné distribuce taktovacího signálu v kruhové síti 18

19 9 závěrečné zhodnocení a zdůvodnění Cílem semestrální práce byl návrh přenosové sítě Synchronní digitální hierarchie propojující danou množinu lokalit a splňující dané požadavky na přenosovou kapacitu mezi jednotlivými uzly (tedy požadavky na propojení jednotlivých uzlů okruhy Pleisochronní digitální hierarchie, případně datovými okruhy sítě Ethernet). Při návrhu je nutno zohlednit hlediska technická (např. požadavky na přenosovou kapacitu, spolehlivost sítě, pohodlný management sítě) a hlediska ekonomická (náklady na budování, údržbu a případné náklady na další rozšíření sítě). V našem návrhu byla zohledněna zejména hlediska technická, i když v praxi by byla s největší pravděpodobností upřednostňována hlediska ekonomická. Věnujme se tedy stručnému shrnutí technické realizace dané úlohy. Na počátku návrhu byla upřednostněna kruhová topologie, která navyšuje počáteční náklady na budování sítě přibližně o 35%. Na druhou stranu však kruhová topologie výrazně zvyšuje spolehlivost, neboť již na fyzické vrstvě poskytuje redundanci jednotlivých cest a tím do značné míry řeší problematiku zálohování. V návrhu nebyl zohledněn útlum optických kabelů, protože při použití jednovidových optických vláken činí překlenutelná vzdálenost jednoho úseku bez opakovačů asi 60 km. Jako linkový signál byl zvolen STM-4, který poskytuje i do budoucna dostatečnou rezervu pro další nárůst provozu v síti. Jednotlivé uzly jsou osazeny zařízeními řady SMA. 8 z 10 uzlů je vybaveno zařízením SMA-4c. Toto zařízení je odvozeno od zařízení SMA-1 osazením linkových rozhraní kartami, které dokáží zpracovávat signál řádu STM-4. Nevýhodou takového zařízení je skutečnost, že z daného toku STM-4 umožňuje vyčlenit/začlenit pouze jeden tok STM-1. V ostatních uzlech je proto nutné zajistit zařazení příspěvkových signálů do správné AUG administrativní jednotky. Nedílnou součást návrhu proto tvoří také cross-connection layout v centrálním uzlu Plzeň. Spolehlivý provoz sítě je zajišťován ochranou s přepínáním cest SNCP, která vždy definuje dvě cesty: cestu hlavní a cestu záložní. V tomto návrhu neplatí vždy, že cesta hlavní je také cestou kratší. Motivací byla snaha o rovnoměrné vytížení obou směrů kruhu. Dalším prvkem zajišťujícím zvýšení spolehlivosti je duplicita klíčových karet ve všech uzlových zařízeních. Synchronizace sítě je řešena na konfiguraci sice náročnější, při provozu však výhodnější a spolehlivější obousměrnou distribucí taktovacího signálu. 19

20 Reference [1] J. Vodrážka, M. Havlan: Přenosové systémy 2 Sítě a zařízení SDH a jejich návrh, ČVUT (2004) [2] J. Vitek: Semestrální práce Návrh sítě SDH, (2004) 20