CC BY
74
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МГТУ ИМ. Н. Э. БАУМАНА
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эл № ФС77 - 48211. Государственная регистрация №0421200025. ISSN 1994-0408
электронный научно-технический журнал
Методика выбора варианта модернизации сети синхронной цифровой
иерархии
# 03, март 2014
Б01: 10.7463/0314.0702849
Буланов В. А., Буланова Т. А., Севастьянов В. Б., доцент, к.т.н. Трудоношин В. А.
УДК 621.322,681.3
Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана уЬ 001 ^гатЫег.ш Тш^поаЬошЙ'таДги
Введение
Конец 20-го - начало 21-го веков характеризовались возникновением и развитием в России сетей передачи данных альтернативных операторов связи [1-3]. Ввиду достаточно высоких административных барьеров со стороны монополии признанных операторов связи, сети альтернативных операторов развивались достаточно сумбурно: узловое оборудование размещалось часто на объектах, подключаемых к сети клиентов, кабели прокладывались там, где удавалось согласовать прокладку с монополистами - владельцами кабельной канализации. Одним из основных типов оборудования транспортного уровня таких сетей было оборудование синхронной цифровой иерархии (СЦИ), позволяющее эффективно организовывать прозрачные каналы для передачи различных видов информации с организацией резервных маршрутов [4]. Сети связи таких операторов приобретали сложную ячеистую структуру, которая, с одной стороны, обеспечивает существенную гибкость для организации услуг связи, но, с другой стороны, является достаточно сложным объектом для модернизации в случае исчерпании своего ресурса по пропускной способности.
Существуют различные варианты модернизации сетей СЦИ, например, увеличение пропускной способности перегруженных участков сети, увеличение пропускной способности всей сети посредством замены оборудования или построения параллельной сети, изменение структуры сети с организацией многоуровневой иерархии сети и другие [5,6]. Все варианты различаются по целому ряду параметров, начиная от стоимости решения и заканчивая трудоемкостью их реализации. При этом не существует каких-то определенных общепринятых подходов к правилам http://technomag.bmstu.ru/doc/702849.html 229
выбора варианта развития сети [7-9].
Целью работы является методика выбора варианта модернизации сети СЦИ, а также программная реализация этой методики на основе представленного в работе [10] программного комплекса.
Постановка задачи
Необходимо разработать методику выбора варианта модернизации сети СЦИ и средства ее реализации с учетом следующих ограничений, возникающих при модернизации сети СЦИ:
- ресурсы для размещения нового оборудования;
- свободные волокна в кабелях;
- свободные позиции для установки дополнительных плат в оборудование;
- ресурс коммутационной матрицы оборудования для организации требуемых каналов;
- планируемые инвестиции;
- процедура модернизации;
- допустимые перерывы связи по существующим услугам;
- возможность построения единой системы управления.
При выборе варианта модернизации оператор сети исходит из следующих критериев эффективности решения:
- стоимость реализации варианта;
- стоимость дальнейшей эксплуатации;
- ресурс сети после модернизации;
- надежность сети после модернизации;
- удобство управления сетью;
- изменение пропускной способности сети при изменении проектируемой матрицы тяготения;
- возможность использования высвобождаемого оборудования;
- перерывы связи по существующим услугам при проведении модернизации.
Методика решения задачи
Характер ограничений и критериев для сравнения вариантов обуславливает использование метода экспертных оценок для выбора варианта модернизации сети [11]. Особое внимание при этом должно быть обращено на формирование планируемой матрицы тяготения соединений в модернизируемой сети.
Для разработки вариантов модернизации требуется привлечение технических экспертов и соответствующих средств автоматизированного поиска маршрутов каналов в сети СЦИ, поскольку предлагаемые варианты модернизации сети должны, в первую очередь, обеспечивать организацию всех каналов в соответствии с планируемой матрицей тяготения.
Методика выбора варианта модернизации сети СЦИ на основании метода экспертных оценок имеет следующий вид.
1) Формирование перспективной матрицы тяготения услуг на сети СЦИ на планируемый период времени на основании анализа поступающих заявок на услуги, выигранных конкурсов, динамики изменения количества услуг по направлениям. Возможно создание матриц для нескольких сценариев развития.
2) Разработка нескольких возможных вариантов модернизации сети на основании анализа существующего состояния сети, особенностей используемого оборудования, возможностей существующего оборудования для модернизации сети, требований по пропускной способности, надежности сети и расчетов пропускной способности вариантов при помощи программного комплекса, сведения о котором представлены в следующем разделе. При этом при наличии нескольких матриц тяготения корректируют схему сети для обеспечения возможности реализации всех матриц тяготения. Разработчики вариантов развития должны проработать вопрос практической реализуемости варианта модернизации сети в условиях предоставления услуг действующим клиентам. Должны быть разработаны соответствующие процедуры и при необходимости проведены натурные эксперименты.
3) Формирование на основании анализа общего состояния сети, особенностей предлагаемых вариантов модернизации и используемого оборудования списка критериев и определение характеризующих их показателей по двум группам: группа критериев 2 - затраты на реализацию варианта и возникающие потери; группа критериев Е - положительный эффект от внедрения варианта. Расчет показателей первой группы критериев, имеющих натуральное выражение, таких как стоимость используемого в варианте оборудования, стоимость работ по монтажу и технической эксплуатации, затраты на модернизацию узлов для установки нового оборудования и т.д.
4) Назначение весовых коэффициентов критериев. Сумма весовых коэффициентов по всем критериям группы должна составлять 100%. Значения весовых коэффициентов по каждому критерию усредняются по группе экспертов:
где К - весовой коэффициент критерия г; Ку - значения весового коэффициента, назначенного экспертом у критерию г; п - число экспертов.
5) Оценка значения показателей в рамках каждого критерия для каждого варианта каждым экспертом. Нормирование полученных значений показателей по отношению к максимальному значению показателя среди всех вариантов:
где qikk - нормированное значение показателя / для варианта к; Qikк - исходное значение показателя / для варианта к.
6) Расчет интегральных показателей по группам критериев 2 и Е для каждого варианта к:
где N I- число критериев группы 2, N2 - число критериев группы Е.
Следует отметить, что поскольку на практике оператор связи не может привлечь для данной работы большое число экспертов, целесообразно ограничиться аддитивным подходом к формированию интегральных показателей, хотя в теории экспертных оценок разработаны методы, позволяющие повысить их точность: отсечение крайних значений, введение коэффициентов авторитета экспертов и др. [12, 13].
7) Построение множества Парето посредством нанесения на плоскость в координатах (2, Е) точек, соответствующих всем вариантам. В случае получения нескольких возможных вариантов, вычисление интегрального показателя каждого оставшегося варианта на основании дополнительных коэффициентов для обеих групп критериев а и Ь и выбор варианта с наибольшим значением I . I = а-Е^ - Ь2i .
Программное обеспечение
Программный комплекс автоматизированного поиска маршрутов каналов в сети СЦИ должен обеспечивать учет имеющихся ограничений сети и используемого оборудования, такие как пропускная способность матриц коммутации верхнего и нижнего уровней, число слотов для плат линейных выходов, число слотов для плат трибутарных потоков и т.д. На выходе программный комплекс должен выдавать состав сетевого оборудования, типы мультиплексорных секций и их реальную загрузку, маршруты основных и резервных каналов в соответствии с матрицей тяготения, длины каналов в мультиплексорных секциях.
На рисунке 1 представлена экранная форма разработанного программного комплекса «ОКО», содержащая следующие сведения о мультиплексорной секции сети СЦИ: пропускная способность, слоты оборудования, загрузка секции каналами различной скорости.
IЦ ОКО Show section - MGRS-1_A-GAI A
Section's name ¡Speed ||s№ I» | —
mgrs-1 _a-gai_a 3TM16 ¡25 III
Section's resource ||aII Free |визу | Section's loading - max III -
VC12-resource 672 ||l43 - ■ 77 60 ||т5 ||ЭО
VCS-resource 1 1 It) ¡Section's loading -struct « |
VC4-resource 5 lb l< IH 77 И llll90
Opticas route |fiber-num|| Comment
МГРС-1-ГАИ * II
^ I I * I
OK I Print :яют кикя I struct stm I structAiivc 12 I
_
Рис.1. Сведения о мультиплексорной секции
На рисунке 2 представлена экранная форма, показывающая структурирование секции.
4J
1 63 0 0
2 63 0 0
|з 0 0 1
¡4 63 0 0
£ 63 □ 0
6 63 0 0
Г 63 0 0
8 63 0 0
9 63 0 0
10 63 □ 0
11 0 0 1
12 42 1 0
13 0 0 1
1 + 0 0 1
15 63 □ 0
16 0 0 1
T
<\ I ►
OK Flint _I
Рис.2. Структурирование секции
На рисунке 3 приведен состав мультиплексора СЦИ. Пользователь может создавать в программе мультиплексоры сети СЦИ, учитывающие особенности оборудования конкретного производителя. Мультиплексорные секции содержат информацию о реальных каналах. Программный комплекс позволяет прокладывать дополнительные каналы в соответствии с заданной матрицей тяготения, оценивать загрузку мультиплексорных секций, корректировать структуру сети с учетом полученных результатов. При этом возможно производить расчет как без ограничений на число каналов в мультиплексорных секциях, так и в соответствии с заданной емкостью сетевых соединений. Программный комплекс позволяет также получить данные по всем проложенным каналам, включая число мультиплексорных секций, через которые они проходят. Эта информация позволяет оценить надежность каналов (чем меньше при организации канала задействовано мультиплексорных секций, тем надежнее считается соединение).
g Show board for rode ATC-571_KHIMKI_LA *
Слот Плата |инв.номер Дата ввода
1 X16E1 ATC-571/1 tri ti_el
2 X16E2 ATC-571J2 tri Ь_el
3 LS1 ATC-571/3 ад г
4 LS2 АТС-571M ад г
8 CASE_32E1 01R209064423 other
9 X16E1-modul 01R20B06337B other
6
<\ I и
OK I Print I Save to file I
Рис.3. Сведения о составе оборудования узла
Технический эксперт может для заданной матрицы тяготений с помощью программного комплекса рассчитывать пропускную способность сети для разных вариантов схем сети и типов оборудования и сформировать несколько допустимых технических решений по модернизации сети.
Вычислительный эксперимент
Предложенная методика и программный комплекс ОКО были опробованы на Московской волоконно-оптической сети в ОАО «Комкор». Сеть СЦИ состояла из 371 мультиплексора, соединенных между собой 733 мультиплексорными секциями. На сети проложено 7940
эквивалентов каналов Е1 (2,048 Мбит/с). Транспортный уровень состоит из 66 мультиплексоров Alcatel 1660SM уровня STM-16. Необходимость модернизации сети СЦИ обусловлена недостаточностью ресурсов матриц коммутации и свободных слотов мультиплексоров, недостаточной пропускной способностью мультиплексных секций уровня STM-16.
На основании разработанной с участием специалистов-маркетологов матрицы тяготения техническими специалистами ОАО КОМКОР были разработаны четыре возможных варианта модернизации сети. Все варианты были смоделированы на программном комплексе ОКО с целью обеспечения заданной матрицы тяготения.
Были рассмотрены следующие варианты модернизации:
1) установка 24 узлов уровня STM-64 производства Алкатель в перегруженных узлах с сохранением ячеистой структуры сети;
2) установка 24 узлов уровня STM-64 производства альтернативного вендора в перегруженных узлах с сохранением ячеистой структуры сети;
3) установка шести узлов уровня STM-64, соединенных в кольцо, и 56 узлов уровня STM-16, образующих лепестки, которые подключены к различным узлам первого уровня;
4) установка шести узлов уровня STM-64 и преобразование существующей ячеистой структуры к двухуровневой кольцевой схеме.
В качестве экспертов были привлечены ведущие специалисты отрасли из ЦНИИС, МТУСИ, НТЦ КОМСЕТ. Экспертной комиссией выбраны следующие критерии оценки вариантов.
- Затраты (Z): капитальные (CAPEX), эксплуатационные (OPEX). Z= OPEX + 0,15-CAPEX;
- Эффективность новой сети (Е): масштабируемость сети (запас ёмкости), гибкость сети (возможность пропустить требуемую нагрузку при изменении матрицы тяготений, возможность организации широкополосных каналов, в том числе для транспорта данных), стройность и прозрачность структуры сети (в том числе с точки зрения систем управления и тактовой синхронизации), надёжность (исходя из средней длины канала), возможность повторного использования высвобождаемого оборудования.
Полученные в результате затраты для указанных вариантов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Затраты для четырех вариантов модернизации
Показатель Затраты для варианта
1 2 3 4
Капитальные затраты, тыс. долл. США 631,6 2977,1 2971,3 1198
Прирост эксплуатационных затрат, тыс. долл. США/год 85,3 185,0 102,9 8,3
Приведённые затраты, тыс. долл. США/год 406,8 631,6 548,6 188,0
Итоги экспертной оценки приведены в таблице 2.
Таблица 2. Экспертные оценки вариантов модернизации
Критерии Усреднённый вес Усреднённые оценки для вариантов
1 2 3 4
Масштабируемость 0,15 7,7 7,7 8,0 5,4
Гибкость сети 0,20 9,3 9,3 7,0 7,3
Стройность и прозрачность структуры сети 0,30 7,0 5,0 5,7 8,7
Надёжность 0,23 5,3 5,3 9,3 9,7
Количество высвобождаемого оборудования 0,12 6,6 6,6 0 2,7
ВЗВЕШЕННАЯ СУММА 1,0 7,1 6,5 6,4 7,4
Комплексная оценка вариантов представлена на рисунке 4.
■е-■е-
о
8,0
7,5
6,5
4
♦ • 1 ►
3 2
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Затраты, тыс. дол.США
Рис. 4. Сравнительная оценка вариантов модернизации сети СЦИ
В данном случае множество Парето состоит из одной точки, соответствующей варианту 4. Следовательно, вариант 4 является наилучшим. Схема сети по варианту 4 представлена на рисунке
6,0
Рис.5. Схема сети СЦИ после проведения модернизации по варианту 4
Заключение
Предложена методика выбора варианта модернизации сети СЦИ на основе метода экспертных оценок с использованием модели сети СЦИ. Разработан программный комплекс, позволяющий эффективно оценивать структуру сети на предмет обеспечения ее необходимой пропускной способности в соответствии с заданной матрицей тяготения и ограничений оборудования разных производителей. Комплекс позволил в кратчайшие сроки проанализировать достаточно большое число вариантов, неочевидных даже для некоторых технических специалистов вследствие достаточно большого объема работ на сети для их внедрения. Выполнена апробация предложенной методики и разработанного программного комплекса на Московской волоконно-оптической сети, показавшая эффективность методики и снижение затрат на модернизацию более чем вдвое по сравнению со следующим по эффективности вариантом.
Список литературы
1. Быковский В. А. и др. Волоконно-оптическая синхронная сеть «Макомнет» // Волоконно-оптическая техника. 1996. Вып. 6. С. 3-8.
2. Киреев В. И., Шмытинский В. В. Первая региональная сеть синхронной цифровой иерархии в России // Электросвязь. 1995. № 8. С. 21-23.
3. Остроухов В., Ефимов Г. Опорные сети Москвы // Сетевой журнал. 2001. № 3. Режим доступа: http://www.setevoi.ru/cgi-bin/text.pl/magazines/2001/3/48 (дата обращения 01.02.2014).
4. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. М.: Эко-трендз, 1997. 148 с.
5. Алексеев Е.Б. Транспортные сети СЦИ. Проектирование, техническая эксплуатация и управление:учеб. пособие. 2-е изд. М.: ИПКприМТУСИ, 2003. 118 с.
6. Гордиенко В.Н., Кунегин С.В., Тверецкий М.С. Современные высокоскоростные цифровые телекоммуникационные системы. Ч. 4. Проектирование высокоскоростных синхронных сетей СЦИ: учеб. пособие. М.: МТУСИ, 2001. 28 с.
7. Щеглюк С.В., Шапиро Е.Г., Мезенцев В.К., Турицын С.К. Методы модернизации транспортных оптических сетей // Электросвязь. 2002. № 2. С. 43-44.
8. Сергеева Т.П., Баркова И.В. Оптимизация структуры сети взаимосвязанных колец // Электросвязь. 2002. № 8. С. 10-12.
9. Руководящий технический материал по применению систем и аппаратуры синхронной цифровой иерархии на сети связи РФ. М.: ЦНИИС, 1994. 50 с.
10. Буланов В.А., Буланова Т.А., Трудоношин В.А. Программный комплекс поиска маршрутов в сетях синхронной цифровой иерархии // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 2 . Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/698921.html (дата обращения 27.02.2014). DOI: 10.7463/0214.0698921
11. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике. М.: Радио и связь, 1984. 288 с.
12. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия решений: пер. с нем. М.: Мир,1990. 208 с.
13. Лукичева Л.И. Егорычев Д.Н. Управленческие решения. М.: Омега-Л, 2009. 383 с.
SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU
SCIENCE and EDUCATION
EL № FS77 - 48211. №0421200025. ISSN 1994-0408
electronic scientific and technical journal
A technique for choosing an option for SDH network upgrade
# 03, March 2014
DOI: 10.7463/0314.0702849
V.A. Bulanov, T.A. Bulanova, V.B. Sevastjanov, V.A. Trudonoshin
Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russian Federation
vb 001 -^ramblerm tmdonoshoin^mail.m
Rapidly developing data transmission technologies result in making the network equipment modernization inevitable. There are various options to upgrade the SDH networks, for example, by increasing the capacity of network overloaded sites, the entire network capacity by replacement of the equipment or by creation of a parallel network, by changing the network structure with the organization of multilevel hierarchy of a network, etc. All options vary in a diversity of parameters starting with the solution cost and ending with the labor intensiveness of their realization. Thus, there are no certain standard approaches to the rules to choose an option for the network development. The article offers the technique for choosing the SHD network upgrade based on method of expert evaluations using as a tool the software complex that allows us to have quickly the quantitative characteristics of proposed network option. The technique is as follows:
1. Forming a perspective matrix of services inclination to the SDH networks.
2. Developing the several possible options for a network modernization.
3. Formation of the list of criteria and a definition of indicators to characterize them by two groups, namely costs of the option implementation and arising losses; positive effect from the option introduction.
4. Criteria weight coefficients purpose.
5. Indicators value assessment within each criterion for each option by each expert. Rationing of the obtained values of indicators in relation to the maximum value of an indicator among all options.
6. Calculating the integrated indicators of for each option by criteria groups.
7. Creating a set of Pareto by drawing two criteria groups of points, which correspond to all options in the system of coordinates on the plane. Option choice.
In implementation of point 2 the indicators derivation owing to software complex plays a key role. This complex should produce a structure of the network equipment, types of multiplexer sections and their real loading, routes of the main and reserve channels according to a matrix of inclination, a length of channels in multiplexer sections, depending on available restrictions of a network and used equipment, such as the capacity of switching matrixes of the top and bottom levels, the number of slots for the printed circuits of linear outputs, the number of slots for the printed circuits of tributaries, etc.
Publications with keywords: SDH, channels communication, network model, network structure Publications with words: SDH, channels communication, network model, network structure
References
1. Bykovskiy V. A., et al. [Fiber-optic synchronous network "Macomnet"]. Volokonno-opticheskaya tekhnika, 1996, iss. 6, pp. 3-8. (in Russian).
2. Kireev V. I., Shmytinskiy V. V. [The first regional network of synchronous digital hierarchy in Russia]. Elektrosvyaz', 1995, no. 8, pp. 21-23. (in Russian).
3. Ostroukhov V., Efimov G. [Backbone networks of Moscow]. Setevoy zhurnal, 2001, no. 3. Available at: http://www.setevoi.ru/cgi-bin/text.pl/magazines/2001/3748 , accessed 01.02.2014. (in Russian).
4. Slepov N.N. Sinkhronnye tsifrovye seti SDH [SDH synchronous digital network]. Moscow, Eko-trendz Publ., 1997. 148 p. (in Russian).
5. Alekseev E.B. Transportnye seti STsI. Proektirovanie, tekhnicheskaya ekspluatatsiya i upravlenie [SDH transport networks. Design, technical maintenance and management]. Moscow, IPK MTUSI Publ., 2003. 118 p. (in Russian).
6. Gordienko V.N., Kunegin S.V., Tveretskiy M.S. Sovremennye vysokoskorostnye tsifrovye telekommunikatsionnye sistemy. Ch. 4. Proektirovanie vysokoskorostnykh sinkhronnykh setey STsI [Modern high-speed digital telecommunication systems. Pt. 4. Designing high-speed synchronous SDH networks]. Moscow, MTUSI Publ., 2001. 28 p. (in Russian).
7. Shcheglyuk S.V., Shapiro E.G., Mezentsev V.K., Turitsyn S.K. [Methods of upgrading of transport optical networks]. Elektrosvyaz', 2002, no. 2, pp. 43-44. (in Russian).
8. Sergeeva T.P., Barkova I.V. [Optimization of structure of network of interconnected rings]. Elektrosvyaz', 2002, no. 8, pp. 10-12. (in Russian).
9. Rukovodyashchiy tekhnicheskiy material po primeneniyu sistem i apparatury sinkhronnoy tsifrovoy ierarkhii na seti svyazi RF [Guidance technical document for the application of systems and equipment for the synchronous digital hierarchy network of RF]. Moscow, TsNIIS Publ., 1994. 50 p. (in Russian).
10. Bulanov V.A., Bulanova T.A., Trudonoshin V.A. [Software complex for finding the path routings in synchronous digital hierarchy networks]. Nauka i obrazovanie MGTUim. N.E. Baumana - Science and Education of the Bauman MSTU, 2014, no. 2. DOI: 10.7463/0214.0698921 (in Russian).
11. Brakhman T.R. Mnogokriterial'nost' i vybor al'ternativy v tekhnike [Multicriteriality and choice of alternatives in engineering]. Moscow, Radio i svyaz', 1984. 288 p. (in Russian).
12. Mushik E., Myuller P. Metodyprinyatiya resheniy [Methods of acceptance of technical decisions]. Transl. from German. Moscow, Mir, 1990. 208 p.
13. Lukicheva L.I. Egorychev D.N. Upravlencheskie resheniya [Management decisions]. Moscow, Omega-L, 2009. 383 p. (in Russian).
