Аппаратно-программный комплекс моделирования телекоммуникационных технологий
HARDWARE AND SOFTWARE SYSTEM FOR SIMULATING TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано в учебных заведениях как лабораторное оборудование по изучению сетей электросвязи и их составных частей, а также при организации связи в сетях связи специального назначения.
Известен способ построения интегрированной цифровой системы технологической связи железнодорожного транспорта (см. заявку РФ на изобретение №2009138784, М. кл. Н04В 10/00, опубл. 27.04.2011 г.).
В данной системе обеспечивается организация в едином аппаратно-программном комплексе подсистем цифровой системы передачи синхронной иерархии STM-1(4), оперативно-технологической связи, общетехнологической связи, связи аудиовещаний, передачи данных оперативно-технологического назначения и средств охранной и пожарной сигнализации, сети передачи данных с пакетной коммутацией, отдельных систем мониторинга и администрирования и средств тактовой сетевой синхронизации для каждого вида связи. При этом в системе имеется общее высокопроизводительное управляющее устройство, общее устройство синхронизации и общее устройство мониторинга и администрирования на основе единой конструктивной базы.
Данный комплекс является замкнутой локальной системой и не позволяет осуществлять взаимодействие с каким-либо внешним оборудованием, т.е. не может использоваться как гибридная система передачи информации. Кроме того, пропускная способность данной системы ограничена уровнем синхронной цифровой иерархии (система STM-4) и составляет 622 Мбит/с. При этом для соединения подсистем комплекса используются только волоконно-оптические линии.
Известна также система цифровой оперативно-технологической связи на железнодорожном транспорте (см. патент РФ на полезную модель №72591, М. кл. H04J 3/08, Н04В 3/52, опубл. 20.04.2008 г.), построенная на базе локальной кольцевой структуры с использованием типового каналообразующего оборудования SDH и PDH уровней, т.е. оборудования для формирования синхронного транспортного информационного сигнала STM-1 цифровой иерархии для преобразования низкоскоростного сигнала в высокоскоростной (SDH) и формирования сигнала передачи пользовательской и служебной информации (PDH). Система для сопряжения, по меньшей мере, двух участков связи содержит на одном участке распорядительную и, по меньшей мере, одну исполнительную коммутационную станции, а на другом участке, по меньшей мере, одну исполнительную коммутационную станцию, имеющие на входе и выходе индивидуальный мультиплексор-демультиплексор, связанные друг с другом на каждом участке первичным цифровым каналом упомянутой кольцевой структуры, преобразующие первичный цифровой канал в основные цифровые каналы, в один из которых, используемый в качестве общего канала сигнализации, последовательно включен контроллер, связанный с устройством управления, а основные цифровые каналы, предназначенные для передачи речевых сигналов, соединены через цифровой сумматор с устройством коммутации и мультиплексором-демультиплексором, преобразующим основные цифровые каналы в первичный цифровой канал. При этом в системе к исполнительным коммутационным станциям каждого участка сопряжения подключены процессор с устройством управления, транзитный коммутатор, дополнительный цифровой сумматор и дополнительный контроллер, выход которого подключен общим каналом сигнализации к мультиплексору-демультиплексору, соединенному с первичным цифровым каналом участка сопряжения, а управляющий вход дополнительного контроллера соединен с процессором, подключенным к устройству управления и транзитному коммутатору, включенному в тракты речевых каналов последовательно с цифровыми сумматорами, при этом исполнительные коммутационные станции участков сопряжения соединены, по меньшей мере, одним первичным цифровым каналом.
Данная система также является локальной замкнутой системой, в которой используются только типовые цифровые сигналы PDH и не используются для передачи другие сигналы, т.е. также не осуществляется внешнее взаимодействие и не используются первичные интерфейсы, а управление производится в объеме одной железнодорожной станции.
Известен аппаратно-программный комплекс моделирования инфокоммуникационных технологий (Патент РФ №112803 кл. Н04М 11/00, опубл. 20.01.2012 г.), синтезированный на базе кольцевой сетевой структуры, который содержит N терминалов формирования сигналов электросвязи, где N выбирается в зависимости от класса используемой сети, в каждом из которых имеется многофункциональная программно-управляемая каналообразующая аппаратура (КОА) SDH и PDH уровней, причем последняя связана с вторичными цифровыми телефонными и вторичными аналоговыми сетями, имеющий сетевую систему управления и программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов в каждом из N терминалов формирования сигналов электросвязи, формирующий на соответствующей шине сигналы абонентского интерфейса и связанный с многофункциональной программно-управляемой КОА SDH и PDH уровней и с помощью абонентского интерфейса-с вторичными цифровыми телефонными и аналоговыми телеграфными сетями, а кольцевая сетевая структура образована связью между собой многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня каждого терминала.
Указанный аппаратно-программный комплекс (АПК) позволяет обеспечить взаимодействие с внешним оборудованием, для передачи информации используются как волоконно-оптические, так и металлические кабели, однако пропускная способность ограничена уровнем синхронной цифровой иерархии (система STM-64) и составляет 10 Гбит/с. Данное техническое решение выбрано за прототип.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей аппаратно-программного комплекса моделирования телекоммуникационных технологий.
Достижение данного технического результата обеспечивается в предлагаемом АПК моделирования телекоммуникационных технологий, синтезированном на базе кольцевой сетевой структуры, которая содержит сетевую систему управления и N терминалов формирования сигналов электросвязи, где N выбирается в зависимости от класса используемой сети, в каждом из которых имеется программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов, многофункциональная КОА SDH уровня, программно-управляемая КОА PDH уровня, причем последняя связана с вторичными цифровыми телефонными и вторичными аналоговыми сетями, при этом в каждый из N терминалов формирования сигналов электросвязи введены оборудование временного группообразования PDH, обеспечивающее формирование линейного сигнала Е3 со скоростью передачи 34,368 Мбит/с, и многофункциональная программно-управляемая CWDM-система, обеспечивающая формирование до восьми CWDM-каналов с пропускной способностью 10 Гбит/с каждый, при этом телекоммуникационное оборудование многофункциональной программно-управляемой КОА SDH и многофункциональной программно-управляемой CWDM-системы каждого из терминалов формирования сигналов электросвязи формируются транспортные сети АПК F, G, H, а максимальная пропускная способность сети до 80 Гбит/с достигается использованием многофункциональной программно-управляемой CWDM-системы, причем аппаратура позволяет организовать до 8 дуплексных CWDM-каналов - формирует транспортный сигнал со скоростью до 80 Гбит/с и позволяет проводить 3R-регенерацию сигнала, преобразование в спектральные каналы и их объединение в групповой сигнал CWDM с помощью встроенного оптического мультиплексора, при этом реализуя радиальную сетевую структуру, многофункциональная программно-управляемая CWDM-система обеспечивает независимую работу по оптическим линиям связи.
Введение в терминалы формирования сигналов электросвязи предлагаемого аппаратно-программного комплекса моделирования телекоммуникационных технологий оборудования временного группообразования PDH, обеспечивающего формирование линейного сигнала Е3 со скоростью передачи 34,368 Мбит/с, и многофункциональной программно-управляемой CWDM-системы, обеспечивающей формирование до восьми CWDM-каналов с пропускной способностью 10 Гбит/с каждый, позволило проводить занятия по указанным типам средств связи, а также позволило передавать информацию с максимальной скоростью 80 Гбит/с (8 каналов по 10 Гбит/с), т.е. расширить функциональные возможности аппаратно-программного комплекса моделирования телекоммуникационных технологий по обучению студентов средствам связи указанного типа и повысило пропускную способность.
1
N
Предлагаемый аппаратно-программный комплекс моделирования телекоммуникационных технологий поясняется чертежом, где приведена его структурная схема. Комплекс содержит кольцевую сетевую структуру, в которой имеется N терминалов формирования сигналов электросвязи от 1 до 1, где N выбирается в зависимости от класса используемой сети. Например, для предлагаемой модели АПК выбран класс сети С и N может быть выбрано в диапазоне от 1 до 254.
1
N
Каждый из терминалов формирования сигналов электросвязи (1-1) содержит: многофункциональную программно-управляемую КОА PDH уровня 1, программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов 2, оборудование временного преобразования PDH 3, многофункциональную программно-управляемую КОА SDH уровня 4 и многофункциональную программно-управляемую CWDM-систему 5.
1
N
Кроме того, предлагаемый комплекс содержит сетевую систему управления, связанную со всеми элементами каждого терминала формирования сигналов электросвязи 1-1.
1
N
1
N
1
N
При этом в каждом из N терминалов формирования сигналов электросвязи многофункциональная программно-управляемая КОА PDH уровня 1 входными/выходными шинами связана с программно-управляемым коммутатором цифровых сигналов 2, оборудованием временного преобразования PDH 3 и многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4. Многофункциональная программно-управляемая КОА PDH уровня 1 любых двух терминалов формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), может связываться между собой по металлическому или оптическому кабелю, образуя радиальную структуру А или В соответственно. Кроме того, любая многофункциональная программно-управляемая КОА PDH уровня 1 любого терминала формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), может передавать информацию по 8 различным направлениям на многофункциональную программно-управляемую КОА PDH уровня 1 любых терминалов формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), по металлическому кабелю, образуя радиальную структуру С. Абонентские интерфейсы многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1 могут подключаться непосредственно к оконечным устройствам или выводиться на различные коммутационные устройства.
1
N
Программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов 2 входными/выходными шинами связан с многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1, оборудованием временного преобразования PDH 3 и многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4. Программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов 2 может связываться с многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1 и программно-управляемым коммутатором цифровых сигналов 2 любых терминалов формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), по металлическому кабелю, реализуя сеть с топологией «линейная цепь» D. Абонентские интерфейсы программно-управляемого коммутатора цифровых сигналов 2 могут подключаться непосредственно к оконечным устройствам или выводиться на различные коммутационные устройства.
1
N
Оборудование временного преобразования PDH 3 входными/выходными шинами связано с многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1, программно-управляемым коммутатором цифровых сигналов 2 и многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4. Оборудование временного преобразования PDH 3 любых двух терминалов формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), может связываться между собой по оптическому кабелю, образуя радиальную структуру D. Абонентские интерфейсы оборудования временного преобразования PDH 3 могут подключаться непосредственно к оконечным устройствам или выводиться на различные коммутационные устройства.
1
N
1
N
Многофункциональная программно-управляемая КОА SDH уровня 4 входными/выходными шинами связана с многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1, программно-управляемым коммутатором цифровых сигналов 2, оборудованием временного преобразования PDH 3 и многофункциональной программно-управляемой CWDM-системой 5. Многофункциональная программно-управляемая КОА SDH уровня 4 любых двух терминалов формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), может связываться между собой по оптическому кабелю, образуя радиальную структуру F, кроме того, многофункциональная программно-управляемая КОА SDH уровня 4 всех терминалов формирования сигналов электросвязи, входящих в комплекс (1-1), может быть связана между собой, образуя кольцевую сетевую структуру G. Абонентские интерфейсы многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4 могут подключаться непосредственно к оконечным устройствам или выводиться на различные коммутационные устройства.
1
N
Многофункциональная программно-управляемая CWDM-система 5 входными/выходными шинами связана с многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4. Многофункциональная программно-управляемая CWDM-система 5 любых двух терминалов формирования сигналов электросвязи из общего числа, входящих в комплекс (1-1), может связываться между собой по оптическому кабелю, образуя радиальную структуру Н. Абонентские интерфейсы многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4 могут подключаться непосредственно к оконечным устройствам или выводиться на различные коммутационные устройства.
Заявленный комплекс поясняется чертежом фиг. 1, который иллюстрирует структурную схему АПК моделирования телекоммуникационных технологий.
Работу заявленного комплекса удобно рассмотреть на примере структурной схемы АПК моделирования телекоммуникационных технологий (фиг. 1).
Аппаратно-программный комплекс работает следующим образом.
Телекоммуникационным оборудованием многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4 и многофункциональной программно-управляемой CWDM-системы 5 каждого из терминалов формирования сигналов электросвязи формируются транспортные сети АПК F, G и Н (конкретный тип транспортной сети определяется вариантом организации связи).
Максимальная пропускная способность сети (до 80 Гбит/с) достигается использованием многофункциональной программно-управляемой CWDM-системы 5, которая обеспечивает:
абонентские интерфейсы STM-1/4/16, GE, OTU1;
до восьми CWDM-каналов: 2x10G+6×2,5G; 4x10G; 8x10G;
оптический канал управления.
Аппаратура позволяет организовать до 8 дуплексных CWDM-каналов - формирует транспортный сигнал со скоростью до 80 Гбит/с. Оборудование производит 3R-регенерацию сигнала, преобразование в спектральные каналы и их объединение в групповой сигнал CWDM с помощью встроенного оптического мультиплексора.
Реализуя радиальную сетевую структуру Н, многофункциональная программно-управляемая CWDM-система 5 обеспечивает независимую работу по оптическим линиям связи.
На абонентский вход многофункциональной программно-управляемой CWDM-системы 5 подключается линейный интерфейс многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4, которая обеспечивает:
формирование линейного сигнала STM-1/4/16 (до 2,5 Гбит/с);
мультиплексирование/демультиплексирование и размещение компонентных сигналов E1 в группах TUG-3 контейнера VC-4;
абонентские интерфейсы Е1, Ethernet 10/100, Ethernet 1000, STM-1/4;
синхронизацию системы от различных источников или внутреннего генератора по умолчанию;
встроенная ЭВМ блока контроля обеспечивает работу системы управления;
организацию служебной связи.
Реализуя радиальную сетевую структуру F и кольцевую сетевую структуру G, многофункциональная программно-управляемая КОА SDH уровня 4 обеспечивает независимую работу по оптическим линиям связи.
На абонентские входы/выходы многофункциональной программно-управляемой КОА SDH уровня 4 могут подключаться линейные выходы многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1, оборудования временного преобразования PDH 3 и входы/выходы программно-управляемого коммутатора цифровых сигналов 2.
Телекоммуникационное оборудование многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1 предназначено для:
работы с сигналами E1 при подключении внешнего оборудования;
работы с линейными сигналами при подключении линейных трактов и при наличии в конфигурации блоков линейных интерфейсов;
работа с сигналами абонентских интерфейсов при подключении абонентских линий и при наличии в конфигурации блоков абонентских интерфейсов.
В КОА PDH обеспечивается:
прямое и обратное преобразование сигнала в коде HDB-3 в информационный сигнал в формате NRZ;
выделение тактового сигнала приема;
формирование управляющих и тактовых сигналов для блоков АИ. Фазы управляющих сигналов синхронизированы с фазой информационного сигнала с помощью устройства синхронизации;
формирование из цифровых каналов (64 кбит/с) первичных групповых сигналов со скоростью передачи 2,048 Мбит/с с цикловой структурой согласно Рекомендаций G.704, G.706 МСЭ-Т, включая выполнение процедуры CRC-4, (первичный групповой сигнал Е1);
запись в нулевой канальный интервал передаваемого информационного сигнала кодовых слов цикловой и сверхцикловой синхронизации, сигналов извещений, аварий и других служебных сигналов;
объединение сигналов по канальной сигнализации в 16 канальном интервале первичного группового сигнала E1;
ош
выделение сигнала ошибок для подсчета K.
Реализуя радиальные сетевые структуры А и В, многофункциональная программно-управляемая КОА PDH уровня 1 обеспечивает независимую работу по оптическим и (или) металлическим линиям связи соответственно, а реализуя радиальную сетевую структуру С - только по металлической линии связи.
Оборудование временного преобразования PDH 3 обеспечивает:
формирование линейного сигнала Е3;
абонентские интерфейсы E1 и Ethernet 10/100;
кросс-коммутацию сигналов E1 в Е3;
кросс-коммутацию на уровне канальных интервалов 64 кбит/с в E1.
Реализуя радиальную сетевую структуру Е, оборудование временного преобразования PDH 3 обеспечивает независимую работу по оптическим линиям связи.
Программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов 2 обеспечивает коммутацию канальных интервалов сигналов E1 128 направлений, а также:
прием/передачу сигналов E1 до 128 направлений;
коммутацию канальных интервалов сигналов E1 128 направлений;
режимы синхронизации: «ЗГ», «ВТЧ», «ВТЧ резерв», «Внеш. синхр.» и вывод сигнала тактовой частоты 2048 кГц для синхронизации другого оборудования;
резервирование сигналов E1;
передачу сигналов состояния оборудования во внешнюю систему контроля;
контроль за состоянием и управление режимами работы оборудования с терминала сетевой системы управления аппаратуры электросвязи.
Реализуя сеть с топологией «линейная цепь» D, программно-управляемый коммутатор цифровых сигналов 2 обеспечивает независимую работу по металлическим линиям связи.
К выходам цифрового коммутатора подключены:
телекоммуникационное оборудование многофункциональной программно-управляемой КОА PDH уровня 1;
оборудование временного преобразования PDH 3.
Управление эксплуатацией оборудования АПК осуществляется с помощью сетевой системы управления.
Сетевая система управления состоит из компьютера с графическим интерфейсом пользователя, сетевых элементов (каждый из которых представляет собой один комплект оборудования одну систему приема/передачи), соединенных между собой линиями передачи через интерфейсы Ethernet или по каналам DCC, и программного обеспечения сетевой системы управления аппаратурой электросвязи NMS.
Сетевая система управления аппаратурой электросвязи обеспечивает:
- управление допуском в NMS;
- управление конфигурацией;
- администрирование;
- управление устранением неисправностей;
- контроль технических характеристик.
Возможность реализации и получения положительного эффекта при реализации заявленного способа была также проверена путем создания аппаратно-программного комплекса моделирования телекоммуникационных технологий и проведения натурного эксперимента. В процессе эксперимента использовались различные комбинации схем включения оборудования АПК.
Результаты эксперимента показали существенное расширение функциональных возможностей АПК с заявленным прототипом, что также указывает на возможность достижения запланированного результата с помощью предлагаемого технического решения.