СЕТЬ СВЯЗИ
COMMUNICATION NETWORK

Изобретение относится к области систем и сетей связи и может быть использовано при построении сетей связи с требуемым количеством резервных каналов связи.
Известна опорная сеть связи решетчатой структуры, состоящая из 3-х осевых линий связи (ОЛС) и М рокадных линий связи (РЛС), в местах пересечения которых установлены опорные узлы связи (ОУС), обеспечивающие распределение каналов, потоков сообщений и «привязку» узлов связи пунктов управления. При этом одна ОЛС является главной, другие вспомогательными [см. Давыдов Г.Б. и др. Сети связи. М.: Связь, 1977, с.136, рис.5.3и].
1
1
Недостатком сети связи решетчатой структуры является относительно низкая структурная надежность.(Структурная надежность - свойство системы сохранять свою работоспособность при выходе из строя (отказе) одного или нескольких ее структурных элементов.)
Известна также сеть связи, описанная в статье Е.Ливанова - «Французская автоматизированная система связи «РИТА»» [см. «Зарубежное военное обозрение», 1984, №4, с. 33, рис.1]. Сеть связи содержит N ОЛС и М РЛС, на пересечениях которых установлены ОУС. При этом ОУС, находящиеся на пересечениях средней ОЛС и m-й РЛС, где m=1, 2, 3, …, М, соединены дополнительными линиями связи с ОУС, установлены на пересечениях ОЛС и (m+1)-й РЛС или (m-1)-й РЛС, что позволяет несколько повысить структурную надежность сети связи.
Недостатком сети связи - прототипа является все же недостаточно высокая структурная надежность, так как в ней при выходе из строя всех ОУС любой из РЛС, либо одного из ОУС, установленного на пересечениях средней ОЛС и m-й РЛС и по одному из ОУС, находящихся на пересечениях средней и вспомогательных ОЛС и (m+1)-й РЛС, либо одного ОУС, установленного на пересечениях (m+1)-й РЛС и одной из вспомогательных ОЛС и двух ОУС m-й РЛС, находящихся на ее пересечениях с средней ОЛС и другими вспомогательными ОЛС, сеть связи распадается на два несвязных компонента, что нарушает целостность структуры сети связи и исключает возможность ее функционирования с требуемым качеством.
Наиболее близкой по своей сущности к заявленной является сеть связи по патенту РФ №2108676, 1998 г., состоящая из трех ОЛС и n РЛС, в местах пересечения которых установлены ОУС, обеспечивающие распределение каналов, потоков сообщений и «привязку» узлов связи пунктов управления. В сеть связи введены дополнительные линии связи, соединяющие ОУС, установленные на пересечениях 1-й ОЛС и i-й РЛС (i=1, n-2), с ОУС, установленными на пересечениях 3-й ОЛС и (i+2)-й РЛС, а также дополнительные линии связи, соединяющие ОУС, установленные на пересечениях 1-й ОЛС и (i+2)-й РЛС (i=2, n-2), с ОУС, установленными на пересечениях 3-й ОЛС и (i-1)-й РЛС, где n>3.
Недостатком такой сети связи также является относительно низкая структурная надежность.
Целью изобретения является разработка сети связи, обладающей более высокой структурной надежностью в условиях возможного выхода из строя ее элементов при воздействии дестабилизирующих факторов.
Заявленное устройство расширяет арсенал средств данного назначения.
Сеть связи содержит первую, вторую и третью осевые линии связи, М≥4 рокадных линий связи и опорные узлы связи, установленные в местах пересечения осевых и рокадных линий связи, которые обеспечивают распределение каналов и потоков сообщений, причем опорные узлы связи, установленные на пересечениях третьей осевой линии связи с рокадными линиями связи с номерами от m=1, до m=(М-3), где m=1, 2, …, М, соединены дополнительными линиями связи с опорными узлами связи, установленными на пересечениях первой осевой линии связи, с рокадными линиями связи с номерами соответственно от m=4 до m=М. Опорные узлы связи, установленные на пересечениях первой осевой линии связи с нечетными рокадными линиями связи с номерами от m=1 до m=(M-3) при М-четном и от m=1 до m=(M-4) при М-нечетном, дополнительными линиями связи соединены с опорными узлами связи, установленными на пересечениях третьей осевой линии связи с четными рокадными линиями с номерами соответственно от m=4 до m=М и от m=4 до m=(М-1).
Перечисленная совокупность новых существенных признаков, за счет оптимизации порядка подключения дополнительных линий связи, обеспечивает повышение структурной надежности сети связи при выходе из строя ее отдельных элементов.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
- на фиг.1 - структурная схема заявленной сети связи;
- на фиг.2(а, б) - варианты построения сети связи с различным количеством РЛС;
- на фиг.3(а, б) - рисунки, поясняющие возможности сохранения функций сети связи при выходе из строя ее элементов;
- на фиг.4 - график относительного выигрыша по структурной надежности заявленной сети связи, для различного количества РЛС.
1
2
3
1
2
3
1
3
3
1
Сеть связи, показанная на фиг.1, состоит из первой 1, второй 1 и третьей 1 ОЛС, М≥4 РЛС 2, ОУС 3, установленных в местах пересечения первой 1, второй 1 и третьей 1 ОЛС и РЛС 2, а также дополнительных линий связи 4. ОУС 3, установленные на пересечениях первой ОЛС 1 с нечетными РЛС 2 с номерами от m=1 до М-3, при М-четном, и от m=1 до М-4, при М-нечетном, соединены дополнительными линиями связи 4 с ОУС 3, установленными на пересечениях третьей ОЛС 1 с четными РЛС 2 с номерами соответственно от m=4 до m=М и от m=4 до m=(М-1). ОУС 3, установленные на пересечениях третьей ОЛС 1 с РЛС 2 с номерами от m=1 до m=(М-3), соединены дополнительными линиями связи 4 с ОУС 3, установленными на пересечениях первой ОЛС 1 с РЛС 2 с номерами соответственно от m=4 до m=М.
Входящие в сеть связи элементы имеют следующее назначение.
ОУС 3 предназначены для обеспечения распределения каналов, потоков сообщений и «привязки» узлов связи пунктов управления.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Совокупность каналов связи между ОУС 3 обеспечивается ОЛС 1, 1и 1, РЛС 2 и дополнительными линиями связи 4. ОЛС 1, 1, 1 и РЛС 2 имеют большую, чем дополнительные линии 4 канальную емкость и могут быть реализованы в виде проводных, волоконно-оптических, радиорелейных и тропосферных линий связи. Дополнительные линии связи 4 должны соответствовать минимальному количеству связей, необходимых при выходе из строя ОУС 3 или одной из ОЛС 1, 1, 1 и РЛС 2. В свою очередь, они могут быть волоконно-оптическими, радиорелейными, тропосферными или космическими линиями связи, подключение которых к ОУС 3 аналогично подключению ОЛС 1, 1, 1 и РЛС 2 и не требует дополнительных затрат.
В предлагаемой сети связи не требуются конструктивные, структурные и другие изменения ее элементов. Элементы предлагаемой сети связи строятся и функционируют по известным принципам [см. Давыдов Г.Б. и др. Сети связи. М.: Связь, 1977, с.38…63].
Заявленное устройство - сеть связи - работает следующим образом. В рабочем режиме при исправном состоянии всех ОУС 3 в сети связи формируют каналы связи, соединяющие все ОУС 3 между собой с возможностью обеспечения их соединения по 3…4 независимым путям с учетом допустимого количества переприемов.
На фиг.2(а, б) приведены примеры устройства сети связи. Количество РЛС 2 для сети связи должно быть равным или большим четырем, в противном случае заявленное устройство неработоспособно.
1
2
3
1
2
3
В наихудших случаях при выходе из строя даже шести ОУС 3 m-й и (m+1)-й РЛС 2 (m-й и (m-1)-й РЛС 2), либо при выходе из строя до М ОУС 3 любой из ОЛС 1, 1 и 1, осуществляется перераспределение каналов и потоков сообщений на время восстановления пораженных ОУС 3 или ОЛС 1, 1, 1 и РЛС 2 так, чтобы минимально необходимое количество связей обеспечивалось через дополнительные линии связи 4, построенные описанным выше способом (фиг.2(а, б)). Сеть связи оказывается связной даже в случае выхода из строя двух третей от всех РЛС 2 при условии, что исправные РЛС 2 будут находиться через каждые две рядом расположенные выведенные из строя РЛС 2. Предлагаемая структура сети связи распадается на несвязные компоненты только в случае выхода из строя трех и более рядом расположенных (соседних) РЛС 2.
Таким образом, введение дополнительных линий связи 4 повышает структурную надежность сети связи в условиях воздействия дестабилизирующих факторов.
Оценка возможности повышения структурной надежности в предлагаемом решении ниже по тексту проведена в сравнении с прототипом. При условии, что выход из строя любого из ОУС 3 - есть событие равновероятное, вероятность нарушения связности сети связи на две несвязные части будет определяться выражением:
где F - число вариантов, при которых сеть связи распадается на два несвязных компонента (при выходе из строя 3-х ОУС 3),  - общее число возможных сочетаний поражения 3-х ОУС 3, а r - число установленных ОУС 3.
При этом вариант воздействия дестабилизирующих факторов на сеть связи является наихудшим.
1
С учетом того, что r=3M, a F=M-3 соседних РЛС 2, для предложенной структуры вероятность Р нарушения связности определяется по формуле:
2
Используя аналогичное выражение для сети связи - прототипа, с учетом, что для нее F=(M-2)(M-1) вероятность Р нарушения ее связности определяется по формуле:
Выигрыш В по структурной надежности, определяемой вероятностью нарушения связности предлагаемой структуры сети связи в сравнении с прототипом, будет определяться отношением выражений (3) и (2), т.е.:
График выигрыша по вероятности нарушения связности предлагаемой структуры сети связи, для различного количества М РЛС 2, рассчитанный по формуле (4), показан на фиг.4.
Кроме того, в предлагаемой структуре сети связи уменьшается количество дополнительных линий связи 4, что позволяет получить выигрыш в общем числе линий связи при обеспечении более высокой структурной надежности
2
1
где L - общее количество линий связи в прототипе, L - общее количество линий связи в предложенной сети связи,  - целое число, округленное в меньшую сторону. Выигрыш в количестве линий связи для структур сетей связи с различным количеством РЛС 2, рассчитанный по формуле (5), представлен в табл.1.
Таблица 1
Количество рокадных линий связи
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Общее количество линий связи в предлагаемой структуре сети связи, L<sub>1</sub>
19
25
32
38
45
51
58
64
71
77
84
90
96
Общее количество линий связи в прототипе, L<sub>2</sub>
23
30
37
44
51
58
65
72
79
86
93
100
107
Выигрыш в общем количестве линий связи
1,21
1,2
1,16
1,16
1,13
1,14
1,11
1,13
1,11
1,12
1,11
1,12
1,11
Таким образом, совокупность новых существенных признаков, за счет оптимизации порядка подключения дополнительных линий связи 4, обеспечивает повышение структурной надежности сети связи при выходе из строя ее отдельных элементов, что подтверждает возможность достижения сформулированного технического результата.