ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ СВЯЗИ

Структурно-топологическое построение сетей связи предполагает моделирование сети, ее представление количественными показателями через соответствующие параметры, а также описание состава, конфигурации, взаимосвязи отдельных элементов и принципов установления связи.

Необходимо отметить, что под структурой в общем случае понимается модель, необходимая для описания процессов или объектов путем выделения в них элементов и определения существенных устойчивых связей между ними. При этом структуры могут быть организационными, техническими, функциональными, организационно-штатными и т. д. В рамках рассмотрения основ построения телекоммуникационных систем и сетей под структурой сети связи будем понимать характеристику, описывающую взаимосвязь входящих в нее коммутационных центров независимо от их фактического расположения и трасс прохождения линий связи на местности.

Структура сети служит для отображения потенциальных возможностей сети по распределению информации между ее отдельными пунктами. С этой целью на структурах сетей показываются коммутационные центры (КЦ), на которых может осуществляться распределение потоков информации, и ветви сети, раскрывающие схему связи между этими КЦ.

Многочисленность факторов, определяющих специфику построения различных сетей связи, ведет к многообразию их структур.

Основой для построения сети связи любой сколь угодно сложной структуры являются так называемые элементарные структуры. Принято выделять элементарные структуры двух типов:

- радиальная элементарная структура (рис. 1.4);

- кольцевая (петлевая, шлейфовая) элементарная структура (рис. 1.5).

Оба типа элементарных структур характеризуются определенным соотношением основных параметров - количеством элементов (узлов) N и количеством связывающих ветвей (линий) М:

- для радиальной элементарной структуры N > 2, М = N - 1;

- для кольцевой элементарной структуры N > 3, М = N.

Признаком отличия структур одного типа может служить количество входящих в них узлов N. При этом говорят: N-элементная элементарная структура радиального типа; N-элементная элементарная структура кольцевого типа.

Другим определяющим параметром элементарной структуры является число ветвей, инцидентных (принадлежащих) каждому узлу.

Рисунок 1.4. Варианты радиальных элементарных структур.

Рисунок 1.5. варианты кольцевых элементарных структур.

 

Так, для радиальной элементарной структуры характерным является наличие единственного узла, которому инцидентны N - 1 ветви, остальным же узлам этой элементарной структуры инцидентна лишь одна ветвь. Для кольцевой элементарной структуры характерно то, что любому узлу всегда инцидентны две ветви.

На базе элементарных структур строятся более сложные. При использовании только радиальных элементарных структур могут быть созданы например древовидные (рис. 1.6). Для сетей связи древовидной структуры сохраняется то же соотношение основных параметров, что и для радиальной элементарной структуры. Между каждой парой узлов такой структуры существует только один путь для установления связи. Другими словами, древовидная сеть - сеть односвязная. Частными случаями ее являются узловая сеть (рис. 1.6, а) с иерархическим построением и соподчинением узлов, звездообразная (рис. 1.6, б) с одним узлом и линейная сеть (рис. 1.6, в).

Рисунок 1.6. Варианты древовидных структур:а - узловая сеть с иерархическим построением, б - звездообразная сеть, в - линейная сеть

 

В узловой сети с иерархическим построением и соподчинением ее узлов имеется узел высшего класса, называемый корневым, с которым соединяются узлы первого класса (уровня). К узлам первого класса подсоединяются узлы второго, третьего (и т. д.) класса.

Кольцевая элементарная структура является базой для построения сложных структур, которые в общем случае можно разделить на полносвязные структуры (рис. 1.7, а) и неполносвязные структуры (рис. 1.7, б-е).

Сеть полносвязной структуры - сеть, соединение узлов в которой производится по принципу «каждый с каждым» и которая характеризуется следующим соотношением основных параметров

где М - количество ветвей, N - количество коммутационных центров.

 

Рисунок 1.7. Варианты кольцевых структур

 

Особенностью полносвязной сети является то, что между каждой парой узлов этой сети существует (N - 1) независимых путей для установления связи.

Для неполносвязных структур соотношение основных параметров задается двойным неравенством:

 

Варианты сетей связи смежно-кольцевой структуры представлены на рис. 1.7, б-е.

Различают: смежно-кольцевые структуры, образованные одинаковыми (рис. 1.7, б, в, г, е) и разными (рис. 1.7, д) кольцевыми элементарными структурами. Иногда структуры получают специальные названия: «Алмаз» или «Кристалл», «Соты», «Решетка», «Двойная решетка» (рис. 1.7, б, в, г, е соответственно).

Сложные комбинированные структуры сетей связи могут быть образованы совокупностью элементарных структур как радиального, так и кольцевого типа. Телекоммуникационная сеть, как правило, содержит области с различными структурами. Чаще других создаются сети узловой и радиально-узловой структуры (рис. 1.7, а и б). Выбор той или иной структуры сети определяется прежде всего экономическими показателями и требованиями к надежности, живучести, пропускной способности.

Надёжность сети связи- способность сети связи обеспечивать связь, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в пределах, соответствующих условиям эксплуатации, технического обслуживания, восстановления и ремонта

Живучесть сети связи- способность сети сохранять связность при массовых разрушениях элементов или отдельных частей.

Пропускная способность сети связи – возможность сети связи заданные потоки сообщений в единицу времени.

Важным специфическим структурным свойством сетей связи является возможность представления одной и той же сети связи различными изоморфными графами без петель. Две структуры принято называть изоморфными, если между множествами узлов (вершин) существует взаимно-однозначное соответствие, сохраняющее смежность.

 

а) б)

Рисунок 1.8. Варианты структур сетей связи: а - узловая,

б - радиально-узловая

 

Граф сети связи G = (V, U) представляет собой набор точек, называемых вершинами V= {v_v v₂, ..., v_n}_t которые соединены между собой линиями, называемыми ветвями U - {uij}. Это позволяет изображать любую структуру в виде, удобном для дальнейшей работы с ней (рис. 1.9, а, б).

 

Рисунок1.9. Варианты изоморфных структур сетей связи

 

В теории графов различают ориентированные и неориентированные, взвешенные и помеченные графы.

В ориентированных графах сообщения в ветвях (линиях и каналах связи) передаются только в одном направлении (рис. 1.10, а). В неориентированных графах сообщения могут передаваться в обоих направлениях (рис. 1.10, б).

 

Рисунок 1.10. Граф: а - ориентированный, б - неориентированный, в - взвешенный

 

Взвешенным называется граф, в котором вершинам и ветвям соответствуют некоторые числа, называемые весами. Весом может быть пропускная способность (С), надежность, живучесть и т. д. элемента сети связи. На рис. 1.10, в представлен взвешенный граф, где в качестве веса выбрана пропускная способность направления связи, выраженная в количестве каналов.

Граф, в котором вершины пронумерованы, называется помеченным или размеченным. Иногда при работе на вычислительных машинах возникает необходимость проанализировать сеть связи, не прибегая к изображению ее в виде графа. Одной из форм математического представления сети связи (графа) является алгебраическое задание ее с помощью ряда структурных матриц.

Пусть задан граф G = (V, U), вершины которого пронумерованы в произвольном порядке. Структурной матрицей смежности (соседства) |А| = la_ijl помеченного графа G = (V, U) с n вершинами называется матрица размера nхn, в которой а_ij = 1, если вершина v_i связана с вершиной V_j., и а= 0 в противном случае. Таким образом, существует взаимно однозначное соответствие между помеченными графами с N вершинами и матрицами размера nхn с нулями по диагонали. Для помеченного графа G, показанного на рис. 1.10, б, матрица смежности имеет следующий вид:

 

 

 

Легко заметить, что суммы элементов матрицы ||A|| по строкам (столбцам) равны степеням (рангам) вершин графа G.

Степенью вершины графа G называется количество входящих и исходящих из него ветвей.

Другой матрицей, связанной с графом G, в котором пронумерованы (помечены) вершины и ребра, является матрица инциденций

(||B|| = ||b_ij||) Такая матрица характеризует взаимосвязь вершин и ребер, что важно при рассмотрении вопросов связности моделируемой сети связи. Матрицей инциденций помеченного графа G = (V, U) с n вершинами и m ребрами называется матрица размера mxn, в которой b_ij = 1, если вершина Vi инцидентна ребру и_j, и b₃ = 0 в противном случае.

Для помеченного графа G (рис. 1.11) матрица инциденций ||B|| имеет следующий вид:

 

Рисунок 1.11. Помеченный граф с соответствующей ему матрицей инциденций.

 

Для ориентированного графа G матрица инциденций ||B|| определяется следующим образом:

Поскольку каждая дуга инцидентна двум различным вершинам (за исключением того случая, когда дуга образует петлю), то каждый столбец матрицы инциденций содержит один элемент, равный 1 и один, равный -1, либо все элементы столбца равны нулю.

Матрица мощности ветвей ||М|| (рис. 1.10, б), элементами которой являются веса_;, принимающие значения, численно равные количеству стандартных каналов между ЦКi и ЦКj, имеет вид

Путь, намеченный(выбранный) для доставки тех или иных сообщении между заданной парой пунктов(узлов), будем называть маршрутом, а процесс установления таких маршрутов (путей)-маршрутизацией.

Сеть связи можно описать при помощи её топологии. Топология сети связи даёт представление о взаимном расположении и соединениях КЦ этой сети, группировке каналов по ветвям и направлениям связи, а также о маршрутах и особенностях прохождения трасс линий связи на местности. Различают общую, полную и частную топологии.

Общая топология даёт представление о взаимном расположении всех типов КЦ, способах их соединения линиями связи, а также о характере распределения образуемых на этих линиях каналов и трактов по ветвям и направлениям связи.

Схема полной топологии выполняется, как правило, на карте и обеспечивает привязку элементов сети связи к местности. На ней указываются особенности прохождения трасс линий связи, места расположения станций, ретрансляционных пунктов и т.д.

Частная топология составляется по тем же правилам что и полная. При этом возникает дополнительная возможность детализации отдельных сведений, необходимых конкретному исполнителю при решении поставленной перед ним задачи. К частным топологиям, например, относятся топологии абонентских сетей, развёртываемых от оконечных КЦ на территории размещения пунктов управлении или в населённых пунктах.