Оптимизация сети доступа long-reach Passive optical networks Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Игнатов Александр Владимирович

Рассматривается технология доступа пользователей к инфокоммуникационным услугам на основе пассивных оптических сетей большой дальности LR-PON. Делается попытка оптимизации развертывания сети LR-PON. Проводится оценка характеристик сети, ограничивающих максимальную длину оптической линии между сетевыми устройствами. Исследования проведены методами линейного программирования. Произведен расчет максимального радиуса сети при заданных параметрах надежности, стоимости и мощности устройств LR-PON.

LONG-REACH PASSIVE OPTICAL NETWORK OPTIMIZATION

A technology enabling the users’ access to information and communication services, which is based on long-reach passive optical networks of LR-PON is considered in the article. An attempt is made to optimize the deployment of LR-PON network. The network characteristics limiting the maximum length of an optical line between network devices are assessed. Researches have been carried out with the application of linear programming methods. The maximum radius of the network is calculated at the constraint parameters of reliability , cost and capacity of LR-PON devices.

Текст научной работы на тему «Оптимизация сети доступа long-reach Passive optical networks»

1. Tubol'tsev L.G., Golubykh G.N, Padun N.I. Analiz riska avarii i opredelenie vozmozhnogo material'nogo ushcherba na metallurgicheskom predpriiatii [Accident risk analysis and identification of possible material damage to the steel plant]. Sb. nauch. tr. "Fundamental'nye i prikladnye problemy chernoi metallurgii" [Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy]. Dnepropetrovsk, 2006, Vol. 12, pp. 407-420.

2. Obzor avariy i incidentov v metallurgicheskoy otrasli [Electronic resource]. Rezhim dostupa: Available at: http://www.markmet.ru/tehnika-bezopasnosti-v-metallurgii/obzor-krupneishikh-avarii-v-metallurgicheskoi-otrasli (Accessed 28 January 2016).

3. Gusev Iu.V., Gusev D.Iu. Matematicheskaia model' protsessa transportirovaniia chuguna v konver-ternyi tsekh [Mathematical model of iron transport process in the converter plant]. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhniche-skogo universiteta - Reporter of the Pryazovskyi state technical university, 2008, no. pp. 230-232.

4. Emel'ianov V.A., Emel'ianova N.Iu. Intellektual'nyi metod raspoznavaniia izobrazhenii termogramm s ispol'zovaniem konturnogo analiza [Intelligent method of thermal image recognition based on contour analysis]. Sistemy obrabotki infor-matsii. - Information processing systems, 2013, no. 9 (116, pp. 22-26).

5. Vavilov V.P. Infrakrasnaia termografiia i teplovoi kontrol' [Infrared thermography and thermal control]. Moscow, 2013, 544 p.

ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТИ ДОСТУПА LONG-REACH PASSIVE OPTICAL NETWORKS © А.В. Игнатов1

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 630102, Россия, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86.

LONG-REACH PASSIVE OPTICAL NETWORK OPTIMIZATION A.V. Ignatov

Siberian State University of Telecommunications and Information Sciences, 86 Kirov St., Novosibirsk, 630102, Russia.

A technology enabling the users' access to information and communication services, which is based on long-reach passive optical networks of LR-PON is considered in the article. An attempt is made to optimize the deployment of LR-PON network. The network characteristics limiting the maximum length of an optical line between network devices are assessed. Researches have been carried out with the application of linear programming methods. The maximum radius of the network is calculated at the constraint parameters of reliability, cost and capacity of LR-PON devices. Keywords: optical networks; LR-PON specification; reliability; power balance; access network cost

Рост информационных потоков, циркулирующих в современных системах связи, обусловливает ужесточение требований к функционированию этих систем. Не является исключением и сеть доступа к инфокоммуникационным услугам.

Существенную долю всех современных сетей доступа занимают пассивные оптические сети (Passive Optical Network-PON), одной из которых является перспективная Long-reach PON (LR-PON). Приставка «Long-reach» подчеркивает увеличение масштаба развертывания по сравнению с классической PON (20 км). Сетевые устройства в Long-reach могут находиться друг от друга на расстояниях до 100 км. Оборудованием сервис-провайдера LR-PON является оптический линейный терминал (Optical Line Terminal) - OLT, который соединяется с пользо-

Игнатов Александр Владимирович, аспирант, e-mail: igsascha@mail.ru Ignatov Aleksandr, Postgraduate, e-mail: igsascha@mail.ru

вательскими ONU (Optical Network Unit - оптическое сетевое устройство) через оптический сплиттер (рис. 1).

Рис. 1. Топология пассивных оптических сетей: а - PON; б - LR-PON

Строительству LR-PON, как достаточно сложной системе, предшествуют детальные расчеты по различным критериям. Попробуем обозначить важнейшие из них.

Способность передачи информации на заявленные расстояния достигается соответствием бюджета мощности передающих устройств бюджету потерь в рассматриваемой сети. Данное соответствие, называемое энергетическим балансом, несомненно, является существенной характеристикой сети доступа.

Не менее важна надежность функционирования сети, которая обеспечивает качество предоставляемых услуг пользователям.

Кроме того, обозначенные свойства тесно связаны с ресурсопотреблением системы. Бюджет стоимости сети непосредственно обеспечивает ее соответствие всем предъявляемым требованиям, является их фундаментальной базой.

Таким образом, энергетический баланс, надежность и стоимость наиболее вероятно являются основными направлениями оптимизации сети доступа.

В статье делается попытка оптимизации развертывания Long-reach PON по указанным критериям. При расчетах применяются методы линейного программирования.

Введем следующие обозначения:

1в - длина участка оптического волокна от OLT до ONU;

Аобщ - надежность сети доступа;

Собщ - затраты на развертывание LR-PON;

Жобщ - бюджет мощности на развертывание LR-PON.

Масштабы развертывания сети доступа можно менять в зависимости от требований, которые предъявляются к рассматриваемым характеристикам. Тогда задачу оптимизации сети доступа в общем виде можно сформулировать так:

где Лдоп, Сдоп - требования по надежности и стоимости соответственно, а Жобщ < 30 [дБ] -бюджет мощности, соответствующий максимальной длине линии LR-PON не более 100 км. Эта величина обусловлена применяемыми типами усилителей оптического сигнала [3]. В рамках статьи бюджет мощности будет верхним граничным пределом оптимизации. При планировании установки на сети других усилителей фиксированный параметр Жобщ может быть изменен.

Надежность и стоимость сети представляются функциями, вводящими ограничения к наибольшей длине оптической линии. Расчет надежности

Надежность сложной системы можно найти из показателей надежности составляющих ее элементов. В LR-PON каждая цепь OLT - сплиттер - ONU является последовательным соединением элементов, а между собой цепи соотносятся как параллельное соединение [2]. Надежность всей сети будет определяться наиболее ненадежной цепью OLT - сплиттер -ONU.

Переходя к вероятности отказа, получаем:

Уобщ = 1-^общ = 1- т-ид, (2)

где иобщ - вероятность отказа сети; Ut - вероятность отказа i-го элемента наиболее ненадежной цепи OLT- сплиттер - ONU.

От произведения вероятностей отказов можно перейти к суммированию [5]:

Исходя из (2) и (3), для сети без резервирования получаем:

Кбщ = Uolt + + NUC п + Ifc-11 Unpk + Uplm + U0NU) (4)

где U0LT - вероятность отказа OLT; Уф - вероятность отказа волокна на участке OLT- сплиттер (фидерный участок), приведенная к длине 1 км; 1ф - длина участка OLT- сплиттер; N -количество сплиттеров в сети; исп - вероятность отказа сплиттера; ипр - вероятность отказа волокна на участке сплиттер - сплиттер (промежуточный участок), приведенная к длине 1 км.; 1к - длина ^-участка сплиттер - сплиттер; ир - вероятность отказа волокна на участке сплиттер - ONU (распределительный участок), приведенная к длине 1 км; 1т - длина m-распределительного участка сплиттер - ONU; U0NU - вероятность отказа ONU.

Полагая равными вероятности отказа волокна на любых участках сети, введем общее обозначение ив = U§ « ипр « ир. Длина участка OLT- ONU определяется значением

k = Q-ф + lk=l k + lm). (5)

^общ = UoLT + NUm + U0NÜ + UBlB. (6)

Для сети с полным резервированием необходимо учесть дополнительную установку оптических переключателей трафика с основного канала на резервный, которые будут вносить свой вклад в вероятность отказа. С учетом этого получаем:

^общ = UoLT + U?nN + U2onu + U0n(N + 2) + иЦв, (7)

где иоп - вероятность отказа оптического переключателя.

Схема с полным резервированием труднореализуема. На практике резервируют наиболее важные элементы. При частичном резервировании в каждом слагаемом из (4) возводится в квадрат только та вероятность отказа, которая характеризует резервируемый элемент.

Выражение (4)-(6) даны для максимально протяженной цепи OLT- сплиттеры - ONU линий, надежность остальных полагается не хуже. Расчет стоимости

Стоимость LR-PON будет слагаться из стоимости составляющих ее элементов. Для сети без резервирования получаем:

Собщ = CoLT + ^ф1ф + NCm + lk = l Cnph + T,m = l Iт Ср + MC0NU + Спнр, (8)

где C0LT - стоимость OLT; Сф - стоимость 1 км волокна на фидерном участке; Ссп - стоимость сплиттера; Спр - стоимость 1 км волокна на промежуточном участке; Ср - стоимость 1 км волокна на распределительном участке; C0NU - стоимость ONU; М- количество ONU; lm - длина ^-распределительного участка сплиттер - ONU; Спнр - стоимость пуско-наладочных работ при развертывании сети.

Для передачи всего трафика можно использовать однотипный оптический кабель, поэтому стоимость волокна для разных участков будет одинаковой. Тогда Св = Сф ^ Спр « Ср. Аналогично с (6)

Собщ = CoLT + NCCn + МСоми+Спнр + Св(1в + hm=2 ^т), (9)

Для сети с полным резервированием стоимость каждого устройства увеличится вдвое. Также необходимо учесть стоимость оптических переключателей:

Сщ = 2C0ÍT + 2NCCn + 2MConu + C0n(N + M + 1) + Спнр + 2Св(1в + 1^=1 L), (10)

Допустим, что стоимость пуско-наладочных работ равна стоимости монтируемого оборудования. С учетом этого для сети без резервирования получим:

Сбщ = 2C0ÍT + 2NCCn + 2MCONU+2C0n(N + М + 1) + 2Св(1в + L). (11)

При установке устройств с резервированием будем полагать удвоение стоимости этих

устройств. Стоимость пуско-наладочных работ оставим равной аналогичному показателю для сети без резервирования. Для сети с полным резервированием

Сщ = 3C0LT + 3NCm + 3MConu+3Cw(N + М + 1) + 3СВ(1В + Zí

Выражения (10), (11) показывают соответственно минимальную и максимальную стоимость развертывания сети LR-PON.

Решение задачи оптимизации

Составим системы уравнений по надежности и стоимости развертывания сети:

сп + UoNU + UbLb), I

1 - (U2olt + UcnN + U0NU + Uon + UbIb), U 1 - (U¿LT + UiN + U0NU + Uon(N + 1) + UbIb), III - (U20lt + U?nN + U0NU + Uon(N + 1) + иВ21ф + Ub

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎

Оптимизация сети доступа long-reach Passive optical networks Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Игнатов Александр Владимирович

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Игнатов Александр Владимирович

LONG-REACH PASSIVE OPTICAL NETWORK OPTIMIZATION

Текст научной работы на тему «Оптимизация сети доступа long-reach Passive optical networks»