Узбекское агентство связи и информатизации

1.4. Принципы построения телекоммуникационных сетей

К сетям связи предъявляются определенные требования. Важнейшим из них является требование, предъявляемое пользователями (абонентами): сеть должна обеспечить каждому абоненту возможность в удобное для него время связаться с любым другим абонентом и передать определенное сообщение. Для выполнения этого требования сеть должна быть построена по определенным принципам.

Различают несколько способов построения сетей связи (рис.1.4): полносвязный (принцип «каждый с каждым», радиальный, радиально-узловой, кольцевой и комбинированный).

Рис.1.4. Способы построения сетей связи

При полносвязном способе построения между всеми узлами существует непосредственная связь. В этом случае при повреждении и перегрузках на отдельных участках возможна организация обходной связи, через транзитное соединение. Однако такой способ построения является наиболее дорогостоящим.

При радиальном способе построения связь между узлами сети осуществляется через один центральный узел. Это резко сокращает общее число пучков соединительных линий, но при этом отсутствует возможность создания обходных путей. Такой способ может быть использован при построении сети на сравнительно небольшой территории.
На большой территории сеть связи обычно строится по радиально-узловому принципу. В этом случае связь организуется через узлы связи двух и более классов.
Кольцевой способ построения сети предусматривает организацию связи в обои направлениях кольца. В этом случае при повреждении на определенном участке сеть полностью сохраняет свою работоспособность.


1.4.1. Структурно-топологическое построение сетей телекоммуникаций

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. Многогранность такого описания сети связи обусловливает наличие целого ряда характеристик, которые можно объединить в три основные группы: характеристики функционирования, экономические и морфологические.

Характеристики функционирования сетей связи раскрывают протекающие в них процессы передачи информации, позволяют определить основные вероятностно-временные параметры сетей.
Экономические характеристики показывают затраты, необходимые на строительство и эксплуатационное обслуживание сетей связи, а также доход, который может быть получен от эксплуатации сетей.
Морфологические (структурно-топологические) характеристики дают описание состава и построения сетей связи, характера взаимосвязи между коммутационными центрами различных типов, а также способов распределения каналов по ветвям и направлениям связи. В эту группу характеристик входят структура, топология и стереология.
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 узлы, на которых может осуществляться распределение потоков информации, и ветви сети, раскрывающие схему связи между этими узлами.
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;
— кольцевая (петлевая, шлейфовая) элементарная структура.
Элементарные структуры сетей характеризуются количеством элементов (узлов) N и количеством связывающих ветвей (линий) М:
— для радиальной элементарной структуры
— для кольцевой элементарной структуры
Признаком отличия структур одного типа может служить количество входящих в них узлов N. При этом говорят: элементная структура радиального типа; элементная структура кольцевого типа.
Другим определяющим параметром элементарной структуры является число ветвей, инцидентных (принадлежащих) каждому узлу. 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 построении сети связи могут быть использованы следующие принципы: «каждый с каждым», узловой, радиальный, радиально-узловой.
Приведем широко распространенные топологии телекоммуникационных сетей.
1.Древовидная топология – «дерево». В такой сети между любыми двумя узлами может быть только один путь, поэтому связность такой сети равна h=1 (рис. 1.4.1,а).
2.Топология «сетка» - при этом каждый узел связан с небольшим числом узлов, обычно ближайших по расстоянию или имеющих большое тяготение, связность h>1 (рис. 1.5).
3. Полносвязанная топология – при этом все узлы связаны по принципу «каждый с каждым», связность h=N-1, где N- число узлов (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Примеры древовидных топологий: а) дерево, б) звезда, в) линейная шина, г) комбинации древовидных топологий

Рис. 1.5. Виды полносвязных топологий: а) кольцо, б) радиально-узловой, в) сотовая, г) решетка, е) полносвязная сеть

Топология сети оказывает значительное влияние на основные показатели сети, особенно на надежность и живучесть. Чем выше связность сети, тем она более живуча и надежна. Наибольшей связностью обладает полносвязная сеть, но для ее реализации требуется максимальное число каналов и, следовательно, сеть имеет высокую стоимость.

Топология реальной сети обычно строится по иерархическому принципу: крупные узлы соединяются по принципу «каждый с каждым», а на низших уровнях используются простые топологии – дерево, шина, звезда, кольцо и т.д.
Принципы организации основных топологий при построении транспортных сетей различного уровня будут рассмотрены в лекции 2 при рассмотрении вопросов организации транспортных сетей.
Каждая топология имеет свои особенности, достоинства и недостатки. Отметим, что выбор топологии зависит от уровня сети (местные - городские или сельские, магистральные), используемой системы передачи и др. Наибольшее распространение в последнее время приобретают различные комбинации кольцевых структур в сочетании с другими топологиями.