автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование и разработка метода повышения эффективности использования волоконно-оптических линий связи в комбинированной локальной сети кабельного телевидения на примере г. Бейрута

т од

~ 2

На правах рукописи

Шауки Эль Кахя

УДК 621.391.63:681.7.068

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ В КОМБИНИРОВАННОЙ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ г. БЕЙРУТА

05.12.14 - Сети, узлы связи и распределение информации

05.12.20 - Оптические системы локации, связи и обработки информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Ксенофонтов С.Н. Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Лазарев Ю.В.

- кандидат технических наук, Дмитриев С.А. Ведущее предприятие - Научно - Технический Центр КОМСЕТ

о :?/,С'6-СС /МО ,,

Защита состоится .:;-........ в час. На заседании диссертационного совета

К—118.06.02 в Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024 Москва, Авиамоторная ул. д.8а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУ СИ. Автореферат разослан..... у/., .с1}.<.££> .........

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор

Е.В. Демина

$943.6- oi.it

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном обществе существенно возросла роль информации. Информационная структура страны наряду с природными и технологическими возможностями в значительной степени определяет положение государства в мировом сообществе, его оборонный и промышленный потенциал.

В нынешних экономических условиях "лобовое" решение проблемы информатизации Ливана, т.е. создание в сжатые сроки (3-5 лет) информационной структуры на уровне высоко развитых стран, потребует вложения огромных денежных средств и поэтому практически неосуществимо. Кроме того, даже при наличии определенной суммы денежных средств, но при развертывании информационных сетей зарубежными фирмами все информационные потоки в Ливане могут попасть под полный контроль зарубежных фирм с возможностью полного блокирования этих потоков из-за рубежа, что могло бы иметь катастрофические последствия для экономики и обороноспособности страны. Поэтому чрезвычайно актуальной является задача разработки концепции развития современных информационных технологий для Ливана, в том числе создание цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО). При этом концепция должна быть реализована в короткие сроки в условиях ограниченных материальных ресурсов.

Построение ЦСИО на основе новых информационных технологий в условиях Ливана является сложной задачей. В настоящее время рынок систем связи полностью открыт для проникновения новых информационных услуг. При этом операторы связи должны учитывать, что эволюция спроса на такие услуги очень далека от возможных предсказаний. С учетом данного обстоятельства сеть большого города, например, такого как столица Ливана -Бейрут, с ее растущими потребностями в новых услугах связи и повышением качества предоставляемых информационных услуг, является идеальным полигоном для внедрения и испытания новых информационных технологий. Таким образом, внедрение широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания в условиях г. Бейрута обусловлено необходимостью создания хорошей базы для дальнейшего развития прогрессивных информационных технологий и распространения этих технологий на всей территории страны. Цель и запача исслелования. Задачей настоящей диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитных процессов в одноволоконных оптических линиях связи при распространении по ним оптических сигналов с целью создания метода повышения эффективности использования данных линий связи в комбинированной локальной сети (ЛС) кабельного телевидения (КТВ) (на примере г. Бейрута) и разработка рекомендаций по внедрению в условиях развивающихся стран на основе сетей эфирно-кабельного телевидения общего пользования (ТВ-ОП) прогрессивных информационных технологий, обеспечивающих возможность интеграции различных служб связи, в частности, телевизионного вещания (ТВ-В) и передачи данных (ПД).

Состояние вопроса. Развитие вычислительной техники, а также систем цифровой передачи и коммутации привели к радикальному изменению требований к сети связи, ее структуре, алгоритму обслуживания пользователей, перечню услуг, предоставляемых пользователям. При этом быстрое развитие новых служб связи (факсимильная связь, передача данных, видеотекст, передача изображений и др.) привело к созданию нового типа сетей - интегральных сетей связи (ИСС), способных передавать информацию любого вида. Однако пути создания ИСС определяются, как указывалось выше, уровнем развития технологии и элементной базы в области электротехники и электроники в данной стране. Поэтому процесс развития существующих сетей связи (например, телефонных, телеграфных, передачи данных и др.) и их эволюция к интегральным сетям существенно отличается для высокоразвитых и развивающихся стран.

Характерной особенностью направлений развития для высокоразвитых стран является создание ДСИО на базе цифровых телефонных сетей и сетей передачи данных. При этом этапами создания ЦСИО является перевод аналоговых телефонных сетей на цифровые, создание общегосударственной сети ПД и затем создание интегральной сети для передачи всех видов информации по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). Основными вопросами при создании ЦСИО в высокоразвитых странах являются выбор:

вида и количества интегрируемых служб связи; метода коммутации и оценки качества обслуживания сообщений в сети; элементной базы и программного обеспечения; математической модели сети для синтеза такой сети.

Характерной особенностью развивающихся стран и стран с ограниченным экономическим потенциалом является необходимость внедрения новых служб связи при низком уровне развития существующих служб связи и ограниченных ресурсах страны. Для решения этой проблемы в принципе имеется два пути: либо пойти на сотрудничество с зарубежными фирмами, предоставив им возможность самостоятельно решать тарифные, финансовые, кадровые вопросы и вопросы инвестиционной политики, либо самостоятельно развивать технико-экономическую базу для усовершенствования существующих и внедрения новых видов связи на основе поиска оптимальных технических решений и использования имеющихся резервов. Первый путь решения указанной выше проблемы, как отмечалось ранее, приводит к подрыву суверенитета и независимости страны. Второй путь является сложным. Приведенный выше анализ позволяет сформулировать предмет исследования диссертационной работы.

Предметом исследования являются ВОЛС, сеть КТВ и вопросы, связанные с исследованием метода повышения эффективности использования ВОЛС в комбинированной локальной сети кабельного телевидения, необходимые для разработки интегральной ЛС КТВ и ПД в условиях г. Бейрута. Основные из этих вопросов следующие:

1.Построение математической модели для описания процессов распространения оптических сигналов в ВОЛС при организации дуплексной связи со спектральным разделением каналов на локальной сети кабельного телевидения.

2.Разработка метода расчета мощности переходных помех и величины искажений оптических сигналов, передаваемых по ВОЛС для ЛС КТВ при организации одноволоконной дуплексной связи со спектральным разделением каналов.

3.Разработка стратегии внедрения новых информационных услуг в условиях развивающихся стран, заключающаяся в выборе структуры интегральной сети, метода коммутации, характеристик качества обслуживания и оценки эффективности соответствующей сети.

4.Создание математической модели для анализа процесса обслуживания сообщений в ЛС КТВ с центрами коммутации пакетов (ЦКП).

5. Разработка алгоритма синтеза ЛС КТВ с ЦКП и интегральной сети КТВ и ПД.

6. Разработка рекомендаций по построению интегральной сети КТВ и Ц Д в условиях г. Бейрута, Метопы исслепования. При решении поставленных задач использовались методы теории связанных волн, теории массового обслуживания, теории вероятностей, применялся математический аппарат интегрального преобразования Лапласа. Использовались методы нелинейного дискретного программирования с реализацией на ЭВМ. Выводы и рекомендации, сформулированные в работе, основаны на теоретических и экспериментальных исследованиях.

Личный вклал. Все научные положения, алгоритмы, программы расчетов на ЭВМ и сами расчеты на ЭВМ разработаны и проведены автором лично.

Разработан метод повышения эффективности использования ВОЛС в комбинированной локальной сети кабельного телевидения и интегральной сети КТВ и передачи данных на основе применения одноволоконных двунаправленных линий связи со спектральным разделением каналов, а именно:

- на основе теории связанных мод разработана математическая модель для описания процесса передачи сигналов при организации одноволоконной системы дуплексной связи со спектральным разделением каналов. Данная модель позволяет наиболее полно учитывать физические эффекты, вызывающие помехи и искажения оптических сигналов в ВОЛС для вышеуказанных систем связи;

- предложен алгоритм определения величины собственных помех, обусловленных взаимодействием вперед распространяющихся мод одного канала с назад распространяющимися модами другого канала;

- выведены формулы для расчета величины дополнительных потерь, обусловленных взаимодействием между излучаемыми и направляемыми модами разнонаправленных каналов связи;

заключается в следующем.

— предложены процедуры решения задачи оптимизации параметров одноволоконной двунаправленной линий связи в двух постановках: достижение предельно-допустимой пропускной способности каждого канала при заданной длине регенерационного участка; получение предельно допустимой длины регенерационного участка при заданных значениях пропускной способности каждого канала.

Разработана методика построения комбинированной ЛС КТВ и интегральной сети КТВ и ПД, а именно:

- выбран и обоснован вариант стратегии внедрения перспективных информационных технологий в условиях развивающихся стран;

- предложена единая оценка качества обслуживания для сетей с различными видами коммутации и заданным видом дисциплины обслуживания - среднее время задержки сообщений в сети;

- разработана последовательность расчета среднего времени задержки в сети, учитывающая абсолютную настойчивость абонента и ограниченность пропускной способности сети;

- предложен алгоритм синтеза интегральной сети КТВ и ПД, обеспечивающий минимальный риск, связанный с использованием дополнительных капиталовложений на внедрение службы ПД.

Практическая ценность писсертапионной работе заключаются в следующем:

1. Разработан алгоритм и составлены программы дня оценки величины искажений и мощности помех в одноволоконной двунаправленной линии связи при организации дуплексной связи со спектральным разделением каналов. Использование данного алгоритма и программ позволило учесть влияние собственных помех и искажений при распространении оптических сигналов в одноволоконной двунаправленной линии связи, в частности, определить мощность помех, обусловленных взаимодействием распространяющихся мод разнонаправленных каналов связи и величину дополнительных потерь из-за взаимодействия между излучаемыми и направляемыми модами этих каналов.

2. Предложены алгоритмы оптимизации параметров одноволоконной двунаправленной линии связи для двух вариантов целевой функции: максимум длины регенерационного участка; максимум величины пропускной способности канала связи.

Использование указанных алгоритмов позволило повысить эффективность использования ВОЛС на локальной сети КТВ и интегральной сети КТВ и ПД.

3. Получены экспериментальные данные оценки качества приема телевизионных сигналов на существующей сети эфирно-кабельного телевидения г. Бейрута. Обработка и анализ полученных данных позволили разработать соответствующие рекомендации по изменению структуры существующей сети телевизионного вещания путем внедрения локальных сетей кабельного телевидения.

4. Выведены формулы для расчета средней длительности задержки сообщений в сета с центрами коммутации пакетов. На основе полученных формул разработана программа синтеза сети с центрами коммутации пакетов. Использование этой программы дает возможность вырабатывать рекомендации по повышению качества обслуживания абонентов за счет оптимального выбора пропускных способностей линейного тракта на данной сета.

5. Получены оценки интенсивносгей потоков сообщений для двух видов сетей: телевизионной сети общего пользования и сети передачи данных. Использование этих оценок позволило провести выбор гипотетической сети с характеристиками, близкими к характеристикам реальной сети и на основе выбранной сети осуществить апробацию метода синтеза исследуемых сетей.

6. Разработаны алгоритмы и составлены программы для расчета задачи синтеза интегральной сети КТВ и ПД. На основе расчетов, проведенных по этим программам, разработаны рекомендации по построению базы интегральной сети в условиях г. Бейрута.

ные аналитические решения для мощности переходных помех и искажений в одноволокон-ной дуплексной линии связи со спектральным разделением каналов, разработанные математические модели, предложенный алгоритм синтеза комбинированной локальной сети кабельного телевидения - использованы в плановых научно-исследовательских работах предприятий (АО "СОВИНТЕЛ", АО "VIII "), занимающихся исследованиями и разработкой волоконно-оптических линий и кабелей связи, что подтверждается актами.

Отдельные результаты диссертационной работы нашли применение в учебном процессе МТУ С И - в лекционных курсах на кафедре линии связи, что подтверждается актом. Внедрение результатов диссертационной работы проводилось при непосредственном участии автора в процессе выполнения хоздоговорных НИР.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международном форуме информатизации МФИ-96, Международный конгресс по информационным технологиям МКИТ-96. "Телекоммуникации и вычислительные системы" (Москва, 1996), на Ы научной сессии, посвященной Дню Радио (Москва, 1996), на Научно-технической конференции профессорско-преподавательской, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (Москва, 1997), на Международном форуме информатизации МФИ-98. Международном конгрессе "Коммутационная технология и сети" (Москва, 1998). Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

приложений. Она включает 123 страницы машинописного текста, 22 рисунка, 2 таблицы, список литературы из 85 наименований.

Результаты диссертационной работы, а именно: получен-

и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Наиболее перспективным методом повышения эффективности использования ВОЛС для локальных сетей кабельного телевидения является метод повышения пропускной способности линий связи за счет создания одноволоконного двунаправленного линейного тракта со спектральным разделением каналов.

2. Математическая модель для описания процесса передачи сигналов по одноволоконной двунаправленной линии связи при организации системы дуплексной связи со спектральным разделением каналов должна учитывать ряд дополнительных факторов, влияющих на пропускную способность линейного тракта:

- потери, обусловленные взаимодействием между излучаемыми и направляемыми модами разнонаправленных каналов связи;

- потери, обусловленные взаимодействием вперед распространяющихся мод одного канала с назад распространяющимися модами тугого канала.

3. Выбор критерия оптимизации параметров одноволоконной двунаправленной линии связи должен производиться в зависимости от поставленной практической цели:

- достижение предельно допустимого значения пропускной способности каждого канала для повышения технико-экономической эффективности использования линии связи на сети без изменения ее структуры;

- получение допустимой длины регенерационного участка при проектировании новых линий связи с возможным изменением структуры сети.

4. Корректная оценка эффективности использования ВОЛС в комбинированной локальной сети кабельного телевидения и интегральной сети кабельного телевидения и передачи данных может быть получена только на основании результатов синтеза данных сетей. В процессе синтеза указанных выше сетей определяются оптимальные значения пропускных способностей линий связи при выборе в качестве критерия оптимальности значение оценки качества обслуживания сообщений в сети. Использование данного критерия позволяет наиболее полно учесть назначение линий связи. Сравнение полученных таким образом оптимальных значений пропускной способности каналов с предельно допустимыми, дает возможность корректно оценить эффективность использования линий связи в сети.

5. Стратегия внедрения прогрессивных информационных технологий в условиях развивающихся стран должна осуществляться с помощью интеграции создаваемого вида службы связи с существующим видом, имеющим стабильную нагрузку. Такой путь обеспечивает минимальный риск от использования дополнительных капиталовложений при внедрении нового вида службы связи.

6. Использование единой оценки качества обслуживания сообщений для сетей с различными видами коммутации - среднее время задержки сообщений в сети, позволяет осуществить синтез таких сетей на основе единого критерия оптимальности и осуществить корректную

постановку задачи построения интегральной сети для внедрения дополнительных информационных услуг.

7. Математическая модель сети для расчета среднего времени задержки в сети с центрами коммутации пакетов позволяет учесть абсолютную настойчивость абонента и ограниченность пропускной способности сети, ограниченный объем памяти и производительности центров коммутации пакетов. Учет перечисленных выше факторов улучшает адекватность разработанной модели с соответствующей ей реальной сетью.

8. Алгоритм синтеза интегральной сети кабельного телевидения и передачи данных использует метод построения последовательности планов, позволяющий учесть дискретный характер оптимизированных параметров сети и имеющий высокую вычислительную эффективность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, приведены основные научные результаты, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе исследуются характеристики существующей в г. Бейруте телевизионной сети общего пользования для выявления причин, ограничивающих качество обслуживания на данной сети и разработки такого варианта развития сети, который позволит повысить не только качество обслуживания, но и обеспечит внедрение новых прогрессивных информационных технологий. На основе полученных результатов производится выбор стратегии развития существующей сети телевизионного вещания в г. Бейруте.

Основные результаты первой главы следующие. В качестве оптимального варианта развития существующей сети ТВ-вещания г. Бейрута был выбран вариант построения интегральной сети телевизионного вещания и службы передачи данных. Особенностью новой интегральной сети является использование на первом уровне иерархии транспортной сети локальных сетей кабельного телевидения. Причем для постановки задачи синтеза интегральной сети требуется применение единого подхода для описания сетевых характеристик интегрируемых служб связи.

Существующая сеть ТВ-вещания г. Бейрута имеет трехуровневую радиально-узловую структуру, для описания которой необходимо использовать соответствующие матрицы смежности и расстояний.

Исследование принципа организации канатов на существующей сети ТВ-вещания показало, что ветви данной сети представляют собой комбинированные линии связи (РЛ -линии на магистральной сети и кабельные на абонентской сети). Для определения пропускных способностей таких ветвей предлагается использовать соответствующий алгоритм расчета максимальной скорости передачи информации по всем каналам данной ветви при за-

данной вероятности ошибки. Особенностью предлагаемого алгоритма является учет специфики передачи и приема телевизионных сигналов.

Анализ процесса передачи ТВ программ в существующей сети ТВ-вещания показал возможность использования для описания потоков информации и нагрузки на такой сети простейших математических моделей, представленных соответствующими матрицами интенсивности потоков и тяготения.

В отличие от традиционной субъективной оценки качества обслуживания абонентов сети телевизионного вещания (экспертная оценка качества по пятибалльной шкале) предлагается использовать объективную оценку качества - среднее время задержки сообщений в сети. Отличительной особенностью данной оценки является ее интегральный характер (т.е. учет характеристик узлов и ветвей сети), а так же возможность ее применения для анализа качества обслуживания на сетях с различными методами коммутации.

-Во второй главе в качестве оптимального варианта развития локальной сети рассмотрена процедура синтеза кабельного телевидения (ЛС КТВ) с интеграцией различных видов информационных услуг, в частности услуг, предоставляемых такими службами как ТВ-ОП, диалоговое (интерактивное) телевидение (ДТВ), передача данных (ПД).

Постановка задачи о создании интегральной сети для обслуживания телевизионных сообщений и передачи данных включает в себя три этапа.

Первый этап - нахождение минимума среднего времени задержки (Тво) в существующей сети, использующей метод кроссировки каналов (КК) путем оптимального выбора величины пропускной способности ветвей (Си) при заданной структуре (топологии) сети, интенсивности информационных потоков ветвей или общей нагрузки на сети (Уо) и эксплуатационной стоимости сети фо):

ТВо = пгтТ^Ж)(С1Д;,^), (1)

О^Х^Ср Т(КК)(С1,*.ЫЧ)*То.

При этом X;, Ц, Уо, Оо заданы и определены параметры задачи (1), тогда как С) являются независимыми переменными.

Второй этап - нахождение оптимального с точки зрения минимальной стоимости сети ( Оо) варианта построения новой ТВ-ОП, использующей метод КП, путем замены всех центров КК в существующей сети на соответствующие центры КП с ограниченным объемом памяти (К,) и ограниченной производительностью процессора вычислительного комплекса ЦКП (В,) и выбором пропускных способностей ветвей (С|) при сохранении качества обслужива-

нил (Тво), топологии и нагрузки на сети (у0). При этом следует учесть, что под сохранением качества обслуживания следует понимать получение величины среднего времени задержки в новой сети (т'во = т1кп)) не больше, чем в существующей (Тво)'.

Оо = ттО(кп)(СьК1,В1Д(,М1), (2)

С,К;В„

При этом заданы и являются параметрами задачи (2), тогда как С;, К, и Вк являются независимыми переменными.

Третий этап - сравнение качества обслуживания (Тво ) и стоимости (Оо) новой сети, использующей метод КП, с соответствующими параметрами (Тво) и №„) существующей сети, использующей метод КК для. решения-вопроса, о возможности внедрения нового вида обслуживания - передачи данных.

При этом если окажется, "по Оо < Ц> и Тво < Тво, то на базе новой ТВ-ОП, использующей метод КП, можно построить сеть передачи данных с минимальным риском использования дополнительных капиталовложений:

00-00>0, (3)

Т'во-Тво<0.

Для построения сети передачи данных необходимо увеличить нагрузку в новой сети с КП от значения уо до значения у, за счет ухудшения качества обслуживания в допустимых пределах, т.е. увеличения среднего времени задержки от величины Тв0 до Тв0. Таким образом, необходимо решить задачу по определению нагрузки у, в новой сети с ЦКП при заданном качестве обслуживания, равному качеству обслуживания телевизионных сообщений в существующей сети (Тво) и заданной стоимости Оо путем введения дополнительной нагрузки на сети с ЦКП:

ДО = тт[о<кп)йрЦ;,СьК*.Вк,Р;)-Оо. (4)

р;

0< — + 55: ЙС1 , И

т(кп)(Х;,ц;,С*,К*,в;,Р^<ТВо-

При этом Я.1,Ц;,С^,К1,Вк.Оо>ТВосчитаются заданными (причем С*,К;\Вк- были найдены в результате решения задачи оптимизации (2)), тогда как р, являются независимыми переменными. Структура топологии сети также известна. При решении задачи на третьем этапе синтеза происходит распределение дополнительной нагрузки, полученной от соз-

дания интегральной сети, для организации нового вида информационных услуг населению передачи данных, т.е. построение общегородской сети телеинформации.

Основные результаты второй главы сводятся к следующему.

В качестве оптимального варианта построения сети ПД в условиях г. Бейрута предлагается создание новой интегральной сети ТВ-ОП и ПД.

На основании результатов анализа структуры, нагрузки, стоимости существующей в г. Бейруте сети ТВ-ОП и сравнения основных методов коммутации выбран метод коммутации для новой интегральной сети ТВ-ОП и ПД - метод коммутации пакетов.

Построение новой интегральной сети ТВ-ОП и ПД предлагается проводить путем замены всех ЦКК в существующей сети ТВ-ОП на соответствующие ЦКП с оптимальным выбором пропускных способностей ветвей новой сети.

Показано, что в качестве оценки качества обслуживания сообщений служб телевидения и передачи, данных на сетях с различными видами коммутации можно использовать среднее время задержки сообщений в этих сетях. На основе теории систем массового обслуживания получены соответствующие расчетные соотношения для среднего времени задержки в сети с коммутацией пакетов.

Предлагается при создании локальной сети КТВ и интегральной сети ТВ-ОП и ПД в качестве критерия оптимальности использовать функцию стоимости сети. На основании результатов анализа структуры и оборудования сетей с методами коммутации каналов и пакетов получены соответствующие алгоритмы расчета стоимости этих сетей.

Показано, что математическая постановка задачи синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД сводится к решению трех оптимизационных задач с соответствующими ограничениями. Решение этих задач позволяет осуществить построение сети ПД в условиях г. Бейрута с минимальным риском использования дополнительных капиталовложений.

В третьей главе решается одна из поставленных задач - исследование методов повышения пропускной способности линий связи комбинированной локальной сети КТВ. В главе приводятся результаты исследования основных системных вопросов применения одноволокон-ных дуплексных систем связи на сетях КТВ:

• увеличение пропускной способности или длины регенерационного участка ВОЛС;

• оптимизация параметров одноволоконной дуплексной системе связи.

Для достижения поставленной цели требуется на основе строгой модовой теории оптической связи дать более полное описание физических эффектов, возникающих при прохождении оптических сигналов в узлах и элементах одноволоконной дуплексной ВОЛС, определить исходные данные и расчетные соотношения для решения соответствующих задач оптимизации системных параметров ВОЛС.

Решение этих задач позволит выявить возможные причины возникновения методических погрешностей существующих методов исследования системных параметров одноволо-конных дуплексных ВОЛС и определить физические эффекты, влияние которых необходимо учитывать при оценке этих параметров.

С точки зрения модовой теории оптической связи причинами возникновения переходных помех в дуплексной ВОЛС в зависимости от участка прохождения оптических сигналов являются:

• в ОВ линейного ОК передача части мощности обратно распространяющихся мод (на, правляемых или вытекающих) вперед направляемым модам другого канала;

• в оптических разветвителях и соединителях передача мощности обратно распространяющихся вытекающих мод одного канала направляемым модам другого канала.

Причинами возникновения дополнительных потерь в одном из каналов одноволокон-ной дуплексной ВОЛС являются передача части мощности направляемых мод данного канала вытекающим модам этого канала, а также передача части мощности вытекающих мод низшего порядка вытекающим модам высшего порядка. С учетом этого обстоятельства было получено математическое выражение для определения величины дополнительных потерь.

Анализ выражений показал, что для проведения расчетов мощности переходных помех и величины дополнительных потерь в одном из каналов передачи информации одново-локонной дуплексной волоконно-оптической системы связи (БОСС) необходимо в каждом конкретном случае определить профиль показателя преломления ОВ и моды волновода сравнения, статистические характеристики нерегулярностей реального ОВ и коэффициенты связи мод в нерегулярном волноводе.

Таким образом, полученные расчетные соотношения для определения мощности переходных помех и величины дополнительных потерь в канале связи одноволоконной дуплексной БОСС являются достаточно строгими, но их применение возможно при наличии дополнительной информации о физических и геометрических параметрах ВОЛС.

Для практических целей важно исследовать решения указанных выше оптимизационных задач в двух постановках:

• достижение максимально возможной пропускной способности одноволоконного линейного тракта при заданной длине регенерационного участка;

• получение предельно допустимой длины регенерационного участка линейного тракта при заданной величине пропускной способности ВОЛС.

Решение первой задачи необходимо для повышения технико-экономической эффективности существующих симплексных БОСС, в то время как решение второго вопроса имеет смысл при проектировании новых дуплексных ВОСС. Основные результаты третьей главы сводятся к следующему.

На основании модовой теории оптической связи разработана математическая модель для описания процесса передачи сигналов в одноволоконной дуплексной ВОСС, и получены расчетные соотношения для мощности переходных помех и величины дополнительных потерь в линейном тракте исследуемых систем связи.

На основании анализа полученных соотношений выявлен ряд дополнительных факторов, влияющих на системные параметры ВОЛС:

• переходные помехи, обусловленные рассеянием света на нерегулярностях физической и геометрической структуры ОВ;

• помехи, обусловленные взаимодействием между излучаемыми модами разнонаправленных каналов связи;

• потери, обусловленные взаимодействием вперед распространяющихся мод одного канала с назад распространяющимися модами другого канала.

Приведенные в работе результаты анализа влияния переходных помех и искажений оптических сигналов на технические характеристики одноволоконной дуплексной линии связи со спектральным разделением каналов позволили получить более точные зависимости этих характеристик от параметров помех и искажений. Например, рассчитанные на основе разработанной в данной работе более точной математической модели одноволоконной линии связи зависимости скорости передачи информации и длины регенерационного участка от уровня переходных помех и искажений отличаются не менее, чем на 10% от аналогичных результатов, полученных на основе существующих математических моделей ВОЛС.

На основе рассчитанных зависимостей было установлено, что скорость передачи информации (V) для одномодового ОВ при данном уровне переходного затухания (А) существенно зависит от длины волны (X) передаваемого оптического сигнала (например, для А=60 дБ при Х=1,55 мкм У=5 Мбит/с, а при Х=1,3 мкм У=10 Мбит/с). При данной скорости передачи информации также существенно зависит от длины волны передаваемого сигнала дайна регенерационного участка (Ь) одноволоконной дуплексной линии связи (например, для У=10 Мбит/с, при А,—1,3 мкм Ь=70 км, а при Х-1,55 мкм Ь=90 км).

Совместное применение режимов дуплексной передачи и спектрального разделения сигналов при организации системы связи по одноволоконной линии связи приводит к повышению пропускной способности ВОСС не ниже, чем в 4 раза при ограничении на длину регенерационного участка. На основе разработанного алгоритма оптимизации параметров одноволоконной линии связи для организации работы ВОСС в указанном выше режиме возможно достижение максимальной длины регенерационного участка.

бельного телевидения с интеграцией служб телевизионного вещания и передачи данных на

приводится оценка эффективности комбинированной локальной сети ка-

примере г. Бейрута. Согласно выбранному в главе 1 варианту внедрения службы ПД в условиях г. Бейрута необходимо создать на базе существующей сети ТВ-ОП с ЦКП интегральную сеть ТВ-ОП и ПД. При этом, как указывалось ранее, создание такой интегральной сети возможно, если введение такого метода коммутации как коммутация пакетов на существующей сети ТВ-ОП обеспечит выигрыш в эксплуатационной стоимости при сохранении качества обслуживания телевизионного вещания, определяемого средним временем задержки пакетов на сети.

Для проверки этой возможности в данной главе в предположении возможности внедрения службы ПД в условиях г. Бейрута путем создания интегральной сети ТВ-ОП и ПД разрабатывается алгоритм синтеза такой интегральной сети. Проверка разработанных алгоритмов для выбранного варианта внедрения службы ПД в условиях г. Бейрута осуществляется путем решения соответствующих задач для гипотетической модели сети ТВ-ОП с характеристиками, близкими^ к характеристикам существующей сети ТВ-ОП. Использование гипотетической модели сети ТВ-ОП вместо реальной связано с тем, что характеристики существующие в г. Бейруте сети ТВ-ОП представляют национальный интерес. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по построению на основе интегральной сети ТВ-ОП и ПД общегосударственной сети телеинформации.

Первым этапом алгоритма создания интегральной сети ТВ-ОП и ПД является решение задачи о нахождении оптимальной сети ТВ-ОП.

Для решения такого рода задач наиболее приемлемым является метод построения последовательности планов.

После нахождения оптимального плана исходной задачи, т.е. оптимальной с точки зрения минимума стоимости сети с ЦКП значений пропускных способностей ее ветвей при ограниченной величине среднего времени задержки сообщений и вероятности отказа, возникает резерв, который можно использовать для построения йнтегральной сети ТВ-ОП и ПД.

Процесс внедрения новой интегральной сети ПД в условиях г. Бейрута можно разделить на два периода. В первый переходной период будет происходить постепенная замена центров коммутации каналов (ЦКК) на существующей сети ТВ-ОП на ЦКП. При этом в этот период при обслуживании телевизионных сообщений будут одновременно существовать центры коммутации, использующие два различных принципа коммутации: коммутацию каналов и коммутацию пакетов. В данной диссертационной работе рассматриваются вопросы построения интегральной сети ТВ-ОП и ПД. Во второй период, т.е. после того, как будет осуществлена полная замена ЦКК на ЦКП на существующей сети ТВ-ОП. При этом, как отмечалось ранее, данная замена позволит ввести две новые службы связи: службу программ КТВ, являющуюся разновидностью телевещания и использующую линии связи местных зон и службу передачи данных, использующую магистральные линии связи.

Как указывалось выше, назначением службы телевещания является предоставление населению различного вида информационных услуг, например, таких как: предоставление индивидуальных развлекательных и образовательных программ, информационные услуги социального характера и т.д.

Вторым новым видом службы связи, как отмечалось ранее, обязанным своим возникновением реконструкции существующей сети ТВ-ОП путем замены ЦКК на ЦКП, является служба передачи данных. Данная реконструкция приведет к построению интегральной сети ТВ-ОП и ПД, которая, в свою очередь, является первым шагом на пути создания национальной сети телеинформации. Эта сеть имеет центральное ядро, состоящее из ЦКП и свои магистральные линии связи.

Принцип организации службы передачи данных на такой сети заключается в следующем.

Потребители службы ПД имеют как интеллектуальные выводы, соединяемые с- сетью {в эту классификацию включаются ЭВМ), так и условные выводы (дисплей, читающие и печ>-тающие устройства и тд.), которые могут быть арендованы у организаций связи, если требования к данным устройствам совпадают с требованиями к стандартным устройствам или приобретены потребителями ПД у организаций вычислительной техники. При этом организации связи предоставляют абонентскую линию от ЦКП до потребителя ПД.

Исходя из изложенного выше принципа организации службы ПД, стоимость за услуги данной службы включает в себя стоимость абонентской линии, предоставленную потребителям службы ПД организациями связи, стоимость устройства вывода, если оно также предоставляется организациями связи, и стоимость объема переданной информации.

На основе идей, изложенных в диссертации, были проведены расчеты для построения в стране интегральной сети ТВ-ОП и ДД, являющейся первым этапом создания национальной сети телеинформации (НСТИ). Ниже (см.табл.1) представлены результаты, позволяющими судить об эффективности новой интегральной сети при передаче телевизионных сообщений по сравнению с существующей в г. Бейруте сетью ТВ-ОП

Таблица 1

_Эффективность внедрения интегральной сети ТВ-ОП и ПД_

Параметр Прирост в % по параметру

Количество абонентов 45

Длина местных линий 39

Количество ТВ - приемников 26

Планируется установить ЦКП с достаточно высокой производительностью, чтобы сначала обеспечить обработку телевизионных сообщений на основе метода коммутации пакетов, а затем осуществить обработку пакетов службы ПД. Основные результаты четвертой главы сводятся к следующему.

На основе теории массового обслуживания разработан алгоритм расчета среднего времени задержки в сети с ЦКП. При этом исследовалась математическая модель СМО типа М/М/м/к с обратной связью, которая позволяет учитывать конечный объем памяти ЦКП и абсолютную настойчивость абонентов.

Разработан алгоритм синтеза сети ТВ-ОП с ЦКП, позволяющий найти оптимальные значения пропускных способностей ветвей, производительности процессоров и объемов памяти ЦКП с точки зрения получения минимальной стоимости сети при заданном количестве обслуживания телевещания.

Разработан алгоритм синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД, позволяющий осуществить внедрение новой службы ПД с минимальным риском использования дополнительных капиталовложений на построение сети ПД.

Проведена проверка возможности практической реализации разработанных алгоритмов на примере решения задачи первого этапа синтеза для гипотетической сети. На основе результатов решения этой задачи синтеза для гипотетической сети были определены требования к объему памяти и времени счета (скорости ЭВМ) при решении задачи синтеза для гипотетической сети: необходимый объем памяти составляет 1200 кбайт; требуемое время счета составляет 50 час.

Даны рекомендации по практической реализации службы ПД на интегральной сети.

абонентов существующей сети телевизионного вещания; исходные данные гипотетической сети; программа синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД; результаты апробации алгоритма синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД для гипотетической сети.

1. Разработана методика повышения эффективности использования ВОЛС в комбинированной локальной сети кабельного телевидения.

2. Разработана математическая модель для описания процесса передачи сигналов в одново-локонной двунаправленной линии связи при организации дуплексной связи со спектральным разделением каналов.

3. Предложены алгоритмы оптимизации параметров одноволоконной двунаправленной линии связи при решении двух практических задач:

- повышение технико-экономической эффективности линий связи на сети;

- проектирование новых линий связи с возможным изменением структуры сети.

4. Предложен метод оценки эффективности использования ВОЛС в локальной сети кабельного телевидения и интегральной сети кабельного телевидения и передачи данных.

5. Разработана стратегия внедрения службы ПД в условиях развивающихся стран.

приведены: экспериментальные результаты оценки качества обслуживания

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

6. Получены экспериментальные данные интенсивностей потоков информации для двух видов служб: службы ТВ-ОП и ЦЦ.

7. На основе теории массового обслуживания разработаны математические модели для расчета среднего времени задержки в сетях ТВ-ОП с ЦКК и с ЦКП.

8. Разработаны математические модели для оценки стоимости сетей ТВ-ОП с ЦКК и ЦКП, а также стоимости интегральной сети ТВ-ОП и ПД.

9. Разработан алгоритм синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД.

10. Проведено апробирование полученных алгоритмов на примере решения задачи синтеза

_ интегральной сети ТВ-ОП и ПД с характеристиками, близкими к характеристикам гипотетической сети г. Бейрута.

11. Разработаны рекомендации по практической реализации процесса построения интегральной сети ТВ-ОП и ЦЦ г. Бейрута.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ксенофонгов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. К вопросу применения ВОЛС на сетях КТ//ДеданированоЦНТИИнформсвязь№2101СВ97 от 17.0б.97г., 10с.

2. Ксенофонтов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. Стратегия разработки локальной сети КТВ в условиях развивающихся стран //В кн.: Международный форум информатизации МФИ-96. Международный конгресс по информационным технологиям МКИТ-96. "Телекоммуникации и вычислительные системы", Тезисы докладов. - Москва, 1996

3. Ксенофонтов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. К вопросу применения одномодовых оптических волокон в локальных сетях КТВ // В кн.: LI научная сессия, посвященная Дню Радио. Тезисы докладов. -М.:Радио и связь, 1996

4. Ксенофонтов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. К вопросу применения одноволокон-ных дуплексных систем связи на локальных сетях КТВ // В кн.: Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. Тезисы докладов. -М.:ИнформСвязьИздат, 1997

5. Ксенофонтов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. Оценка влияния переходных помех на технические характеристики ВОЛС для сетей КТВ // В кн.: Международный форум информатизации МФИ-98. Международный конгресс "Коммутационная технология и сети", Москва, 1998

Введение.

1 Исследование основных характеристик телевизионной сети общего пользования.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Построение математической модели для описания структуры сети.

1.3. Вывод расчетных соотношений для определения пропускной способности комбинированной линии связи.

1.4. Разработка алгоритма для описания трафика сети.

1.5. Оценка качества обслуживания сообщений.

1.6. Выбор стратегии развития сети.

Выводы.

2 Разработка процедуры синтеза локальной сети кабельного телевидения.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Анализ исходных данных для расчета основных характеристик сети.

2.3. Обоснование выбора,метода коммутации.

2.4. Построение алгоритма расчета стоимости сети.

2.5. Оценка качества обслуживания.

2.6. Математическая формулировка задачи синтеза интегральной сети.

Выводы.

3 Исследование методов повышения пропускной способности линий связи комбинированной локальной сети кабельного телевидения.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Построение математической модели волоконно-оптической линии связ для сети кабельного телевидения.

3.3. Анализ влияния искажений и помех на пропускную способность одново локонных дуплексных линий связи.

3.4. Разработка алгоритма оптимизации параметров волоконно-оптической линии связи.

Выводы.

4 Оценка эффективности комбинированной локальной сети кабельного телевидения на примере г. Бейрута.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Построение алгоритма нахождения минимального среднего времени задержки сообщений в сети с кроссовой коммутаций каналов.

4.3. Построение алгоритма нахождения минимальной стоимости сети с коммутацией пакетов.

4.4. Оценка эффективности алгоритма синтеза гипотетической интегральной сети кабельного телевидения и передачи данных.

4.5. Разработка рекомендаций по внедрению локальной сети кабельного телевидения.

Выводы.

Актуальность темы. В современном обществе существенно возросла роль информации. Информационная структура страны и интеллектуальный уровень ее населения наряду с природными и технологическими возможностями в значительной степени определяют положение государства в мировом сообществе, его оборонный и промышленный потенциал.

В нынешних экономических условиях "лобовое" решение проблемы информатизации Ливана, т.е. создание в сжатые сроки (3-5 лет) информационной структуры на уровне высоко развитых стран, потребует вложения огромных денежных средств и поэтому практически неосуществимо. В то же время, если задача информатизации Ливана не будет решена в ближайшие годы, то это может привести к полной дезинтеграции из мирового сообщества, самоизоляции, стремительному увеличению отставания от про-мышленно развитых стран. Кроме того, даже при наличии определенной суммы денежных средств, но при развертывании информационных сетей зарубежными фирмами все информационные потоки в Ливане могут попасть под полный контроль зарубежных фирм с возможностью полного блокирования этих потоков из-за рубежа, что могло бы иметь катастрофические последствия для экономики и обороноспособности страны. Поэтому чрезвычайно актуальной остается задача разработки ливанской концепции развития современных информационных технологий, в том числе создание цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО) населения страны. При этом данная концепция должна быть реализована в короткие сроки в условиях крайне ограниченных материальных ресурсов на основе дальнейшего развития существующей сети эфирно-кабельного телевидения.

Основные направления развития национального телевещания изложены в постановлении № 7997 от 29.02.96. Министерства Информации Ливана [1].

Как указывается в этом документе, в процессе построения и эксплуатации телевизионных систем могут участвовать как государственные структуры, так и частные компании. При этом организации, занимающиеся обеспечением телеинформацией населения страны, обязаны выполнять следующие требования: • обеспечить защиту прав и свободы личности;

• способствовать развитию различных областей культуры и техники с учетом национальных особенностей и традиций;

• производить выпуск телевизионных программ на современном технологическом уровне;

• участвовать в конкурентной борьбе на основе свободы и равноправия, не нарушая законы страны;

• не допускать трансляцию программы, наносящей вред экономическим, политическим и оборонным интересам страны;

• не участвовать в создании программ, способствующих разжиганию межрегиональных и межнациональных розней в обществе.

В условиях Ливана построение ЦСИО является сложной задачей. Высокие темпы развития средств связи, новые научно-технические решения и рекомендации международных организаций в области связи требуют обоснованного выбора оптимального варианта структуры сети, принципов коммутации и методов передачи сигналов, кана-лообразующей и коммутационной аппаратуры. Далее, необходимо учитывать наличие в стране квалифицированных кадров, строительных возможностей, а также существующий уровень развития всей страны в целом, т.к. внедрение принципиально новой техники требует высокой степени организации работы всех предприятий, ведомств и учреждений.

В последние годы в Ливане появилось большое количество транснациональных компаний, предоставляющие населению страны телевизионные услуги на хорошем уровне специализации, довольно быстро и относительно дешево. Предложения этих компаний по развитию телевизионной сети общего пользования (ТВ-ОП) кажется на первый взгляд интересными и перспективными. Однако для выполнения тех или иных заказов эти компании должны располагать определенными данными, которые могут быть использованы для подрыва суверенитета и национальной безопасности страны.

В связи с этим обстоятельством правительство Ливана в последнее время пересмотрело принципы своей лицензионной политики в области телевизионного вещания. Оно сохранило лицензии только нескольким крупным иностранным компаниям и создало необходимые предпосылки для образования национальных акционерных обществ в области информатики. Так, например, в [1] указаны следующие юридические, организационные и финансовые условия:

• акционеры общества должны быть ливанцами;

• в Уставе общества должно быть отмечено, что при продаже акций общества необходимо разрешение Правительства Ливана;

• регистрация общества производится только при наличии документа, подтверждающего способность акционеров оплатить все расходы первого года работы;

• директор и начальник цеха должны быть ливанскими гражданами, проживающими в Ливане более десяти лет.

Приведенные выше положения подтверждают интерес Правительства Ливана к развитию службы информации страны с широким использованием национальных кадров.

Как указывалось выше, построение ЦСИО на основе новых информационных технологий в условиях Ливана является сложной задачей. Решение данной задачи возможно на основе прогрессивных методов коммуникации и сотрудничества. Однако реализация этих методов на ограниченных территориях вполне осуществима. В настоящее время рынок систем связи полностью открыт для проникновения новых информационных услуг. При этом эксплуатационные компании связи должны учитывать, что эволюция спроса на такие услуги очень далека от возможных предсказаний. С учетом данного обстоятельства сеть большого города, например, такого как столица Ливана - Бейрут, с ее растущими потребностями в новых услугах связи и повышением качества предоставляемых информационных услуг, является идеальным полигоном для внедрения и испытания информационных технологий. Именно в больших городах возможно испытание опытных широкополосных ЦСИО перед тем, как распространить их на более широкие географические регионы. Таким образом, внедрение широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания в условиях г. Бейрута обусловлено необходимостью создания хорошей базы для дальнейшего развития прогрессивных информационных технологий и распространения этих технологий на всей территории страны.

Цель и задача исследования. Задачей настоящей диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование физических процессов в одно-волоконных оптических линиях связи при распространении по ним оптических сигналов с целью создания метода повышения эффективности использования данных линий связи в комбинированной локальной сети (ЛС) кабельного телевидения (КТВ) (на примере г. Бейрута) и разработка рекомендаций по внедрению в условиях развивающихся стран на основе сетей эфирно-кабельного телевидения общего пользования (ТВ-ОП) прогрессивных информационных технологий, обеспечивающих возможность интеграции различных служб связи, в частности, телевизионного вещания (ТВ-В) и передачи данных (ПД).

Состояние вопроса. Развитие вычислительной техники, а также систем цифровой передачи и коммутации, привели к радикальному изменению требований к сети связи, ее структуре, алгоритму обслуживания пользователей, перечню услуг, предоставляемых пользователям [2]. При этом быстрое развитие новых служб связи (факсимильная связь, передача данных, видеотекст, передача изображений и др.) привело к созданию нового типа сетей - интегральных сетей связи (ИСС), способных передавать информацию любого вида. Однако пути создания ИСС определяются, как указывалось выше, уровнем развития технологии и элементной базы в области электротехники и электроники в данной стране. Поэтому процесс развития существующих сетей связи (например, телефонных, телеграфных, передачи данных и др.) и их эволюция к интегральным сетям существенно отличается для высокоразвитых и развивающихся стран [7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]. Характерной особенностью направлений развития цифровых сетей интегрального обслуживания на базе цифровых телефонных сетей и сетей передачи данных Х.25 [7,8,9,10,11,13]. При этом этапами создания ЦСИО является перевод аналоговых телефонных сетей на цифровые [19], создание общегосударственной сети ПД [13,20,21,22] и затем создание интегральной сети для передачи всех видов информации по волоконно-оптическим линиям связи (BOJIC) [7,8,9,13,23]. Основными вопросами при создании ЦСИО в высокоразвитых странах являются выбор:

• вида и количества интегрируемых служб связи;

• метода коммутации и оценки качества обслуживания сообщений в сети;

• элементной базы и программного обеспечения;

• математической модели сети для разработки синтеза такой сети.

Так, например, создаваемая в настоящее время ЦСИО Японии [13] предоставит пользователям услуги трех служб связи телефонии (ТФ), факсимиле (Ф) и передачи данных (ПД). Предполагаемый метод коммутации на такой сети - метод коммутации пакетов. Технологическая реализация ЦСИО основывается на БИС, волоконной оптике и программном обеспечении. Передача информации будет осуществляться по волоконно-оптическим линиям, кабельным линиям и по каналам спутниковых систем связи. Габариты разрабатываемого корпорацией NTT (Япония) цифрового коммутационного оборудования в 2 раза меньше электронно-аналогового и в 10 раз меньше координатного. В ЦСИО будут применяться ЭВМ шестого поколения. В качестве основной оценки качества обслуживания сообщений в такой сети предполагается использовать характеристику ошибок в цифровом канале [14,15]. Дальнейшее развитие ЦСИО предоставит пользователям услуги других служб связи (телевидение, радиовещание, видеотекст и т.д.). Испытания прототипа ЦСИО начаты в 1984 году.

Характерной особенностью развивающихся стран и стран с ограниченным экономическим потенциалом является необходимость внедрения новых служб связи при низком уровне развития существующих служб связи и ограниченных ресурсах страны [15,16,26,27]. Для решения этой проблемы в принципе имеется два пути: либо пойти на сотрудничество с зарубежными фирмами капиталистических стран, предоставив им возможность самостоятельно решать тарифные, финансовые, кадровые вопросы и вопросы инвестиционной политики [12,16], либо самостоятельно развивать технико-экономическую базу для усовершенствования существующих видов связи и внедрения новых на основе поиска оптимальных технических решений и использования имеющихся резервов [12]. Первый путь решения указанной выше проблемы, как отмечалось ранее, приводит к подрыву суверенитета и независимости страны. Второй путь является сложным. Так, например, в связи с экономической реформой в ПНР к настоящему времени возросла потребность в новой службе связи - службе ПД [12]. Развитие микроэлектроники в ПНР и других странах позволило приступить к созданию соответствующей интегральной сети телеграфии (ТГ) и ПД. С учетом условий развития ПНР была разработана методика проектирования оптимальной интегральной сети для телеграфии и передачи данных [17] в качестве метода коммутации в такой сети предполагается использовать метод кроссовой коммутации каналов или метод коммутации пакетов [81,82]. Проектирование сети предполагается вести, исходя из иерархической 2-уровневой структуры, в которой на нижнем уровне находятся оконечные станции, а на верхнем - узловые станции. Возможен также вариант "псевдодвухуровневой" сети, в которой роль оконечных станций будут выполнять мультиплексоры. В [17] приводятся приближенные расчеты параметров сети (объем линии и стоимость) в зависимости от исходных данных (структуры сети, емкости сети, параметров трафика, средних длин: абонентской линии, линии от оконечной станции к узлу и линии между узлами). Рассмотрен вопрос оценки качества обслуживания. Вышеизложенная методика проектирования интегральной сети ТГ и ПД содержит следующие недостатки:

• малое количество уровней структуры сети;

• неоднозначность в выборе метода коммутации;

• отсутствие алгоритма синтеза интегральной сети;

• приближенный расчет характеристик качества обслуживания не учитывает основной особенности обслуживания сообщений - наличия повторных попыток на установление соединения между абонентами, обусловленных абсолютной настойчивостью абонентов сети.

Приведенный выше анализ позволяет сформулировать предмет исследования диссертационной работы.

Предметом исследования являются волоконно-оптические линии связи, сеть КТВ и вопросы, связанные с исследованием метода повышения эффективности использования волоконно-оптических линий связи в комбинированной локальной сети кабельного телевидения, необходимые для разработки интегральной ЛС КТВ и ПД в условиях г. Бейрута.

Основные из этих вопросов следующие:

Построение математической модели ВОЛС для описания процессов распространения оптических сигналов при организации дуплексной связи со спектральным разделением каналов на локальной сети кабельного телевидения.

2.Разработка методов расчета мощности переходных помех и величины искажений оптических сигналов, передаваемых по ВОЛС для ЛС КТВ при организации одноволоконной дуплексной связи со спектральным разделением каналов.

3.Разработка стратегии внедрения новых информационных услуг в условиях развивающихся стран, заключающаяся в выборе интегральной сети, метода коммутации, характеристик качества обслуживания и оценки эффективности соответствующей сети.

4.Создание математической модели для анализа процесса обслуживания сообщений в ЛС КТВ с центрами коммутации пакетов (ЦКП).

5. Разработка алгоритма синтеза ЛС КТВ с ЦКП и интегральной сети КТВ и ПД.

6. Разработка рекомендаций по построению интегральной сети КТВ и ПД в условиях г. Бейрута.

Структура диссертационной работы определяется методикой решения задачи внедрения прогрессивных информационных технологий в условиях развивающихся стран. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 124 страниц текста, 24 рисунка, 2 таблицы, список литературы - 85 наименований, приложение 5; всего 176 страниц.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему

1. Разработана методика повышения эффективности использования волоконно-оптических линий связи в комбинированной локальной сети кабельного телевидения.

2. Разработана математическая модель для описания процесса передачи сигналов в од-новолоконной двунаправленной линии связи при организации дуплексной связи со спектральным разделением каналов.

3. Предложены алгоритмы оптимизации параметров одноволоконной двунаправленной линии связи при решении двух практических задач:

- повышение технико-экономической эффективности линий связи на сети;

- проектирование новых линий связи с возможным изменением структуры сети.

4. Предложен метод оценки эффективности использования волоконно-оптических линий связи в локальной сети кабельного телевидения и интегральной сети кабельного телевидения и передачи данных.

5. Разработана стратегия внедрения службы ПД в условиях развивающихся стран.

6. Получены экспериментальные данные интенсивностей потоков информации для двух видов служб: службы ТВ-ОП и ПД.

7. На основе теории массового обслуживания созданы математические модели для расчета среднего времени задержки в сетях ТВ-ОП с ЦКК и с ЦКТТ.

8. Разработаны математические модели стоимости сетей ТВ-ОП с ЦКК и ЦКП, а также стоимости интегральной сети ТВ-ОП и ПД.

9. Разработан алгоритм синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД.

10. Проведено апробирование полученных алгоритмов на примере решения задачи синтеза интегральной сети ТВ-ОП и ПД с характеристиками, близкими к характеристикам гипотетической сети г. Бейрута.

11. Разработаны рекомендации по практической реализации процесса построения интегральной сети ТВ-ОП и ПД г. Бейрута.

В результате проведенных исследований установлено следующее.

1. Наиболее перспективным методом повышения эффективности использования волоконно-оптических линий связи для локальных сетей кабельного телевидения является метод повышения пропускной способности линий связи за счет создания одноволоконного двунаправленного линейного тракта со спектральным разделением каналов.

2. Математическая модель для описания процесса передачи сигналов по одноволокон-ной двунаправлешюй линии связи при организации системы дуплексной связи со спектральным разделением каналов должна учитывать ряд дополнительных факторов, влияющих на пропускную способность линейного тракта:

- потери, обусловленные взаимодействием между излучаемыми и направляемыми модами разнонаправленных каналов связи;

- собственные помехи, обусловленные взаимодействием вперед распространяющихся мод одного канала с назад распространяющимися модами другого канала.

3. Выбор критерия оптимизации параметров одноволоконной двунаправленной линии связи должен производиться в зависимости от поставленной практической цели:

- достижение предельно допустимого значения пропускной способности каждого канала для повышения технико-экономической эффективности использования линии связи на сети без изменения ее структуры;

- получение допустимой длины регенерационного участка при проектировании новых линий связи с возможным изменением структуры сети.

4. Корректная оценка эффективности использования волоконно-оптических линий связи в комбинированной локальной сети кабельного телевидения и интегральной сети кабельного телевидения и передачи данных может быть получена только на основании результатов синтеза данных сетей. В результате синтеза указанных выше сетей определяются оптимальные значения пропускных способностей линий связи при использовании в качестве критерия оптимальности оценки качества обслуживания сообщений в сети. Использование данного критерия позволяет наиболее полно учесть назначение линий связи. Сравнение полученных таким образом оптимальных значений пропускной способности каналов с предельно допустимыми дает возможность корректно оценить эффективность использования линий связи в сети.

5. Стратегия внедрения службы ПД в условиях развивающихся стран должна осуществляться с помощью интеграции данного вида службы с существующим видом службы, имеющим стабильную нагрузку. Этот путь обеспечивает минимальный риск от использования дополнительных капиталовложений при внедрении нового вида службы.

6. Математическая модель сети ТВ-ОП позволяет учесть такие особенности как абсолютную настойчивость абонентов, наличие повторных попыток установления соединений для организации сквозного канала передачи. Математическая модель локальной сети КТВ с ЦКП позволяет учесть ограниченный объем памяти и производительности ЦКП и абсолютную настойчивость абонента. Учет перечисленных выше факторов улучшает адекватность разработанных математических моделей с соответствующими им реальными сетями.

7. Разработанный алгоритм синтеза интегральной локальной сети КТВ и ПД использует метод построения последовательности планов, позволяющий учесть дискретный характер оптимизационных параметров сетей и имеющий высокую вычислительную эффективность.

8. Предложенные рекомендации по построению интегральной локальной сети КТВ и ПД позволяет не только внедрить службу ПД с минимальным риском от использования дополнительных капиталовложений на создание новой сети, но и в дальнейшем на ее основе осуществить переход к построению национальной сети телеинформации. В дальнейшем, результаты, полученные в диссертационной работе могут быть использованы при анализе и синтезе сетей связи с различными методами коммутации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.02.96.

2. Brood bond network applications. Aimed at the realization of multimedia communications services /Nomiki Ikuo, Kimeda Tstmejill NTT Reviews, 1996.-8, N6. c.62-67.

3. География мировой телефонной связи / Алисов Н.В., Валькова Т.М. // Весптк МГУ. Сер. 5. -1996. № 5 - С. 3-12.

4. Stentor alliance key to telecommunication m Canada // Telecommunications. 1995. - 29, № 12. - c. 4S-5S

5. Evohizicme della rete di distribuzione per servizi a larga banda in Italia / Ferrero U., De Bortoli M., Passed P., Augusto S., Parente F. // CSELT Techn. Repts. 1996. - 24, l4. -c. 559-568.

6. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник / Лазарев В.Г. М.г Финансы и статистика, 1996. - 223с.

7. Сеть правительства города Филадельфия // Jet Info. -1996. №8. - С. 7-8,20-23.

8. Интеллектуальные сети: третья информационная революция / Семенищев А.В. // Информационные управляющие системы / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1996.-c.lQ-l8.

9. Modernization of telecommunications in Zagreb / Bijele Miroslav, Pogacnik Ferdinand, Kovacevic Gordana, Hatwell Geoffrey // Inf., telekomun., autom. 1995 - 14, №4. - c. 407-416.

10. The role of information technology in African development / Nafstad Hah'or, Iversen Audun W. ft Telektronikk. -1996. 92,l.-c.74-82.

11. Czeslaw P.I. Informatyka, 1996.-18, №9.-c.39-40.

12. Current R and D activities at NTT. Preparing for the multimedia age / Miawaki Nobora // NTT Review 1995. -7, №3. - c.27-36.

13. Проектирование сетей связи и качество обслуживания / Под ред. Дедобортц В.Г., М.: ЦНИИС 1990.

14. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи // Кларк Д.К., Кейн Дж.Е.// М.: Радио и связь 1987.

15. Evolution of core technologies for telecommunications / Ohnosorge H., Eisele H., Hildebrarand O. and et. //Electronic Communication 1994. - №3.-c.212-221

16. Uslgi rorpros zone w sieciach globabiych / Korzowski Adam // Zesz. Nauk. Inf./ Psl. -1993,-№ 24. C.239-250.

17. Теория сетей связи: Учебник для вузов связи/ Под редакцией В.Н.Рогинского. -М.: Радио и связь, 1981. 192 с.

18. Глутков Б.М., Калиничеико Л.А., Лазарев: В.Г., Сифоров В.И. Сети ЭВМ. М.: Связь, 1977.-280 с.

19. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь, 1982. -208 с.

20. Френк Г., Фриш И. Сети, связь и потоки: Пер. с англ./ Под редакцией Д.А.Поспелова. -М.: Связь, 1978.-448 с.

21. Ершова Э.Б., Рогинский В.Н., Маркин Н.П. Основы дискретной автоматики в электросвязи. М.: Связь, 1980.

22. Назаров М.В., Кувшинов Б.И., Попов О.В. Теория передачи сигналов. М.: Связь, 1970. -368 с.

23. Кабельное телевидение. /Под ред. В.Б.Витевского. М.: Радио и связь, 1994. - 197 с.

24. Якубайтис Э.А. Архитектура вычислительных сетей. М.: Статистика, 1980. - 280 с.

25. Reseau integre on rescaux specialises / Joram Denis, Roy Berward, Turpin Etienne // Annual telecommunication -1995. 50, №2.-c.246-255

26. Broad band network applications. Aimed of the realization of multimedia communications services / Namiki Ikuo, Kimeda Tstmeji // NTT Review.-1996.-8, №6. c. 62-67.

27. Another perspective on the telco CATV debate / Noll Michael // Telecommunications. 1994.28, № 12.-C.20-25.

28. Модели локальных сетей ПД / Зефиров СЛ., Чугреев О.С.// ППИ. Пенза, 1988.

29. Flexible und effektive Telekommunikation fur dos nachste Jahrhundert // Telecom, rept., -1995,-18, №3.-c.l45-148.

30. Локальные сети. Проблемы стандартизации и унификации, ч. I и II. / Под ред. Голушкина А.И. М.: МПСС

31. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ./ Шварц М.; М: Наука -1992

32. El universo en su pantalla / An. mee. y elec. -1994. 71, № 5. c.5-9

33. Trasmisión de Datos por la Red Telefonica. Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico. CCITT. Sexta Asamblea Plenaria, Ginebra, 1976

34. Kummerle K.,Rudm H. Packet and Circuit Switching: Cost / Perfomance Boundaries., Computer Networks, Vol. 2, No. 1,1978, pp. 3-17

35. Rudm H.Stadies on Circuit and Packet Switchmg.-Data Networks Group IBM., IEEE., Zurich, 1978.

36. Kazoo I.,KatoT. An Analysis of Trafic Handing Capacity of Packet Switched Networks.-Proc. of the Third Data Communications Symposium St. Peterbtirg, Florida,1973.

37. Rosner R.D. Packet Switching and Circtiit Switchmg.-Proc. of the National Telecommunications Conf. NTC 75, New Orleans,1975.

38. КлейнрокЛ.Вычислительные Системы с Очередями.-Т.2,1979

39. Esterling R., Hahn P. A Comparison of Digital, Data Networks Switching. Proc. of the National Telecommunications Ccmf. NTC 75, New Orleans,1975.

40. Bocker P., Thomanek U.F. Actual Problems of Packet-Switching Network Concepts.-Siemens AG. Munich,1978.

41. Keyes N., Gerla M. Report on Experience in Developing a Hybrid Packet and Circuit Switched Network.-IEEE,1978.

42. CovieHo G.J.,Vena P.A. Integration of Circuit/ Swrtcyin by a Senet.-Defeme Communications Engineering Center, Virginia, 1975.

43. Fisher M.J.,Harris T.C. An Analysis of an Integrated Circuit/ Packet-Switched Telecommunications System. NTC, 1975, pp. 18-23

44. Самойленко С.И. Метод адаптивной коммутации. Вопросы Кибернетики, 1979, с. 130-159.

45. Dor,N.M. Guide to the Length of Buffer Storage Required for Random (Paisson) Input and Constant Output Rates.-IEEE Transactions on E.C.,October,1967.

46. Davies D.N., Barber D.L.A. Communications Network for Computers. John Wiley & Sons, 1973.

47. Брискер A.C., Быстрой B.B., Ильин B.B. Способы увеличения пропускной способности волоконно-оптических линий городских телефонных сетей //Электросвязь. -1991.- № 4.

48. Магсше D. Theory' of Dielectric Optical Wavegudes. New-York: Academic Press, 1974.

49. Gioge D. Weakly Gtridmg Fibers// Applied Optics.-1971v. 10

50. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987.

51. Lochmann Y.T. Bidirektional Datenübertragung über Lichtwellenleiter ff Nachrichtentechnik -Electronic. 1986.- v.36.- №6.

52. McDorma A.P., McCartney, Mortimore D.B. 1,3 Mb Bidirectional optical transmission over 31 km of installed smgle-mode fibre using optical couplers // Electronics Letters.- 1984.- v.20.-№18.

53. Овчинников A.A., Светиков Ю.В., Синев C.F., Бордюг И.Б. Особенности распространения и взаимодействия оптических сигналов в одномодовых В ОСП со спектральным разделением // Электросвязь. 1992.- №11.

54. Urquhart W.P., Laybourn P.J.R. Stimulated Raman scattering in optical fibers: with nonconstant losses; multi-wavelength model //Applied Optics.- 1986. v. 25.- №15.

55. Olsson N.A., Hegarty J. 68,3 km transmission with 1,37 Tbi km/s capacity using WDM of ten single-frequency lasers at 1,5 ¡дп Electronics Letters.- 1985.- v.21.-№3.

56. Столен P.X. Нелинейные эффекты в волоконных световодах. ТИИЭР.- 1980.- Т.68. №10

57. Маттцсв Е.В. Исследование помех обратного рассеяния дуплексных волоконно-оптических системах передачи// Электросвязь. 1989.- №12.

58. Personik S.D. et. al. IEEE Trans., 1977, v. COM-25, №5.

59. Манцев E.B. Исследование характеристик линейного тракта дуплексных оптических систем связиff Радиотехника. 1989.-.№10

60. Personik S.D. Bell System Technical Journal, v. 52,1973.

61. Овчинников A.A., Светиков Ю.В., Синев С.Г. Методика оптимизации параметров лилейного тракта В ОСП со спектральным разделением// Электросвязь.-1992.- №12

62. Дмитриев А.Л., Нурмухамедов Л.Х., Овчинников A.A., Синев С.Г. Нелинейные перекрестные помехи в многоканальных одномодовых ВОСП со спектральным разделением// Средства связи.- 1989.- Вып. 3.

63. Овчинников A.A., Светиков Ю.В., Синев С.Г. Оценка искажений оптическттх сигналов, обусловленных эффектом усиления, вследствие комбинированного рассеяния в одномодовых оптических волокнах// Техника средств связи.- Сер. ТПС.- 1990.- Вып. 2.

64. Каст M.-S., Wu J. Performance analysis of high-density WDM system using Raman amplification// Electronics Letters.- 1989.- v. 25.- №11.

65. Urquhart W.P., Laybourn PJ. R. Stimulated Raman scattering in optical fibers: the design of distortion-free transmission// IEE Prog.- J. 133.- №5.

66. Cotter D., Hill A.M. Stimulated Raman crosstalk in optical transmission: effects of group velocity dispersion// Electronics Letters.- 1984.- v. 20.- №2.

67. Byron K.C., Pitt Cr.D. Limits to power transmission in optical fibers// Electronics Letters.-1985.- v. 21.-№19.

68. Mahiein H.E. Crosstalk due to stimulated Raman scattering in single-mode fibers for optical communication in wavelength division multiplex systems// Optical and Quantum Elestronics. -1984.-v. 16.-№5.

69. Charaplyvy A.R., Hehiy P.S. Perfomance degradation due to stimulated Raman scattering in wavelengt division multiplexed optical fibers system// Electronics Letters.- 1983.- v. 19.- №6.

70. Hilt A.M. Cotter D., Wright J.V. Nonlinear crosstalk due to stimulated Raman scattering m a two-channel wavelength-division-multiplexed system// Electronics Letters.- 1984.- v. 20.- №6.

71. Овчинников A.A., Светиков Ю.В., Синев С.Г. Методика оптимизации параметров линейного тракта В ОСП со спектральным разделением // Электросвязь.-1992.- №12.

72. Шарафутдинов P.M. Помехоустойчивость приема биимпульсного сигнала при спектральном разделении цифровых оптических сигналов// Электросвязь.-1989.- №1.

73. Емеличев В.А., Комлик В.И Метод построения последовательности планов дотя решения задач дискретной оптимизации// М.: Наука, 1981.- 206 с.

74. Численные методы, т.1./ Бахвалов Н.С. Mr Наука- 1975.- 632 с.

75. Основы вычислительной математики / Демидович Б.П., Марон И.А. М.г Наука -1966. -664 с.

76. Числительные и графические методы прикладной математики/ Фштьчиков П.Ф.- Киев: Наукова Думка, 1970-800с.

77. Ксенофо1ггов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. К вопросу применения ВОЛС на сетях КТ // Депонировано ЦНТИ Информсвязь №2101СВ97 от 17.06.97 г., 10е.

78. Ксенофонтов С.Н., Соловьев Б.С., Шауки Эль Кахи. К вопросу применения одномодовых оптических волокон в локальных сетях КТВ // В кн.: LI научная сессия, посвященная Дню Радио. Тезисы докладов. -М.:Радисг и связь, 1996

79. Экспертная оценка качества обслуживания абонентов сети телевизионного вещания