Проектирование и техническая эксплуатация цифровых телекоммуникационных систем и сетей

Проектирование и техническая эксплуатация 
цифровых телекоммуникационных 
систем и сетей

Е. Б. Алексеев,  В. Н. Гордиенко,  В. В. Крухмалев, 
А. Д. Моченов,  М. С. Тверецкий

Под редакцией 
В. Н. Гордиенко и М. С. Тверецкого

2-е издание

Москва
Горячая линия – Телеком
2012

Рекомендовано УМО по образованию 
в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по специальностям 
«Многоканальные телекоммуникационные системы», 
«Сети связи и системы коммутации», 
«Физика и техника оптической связи» 
направления «Телекоммуникации»

УДК 621.39(075)  
ББК 32.88 
      П79 

А в т о р ы :  Е. Б. Алексеев, В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев,  
А.Д. Моченов,  М.С. Тверецкий 

Р е ц е н з е н т ы :  доктор техн. наук, профессор  А.Х. Султанов;  
канд. техн. наук, профессор  Б.Г. Спасский 

П79   Проектирование и техническая  эксплуатация  цифровых  
телекоммуникационных систем  и  сетей. Учебное пособие  
для вузов / Е.Б. Алексеев, В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев и 
др.; Под ред. В.Н. Гордиенко, М.С. Тверецкого. – 2-е изд., 
испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 2012. – 392 с.: ил. 
ISBN  978-5-9912-0254-3. 
Рассмотрены основные положения по организации систем 
управления и технической эксплуатации сетей и средств электросвязи на современном этапе развития Единой сети электросвязи 
(ЕСЭ) РФ, вопросы оптимизации решений при проектировании 
и организации технической эксплуатации ЦСП. 
Для студентов вузов, обучающихся по направлению «Телекоммуникации», будет полезно специалистам проектных и 
эксплуатационных предприятий связи. 

ББК 32.88 
Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru 
 
Учебное издание 

Алексеев Евгений Борисович, Гордиенко Владимир Николаевич, 
Крухмалев Владимир Васильевич, Моченов Анатолий Дмитриевич 
Тверецкий Михаил Серафимович 
 
Проектирование и техническая эксплуатация цифровых 
телекоммуникационных систем и сетей 
 
Учебное пособие 
 
Обложка художника  В.Г. Ситникова 
Верстка  Ю.Н. Рысева 
 
Подписано  в  печать  02.03.2012. Формат 60×90/16.  
Усл. изд. л. 24,5.  Тираж 300 экз.  (1-й завод 100 экз.). Изд. № 12254 
 

ISBN 978-5-9912-0254-3                          ©  Е.Б. Алексеев, В. Н.Гордиенко, 
                                                                     В.В. Крухмалев и др., 2008, 2012 
                                      ©  Издательство «Горячая линия–Телеком», 2012 

Введение 

Основой электросвязи Российской Федерации является Единая сеть 
электросвязи (ЕСЭ) РФ, обеспечивающая предоставление услуг электросвязи пользователям на территории России. 
Единая сеть электросвязи РФ – сеть электросвязи, состоящая из расположенных на территории Российской Федерации сетей связи следующих 
категорий: сетей общего пользования (ОП), выделенных сетей, технологических сетей, сетей связи специального назначения и других сетей передачи информации при помощи электромагнитных систем. До 2003 г. 
использовался термин Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации 
(ВСС РФ). 
Единая сеть электросвязи РФ базируется на принципе организационнотехнического единства, заключающемся в проведении единой технической политики, применении единого комплекса максимально унифицированных технических средств, единой номенклатуры типовых каналов и 
сетевых трактов. 
По функциональному принципу сети ЕСЭ разделяются на транспортные сети и сети доступа. 
Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции переноса (транспортирования) потоков сообщений от их источников 
из одной сети доступа получателям сообщений другой сети доступа. 
Сетью доступа сети связи является та ее часть, которая связывает источник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным 
между сетью доступа и транспортной сетью. 
По способам организации каналов в сети ЕСЭ разделяются на первичные и вторичные. 
Первичные сети ЕСЭ РФ предназначены для организации и предоставления во вторичные сети типовых сетевых трактов, типовых каналов 
передачи и типовых физических цепей. 
На основе типовых трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей первичных сетей ЕСЭ РФ с помощью узлов и станций 
коммутации организуются различные вторичные сети для транспортировки, коммутации и распределения сигналов в службах электросвязи. 
На базе вторичных сетей организуются системы электросвязи, представляющие собой комплекс технических средств, осуществляющих элек

тросвязь определенного вида и включающие в себя соответствующую 
вторичную сеть и подсистемы нумерации, сигнализации, учета стоимости 
и расчетов с абонентами, технического обслуживания и управления. Система электросвязи может включать в себя одну или несколько служб электросвязи и одну или несколько сетей электросвязи. 
Служба электросвязи представляет собой организационно-техничес- 
кую структуру на базе сети связи (или совокупности сетей электросвязи), 
обеспечивающую обслуживание связью пользователей с целью удовлетворения их в определенном наборе услуг электросвязи. 
Все сети и службы ЕСЭ РФ управляются соответствующими системами управления, обеспечивающими выполнение службами и системами 
связи определенных требований в части их устойчивого функционирования.  
По территориальному делению сети ЕСЭ РФ разделяются на международные, междугородные, зоновые и местные (городские и сельские). 
Международные сети связи – сети электросвязи, технологически сопряженные с сетями связи других государств.  
Междугородные (магистральные) сети связи – технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые между центром Российской 
Федерации и центрами субъектов Федерации, а также центрами субъектов 
Федерации между собой. 
Зоновые (региональные) сети связи – технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах территории одного субъекта Федерации. 
Местные сети связи – технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах административной или определенной по иному 
принципу территории, не относящиеся к региональным сетям связи. 
Междугородная, зоновые и часть местных цифровых наложенных первичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи России. Местные первичные сети на участке «местный узел – оконечное устройство» в соответствии с новой терминологией являются сетью доступа. 
В структуру ЕСЭ РФ входят следующие системы электросвязи ОП: телефонной связи, телеграфной связи, факсимильной связи, передачи газет, 
передачи данных, распределения программ звукового вещания, распределения программ телевизионного вещания. По мере развития средств связи 
структура систем связи ЕСЭ РФ может претерпевать изменения за счет 
интеграции ряда систем и образования их новых видов. 
Сообщения, передаваемые в ЕСЭ РФ в реальном масштабе времени,               
в зависимости от степени важности содержащейся в них информации, 
подразделяются на три класса. Класс важности сообщения требует определенной степени надежности соединения при передаче этого сообщения. 

Для передачи сообщений I класса должна обеспечиваться организация 
трех независимых путей между сетевыми узлами (узлами привязки),  
к которым подключается арендатор каналов. Для передачи сообщений  
II класса необходимо иметь два независимых пути между узлами привязки либо один путь с использованием системы резервирования. Для передачи сообщений III класса достаточно одного пути между узлами привязки. Сообщения, передаваемые по коммутируемым сетям ОП, относятся  
к III классу. 
На современном этапе развития совершенствование средств электросвязи и сети в целом идет по трем направлениям: цифровизация, оптиковизация и компьютеризация. Преимущества ЦСП по сравнению с АСП и 
принципы их технической реализации были известны несколько десятков 
лет назад. Однако по-настоящему цифровизация сетей стала возможной 
немногим более 20 лет назад с появлением новой техники проводной связи – ВОСП. И сегодня, на современном этапе развития, процесс цифровизации – это не только постоянное увеличение числа действующих на сети 
ЦСП по сравнению с АСП (в канало-километрах), но и постоянное совершенствование методов передачи и обработки сообщений на основе 
цифровых трактов и каналов (появление новых технологий СЦИ и АТМ, 
гибкого мультиплексирования, организация сетевой тактовой синхронизации), что создает предпосылки в недалеком будущем к переустройству 
всей сети связи на качественно новом уровне. 
Основные преимущества ВОСП, во многом предопределившие процесс развития цифровизации, также хорошо известны – это увеличение 
пропускной способности и сокращение числа промежуточных пунктов 
волоконно-оптической линии передачи. И сегодня, на современном этапе 
развития, процесс оптиковизации – это не только постоянное совершенствование средств волоконной оптики и опто-электронных устройств, это не 
только массовое внедрение ВОСП на соединительных линиях первичной 
сети общего пользования, а в будущем и создания оптической транспортной сети, но и реальная возможность оптиковизации сетей доступа и малоканальной сельской первичной сети, что создает предпосылки к созданию широкополосной цифровой сети с интеграцией служб. 
Наряду с развитием процессов цифровизации и оптиковизации на сети 
постоянно совершенствуются полупроводниковая элементная база, микропроцессорная (МП) техника и программное обеспечение операционных 
систем, что явилось основой и для компьютеризации средств связи.  
И сегодня, на современном этапе развития, компьютеризация – это не только широкое применение МП-средств и ПТК в устройствах эксплуатационного контроля аппаратуры, телеконтроля и управления, диспетчерских 
пунктах контроля и управления сетью на различных уровнях иерархии 

системы технической эксплуатации, это не только применение МП и ПТК 
в составе измерительной техники и при математическом моделировании 
на этапах разработки и проектирования, но и применение непосредственно для автоматизации и совершенствования основных функций передачи 
и обработки передаваемой информации при установлении соединения, 
что создает предпосылки для совершенствования концепции технической 
эксплуатации и управления средств электросвязи и всей сети связи в целом на новом качественном уровне. 
На современном этапе развития сети электросвязи все три направления 
совершенствования средств электросвязи органически связаны друг с 
другом. Новая техника связи – это, как правило, высокоскоростные ЦСП 
на оптическом кабеле с высоким уровнем программного обеспечения. 

ЧАСТЬ I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ 
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ЛИНИЙ 
ПЕРЕДАЧИ 
 

Глава 1. Общие принципы проектирования 

1.1. Основы системного подхода к проектированию систем  
и линий передачи 

Системы передачи (СП) и линии передачи (ЛП) можно рассматривать 
как «большие» и «сложные». В большинстве случаев и отдельные части 
(подсистемы) системы передачи также являются сложными. Так, например, 
в состав современных цифровых систем передачи входят следующие функциональные узлы и подсистемы, являющиеся сложными системами: синхронный мультиплексор, система синхронизации, система управления и т.п. 
Системный подход к проектированию предполагает изучение системы 
(подсистемы) и ее поведения в целом как единого объекта, выполняющего 
определенные функции в конкретных условиях, с учетом взаимодействия и 
взаимного влияния отдельных частей, оказывающих наиболее существенное 
влияние на достижение конечных целей. При этом могут успешно использоваться методология и математический аппарат таких системных наук, как 
системология, системотехника, теория исследования операций и теория математического программирования. 
Системный подход может осуществляться на различных этапах проектирования (предварительный эффект, технический проект, НИР, ОКР и 
т.д.), однако наибольший эффект достигается на этапе предварительного 
проектирования, когда выбирается структурная схема системы и оцениваются ее основные параметры. 
Основные принципы системного подхода в области оптимального 
проектирования могут быть сформулированы следующим образом. 
1. Система, состоящая из оптимальных частей, в общем случае не является оптимальной. Подмена оптимизации системы в целом оптимизацией по частям во многих случаях может привести к ошибочным выводам. 
Оптимизация по частям приведет к тем же результатам, что и оптимизация в целом, только в том случае, если параметры одной части системы не 
влияют на выбор параметров другой части, что на практике встречается 
относительно редко. 
2. Оптимизация системы должна проводиться по количественно определенному и единственному критерию, который в математической форме 

Общие принципы проектирования  

 
9 

отражает цель оптимизации. Критерий оптимальности, представленный           
в виде функции оптимизируемых параметров системы, называется целевой функцией. Наличие нескольких критериев оптимальности, которые, 
как правило, тем или иным способом связаны между собой, не позволяет 
довести процесс до логического завершения, а отсутствие количественно 
определенного критерия свидетельствует о недостаточном понимании 
разработчиком поставленной перед ним задачи. 
3. Система должна оптимизироваться в условиях количественно определенных ограничений на оптимизируемые параметры. Последнее обстоятельство свидетельствует о том, что оптимальность системы всегда 
относительна, условна, так как зависит от условий оптимизации. Поэтому 
условия оптимизации должны достаточно точно соответствовать реальным условиям. 
Так как проектирование оптимальных систем осуществляется математическими методами, то возникает необходимость математического описания системы, т.е. разработки ее математической модели. Основу математической модели составляют аналитические соотношения (уравнения 
связи) между внешними и внутренними параметрами системы. Внешние 
параметры описывают систему с точки зрения потребителя. Такими параметрами, в частности, могут быть помехоустойчивость, число каналов, 
пропускная способность, надежность, стоимость, габаритные размеры, 
масса и т.д. Внутренние параметры описывают систему с точки зрения 
разработчика. Такими параметрами для систем передачи являются: вид 
модуляции, тип кода, число ступеней преобразования, тип применяемых 
элементов и т.д. Уравнения связи между внешними и внутренними параметрами системы в аналитической форме, широко используемые в последующих главах, могут быть получены в результате: 
– теоретических исследований (например, уравнения связи для помехозащищенности, пропускной способности, надежности и т.д.); 
– технико-экономических расчетов (например, уравнения связи для 
стоимости, приведенных затрат и т.д.); 
– аппроксимация экспериментальных зависимостей или эмпирических 
данных (например, уравнения связи для вероятности ошибки, разборчивости речевых сигналов и т.д.); 
– имитационного моделирования системы или ее подсистемы на ЭВМ 
(например, уравнения связи для параметров системы синхронизации в 
зависимости от характера ошибок или помехозащищенности в зависимости от типа используемого кода). 
Некоторые из уравнений связи носят вероятностный характер, так как 
учитывают статистические характеристики сигналов, каналов и помех. 

Глава 1 

 
10 

При решении задачи оптимизации на первом этапе составляется список целей, т.е. выбираются факторы, которые необходимо учитывать. Необходимо определить допустимые пределы применения этих факторов. 
Исходя из этого, определяют область допустимых возможных решений. 
На следующем этапе выбираются критерии и ограничения. Цель (цели) 
определяют как желаемое состояние проектируемой системы, т.е. как результат, подлежащий достижению. Достижение цели, как уже отмечалось, 
в большинстве случаев имеет вероятностный характер, так же как и значения внутренних и внешних параметров системы, и неотделимо от того, 
что возможно сделать.  
Таким образом, цели неотделимы от средств их достижения, которые 
всегда ограничены. В результате, как правило, формируется иерархия 
целей, одни из которых (главные) могут выступать в роли критериев, 
другие в роли ограничений. При этом не существует их противопоставления: то, что прежде было критерием, сегодня может стать ограничением, и наоборот. 
Критерий – показатель, позволяющий оценить целесообразность выбранного варианта принятия решения. Математическое описание критерия – критериальная, или целевая, функция. 
Ограничения – факторы, ограничивающие количество рассматриваемых вариантов. 
Если удается с помощью аналитического выражения связать ту или 
иную цель задачи Z и средства ее достижения xi, то получают целевую, 
или критериальную, функцию W 

Z = W (Х, T), 

где Х – управляемые переменные (средства достижения цели); T – ограничения (направляемые переменные). 
Минимум или максимум Z – критерий оптимальности, количественно 
выражающий предельную меру эффекта принимаемого решения 

Zмин(макс) = W*(х1
*, х2
*,…, хm
*, Т), 

где хi
* - оптимальные значения управляемых переменных при ограничениях Т, i = 1, m. 
Различают прямую и обратную постановки задачи оптимизации. Например, при прямой постановке в качестве критерия выступают затраты С 
(капитальные, эксплуатационные и т.п.), а ограничением является эффект 
или эффективность решения Э (надежность, помехоустойчивость, пропускная способность, дальность участка регенераций и т.п.)