بخشی از مقاله
محور مقاله : زيربنا و تاسيسات ؛ طراحي زيرساخت هاي ريلي (ارتباطات )
چکيده
سيستم هاي انتقال ديتا ديرزماني است که به عنوان بستر انتقال اطلاعات در مجموعه هايي مانند راه آهن ، خطوط لوله ، پالايشگاه ها، معادن و نيز در شبکه هاي مترو مورد استفاده قرار مي گيرند. درگذشته گسترة تصميم گيري در اين باره محدود بود، اما امروزه با گسترش تکنولوژي هاي جديد در اين حيطه ، انتخاب سيستمي که بهترين کارايي را داشته و کمترين دردسر را به دنبال داشته باشد موضوعي مورد بحث شده است که معمولا توافق کاملي بر سر آن حاصل نمي شود. داشتن اطلاعات بيشتر در خصوص هر يک از اين سيستم ها مسلما راه را براي تصميم گيري قاطع تر باز مي کند. در اين مقاله رايج ترين و پر طرفدارترين سيستم هاي انتقال مورد استفاده در صنعت حمل و نقل ريلي و متروها مورد بحث و مقايسه قرار مي گيرند. اين چهار سيستم عبارتند از سيستم PDH، سيستم SDH، سيستم OTN و سيستم هاي مبتني بر پروتکل IP .
واژگان کليدي: مترو، سيستم انتقال ، PDH،SDH ،OTN ،IP Based
١-مقدمه
امروزه در متروها و نيز خطوط ريلي، صرف نظر از آنکه ناوگان آن از چه نوعي بوده و سيستم هاي کنترل و علائم آن در چه رده اي قرار بگيرد، براي انتقال اطلاعات مربوط به هر يک از اين بخش ها، يعني اطلاعاتي که تبادل آنها متضمن سير و حرکت قطارها و ايمني قطارها و مسافرين و مديريت تاسيسات ايستگاه ها و تامين ارتباطات راهبرين و پرسنل در کليه خطوط و نيز نظارت ايستگاه ها و اطلاع رساني به مسافرين و بسياري خدمات ديگر است ، از سيستم هاي انتقال مبتني بر فيبر نوري استفاده مي شود.
البته در اين رابطه ، فيبر نوري صرفا رسانه فيزيکي انتقال محسوب مي شود و ارائه تعريف درست از هر يک از اين سيستم ها مبتني بر ارائه اطلاعات دقيق پيرامون پروتکل هايي است که هر سيستم براي تقسيم بندي اطلاعات ، کدينگ ، ارسال اطلاعات کنترلي و نيز راه گزيني مورد استفاده قرار مي دهد. خصوصياتي که در اغلب موارد، سيستم مربوطه را در غالب يک استاندارد شناخته شده بين المللي معرفي مي سازد.
سويچينگ مداري يا سويچينگ بسته اي؟
هنگام بررسي سيستم هايي از قبيل سيستم هاي فوق ، اولين موضوعي که به ذهن خطور مي کند آن است که سيستم مربوطه از چه نوع پروتکل سويچينگ بهره مي برد يعني به طور خلاصه از پروتکل سويچينگ بسته اي ( Packet Switch) استفاده مي کند يا سويچينگ مداري (Circuit Switch).
براي آن که با ديد بازتري موضوع را مورد بررسي قرار دهيم ابتدا بايد درباره دو نوع مختلف سويچينگ مختصرا توضيحاتي ارائه گردد.
١١-- سويچينگ مداري
در سيستم هاي سويچينگ مداري که نوعي از سيستم هاي اتصال گرا (Connection Oriented) محسوب مي شوند، فرستنده قبل از آن که اقدام به ارسال اطلاعات نمايد با گيرنده در خصوص مسير ارسال اطلاعات به توافق مي رسد (اصطلاحا يک اتصال تعريف مي شود) و پس از کسب اجازه ، کليه اطلاعات در مسير توافق شده در قالب فريم هاي اطلاعاتي ارسال مي گردد. تا زماني که يک مسير توسط دو سوي يک ارتباط ، اشغال شده باشد، امکان استفاده از آن مسير توسط ساير node ها وجود ندارد.
همچنين هنگام تخصيص يک کانال ، حتي اگر دو طرف در حالت سکوت بوده و عملا اطلاعاتي هم مبادله نشود، آن کانال همچنان براي ساير کاربران غير قابل دسترس خواهد بود. ساختار فريم ها در اين گونه شبکه ها مطابق استانداردهاي تعريف شده براي هر پروتکل ، ثابت و مشخص اند و هر کانال ديتا و يا کانال سيگنالينگ و يا کانال اطلاعات تايمينگ ، جايگاه ويژه خود را دارد و کليه اطلاعات مطابق پروتکل قابل بازيابي است .
فريم ها حاوي حداقل اطلاعات آدرس دهي هستند (چون مسير از قبل معلوم است ) و ديتا دقيقا با همان ترتيبي که توسط فرستنده ارسال شده در گيرنده بازيابي مي شود. همه بيت هاي اطلاعات با ميزان تاخير اندک و ثابتي در گيرنده دريافت مي شوند. اين سيستم ها معمولا در ستون فقرات شبکه هاي عظيم انتقال ديتا و يا در شبکه هاي کوچک تر هنگامي که انتقال اطلاعات به صورت بلادرنگ و بدون تاخير مورد نظر باشد مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين سيستم ها (QoS)Quality of Service و عرض باند مورد نياز براي هر سرويس تضمين شده است . سيستم هاي آنالوگ ، شبکه تلفن عمومي (PSTN) و سيستم هاي PDH،SDH ،OTN و WDM در رده بندي سيستم هاي سويچينگ مداري قرار دارند.
٢١-- سويچينگ بسته اي
در سيستم هاي سويچينگ بسته اي، اطلاعات به فرم بسته هايي با اندازه هاي متفاوت يا بعضا ثابت (مانند سلول هاي اطلاعات در ATM) که اصطلاحا پاکت گفته مي شوند شکسته شده و هر پاکت داراي سربرگ آدرس مقصد و مسيريابي مخصوص به خود مي باشد. اين نوع سويچينگ مبناي پروتکل اينترنت (IP) است . در اين سيستم ها همه بسته هاي يک محموله اطلاعاتي، از يک مسير انتقال داده نمي شوند و بر اساس وضعيت ترافيک خطوط ، توسط سيستم هايي که router يا اصطلاحا مسيرياب گفته مي شوند مسيريابي مي گردند. روترها آدرس مقصد هر بسته را چک نموده و آن را به مقصد مناسب بعدي تحويل مي دهند. بنابراين بسته ها از مسيرهاي متفاوت و بنابراين با زمان هاي تاخير متفاوت به مقصد مي رسند و علاوه بر تاخير، از ترتيب ارسال اوليه نيز خارج مي شوند. در شبکه اينترنت ، هر node داراي شماره شناسايي منحصر به فردي به نام آدرس IP است .
مزيت بزرگ اين سيستم نسبت به سيستم هاي مداري، صرفه جويي در عرض باند است .
٢-سيستم PDH
اين سيستم در رده بندي سيستم هاي سويچينگ مداري قرار مي گيرد. سيستم PDH در آمريکا و اروپا از استانداردهاي متفاوتي در خصوص نرخ ديتا پيروي مي کند که تحت عنوان حامل هاي E و T معروفند اما ساختار فريمينگ تقريبا يکساني دارند. در حامل E که در اروپا و خاورميانه و ايران معمولا مورد استفاده قرار گرفته است نرخ هاي ديتا به شرح زيرند:
سيستم از استاندارد مخابراتي ITU-T پيروي مي کند و فريمينگ آن بر اساس متد ادغام زماني (TDM) شامل تعداد زيادي Time Slot اطلاعات و دو يا چند تايم اسلات تخصيص داده شده به سيگنالينگ و تايمينگ مي باشد. مثلا در مدل E١، تايم اسلات هاي صفر، ١٦ و ٣١ براي اطلاعات تايمينگ فريم و اطلاعات سيگنالينگ مربوط به کليه کانال ها در نظر گرفته شده اند و کانال ها صرفا حاوي اطلاعات هستند. متد ادغام در سيستم PDH به صورت ادغام بيت مي باشد.
١٢-- ويژگي هاي بارز PDH
•چون PDH از متد ادغام غيرهمزمان و نيز از مدل ادغام بيت استفاده مي کند، براي استخراج سيگنال هاي با نرخ پايين از سيگنال PDH، کل سيگنال به طور کامل بايد دي مالتي پلکس شود. بنابراين Add و Drop کردن سيگنال به صورت مرحله به مرحله انجام مي گيرد. اين امر باعث افزايش هزينه ، افزايش توان مصرفي، پيچيدگي و افزايش ميزان خرابي سيگنال شده و بازدهي انتقال را کاهش مي دهد.
•در PDH براي Optical Interface ، استاندارد جهاني و يا حتي منطقه اي تعريف نشده است و سازندگان مختلف ، Line Code هاي مختلفي را ارائه مي کنند. اين امر در ساختاربندي، مديريت و اتصال شبکه ها به يکديگر مشکلات فراواني ايجاد مي کند.
•در زمينه Electrical Interface نيز استاندارد جهاني براي سيستم هاي PDH تعريف نگرديده است .
•تعداد بيت هايي که در اين سيستم براي راهبري و تعمير و نگهداري در نظر گرفته شده کم است بنابراين فضاي رزروي براي پيش بيني نيازهاي بهبود کيفيت ارسال سيگنال در نظر گرفته نشده است .
•يک اينترفيس جهاني براي مديريت شبکه در PDH در نظر گرفته نشده و سازندگان مختلف ، سيستم هاي مختلفي را ارائه مي کنند. به همين دليل امکان اينتگره کردن شبکه ها و ايجاد يک سيتم مديريت شبکه يکپارچه وجود ندارد.
اين سيستم به دلايل فوق تقريبا از دور رقابت خارج شده و هم اکنون کانديد مناسبي براي استفاده در شبکه هاي مخابراتي نظير مترو نمي باشد.
٣-سيستم SDH
SDH يک استاندارد جهاني در تکنولوژي انتقال اطلاعات با پهناي باند وسيع از طريق بستر فيبر نوري است و يک استاندارد ITU-T مي باشد .
SDH مخفف کلمات Synchronous digital hierarchy است که عبارت است از سلسله مراتب ديجيتال همزمان . اين سيستم در ستون فقرات شبکه هاي وسيع WAN و MAN قرار مي گيرد . در SDH از تکنولوژي TDM استفاده مي شود و سيستم داراي نرخ هاي ديتاي زير مي باشد :
در واقع SDH يک سيستم انتقال مبتني بر مضارب Mbit.s ١٥٥.٥٢ مي باشد . واحد پايه SDH ، ١-STM است .
هر نرخ ديتا مضرب دقيقي از نرخ ديتاي پايين تر است و بنابراين سلسله مراتب همزمان ناميده مي شود.
در مقايسه با سيستم هاي PDH که از متد ادغام بيت پيروي مي کنند، در SDH متد ادغام بايت براي ادغام اطلاعات مورد استفاده قرار مي گيرد ضمن اين که براي تامين همزماني از تکنيک ادغام پوينتر ( اشاره گر ) استفاده مي شود و بنابراين دسترسي " مستقيم " به کانال هاي گنجانيده شده در سيگنال ادغام شده پس از ارزيابي اشاره گر امکان پذير است . نحوه کار به طور خلاصه به اين صورت است که اختلاف فاز بين قاب و اطلاعات مفيد به وسيله اشاره گرهايي ( اشاره گرهاي اطلاعات ) ثبت و ضبط مي شود . به اين ترتيب دسترسي به يک " کانال " بخصوص در سيگنال ادغام شده SDH با ارزيابي اختلاف فاز پوينتر و بسته اطلاعات انجام مي پذيرد .
