3. Межстанционные связи

Общие положения

При рассмотрении проблемы районирования ГТС мы считали, что межстанционные связи осуществляются по полносвязной схеме, т. е. каждая из n районных АТС связана с каждой другой отдельными пучками односторонних соединительных линий. Общее число таких пучков ρ=n(n-1). На ГТС относительно небольшой емкости (до 60—80 тыс. номеров) этот способ межстанционной связи по большинству технических и экономических показателей можно считать наилучшим (мы не говорим о каких-либо особых случаях). Затраты на сооружения межстанционной связи составляют на таких сетях 15—20% от общих затрат.

С увеличением размеров сети по емкости и по обслуживаемой территории величина затрат на межстанционные связи будет становиться все большей. С ростом числа станций число пучков СЛ увеличивается пропорционально квадрату числа станций, вследствие чего нагрузка на каждый пучок и использование СЛ уменьшаются. С ростом площади обслуживаемой территории увеличивается протяженность СЛ. Все это приводит к значительному повышению стоимости сооружений межстанционной связи.

На рис 3.1 приведены результаты расчета потребности в кабелях СЛ, выраженной в километро-парах на 1000 абонентов ГТСт различных по емкости, величине обслуживаемой территории н числу станций. В этом расчете для всех ГТС приняты одинаковы· ми: поверхностная плотность (σ=50 та/га), емкость станций (т=10000), поступающая нагрузка (У = 500 Эрл), доступность (0=10), потери (р=0,005). Предположено также, что площадь городской застройки составляет 0,5 от всей территории города и что город имеет прямоугольную планировку. Станции соединены во всех случаях по полносвязной схеме («каждая с каждой»).

Мы видим, что потребность в кабеле СЛ с ростом сети быстро увеличивается. Так, для ГТС с п=5 станциями, т. е. общей емкостью Nсети=50000 номеров, обслуживающей город площадью S= Nсети/σ·0,5==2000 га, потребуется на каждую тысячу абонентов 200 км-пар кабеля СЛ. На сети с п-10 (5-4000 га)—330 км-пар. на сети с n=40, т. е. Nсети=400 000 / номеров и S= 16 000 га—830 км-пар. Это, естественно, приводит к значительному увеличению затрат на межстанционную связь, которые достигают на крупных сетях 40—50% от общей стоимости на сооружение ГТС в целом.

Рис. 3.1. Зависимость числа p пучков СЛ,

числа линий в пучке v , километро-пар CЛ L на 1000 абонентов

3.1 Районирование гтс с применением эвм

Изложенные выше методы позволяют получить лишь приближенный к оптимальному вариант районирования, так как для расчетов была принята модель, предполагающая равномерное распределение телефонных аппаратов по территории, обслуживаемой сетью, прямоугольность планировки и ряд других допущений. На городских территориях всегда имеются зеленые массивы, крупные транспортные магистрали, участки, занятые промышленными предприятиями. Все это может служить естественными границами телефонных районов, что невозможно учесть в идеализированной модели сети. Задача еще более усложняется при разработке плана развития существующих сетей, когда необходимо считаться с уже имеющимися станционными и линейными сооружениями абонентcких и межстанционных соединительных линии. Число возможных вариантов развития сети может быть очень большим. Оценить эти варианты и выбрать оптимальный или один из близких к нему вариантов можно только с помощью ЭВМ. При этом могут быть рассмотрены и варианты, отличающиеся друг от друга по очередности строительства отдельных телефонных станций, что позволит выбрать оптимальную стратегию развития данной телефонной сети на длительный период времени.

Первыми наиболее обстоятельными работами по использованию ЭВМ для проектирования ГТС, а частности для районирования, следует считать работы И. Раппа (Швеция), опубликованные в 1962 г. Вначале подготавливается ряд исходных возможных вариантов районирования, представляющихся проектировщику наиболее рациональными. Каждый из этих вариантов ЭВМ оптимизирует методом последовательных приближений и по каждому из них определяет все стоимостные и технические характеристики, необходимые для принятия обоснованного решения.

Для решения задачи составляется абонентская матрица, представляющая собой распределение телефонных аппаратов на территории сети. Для этого вся территория города разбивается сеткой взаимно перпендикулярных линий на равные квадраты. Направление этих линий по возможности должно совпадать с преимущественным направлением главных магистралей и улиц города (рис. 3.2).

Размеры квадратов выбираются с учетом объема памяти ЭВМ, имеющейся в распоряжении проектировщика. Для крупных городов квадраты должны быть не более 500х500 м, чем они меньше, тем результаты расчетов будут точнее. Для территории каждого квадрата предварительными изысканиями должно быть определено количество телефонных аппаратов а_ij (i== 1, 2, ..,, р;j=1, 2, .... q), предполагаемых к установке на данный проектный срок. Если ставится задача районирования с учетом динамики развития, то каждому квадрату должны соответствовать два или три значения числа ТА» ожидаемых на намеченные этапы развития сети.

Далее необходимо определить примерное число телефонных станций. Это можно сделать на основании предварительно рассчитанной найвыгоднейшей емкости телефонных станций, заменяя проектируемую сеть некоторой идеализированной моделью с равномерной усредненной плотностью. И. Рапп рекомендует для предварительного определения числа телефонных станций при одинаковой поверхностной плотности формулу

(3.1)

где с_ал—затраты на 1 км-пару кабеля, используемого дли абонентских линий; L—длина стороны квадрата площадь которого равновелика площади города —общее число ТА, намечаемых на проектный срок; В — постоянная часть стоимости станционного оборудования, не зависящая от емкости АТС.

Кроме основного варианта районирования, до начала расчетов на ЭВМ должны быть подготовлены по меньшей мере два-три варианта с числом станций n—1, n+1, может быть n+2 или n—2. Координаты всех станций, в том числе и существующих, вводятся в ЭВМ. Руководствуясь абонентской матрицей и намеченным числом станций, проектировщик намечает предварительное местоположение новых станций, выбирая районы наибольшего сосредоточения ТА.

Рис. 3.2 Абонентская матрица

Для определения оптимальных размеров телефонных районов в различных по плотности планировочных зонах города может оказаться полезным приводимое в работе И. Раппа соотношение

(3.2)

Здесь l_t — длина стороны квадрата, площадь которого равновелика площади района, намеченного для данной АТС. Так, для значений оптимальной емкости декадно-шаговых АТС, рассчитанных на идеализированной модели сети в [19], это соотношение получилось равным — 4,8. Например, для σ=15 та/га указана оптимальная емкость станций m_опт=5700. что при равномерной плотности соответствует площади S=380 га. В результате получаем

Для всех других значений m_опт, приведенных в [19], получается та же величина,

В ЭВМ должны быть введены следующие исходные данные:

- координаты предполагаемого местоположения новых АТС — x_s, у_s (s=1, 2, ..., n);

- координаты существующих станций — их положение в ходе расчетов не меняются;

- стоимость 1 км-пары абонентского кабеля — С_ал ;

- стоимость 1 км-пары кабеля соединительных линий — С_ал ;

- величина удельной нагрузки-y;

- упрощенная формула для расчета числа соединительных линий как функция нагрузки;

- абонентская матрица для всей сети;

- расчетный масштаб матрицы (удобнее всего за единицу длины принимать размер стороны квадрата матрицы);

- координаты квадратов, в которых могут находиться точки пересечения трасс кабелей соединительных линий с границами телефонных районов для кратчайших путей СЛ между намеченными станциями.

Программа вычислений может быть реализована, например, по следующему алгоритму.

1. Определяются расстояния по ортогональным трассам прокладки кабеля от каждого из квадратов ij до каждой из намеченных на сети станций:

2. Элементы абонентской матрицы распределяются по станциям, причем в качестве критерия отнесения квадрата if к одной из станций принимается минимальное из расстояний

(s=1,2,…,n):

Таким образом, множество A всех элементов матрицы делится на n непересекающихся подмножеств элементов:

3. Суммируются намеченные на данный срок проектирования емкости элементов , подключаемых к данной станции. Получаем, таким образом, первоначальную емкость каждой станции;

4. Рассчитывается поступающая нагрузка на каждой станции:

5. Рассчитываются нагрузки по направлениям, например исходя из равенства коэффициентов тяготения (если нет других предположений) :

6. Для каждого направления рассчитывается число линий при заданных значениях потерь и доступности:

7. Для определения координат обобщенных телефонных центров с учетом СЛ рассчитывается эквивалентное число ТА тех граничных элементов матрицы, через которые намечено прохождение трасс кабелей СЛ:

8. Находятся координаты х_оз, y_os обобщенных телефонных центров телефонных районов, которые соответствуют точке, сумма расстояний от которой до всех ТА, в том числе и фиктивных ТА, которые вводятся в граничные элементы матрицы, минимальна. Необходимо иметь в виду, что некоторые из точек возможного местоположения новых телефонных центров могут быть запрещены, о чем должна иметься соответствующая информация в памяти машины.

9. Производится сравнение положения точек

Если

меньше некоторой нормированной величины, то для данного телефонного района местоположение РАТС не меняется. В других случаях координаты станции изменяются и программа возвращается к п. 1 алгоритма, заново решая задачу для всей сети.

10. Если после очередного цикла расчетов ни в одном из телефонных районов не потребуется смещать ранее определенные местоположения станций, то такое размещение станций, распределение элементов матрицы по станциям и, следовательно, емкости станций и границы телефонных районов считаются окончательно установленными для выбранного первоначально числа станций.

11. Производится ряд технико-экономических расчетов для возможности последующей всесторонней оценки этого начального варианта. Характер этих расчетов и их точность могут заранее быть запрограммированы в зависимости от цели проектировщиков. Для текущего проектирования, очевидно, может потребоваться большое количество различных данных по рассмотренному варианту. В частности, ЭВМ может выдать:

- местоположение районных АТС

- перечень элементов матрицы a^(s)_ij, приписанных к каждой станции, и тем самым границы районов;

- емкости станций m_s;

- среднюю протяженность абонентских линий в каждом районе рал и распределение длин в пределах каждого района;

- протяженность межстанционных соединительных линий для каждой пары станций L^(sr)cл;

- стоимость сетей абонентских и соединительных линий Кал, Kсл;

- стоимость станционных сооружений Кст·.

Помимо этого, для начального варианта районирования, возможно, провести все расчеты и получить все данные для различных нагрузок, создаваемых на станциях. Возможно, также учитывать структурный состав абонентов, указывая в каждом квадрате абонентской матрицы две категории абонентов, учитывать неравномерность коэффициентов тяготения между станциями и т д.

Все это определяется, с одной стороны, желаемой степенью точности, с другой — наличием соответствующих исходных данных и возможностями имеющейся в распоряжении проектировщика ЭВМ.

12. Расчеты по пп. 1-11 производятся для других значений числа станций, которые представляются проектировщику целесообразными.

После получения результатов расчетов по всем вариантам производится тщательный технико-экономический анализ, взвешиваются все обстоятельства и факторы, которые не могли быть учтены либо не могли быть представлены в виде функциональных зависимостей или в виде количественных ограничений, и только после всестороннего обоснования принимается решение.