Automatizirano projektiranje telekomunikacijske infrastrukture...
Transcript of Automatizirano projektiranje telekomunikacijske infrastrukture...
-
Automatizirano projektiranje telekomunikacijske infrastrukture softverskim alatom baziranim na
geografskom informacijskom sustavu (GIS)
Damir Medved*, Saša Vojvodić*, Neven Severinac* ,Tomislav Pavičić* i Vlatko Roland** * Ericsson NT d.d., Zagreb, Hrvatska ** Institut za GIS, Zagreb, Hrvatska
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
Sažetak - Jedinstvena platforma na kojoj se spremaju svi
elementi projekta nove i/ili postojeće telekomunikacijske
infrastrukture pojednostavljuje i ubrzava realizaciju novih
projekata. Softverski alat baziran na GIS podacima, nedvosmisleno precizira trase i vizualizira administrativne
pretpostavke za realizaciju projekta (npr. građevinske
dozvole ili pravo puta).
Za kvalitetnu realizaciju projekata neophodni su ažurni
GIS podaci. Prilikom izrade projekta svjetlovodne
infrastrukture to su svi objekti od interesa kao što su
namjena i korištenje prostora, kućanstva, ceste, zemljišne čestice te dostupnost postojeće telekomunikacijske i druge
infrastrukture.
Alat za planiranje mreže automatski izračunava potrebne
količine materijala i trasa za realizaciju projekta te
rezultate pohranjuje u GIS bazu. Iz baze se lako izračunava
ukupna potrebna investicija, te se dodatnim funkcionalnostima lako upravlja i prati realizacija projekta
na terenu.
Time je omogućena ključna komponenta uvođenja
konzistentnosti u sve poslovne procese a posredno i u
podatke, a to je implementacija upravljanja životnim
ciklusom mrežne infrastrukture. Najveći izazov pri izradi
ovakve vrsta projekata je osiguranje kvalitetnih ulaznih
podataka.
Uređivanje i harmonizacija svih relevantnih podataka kroz izgradnju kvalitetno dizajnirane GIS baze omogućit će
našem društvu efikasnije planiranje razvoja i izgradnje
širokopojasnih mreža, lakše povlačenje sredstava iz EU
fondova, pomoć pri donošenju odluka vezanih uz prostor, te
transparentnu dostupnost društveno značajnih informacija.
I. UVOD
A. Potrebe
Današnji način života okružen digitalnim sadržajima
širi se u svim područjima društva povezujući svakoga i sve. Novo umreženo društvo omogućuje ljudima
napredniju suradnju, otvara nove mogućnosti inovacija,
potiče edukaciju, unaprijeđuje javni servis, a sudionici u umreženom društvu djeluju na načine za koje još prije
nekoliko godina nismo mislili da će ikada biti mogući.
Da bi se ostvario potencijal umreženog društva,
potrebna je nova, brža telekomunikacijska infrastruktura na osnovama jednostavnih, pametnih i skalabilnih rješenja
fleksibilnih mreža i mreža spremnih za budućnost. To su
mreže i mrežne tehnologije koje se razvijaju u svojim performansama od nekadašnjeg dial-up pristupa, ISDN-a
(engl. Integrated Services Digital Network), preko danas raširenog ADSL-a (engl. Asymmetric Digital Subscriber
Line) do sutrašnjeg sveprisutnog pristupa svjetlovodnim vlaknom.
Promjene u mogućnostima, a time i ponašanju krajn jih korisnika dig italnih i sve obimijih video sadržaja
zahtjevaju veće brzine i kvalitetu usluga koja je već sada
dovela postojeću bakrenu telekomunikacijsku infrastrukturu do svojih limita. Postojeća digitalna DSL
tehnologija doseže maksimalne brzine do 50 Megabita u sekundi (Mbps) u predaju, i jako je ovisna o kvaliteti
bakrene veze. Ova brzina nije dovoljna za mnoge nove aplikacije, pa je potrebno planiranje i izgradnja novih
svjetlovodnih mreža. Primjeri prijemnih i predajnih brzina
ovsnih o tehnologijama i aplikacijama prikazan i su Slika 1.
Slika 1. Brzine prijenosa u odnosu na tehnlogiju i uslugu
B. Utjecaj nove infrastrukture na društvo
Investicije u razvoj nove širokopojasne infrastrukture utječu na bruto domaći proizvod (BDP) direktnim
angažmanom kapitala u izgradnji, te dugoročnim
utjecajem promijenjenih ekonomskih i socijalnih aspekata (edukacija, zdravlje, uprava), te pozitivnog utjecaja na
okoliš (promet, CO2), Slika 2. , [1].
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
-
Slika 2. Utjecaj nove infrastrukture na BDP
Mogućnosti koje pruža nova radna okolina pozitivno
utječu na mogućnosti kreiranja novih radnih mjesta. Također ne zaboravimo na pozit ivan efekt smanjenja
emisije CO2, Slika 3. [1].
Slika 3. Utjecaj nove infrastrukture na zapošljavanje
II. TEHNOLOGIJA I TOPLOGIJA SVJETLOVODNIH PRISTUPNIH MREŽA
A. Očekivanja od nove mreže – zašto projektiramo?
Potrošačka potražnja za IPTV i drugim naprednim uslugama danas stvara potrebu za konvergentne, u
potpunosti IP (engl. all-IP) bazirane svjetlovodne mreže visokog kapaciteta. Obećanje koje daje sve-svjetlovodna
IP mreža uključuje i v isoku učinkovitost i uštedu troškova te znatno veću propusnost. Tako ne treba čuditi da je
većina telekomunikacijskih operatora već odabrala
gigabitne pasivne svjetlovodne mreže (engl. Gigabit Passive Optical Network, GPON) [2] točka-do-više točaka
(engl. Point-to-Multipoint, P2MP) sustava koji dijele jedno svjetlovodno vlakno za povezivanje više korisnika
bez potrebe za aktivnom opremom u vanjskom postrojenju. GPON, Ethernet i ITU (engl. The
International Telecommunication Union) standard, nudi
isplativo rješenje koje osigurava visoku brzinu prijenosa podataka i napredne funkcionalnosti. Pasivne komponente
instalirane izvan telekomunikacijskog središta ne zahtijevaju dodatno napajanje za rad. Kako više korisnika
dijeli dio distribucijske mreže, potrebno je manje mjesta za aktivna sučelja i svjetlovodne distribucijske okvire u
ormarima u telekomunikacijskom središtu. GPON pruža
migracijski put prema all-IP mrežama i nudi potrebnu propusnost za isporuku nove napredne glasovne, video i
podatkovne usluge.
B. Pametna arhitektura mreže omogućuje trenutne
usluge i usluge sljedeće generacije
Umreženo društvo predviđa velike zahtjeve na kapacitet medija korištenjem velikog broja uređaja. Nova
mreža treba biti svjesna uređaja, sadržaja, položaja
korisnika i toka podataka, a takvu arh itekturu podržavaju
GPON mrežna rješenja. Dedicirani prometni upravljači u PON arhitekturi omogućavaju nuđenje fleksibilnih paketa
krajn jim korisnicima te na taj način koriste minimalni broj konekcija na najučinkovitiji način.
Na Error! Reference source not found. prikazana je osnovna arhitektura GPON tehnologije i način spajanja
krajn ih korisnika. Može se vidjeti da od GPON optičkog lin ijskog terminala (engl. Optical Line Terminala, OLT)
koji se nalazi u telekomunikacijskom središtu ide samo
jedno vlakno do pasivnog razdjelnika koji onda dijeli to isto vlakno na više krajnjih korisnika. Tako između
telekomunikacijskog središta i krajnjih korisnika nema potreba za aktivnom opremom i napajanjem opreme
električnom energijom, već je sva oprema pasivna.
Slika 4. GPON mreža od točke do više točaka
Neke od prednosti GPON tehnologije [3] i arhitekture
mreže su:
Ušteda svjetlovodnih niti između telekomunikacijskog središta, tj. centralnog distribucijskog mjesta (engl. Central Office,
CO) i djelitelja (engl. splitter)
Samo se pasivna oprema (svjetlovodne niti i djelitelji) instalira izvan CO, dok je sva
aktivna oprema s mještena u CO ili kod krajnjeg korisnika
Pouzdanje mreža s obzirom na potencijalne ispade elektroenergetskog sustava
Kako se koristi struktura točka-do-više točaka iskorištava se manje portova na aktivnoj
opremi u odnosu na točka-do-točka strukturu
Podrška za scenarij plati kad je potrebno proširenje (engl. pay as you grow scenario)
GPON tehnologija je tehnologija sa otvorenim standardima i spremna je za
budućnost te nadogradnju tehnologije kao takve
C. Dimenzioniranje
Izabrana tehnologija i topologija nove mreže određuje
arhitekturalno rješenje, te time utječe na izradu nominalnih p lanova distribucijskih i agregacijskih dijelova
mreža. Razmotrimo dimenzioniranje distribucijske mreže na razini jedinice lokalne samouprave, to jest općine.
Područje općine ili aglomeracije d ijeli se na planske
ćelije čija se područja određuju gustoćom naseljenosti, sadašnjih i budućih potreba, te parametrima izabrane
-
tehnologije. Unutar svake planske ćelije instalira se vanjski svjetlovodni distribucijski ormar (engl. Fiber
Distribution Hub - FDH) kao središnje mjesto koncentracije svjetlovodne distribucijske mreže za
pojedinu plansku ćeliju. Unutar FDH čvora instalira se svjetlovodni djelitelji tako da je svjetlovodna
distribucijska mreža od FDH do krajnjeg korisnika izvedena u zvjezdastoj topologiji.
Svaki FDH spaja se na centralno distribucijsko mjesto
pojedine općine na kojem će biti smješteni unutarnja telekomunikacijska oprema. Centralno distribucijsko
mjesto (CO) se sa svakim FDH spaja direktnom vezom koja je izvedena sa svjetlovodnim kabelom odgovarajućeg
kapaciteta.
Slika 5. Logička shema povezivanja na nivou općine
Distribucijski čvorovi (FDH) dimenzioniraju se za
proračunati kapacitet uz minimalno +20% kapaciteta u rezerv i za buduća proširenja i/ili nove korisnike.
Svjetlovodna distribucijska mreža između FDH i krajn jeg
korisnika u pravilu je maksimalne dužine do 1000 m po trasi sa ciljem što manje potrebe za varenjem
svjetlovodnih vlakana. Svaki krajnji korisnik spaja se s jednom cjevčicom u ko ju se potom upuhuje svjetlovodno
vlakno.
Općenito, korisnici se mogu podijeliti u dvije
kategorije:
Rezidencijalni/mali (engl. single dwelling unit, SDU) -> 1 svjetlovodno vlakno s 2 niti
Poslovni/veliki (engl. multi dwelling unit, MDU) -> 1 svjetlovodno vlakno s 8 niti
Od toga se jedna nit terminira u korisničkom pristupnom terminalu i u distributivnom čvoru, dok ostale
niti služe za buduće potrebe.
III. PROBLEM ULAZNIH PODAT AKA
Dostupnost i kvaliteta ulaznih podataka značajno utječu na rezultate projektiranja mreže. Primjerice, manja
cijena izgradnje i što jednostavnija pravna procedura može se osigurati imamo li dostupan podatak koje su parcele u
vlasništvu jedinice lokalne samouprave, a dimenzioniranje
rezervnog kapaciteta može se preciznije odabrati ukoliko je dostupan prostorni plan i strategija razvoja.
Poželjno je primijeniti GIS pristup gdje su ulazni podaci organizirani u prostornoj bazi podataka kako bi se
moglo izvršiti prostornu analizu i dobiti što bolje rezultate. Većina podataka koji su bili na raspolaganju u
dosadašnjim projektima a odnosili su se na kartografsku vizualizaciju (karte i planovi) nije bila dovoljne kvalitete
za automatizaciju procesa projektiranja uz pomoć GIS sustava prikazano Slika 6.
Slika 6. Proces dizajna svjetlovodne mreže
Ishodište problema leži u činjenici da je naglasak kod postojećeg procesa prikupljanja podataka bio na „crtanju“
a nije se vodilo računa o konzistentnosti nego samo o njihovoj vizualnoj reprezentaciji. Stoga je prv i korak u
planiranju analiza, razvrstavanje, konverzija i uređivanje
ulaznih prostornih i tabličnih podataka korištenjem GIS i ETL alata (Extract-Transform-Load).
Poligonski i linijski podaci moraju bit i topološki ispravni, ne smije biti preklapanja poligona (overlap) niti
„rupa“ između susjednih poligona (gaps). Linije moraju biti zaljepljene (snap) jedna na drugu, pojedina linija ne
smije zatvarati petlje (self-intersect) sama sa sobom. Mora
biti osigurana povezivost alfanumeričkih podataka (preko jedinstvenih identifikatora) s prostornim podacima.
Na Slika 7. vidljive su topološke greške gdje linije cesta nisu zaljepljene jedna na drugu u čvorovima , te
preklapanja i praznine na sloju katastarskih čestica
Slika 7. Topološke pogreške
U sljedećem primjeru, Slika 8. , adresa je upisana crnim tekstom a broj stanara na pojedinoj adresi crvenim
tekstom. Situacija broj 1 (zaokruženo na slici) ukazu je na
pogrešan unos naziva ulice (Splitska 1 umjesto Osječka 1). U situaciji bro j 2 v idljiva je greška nastala prilikom
unosa broja stanara (22 stanara u privatnoj kući tlocrtne površine 60m2). U planiranju bi se do te adrese dovelo 8
(MDU) umjesto 2 (SDU) niti ako greška ne bi bila ispravljena. Situacija broj 3 pokazuje neupisanu adresu na
stambenoj zgradi. Potrebno je izvršiti provjeru na terenu,
upisati podatke u bazu i tek tada planirati mrežu.
-
Slika 8. Primjer netočnih adresa i broja stanara
Prilikom sređivanja podataka tipični problemi na koje se nailazi su starost podataka od deset i više godina,
neažurne evidencije, nečitka slova hrvatske abecede (korištena stara kodna stranica 437). Vrlo često se
prostorni podaci nalaze u „starom“ koordinatnom sustavu, 5. i 6. zoni Gauss Krugerove projekcije te ih je potrebno
preprojicirati koristeći prikladne transformacijske
parametre.
Problem uzrokuje i prostorna netočnost podataka s
pogreškom koja iznosi i do desetak metara, neažurnost ili nepostojanje pojedinih podataka u bazi kao što je vidljivo
na Slika 9. Slo j cesta preklopljen sa snimkom iz zraka ukazuje na starost i netočnost podataka. U sljedećem
primjeru vid ljiv je velik broj adresa (crvene točke) ali
ceste nisu ucrtane u bazi te ih treba dodatno unijeti.
Slika 9. Netočne i neucrtane ceste u bazi
IV. PROJEKTIRANJE UZ POMOĆ GIS ALATA
Dosadašnje metode projektiranja u kojima se nije
koristio GIS bazirani alat, potrebno je zamijeniti sistemskim GIS rješenjima, transparentnom dostupnošću
svih potrebnih ulaznih parametara koji će osigurati kvalitetu projekta i njegovu dugoročnu konzistenciju.
A. Neophodni ulazni podaci i koordinatni sustav
Za kvalitetan proces planiranja mreža potrebno je više
vrsta informacija. Generalno se mogu podijeliti u
poligonske, linijske, točkaste i alfanumeričke vrste podataka. Ulazn i geoprostorni podaci trebaju biti
pohranjeni u nekom od standardiziranih GIS formata (npr. kao *.shp datoteka). Ako se koristi ESRI ArcGIS
platforma [4], dobro je da podaci budu konsolidirani u *.gdb prostornu bazu podataka (engl. File Geodatabase ).
Odlukom Vlade RH defin iran je koordinatni sustav kartografske projekcije HTRS96/TM kao referentni i od
2010. godine je ušao u službenu primjenu. HTRS96/TM sustav koristi se i za projekt iranje svjetlovodne
infrastrukture u GIS alatu.
Kao podloge za izradu projekata mogu se također
iskoristiti podaci dostupni na javnim servisima DGU
(URL: http://geoportal.dgu.hr/wms). Nakon uspješnog spajanja može se iz popisa slojeva odabrati željeni sloj
čime se može provjeriti da su dostavljeni podaci i korištene podloge ažurni i u korektnoj projekciji.
Tematski slojevi koji se koriste pri p laniranju su katastarske čestice i objekti u vlasništvu JLS, lokacije
poduzetničkih zona, odnosno prostora buduće izgradnje -
sadašnji i budući prostorni planovi (UPU, DPU i sl.) te lokacije potencijalnih prepreka (groblja, jezera, zaštićeni
krajobraz).
Neophodno je poznavati trase postojeće i planirane
infrastrukture (prometnice, kanalizacije, vodovodi, plinovodi, javna rasvjeta) i lokacije objekata koji su u
vlasništvu JLS, a mogu poslužiti kao preferirane ishodišne
točke za planiranje optičke mreže.
Adresni model sa koordinatama kućnih brojeva koristi
se za geokodiranje agregiranih statističkih podataka o potencijalnim korisnicima sustava, informacija o broju i
tipu poduzeća u pojedinoj zgradi, broj zaposlenika i vrsta djelatnosti.
B. Softverski alat baziranim na geografskom informacijskom sustavu
Za bolje sagledavanje važnosti spomenutih prostornih i statističkih informacija u procesu automatiziranog
projektiranja donosimo kao primjer kratak pregled procesa projektiranja FTTx mreža uz pomoć sustava Ericsson
Network Engineer (ENE).
Nakon pripreme dostavljenih podataka (eventualne
konverzije ili dorade, statističke obrade), pristupa se
njihovom učitavanju u Ericsson Network Engineer te pokretanje procesa projektiranja mreže.
Slika 10. Prikaz radnog prozora Ericsson Network Engineer alata
Kako je prikazano na Slika 10. . vidljive su točke od
interesa za FTTx projekt te cesta koja u konkretnom
-
slučaju služi kao ruta prema ko joj će sustav izvršiti optimizaciju elektroničke komunikacijske infrastrukture
(EKI). Uobičajeno je da se kao ruta koristi postojeća komunalna infrastruktura čime se pojednostavljuje
imovinsko pravna problematika i minimiziraju troškovi gradnje. Otvaranjem novog radnog naloga u aplikaciji,
započinjemo proces projektiranja nove mreže na osnovu prikazanih ulaznih podataka.
Sami proces projektiranja uvelike je ubrzan uz pomoć
čarobnjaka (eng. Design Assistant) kojemu je potrebno definirati sve potrebne parametre (opremu, rute i označiti
koje interesne točke koristimo) i daljnje pro jektiranje je u potpunosti automatizirano (Slika 11. Slika 12. ).
Slika 11. Jedan od prozora čarobnjaka za automatizaciju procesa (Design Assistant)
Time se značajno smanjuju potencijalne ljudske
pogreške, povećava brzina samog projektiranja i
pojednostavnjuje pronalazak najoptimalnije varijante projekta.
Tijekom automatiziranog procesa projektiranja mreže na grafičkom sučelju sustava za projekt iranje pratimo tijek
procesa. U realnom vremenu prikazuje se izgenerirana topologija mreže (slika 11.) čiji se detalji u bilo kojem
trenutku mogu izmjenit i i sa izmjenjenim detaljima
nastaviti automatizirani proces.
Provjerom i usporedbom dobivenih tehničkih rješenja,
projektant odabire optimalnu varijanu koja se onda završno obrađuje.
Slika 12. Dimenzioniranje svjetlovodne infrastrukture u ENE alatu
Konačni rezultat je optimalna topologija planirane mreže te kompletan troškovnik u skladu sa tehničkim
rješenjem a što je prikazano Slika 13. .
Slika 13. Primjer troškovnika za jednu plansku ćeliju
Ovako dobiveno rješenje predstavlja optimalan idejni
projekt i predstavlja kvalitetno ishodište za zadovoljenje
brojnih potreba JLS (strateško planiranje i budžetiranje, priprema materijala za natječaje, katastar vodova, itd.).
Slika 1. Višedimenzionalno korištenje alata za projektiranje
Upravo korištenje GIS baziranog alata za projekt iranje znatno ubrzava proces planiranja (Slika 6. ) i omogućava
uspostavu kvalitetnog mehanizma (Slika 1. za upravljanje
Red. broj Naziv produkta Količina Jedinica
1. Oprema
1.1 Mikro cijev 1 5.533 m
1.2 Mikro cijev 4 1.544 m
1.3 Mikro cijev 7 746 m
1.4 Mikro cijev 12 1.182 m
1.5 Mikro cijev 19 1.094 m
1.6 Mikro cijev 24 3.377 m
1.7 Optičko vlakno (2 vlakna) 107.292 m
1.8 Optičko vlakno (8 vlakana) 5.062 m
1.9 Distribucijski ormar (vanjski) 1 komad
1.10 Spojnica za mikrocijevi (100 kom.) 1.570 komad
1.11 Račva za mikrocijevi 196 komad
1.12 Pristupni terminal (kućni) 193 komad
2. Građevinski radovi
2.1 Instalacija mikro cijevi (veće) 5.475 m
2.2 Instalacija mikro cijevi (manje) 3.695 m
2.3 Iskop rupe 150 komad
2.4 DTK montažni zdenac 4 komad
2.5 Instalacija distr. ormara 1 komad
2.6 Instalacija prist. terminala 193 komad
2.7 Varenje opt. Vlakna 193 komad
-
životnim ciklusom mrežne infrastrukture (od planiranja preko izgradnje i eksploatacije te konačno održavanja).
V. ZAKLJUČAK
Prije neposrednog planiranja mreže potrebno je izraditi
ažurnu GIS prostornu bazu podataka i uspostaviti mehanizme održavanja sustava. Time JLS dobiva
kvalitetni sustav za podršku odlučivanju kojeg može koristiti ne samo u planiranju i izgradnji
telekomunikacijske infrastrukture nego i u drugim projektima. Smjern ice za implementaciju takvog sustava
su:
1. Napraviti kvalitetni pregled stanja svih postojećih prostornih i alfanumeričkih podataka zasnovan na
stručnom pristupu kontrole podataka (topologija, popunjenost atributa, jedinstvenost i usklađenost
identifikatora).
2. Popisati potrebe korisnika za prostornim informacijama (informacijski proizvodi) prema trenutnim saznanjima, administrativnim i zakonskim
obvezama i pravilima, te korištenjem metode
intervjua dionika.
3. Izraditi model GIS baze podataka, u službenom koordinatnom sustavu HTRS96/TM, zasnovan na identificiranim potrebama korisnika.
4. Konvertirati postojeće podatke, provesti kontrolu kvalitete i unijeti podatke u GIS bazu.
5. Načiniti p lan upravljanja podacima za određeno vremensko razdoblje, opisati procese prikupljanja i
uređivanja podataka s jasnim ulogama pojedinih dionika.
Tako pripremljen GIS sustav omogućava da se uopće može pristupiti projektiranju mreža uz pomoć naprednih
alata za projektiranje.
Time se značajno smanju ju troškovi te se olakšava dugoročna održivost cjelokupne komunalne infrastrukture.
LITERATURA
[1] The Impact of Broadband on the Economy, Research to Date and
Policy Issues, April 2012, , www.itu.int/broadband
[2] ITU-T Rec. G.984 Gigabit -capable Passive Optical Networks (GPON), 2003
[3] Ericsson interna dokumentacija
[4] Roger Tomlinson, Thinking about GIS, ESRI Press 2003.
http://www.itu.int/broadband