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

damir.medved@ericsson.com; sasa.vojvodic@ericsson.com; vlatko@i-gis.hr; neven.severinac@ericsson.com

tomislav.pavicic@ericsson.com

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:damir.medved@ericsson.commailto:sasa.vojvodic@ericsson.commailto:neven.severinac@ericsson.commailto:tomislav.pavicic@ericsson.com

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