Модернизация магистральной оптической сети связи

АННОТАЦИЯ

Настоящий дипломный проект посвящен модернизации магистральной оптической сети связи на участке Сосногорск - Лабытнанги Северной железной дороги при помощи мультиплексора FlexGain A2500 Extra. Рассмотрены вопросы организации системы телефонной связи, обоснование выбора типа цифрового оборудования и технические данные мультиплексора FlexGain A2500 Extra. Произведены расчеты регенерационных участков, количество регенераторов, а также произведен расчет и построение диаграммы уровней передачи Разработаны планы размещения мультиплексоров и регенераторов на проектируемом участке. Рассмотрен вопрос по проектированию системы удаленного мониторинга оптических волокон. Разработана схема организации удаленного мониторинга оптических волокон на базе системы FiberVisor (EXFO). Рассмотрены вопросы охраны труда по нормализации параметров микроклимата в помещениях электромеханика. Рассчитаны капитальные вложения, эксплуатационные расходы и приведенные затраты проекта.

Данный дипломный проект может быть принят к внедрению на других участках железнодорожного транспорта.

ВВЕДЕНИЕ

Мир телекоммуникаций и передачи данных сталкивается с динамично растущим спросом на частотные ресурсы. Эта тенденция в основном связана с увеличением числа пользователей Internet и также с растущим взаимодействием международных операторов и увеличением объемов передаваемой информации. Полоса пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается. Поэтому поставщики средств связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно (ОВ) в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Благодаря появлению современных волоконно-оптических кабелей оказались возможными высокие скорости передачи в линейных трактах (ЛТ) цифровых систем передачи с одновременным удлинением секций регенерации до 100 км и более. Производительность таких ЛТ превышает производительность цифровых трактов на кабелях с металлическими парами в 100 и более раз, что радикально увеличивает их экономическую эффективность. Большинство регенераторов оказывается возможным совместить с оконечными или транзитными станциями.

Быстрое развитие телекоммуникационных сетей и необходимость существенного увеличения объема, надежности и экономичности передачи цифровых сигналов привели к коренным изменениям в практике построения и использования интегральных цифровых сетей.

Телефонизация неразрывно связана с развитием первичной сети, изменением топологии местных телефонных сетей общего пользования, их цифровизацией и внедрением новых технологий АТМ, SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронной цифровой иерархии). Перспективы развития транспортных сетей заключаются в дальнейшей цифровизации магистральной первичной сети - строительстве волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), выполненных по технологии синхронной цифровой иерархии (SDH). Системы СЦИ обеспечивают скорости передачи от 155 Мбит/с и выше и могут транспортировать как сигналы существующих цифровых систем, так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура SDH является программно управляемой и интегрирует в себе средства преобразования, передачи, оперативного переключения, контроля, управления.

Интенсивное развитие современных телекоммуникационных сетей, их мультисервисная многоуровневая структура и сложная разветвленная топология, выдвигают новые требования к принципам эксплуатации сетей связи. Наиболее эффективно задачи эксплуатации решают автоматизированные системы мониторинга телекоммуникаций, обеспечивающие в реальном режиме времени централизованный контроль работоспособности сети, обнаружение неисправностей с возможностью их прогнозирования и минимизации времени устранения.

Волоконно-оптические сети связи (ВОСС) уверенно наращивают свою мощь и, как любая другая сложная техническая система, для нормального функционирования требуют измерения и контроля своих параметров. В настоящее время решение задач измерения параметров волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) обеспечивают оптические рефлектометры, мультиметры и другие измерительные приборы, которые находятся на вооружении монтажных и эксплуатирующих подразделений.

Однако в современных ВОСС для этих целей все шире используются автоматизированные системы мониторинга.

В первую очередь, необходимо отметить, что объем передаваемой информации непрерывно увеличивается. Современная техника временного и спектрального мультиплексирования обеспечивает скорость передачи в канале более 40 Гбит/с, а число каналов передачи в одном оптическом волокне (0В) может достигать до 100 спектрально-мультиплексированных каналов.

Вторым важнейшим следствием развития ВОЛС является увеличение длины регенерационных участков за счет развития техники широкополосных усилителей оптического сигнала.

Совершенствование технологии увеличило срок службы ВОЛС, что при постоянном высоком приросте и минимальном выводе из эксплуатации обеспечило непрерывный количественный их рост.

Суммируя, отметим следующие особенности современного состояния ВОСС:

наблюдается значительный рост числа функционирующих ВОЛС;

усложняется топология волоконно-оптических сетей;

информационная емкость ВОЛС непрерывно увеличивается;

увеличиваются доля информации и значимость трафика, передаваемых по ВОЛС;

растет цена простоя ВОЛС при авариях.

ВОЛС становятся всеобъемлющими, все более сложными, увеличивается значимость этих систем. Поэтому повышение их надежности приобретает все более важное значение.

Проблема надежности ВОЛС охватывает широкий круг вопросов и по своей сути является комплексной. Ее решение требует применения соответствующих методик оценки, расчета и контроля различных параметров оптических кабелей (ОК) и показателей надежности ВОЛС. Надежность ВОЛС зависит от различных конструктивно-производственных и эксплуатационных факторов. К первым относят факторы, связанные с разработкой, проектированием и изготовлением ОК и других вспомогательных изделий и устройств, входящих в состав ВОЛС. Ко вторым - все факторы, влияющие на надежность ОК в процессе его прокладки, монтажа и последующей эксплуатации.

Одним из основных эксплуатационных факторов, позволяющих прогнозировать ухудшение характеристик оптических волокон и обеспечивать требуемый уровень надежности ВОЛС, является непрерывный мониторинг ОК ВОЛС. При этом системы мониторинга ОК ВОЛС должны предусматриваться уже на этапе планирования и проектирования современных цифровых сетей связи . Это особенно важно и актуально для ВОЛС на воздушных линиях электропередачи (ВОЛС-ВЛ), применяемых при создании больших корпоративных сетей связи крупными энергокомпаниями. Такие ВОЛС-ВЛ имеют очень высокую надежность, но при этом в случае аварии требуют значительных затрат времени и материально-технических ресурсов на проведение аварийно-восстановительных работ.

Именно поэтому системы непрерывного мониторинга оптических волокон в ОК ВОЛС приобретают особую значимость при построении современных цифровых мультисервисных сетей.

Целью дипломного проекта является модернизация магистральной сети связи на участке Сосногорск - Лабытнанги с применением цифровых волоконно-оптических систем передачи.

Первоначально сеть передачи данных дороги была построена на аналоговых проводных линиях связи с использованием каналов тональной частоты и максимальной скоростью на магистральных каналах связи 24 кбит/с.

1. ТЕХНИКО-ЭКСПЛУТАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ оснащенности участка проектирования

Проектируемый участок обслуживается Сосногорским отделением Северной железной дороги. Протяженность данного участка со всеми ответвлениями составляет чуть меньше 900 км. Схема проектируемого участка с перегонами показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема проектируемого участка

Сегодня Сосногорское отделение является крупнейшим структурным подразделением Северной железной дороги: 2588,8 километра развёрнутой длины главных путей, соединяющих все города Республики Коми и Ямало-Ненецкий АО с «большой землёй», 2040 стрелочных переводов, 140 мостов, 108 железнодорожных переездов, 100 станций, 3 локомотивных и 2 вагонных депо, 9 дистанций пути, 4 дистанции сигнализации и связи, 2 дистанции гражданских сооружений, водоснабжения и водоотведения, 3 дистанции энергоснабжения, 5 восстановительных поездов, 4 путевые машинные станции, дирекция по обслуживанию пассажиров.

В соответствии с программой экономического и социального развития Республики Коми на 2006 - 2010 годы и на период до 2015 года предполагается вдвое увеличить грузооборот на Сосногорском отделении Северной железной дороги. Долгосрочная программа предусматривает увеличение промышленного производства к 2015 году по сравнению с 2005 годом более чем в 1,5 раза[11].

В конце 2010 завершено строительство волоконно-оптической линии связи на Воркутинском направлении Северной дороги. Волоконно-оптический кабель и смонтированная на каждой станции аппаратура цифровых систем передачи данных введены в эксплуатацию на самом северном участке Сосногорск - Воркута протяжённостью 700 км. Прокладка ВОЛС на участке Сосногорск - Воркута велась с 2007 года. На полигоне до станции Инта волоконно-оптический кабель типа ОКМС-А-6(2,4)Сп-24(2) укладывали в полосе отвода непосредственно в теле земляного полотна. Севернее на участке Инта - Воркута кабель типа ДПТ-024Т04-06-25,0/0,4-Х подвешивали на опоры линии электропередачи.

ОКМС-А-6(2,4)Сп-24(2) - кабель диэлектрический самонесущий с внешней оболочкой из полиэтилена, с силовыми элементами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, с 6 оптическими модулями с номинальным внешним диаметром 2,4мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 24 стандартными одномодовыми оптическими волокнами.

ДПТ-024Т04-06-25,0/0,4-Х - Оптический кабель марки ДПТ является полностью диэлектрическим изделием, основное применение которого - размещения на объектах электроэнергетики, при повышенном уровне внешних электромагнитных воздействий, а так же в качестве подвески на опорах линий связи, контактной сети железных дорог и линий электропередач[2].

Оперативно технологическая связь(ОТС) на участке Сосногорск- Лабытнанги с начала 2011 работает по волоконно-оптической линии связи на базе мультиплексора СМК-30, однако магистральная связь по прежнему осуществляется по двум симметричным кабелям МКПАБ - 7x4x1,05+5x2x0,7+1x0,7 с использованием аналоговых систем передачи П-306 и К-60п. Схема организации магистральной сети связи на базе аналоговой аппаратуры показана на рисунке 1.2. Для организации магистрального сегмента связи по ОК зарезервировано с 5 по 8 ОВ, а также не задействованы ОВ №№ 15,16.

1.2 Современные волоконно-оптические системы передачи

1.2.1 Стандартные ВОСП

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - синхронная цифровая иерархия - технология передачи высокоскоростных данных на большие расстояния с использованием в качестве физической среды проводных, оптических и радиолиний связи. Данная технология пришла на смену PDH <#"521667.files/image003.gif">

Рисунок 1.3 - Схема построения сети SDH

Рассмотрим принципы построения синхронной цифровой иерархии. Скорость самого медленного цифрового потока в SDH, получившего название STM-1, составляет 155,52 Мбит/сек. Вся полезная нагрузка передается в, так называемом, виртуальном контейнере VC. Информация может быть загружена либо непосредственно в контейнер, либо если речь идет о потоках PDH <#"521667.files/image004.jpg">

Рисунок 1.4 - Функциональная схема Ethernet поверх SDH

Встроенный Ethernet коммутатор является опциональным, однако его наличие расширяет набор реализуемых в сети Ethernet служб. Встраиваемая в Ethernet коммутатор поддержка VLAN (802.1Q), технологии Q-in-Q (802.1ad), приоритезации кадров 802.1p в сочетании с GFP, VCAT, LCAS и остальными возможностями SDH позволяют строить региональные Ethernet сети (Metro-Ethernet) операторского класса. К таким дополнительным возможностям относятся схемы самовосстановления сети и средства эксплуатации, администрирования и обслуживания.

Технология Ethernet не имеет встроенных средств эксплуатации, администрирования и обслуживания (OA&M), обеспечивающих развитые средства диагностики, обнаружения и локализации аварий, мониторинг производительности. При реализации EoS эти функции обеспечиваются встроенными в SDH средствами OA&M. Это важно и критично для тех сетей и тех операторов, которые предоставляют услуги на основе SLA. Поэтому, если сравнивать сеть EoS с коммутаторами Ethernet поверх «темного волокна», то в последнем случае мы имеем дешевый и прямолинейный способ поддержки служб Ethernet, не оставляющий сомнений в том, за что придется платить. И если это домовая сеть, предоставляющая своим абонентам широкополосный доступ в Интернет, то такой подход вполне оправдан. Когда нам надо обеспечить надежный Ethernet транспорт для бизнес приложений (особенно в сочетании со службами выделенных каналов E1), то зачастую EoS наиболее эффективный способ.

Системы SDH следующего поколения - многофункциональные мультисервисные платформы, предоставляющие множество услуг без дороговизны и сложности наложенных сетей[5]..

1.3 Системы удаленного мониторинга оптических волокон

Контролировать состояние и измерять параметры ВОЛС необходимо как в процессе монтажа, так и во время эксплуатации. Кроме того это требуется делать при авариях - для определения их причины и места, при ремонтных работах - для определения качества проведенных ремонтных работ, для профилактики - с целью предупреждения аварий и повышения надежности ВОЛС.

В процессе эксплуатации возникает необходимость контроля полного затухания тракта и затухания, вносимого сростками. В случае аварии, при обрыве ОК или ОВ, требуется быстро и точно определить место обрыва.

Для прогнозирования аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг состояния тракта и анализировать изменение его состояния, находить и анализировать существующие в нем неоднородности.

В настоящее время при измерении параметров оптического тракта наиболее распространенным является рефлектометрический метод. В методе импульсной рефлектометрии (OTDR) формируется короткий зондирующий оптический сигнал, который через оптический разветвитель вводится в исследуемое ОВ. Сигнал, отраженный на неоднородностях, поступает на фотоприемное устройство рефлектометра. Временной анализ отраженного сигнала обеспечивает фиксацию эволюции зондирующего сигнала вдоль ВОЛС с последующим определением параметров тракта.

Оптические рефлектометры позволяют измерять: общее затухание (дБ) и распределение затухания - погонное затухание в ОВ (дБ/км); затухания, вносимые неоднородностями (разъемные и неразъемные соединения, прочие неоднородности); координаты неоднородностей.

Следует отметить основные характеристики оптических рефлектометров:

диапазон длин волн зондирующего излучения лямбда s: 0,85 и 1,31 мкм - для многомодовых 0В; 1,31, 1,55 и 1,625 мкм -для одномодовых ОВ;

динамический диапазон измерений, который определяет максимальное затухание в измеряемом 0В при заданном времени усреднения;

разрешение по расстоянию, обеспечивающее возможность различить две неоднородности на ОВ;

ближняя зона нечувствительности;

Современные оптические рефлектометры представляют собой измерительные устройства с возможностями мощного персонального компьютера и обеспечивают измерение, обработку и накопление первичного отраженного сигнала; обработку, анализ и хранение рефлектограмм, а также возможность обмена информацией и дистанционного управления с помощью сетевых решений. С их помощью можно успешно решать задачи измерения параметров ВОЛС.

Интенсивное развитие современных телекоммуникационных сетей и необходимость обеспечения их безотказной работы выдвигают на первый план задачу централизованного документирования и контроля сетевого кабельного хозяйства с возможностью прогнозирования и минимизации времени устранения неисправностей возникающих в волоконно-оптических линиях связи. Наиболее эффективно данная задача решается с помощью автоматизированных систем администрирования волоконно-оптических кабелей, включающих систему удаленного контроля оптических волокон (Remote Fiber Test System - RFTS), программу привязки топологии сети к географической карте местности, а так же базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля.

Независимо от метода контроля оптических волокон, система должна обеспечивать:

Дистанционный автоматический контроль пассивных и активных оптических волокон кабелей;

Документирование волоконно-оптического кабельного хозяйства;

Автоматическое обнаружение неисправности ВОЛС с указанием ее точного местоположения на основе сравнения текущих и эталонных результатов измерения параметров ВОЛС;

Проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме по запросу оператора системы;

Различные способы оповещения персонала о повреждении оптических кабелей (визуальная и звуковая сигнализация, автоматическая рассылка сообщений на пейджер, по заданным адресам электронной почты, по факсу);

Автоматический анализ изменения параметров оптических волокон во времени на основе накапливаемых в процессе мониторинга данных;

Для обеспечения функции управления процессом инсталляции ВОК должен быть предусмотрен удаленный доступ к системе по различным каналам связи с использованием портативного компьютера или рефлектометра со специальной функцией удаленного доступа;

Совместимость с Bellcore форматом хранения рефлектограмм. Эта функция предназначена для возможности загрузки в систему данных измерений, произведенных на сети с помощью рефлектометров различных фирм-производителей.

Система должна иметь возможность интеграции в общую сеть управления телекоммуникациями (TMN) сети связи оператора.

Важнейшей функции системы RFTS является то, что она постоянно автоматически ведет сбор и статистический анализ результатов тестирования оптических волокон сети. Статистический анализ с использованием корреляционных, многофакторных методов, а также современных нейросетевых методов дает возможность обнаруживать и прогнозировать неполадки волокна задолго до того, как они приведут к серьезным проблемам в сети.

проектирование волоконный оптический связь

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Сравнительный анализ оборудования NG-SDH

В настоящее время на российском рынке представлены четыре системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования

Производитель: Alcatel-Lucent

Мультиплексор Metropolis AMU 1655:

Модульный мультиплексор с поддержкой Gigabit Ethernet over SDH и защитой матрицы кроссконнектов.

Тип/класс: Мультиплексор Metropolis AMU 1655

Основные технические характеристики: Два типа корзин (с 1 или с 4 трибутарными слотами). Поддержка до 4 интерфейсов STM-16, до 8 интерфейсов STM-4/1 на основных платах. Различные типы трибутарных плат, 63 E1 на одной трибутрной плате, поддержка Gigabit Ethernet over SDH. Поддержка интерфейсов CWDM и одноволоконных интерфейсов.

Область применения: Универсальный мультиплексор - Доступ, Магистральные и Городские транспортные сети.

Преимущества и отличительные особенности: Защита матрицы кроссконектов. Основные платы включают матрицу, контроллер и 4 порта SDH. Уникальная компактность в своем классе - 8 систем в конструктиве 2,2 м на 300 мм.

порта E1 (варианты 120 и 75 Ом) трибутарная плата 2xSTM-4 или 8хSTM-1 (SFP)

2×10/100 Base-T+ 4 x E1 (120 & 75 Ohm)

2×10/100/1000 Base-T или 2 x GBE (SX и LX на основе SFP)+4 x E1 (120 & 75 Ohm)

4×10/100 Base-T + 32 x E1 (120 & 75 Ohm)

Любая интерфейсная плата занимает один интерфейсный слот любого варианта полки. Поддерживаются платы 1643AM-AMS через адаптер.

Производитель: Lucent Technologies

Мультиплексор и система передачи WaveStar ADM 16/1 предназначен для организации каналов STM-16 в городских и магистральных сетях. WaveStar ADM 16/1 может использоваться как терминальный мультиплексор 1+1 и 1x0, мультиплексор ввода-вывода, локальный WaveStar® ADM 16/1кросс-коммутатор.

Одной из главных функциональных возможностей WaveStar® ADM 16/1 является ввод/вывод и гибкая кросс-коммутация потоков 2 Мбит/с непосредственно на уровне STM-16. Поддерживаются механизмы защиты, MS-SPRing, DNI, VC-SNC/N, MSP.

С установленной картой WaveStar® TransLAN™ мультиплексор WaveStar ADM 16/1 выполняет функции мультисервисного сетевого элемента с поддержкой стандартов IEEE 802.1q и IEEE 802.1p, обеспечивая высокоэффективный транспорт данных и голоса по каналам SDH. Мультиплексор поддерживает интерфейсы: DS1, E1, E3, DS3, E4, 10/100 Base-T Ethernet, STM-0, STM-1, STM-4, STM-16 и подключение к системам DWDM.

Основные характеристики:

Основным функциональным элементом системы является матрица кросс-коммутации 64 x 64 HOVC и 32 x 32 LOVC, которая обеспечивает гибкую маршрутизацию линия-линия, линия-триб, триб-триб. Матрица поддерживает кросс-коммутацию на уровнях VC-12, VC-3 и VC-4(-4c). Высокая степень интеграции позволяет осуществлять в одной субстойке ввод-вывод следующих потоков: 504x1,5 Мбит/с, 504x2Мбит/с, 48x34 Мбит/с, 96x45 Мбит/с, 96xSTM-0, 64x10/100 BASE-T Ethernet, 32x140 Мбит/с, 32xSTM-1 и 8xSTM-4.

Единая платформа для применения в сетях STM-16, STM-4 и STM-1.

Единый сетевой элемент для соединения колец STM-16, STM-4,STM-1.

Поддержка протокола сообщений синхронизации ETSI

Преобразование AU-3/TU-3.

Интегрированный оптический усилитель и предусилитель.

Резервирование ключевых блоков.

Сетевое управление: WaveStar® ITM-SC, Navis® Optical NMS.

Производитель: НатексA2500 - полнофункциональный мультиплексор выделения/добавления уровня STM-16, который может быть использован для создания сетей кольцевой и линейной топологии с интерфейсами STM-1, STM-4/ STM-4c, STM-16/STM-16c и 1000 Base SX Gigabit Ethernet. Мультиплексор A2500 приходится «старшим братом» мультиплексору A155 и предназначен для построения магистральных сетей уровня STM-16. В мультиплексоре предусмотрены аппаратное резервирование основных блоков (питания, кросс-коммутации) и резервирование любых интерфейсов с равной скоростью по схеме 1:1. Мультиплексор также имеет весь диапазон оптических приемопередатчиков на различные скорости и расстояния. Интерфейс Gigabit Ethernet, поддерживающий функции QoS VLAN, позволяет использовать мультиплексор для построения магистральных сетей передачи данных.

Шасси мультиплесора FlexGain A2500 Extra выполнено в 19” стандарте и предназначено для размещения в телекоммуникационную стойку или шкаф. В шасси установлены основные модули оборудования: модуль управления, модуль кросскоммутационной матрицы, модуль питания и блок вентиляторов. Дополнительно предусмотрена установка двух плат агрегатных интерфейсов (STM-16) и восьми плат компонентных интерфейсов.

Интерфейсы компонентных потоков: Е1, Е3, STM-1 (электрические), STM-1 (оптические), STM-4/STM-4c, Gigabit Ethernet с возможность расширения до STM-16/STM-16c.

Мультиплексоры серии FlexGain имеют встроенные HTTP-серверы и SNMP-агенты для локального и сетевого управления. Каждый мультиплексор оборудован полноценным IP-маршрутизатором, поддерживающим протоколы RIP и OSPF. IP-данные передаются через стандартные DCC байты SDH-заголовков. Мультиплексоры имеют многоуровневую систему авторизации, что обеспечивает защиту от случайного проникновения злоумышленников в настройки мультиплексора. Каждый мультиплексор в сети имеет уникальный IP-адрес, что позволяет отказаться от использования внешнего программного обеспечения для управления мультиплексорами. Данный мультиплексор идеально подходит пря проектирования магистральных NG-SDH сетей, поэтому мы и выбираем его проектирования сети нашего участка.

2.2 Техническое описания мультиплексора FlexGain A2500 Extra

Оборудование FlexGain A2500 Extra использует все преимущества технологии SDH. Данное оборудование представляет собой многофунциональный мультиплексор добавления/выделения и обладает многообразными интерфейсами (включая передачу сигналов на скоростях 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 45 Мбит/с, 155 и 622 Мбит/с, скорость может быть увеличена до 2,48 Гбит/с). Используя интерфейсы STM-4c, STM-16c и Gigabit Ethernet, FlexGain A2500 Extra позволяет объединить локаные/корпоративные/глобальные сети и обеспечить высокий уровень защиты трафика. Схема организации связи при помощи FlexGain A2500 Extra показана на рисунке 2.1.

Во многих странах мира скорость STM-16 является эталонной для магистральных сетей. Оборудование FlexGain A2500 Extra может быть использовано для построения такого вида сетей. Используя оптические усилители с помощью оборудования FlexGain A2500 Extra можно передавать информацию на достаточно большие расстояния, также FlexGain A2500 Extra может работать совместно с оборудованием, использующим технологию волнового уплотнения DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - мультиплексирование по длине волны высокой плотности).

Рисунок 2.1 - Схема применения НАТЕКС FlexGain A2500 Extra

Технические характеристики занесены в таблицы 2.1 и 2.2

2.3 Расчетная часть

.3.1 Расчет и оптимизация длины регенерационного участка

Количество регенераторов, которые необходимо установить на линии, найдем по формуле:

                                                             (2.1)

где: l - длина линии, км,

l_ру - максимальная длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры, км.

Элементарный кабельный участок - вся физическая среда передачи между соседними окончаниями участка. Окончание участка - граница, выбранная условно в качестве стыка оптического волокна с регенератором.

Точка S - линейная сторона оптического шнура на оптическом кроссе в точке окончания участка на передающей стороне.

Точка R - линейная сторона оптического шнура на оптическом кроссе в точке окончания участка на приемной стороне.

Для расчета и оптимизации длины регенерационного участка руководствуются двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического волокна[1].

Если исходить из затухания с учетом всех потерь, имеющих место в линейном тракте, то расчетная формула длины регенерационного участка выглядит следующим образом:

_ру £ (Э_п - a_рс× n_рс - a_нс× n_нс - a_t - a_B)/(a+ a_нс/l_c) (2.2)

Здесь: Э_п - энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как разность мощности оптического сигнала на выходе Р_вых=2 дБм (таблица 1.3) и входе Р_вх=-28 дБм (таблица 1.3) указанных в технических характеристиках аппаратуры ВОСП:

Э_п = Р_вых - Р_вх =- 2 - (- 28) = 26 дБм,;

a - коэффициент затухания оптического волокна: a = 0,20 дБ/км для λ=1,55мкм Параметры оптического волокна представлены в таблице2.3;

Таблица 2.3 -Технические параметры оптического волокна SMF-28™CPC6

_рс - число разъёмных соединителей (установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ) n_рс = 2;

a_рс - потери в разъёмном соединителе дБ (таблица 2.4);_нс - число неразъёмных соединителей на участке регенерации,

 - потери в неразъемных соединениях (таблица 2.5), дБ Потери в неразъемных соединениях определяются из характеристик сварочного аппарата, которым было произведено соединение волокон. Технические характеристики сварочного аппарата представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.4 - Технические характеристики оптических соединителей SC для одномодовых волокон SMF

Таблица 2.5 - Технические характеристики сварочного аппарата Fujikura FSM-30S

a_t - допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры;

a_В - допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка со временем;

l_c - строительная длина кабеля.

Расчёт проводится для всего тракта передачи.

Так как у нас мультиплексоры расположены на крупных станциях: Сосногорск, Ираель, Печера, Инта, Сивая Маска, Воркута, Лабытнанги, наш проектируемая сеть связи разбивается на несколько участков. Рассчитаем регенерационные участи для каждого отдельно.

)Сосногорск - Ираель = 117,2 км

)Ираель - Печера = 132 км

)Печера - Инта = 180 км

)Инта - Сивая Маска = 141 км

)Сивая Маска - Воркута = 130 км

)Сивая Маска- Лабытнанги = 194км

Определим число число неразъёмных соединителей на рассматриваемых участках:

)

)

)

)

)

)

где l_c = 4 км - строительная длина кабеля.

Допуски на потери от старения во времени элементов в зависимости от комбинации источников и приемников излучения возьмем из таблицы 1.3.

Допуски на потери α_в=4 дБ

Определим длину регенерационного участка по формуле 2.2 для каждого участка:

) l_ру ≤ (26- 0,5·2 - 29·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ≤ 75,4 км

) l_ру ≤ (26- 0,5·2 - 32·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ≤ 74,9 км

) l_ру ≤ (26- 0,5·2 - 44·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ≤ 72,5 км

) l_ру ≤ (26- 0,5·2 - 34·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ≤ 74,4 км

) l_ру ≤ (26- 0,5·2 - 31·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ≤ 75 км

) l_ру ≤ (26- 0,5·2 - 47·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ≤ 72 км

Так как L > l_ру , значит необходимо применение регенераторов (ЛР). Подсчитаем число регенераторов для каждого участка по формуле 2.1

)

)

)

)

)

)

Всего необходимо 8 регенераторов.

Правильность выбора регенерационного участка проверим с учетом дисперсионных свойств оптического волокна. Максимальная длина регенерационного участка с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия:

l_max £ 0,25/s×В,                                                                      (2.3)

где В - скорость передачи информации; В=2,488·10⁹ бит/с;

s - среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.

Для одномодовых волокон величина s находится из соотношения:

s= К·∆λ·s_н,                                                                (2.4)

где К = 10^-12

Dλ - ширина полосы оптического излучения;

s_н- нормированная среднеквадратичная дисперсия.

s= К·∆λ·s_н = 10^-12·0,2·3 = 0,6·10^-12 с/км

l_max £ 0,25/0,6·10^-12 ·2,488·10⁹ = 167,4 км

Длина регенерационного участка, полученная на основе этого расчёта, должна быть:

_ру ≤ l_max ≤ 167,4 км

Рассчитанные ранее l_ру удовлетворяет данному условию.

2.3.2 Определение отношения сигнал/шум

Отношение сигнал/шум или вероятность ошибки, отводимые на длину регенерационного участка для цифровой волоконно-оптической системы связи определяется по формуле:

 (2.5)

Для проектируемой ВОЛС:

2.3.3 Расчет надежности системы

По теории надежности отказы рассматриваются как случайные события. Интервалом времени от момента включения до первого отказа является случайной величиной, называемой «время безотказной работы».

Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0…. Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом интервале - равна:

.                                                                   (2.6)

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов , представляющая собой условную плотность вероятности отказов в момент , при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями  и существует взаимосвязь.

.                                                              (2.7)

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна . В этом случае:

.                                                           (2.8)

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины «время безотказной работы».

 час^-1 .                   (2.9)

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов:

                                                                     (2.10)

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов.

Пусть , ,… - вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, n- количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы (такой вид соединения элементов в теории надежности называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов:

,                             (2.11)

где  - интенсивность отказов системы, час^-1;

 - интенсивность отказа i-го элемента, час^-1.

Среднее время безотказной работы системы определяется:

, час.                                                          (2.12)

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых систем относится коэффициент готовности, который определяется по формуле:

,                                                           (2.13)

где  - среднее время восстановления элемента (системы), он соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

Линейный тракт, в общем случае, состоит из последовательно соединенных элементов (кабель, НРП, ОРП - обслуживаемый регенерационный пункт), каждый из которых характеризуется своими параметрами надежности, и отказы в первом приближении происходят независимо, поэтому для определения надежности магистрали можно использовать приведенные выше формулы.

В нашем случае линейный тракт состоит из последовательно соединенных участков кабеля и мультиплексоров (ОРП). При проектировании ВОЛС должна быть рассчитана ее надежность по показателям:

·   коэффициент готовности и наработка на отказ. При этом полученные данные должны сопоставляться с показателями надежности для соответствующего типа сети: местная, внутризоновая, магистральная.

·   коэффициент готовности оборудования линейного тракта для магистральной линии максимальной протяженности = 1400 км должен быть больше 0,99; наработка на отказ должна быть более 350 часов (при времени восстановления ОРП или оконечного пункта (ОП) менее 0,5 часа и времени восстановления оптического кабеля менее 10 часов).

Интенсивность отказов линейного тракта определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП и кабеля:

, (2.14)

где  - интенсивности отказов НРП и ОРП;

 - количество НРП и ОРП;

 - интенсивность отказов одного километра кабеля;

L - протяженность магистрали.

А так как кабельная магистраль не содержит НРП, то интенсивность отказов НРП не учитываем.

Средняя по России интенсивность отказов 1 км оптического кабеля равна =3,88´10^-7 час^-1. Согласно техническому описанию, наработка на отказ мультиплексора аппаратуры FlexGain A2500 Extra равна 20 годам или 175200 часов, откуда интенсивность отказов будет равна .Значения необходимых для расчетов параметров возьмем из таблицы 2.6

Таблица 2.6 - Показатели надежности

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

.

Вероятность безотказной работы в течение суток часа:

.

В течение недели часов:

.

В течение месяца  часов:

.

Рассчитаем коэффициент готовности. Предварительно найдем среднее время восстановления связи по формуле:

,ч (2.15)

где  - время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 2.7

Таблица 2.7 - Данные расчета вероятности безотказной работы

В результате расчетов можно сделать вывод, что проектируемая магистральная сеть связи способна выполнять заданные функции с необходимым качеством.

2.4 Разработка схемы организации магистрального сегмента сети связи

2.4.1