Строительство волоконно-оптической линии передачи между городами Рязань и Саратов
ВВЕДЕНИЕ
Рязань - административный центр Рязанской области. В городе проживает
примерно 524 тысячи человек. В Советском союзе Рязань превратилась в крупный
промышленный центр. В настоящее время город дает 60% валовой продукции
промышленной отрасли. В городе преобладает тяжелая промышленность, главным
образом машиностроение.
Крупные предприятия Рязани: ФГУП «Государственный Рязанский приборный
завод», ОАО «Ново-Рязанская ТЭЦ», ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая
компания» и т.д.. Так же Рязань является крупным железнодорожным, автомобильным
и водным узлом.
Саратов - крупный город на юго-востоке европейской части России,
административный центр Саратовской области, население около 2 миллионов 700
тысяч человек.
В настоящее время в Саратове активно развивается, как проводная, так и
сотовая телефонная связь. В городе работают несколько операторов фиксированной
телефонной связи, 7 операторов сотовой связи и 7 интернет провайдеров.
Крупные предприятия: Саратовская ГЭС, ОАО «Саратовнефтегаз», ООО
«Саратоворгсинтез», ООО «Газпроммаш», ОАО «Саратовский радиоприборный завод» и
т.д..
Необходимость строительства ВОЛП между характеризуемыми городами связана
с тем, что расширится спектр предоставляемых услуг связи для населения, частных
предпринимателей и предприятий. Так же данные услуги будут доступны для
населенных пунктов связывающих данные города. Оба города являются
промышленными, со схожими отраслями, поэтому связь может улучшить экономическое
положение городов.
. РАСЧЕТ ЧИСЛА КАНАЛОВ МЕЖДУ ГОРОДАМИ
Число каналов, связывающих оконечные пункты, в основном зависит от
численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных
групп населения во взаимосвязи. Количество населения в заданном пункте и его
подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по
формуле (1.1):
, (1.1)
где H0 - народонаселение в период проведения переписи;
Р - средний годовой прирост населения в данной местности;
Р = 0,1%;
t -
период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного
проектирования и годом проведения переписи населения и определится по формуле
(1.2):
t = 5 + (tm - t0), (1.2)
где tm=
2012;0= 2002.=
5 + (2012 - 2002) = 15 лет
Для города Рязань количество населения составит:
Для города Саратов количество населения составит:
Количество абонентов в зоне обслуживания АМТС населенного пункта
определится по формуле (1.3):
m =
0,3
Ht, (1.3)
Рязань: mа = 0,3 .532021= 159606 абонентов.
Саратов: mб = 0,3 .2708616 = 812585
абонентов.
Количество телефонных каналов между заданными городами определится по
формуле (1.4):
nтф =
, (1.4)
где α=1,03 - коэффициент, учитывающий фиксированную доступность
канала;
β=1,05 - коэффициент, учитывающий
потери в канале;
f=0,05
- коэффициент тяготения между городами;
y=0,05
Эрл - удельная нагрузка, создаваемая одним абонентом.
nтф =
канал
Таким образом можно рассчитать число каналов между заданными оконечными
пунктами, но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а
также должны проходить транзитные каналы. Общее число каналов определится
суммой:
nоб = nтф + nтг + nпв + npd + nтр, (1.5)
· телеграфные, nтг = 0,3 . nтф;
· передача данных, nпд =8 .
nтф;
· транзитные каналы, nтр = 0,2 .
nтф;
· проводное вещание, nпв = (0,3 .
nтф) . 3.
nтф = 361 канал;
nтг = 0,3 . 361 = 108
каналов;
nпд = 8 . 361 = 2888 каналов;
nтр = 0,2. 361 = 72 канала;
nпв = 0,9 . 361 = 324 канала.
nоб = 361+108+2888+72+324 = 3753 канала.
Для магистральной линии связи необходимо наличие телевизионных каналов,
тогда nоб = 3753+1600 = 5353 канала.
. ВЫБОР
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И КАБЕЛЯ
Для организации 5353 каналов передачи данных между городами Рязань и
Саратов необходимо использовать 3 системы передачи типа «Сопка - 4м», при этом
на первом этапе будет задействовано 5370 каналов, а 17 каналов будут оставлены
в резерве на дальнейшее развитие. Для данного канала нам потребуется 3 системы
передачи, следовательно для них необходимо наличие в кабеле 12 оптических
волокон.
В таблице 2.1 приведены характеристики системы передач Сопка - 4М.
Таблица 2.1 - Характеристика системы передачи Сопка - 4М
|
Характеристика
|
Значение
|
|
Число каналов ТЧ
|
120
|
|
Скорость передачи, Мбит/c
|
139,264
|
|
Тип источника излучения
|
ЛД
|
|
Расстояние между ОРП, км
|
240
|
Так как проект ВОЛП будет проходить через населенные пункты, то необходимо
предусмотреть прокладку не только грунтового кабеля, но и канализационного, а
так же подводного. В проекте необходимо применить оптический кабель марки
ИКП-М9П-А12-10. На рисунке 2.1 представлена конструкция кабеля ИКП-М9П-А12-10.
ИКП-М9П-А12-10 - предназначен для прокладки в грунтах, на речных
переходах, в болотах глубиной до 2 м, в кабельной канализации, по мостам и
эстакадам, в туннелях, коллекторах, зданиях. Центральный силовой элемент из
стеклопластикового троса в полимерном покрытии, диаметр сердцевины 62,5 мм..
Броня состоит из повива стеклопластиковых прутков, в кабеле находится 12
волокон.
|
|
1. Центральный силовой элемент из стального троса; 2.
Оптическое волокно; 3. Оптический модуль; 4. Гидроизоляция сердечника; 5.
Броня из стеклопластиковых прутков; 6. Защитная оболочка; 7. Кордель.
|
Рисунок 2.1- Конструкция кабеля ИКП-М9П-А12-10.
В марке кабеля ИКП-М9П-А12-10 приняты следующие обозначения:
· ИК - оптический кабель марки «Интегра-Кабель»;
· П - тип защитного бронепокрова;
· М9 - тип сердечника и кол-во элементов повива сердечника;
· П - тип осевого элемента сердечника кабеля;
· А12 - тип оптического волокна и количество оптических волокон
данного типа в кабеле;
· 10 - Максимально допустимое тяговое усилие кабеля, выраженное
в кН.
Таблица 2.2 - Характеристики кабеля ИКП-М9П-А12-10:
Значение
|
|
Тип сердечника
|
Модульная конструкция
|
|
Тип оптического волокна
|
Одномодовый
|
|
Число оптических волокон
|
12
|
|
Материал силового элемента
|
Стеклопластиковый трос в полимерном покрытии
|
|
Материал влагозащитной оболочки
|
Полиэтилен
|
|
Тип защитного покрытия
|
Повив в виде стеклопластиковых прутков
|
|
Строительная длина
|
2200 м
|
|
Допустимое тяговое усилие
|
10000 Н
|
3. ВЫБОР И
ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАССЫ ВОЛП
волоконный
оптический линия передача
Выбор трассы
линии определяется, прежде всего, расположением пунктов, между которыми должна
быть обеспечена связь.
Обычно
рассматривается несколько вариантов трассы и на основе технико-экономического
сравнения выбирается оптимальной. При выборе трассы необходимо обеспечить:
) кратчайшую
протяженность трассы;
) наименьшее
число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства;
) максимальное
применение механизации при строительстве;
) создание
наибольших удобств при эксплуатационном обслуживании.
Исходя из
этих требований, предпочтение отдается прокладке кабеля вдоль автомобильных
дорог.
В кабельной
канализации ГТС оптический кабель следует прокладывать в свободном канале; в
этом же канале в последующем можно прокладывать и другие оптические кабели.
Промежуточные
обслуживаемые и необслуживаемые усилительные пункты размещают исходя из
допустимых длин усилительных участков при принятой системе передачи
проектируемой линии. Обслуживаемые усилительные пункты обычно размещают в
городах, пригородах или крупных населенных пунктах, где питание аппаратуры
обеспечивается от местных источников электроэнергии.
Трасса
проектируемой ВОЛП будет проходить вдоль автомобильной дороги, при этом
обеспечивается снабжение строительства машинными механизмами и рабочей силой. В
таблице 3.1 и 3.2 приведены характеристики трассы г. Рязань -г. Саратов. На
рис. 3.1 приведена ситуационная схема трассы.
Таблица 3.1 -
Характеристика трассы г. Рязань- г. Саратов(левая сторона)
|
Наименование
|
Всего
|
ОП1-ОРП2
|
ОРП2-ОРП3
|
ОРП3-ОРП4
|
ОРП4-ОП5
|
|
Протяженность трассы, км.
|
663
|
220
|
109
|
170
|
164
|
|
Проходы через дороги, переход
|
42
|
11
|
9
|
8
|
14
|
|
-автомобильные
|
34
|
9
|
9
|
6
|
10
|
|
-железные дороги
|
8
|
2
|
0
|
2
|
4
|
|
Переходы через реки, переход
|
30
|
5
|
6
|
7
|
12
|
|
- судоходные
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
- несудоходные
|
21
|
5
|
5
|
4
|
7
|
Таблица 3.2 -
Характеристика трассы г. Рязань- г. Саратов(правая сторона)
|
НаименованиеВсегоОП1-ОРП2ОРП2-ОРП3ОРП3-ОРП4ОРП4-ОП5
|
|
|
|
|
|
|
Протяженность трассы, км.
|
663
|
220
|
109
|
164
|
|
Проходы через дороги, переход
|
42
|
8
|
8
|
10
|
16
|
|
-автомобильные
|
34
|
6
|
8
|
8
|
12
|
|
-железные дороги
|
8
|
2
|
0
|
2
|
4
|
|
Переходы через реки, переход
|
32
|
5
|
7
|
7
|
13
|
|
- судоходные
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
- несудоходные
|
21
|
5
|
5
|
4
|
7
|
Исходя из данных, таблиц делаем вывод: количество препятствий с правой
стороны дороги - 74, а с левой - 72. Поэтому экономически выгодно будет
прокладывать трассу с левой стороны.
Ситуационная схема трассы приведена на следующей странице.
. РАСЧЕТ
ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ
4.1 Расчет числовой апертуры, нормированной
частоты и числа мод
Числовая апертура оптического волокна рассчитывается по формуле (4.1):
, (4.1)
где n1, n2 - показатели преломления сердцевины
и оболочки соответственно;
n1 = 1, 465;
n2
= 1,463.
Одним из главных параметров определяющим режим работы волокна является
нормированная частота V.
Нормированная частота оптического волокна определяется по формуле (4.2):
, (4.2)
где dс - диаметр сердцевины;
λ - длина волны источника излучения.
Так как рассчитанная частота соответствует пределу 0 < V < 2,405, то режим работы волокна
одномодовый.
Количество направляемых мод для одномодового ступенчатого волокна
рассчитывается по формуле (4.3):
(4.3)
Произведен расчет числовой аппертуры оптического волокна, а так же его
нормированной частоты, из значения которого следует что режим работы
оптического волокна будет одномодовым и в кабеле необходимо использовать
одномодовое оптическое волокно.
4.2 Расчет затухания оптического волокна
Затухание оптического волокна характеризует уменьшение амплитуды
светового сигнала при его распространении по волокну. Оно определяется
собственными потерями в волокне и кабельными потерями вызванными деформацией
волокна в процессе производства и прокладки кабелей.
Затухание оптического волокна выражается через нормированный параметр
коэффициент затухания, который рассчитывается по формуле (4.4):
, (4.4)
где αк
- в реальных условиях составляет 0,1 - 0,3 дБ/км,
αс - собственные потери состоят из трех
составляющих: ослабления за счет поглощения, ослабления за счет наличия в
материале оптического волокна посторонних примесей, ослабления за счет потерь
на рассеяние.
Собственные потери в основном обусловлены рассеянием света на
неоднородностях сердцевины и выражаются через коэффициент затухания за счет
рассеяния, которое определяется по формуле (4.5):
(4.5)
αр = 1,2
= 0,26 дБ/км
Тогда коэффициент затухания кабеля определится как:
α = αр + αк, (4.6)
дБ/км
Полученный
коэффициент затухания не превышает максимального значения для данной длины
волны источника излучения, благодаря этому световые импульсы будут перемещаться
во оптическому волокну на максимальное расстояние.
4.3 Расчет дисперсии и коэффициента
широкополосности оптического волокна
Для одномодового волокна дисперсия определится по формуле (4.7):
,
(4.7)
пс/км
Коэффициент широкополосности определяет полосу частот, которую можно
передать по волокну без искажений.
Данный параметр определится по формуле (4.8):
(4.8)
= 83333
МГц
км
Так как тактовая частота выбранной системы передачи Сопка-4М меньше
коэффициента широкополосности ∆F (8,448 МГц < 83333 МГц), то можно сделать вывод, что данная система
передачи будет работать с использованием заданного оптического волокна.
5. РАСЧЕТ
ДЛИНЫ УЧАСТКА РЕГЕНЕРАЦИИ
Длина регенерационного участка lру
определяется двумя параметрами: затуханием и дисперсией оптического волокна,
следовательно, расчет lру необходимо производить с учетом
данных параметров.
Длина регенерационного участка по затуханию определится по формуле (5.1):
(5.1)
где αn и αp - потери в неразъемных/разъемных
соединителях;
lc - строительная длина кабеля;
α - коэффициент затухания;
р0 - мощность сигнала на выходе регенератора;
рkmin - минимальная мощность сигнала на
входе фотоприемника.
Длина
регенерационного участка по дисперсии определится по формуле (5.2):
(5.2)
Т.к.
как тактовая частота это количество колебаний за 1 секунду, а скорость передачи
информации это количество передаваемой информации за 1 секунду, то в формуле
значение тактовой частоты берем равное скорости передачи информации.
Длина регенерационного участка с учетом дисперсии ОВ получилась больше
длины регенерационного участка по затуханию, следовательно, оборудование
системы передачи и кабель выбраны, верно.
Из полученных длин регенерационных участков выбираем наименьшую lру=118
км.
Количество регенерационных участков для регенерационной секции
ОП1-ОРП2определится по формуле (5.3):
(5.3)
ру= 
= 2
Количество регенерационных участков для регенерационной секции ОРП2-ОРП3
определится по формуле (5.4):
(5.4)
ру= 
= 1
Количество регенерационных участков для регенерационной секции ОРП3-ОРП4
определится по формуле (5.5):
(5.5)
ру= 
= 2
Количество регенерационных участков для регенерационной секции ОРП4-ОП5
определится по формуле (5.6):
(5.6)
ру= 
= 2
Итого общее количество регенерационных участков равно 7. Для трассы г.
Рязань - г. Саратов необходимо 3 НРП. На рисунке 5.1 приведена схема размещения
НРП.
ОП1 НРП1/1 ОРП2 ОРП3 НРП3/1 ОРП4 НРП4/1 ОП5
Рисунок 5.1 - Схема размещения НРП
Таким образом, для организации связи между городами Рязань и Саратов
необходимо разместить 7 регенерационных участков, количество НРП равно 3.
Фактические длины регенерационных участков определяются по формуле(5.7):
, (5.7)
где n - количество регенерационных
участков.
Для ОП1 - ОРП2:
Для ОРП2 - ОРП3: так как в данной секции всего лишь один регенерационный
участок, то lфак будет равна 109 км.
Для ОРП3 - ОРП4:
Для ОРП4 - ОП5:
6. СМЕТА
ПРОЕКТА ВОЛП
Смета на
строительство является основным документом, по которому осуществляется
планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчета между
подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.
Перерасчет
сметной стоимости в цены текущего года осуществляются по коэффициентам
перерасчета, которые являются постоянно меняющимися и согласовываются между
заказчиком и подрядчиком.
Общую длину
кабеля в смете принимают на 2 % больше длины трассы магистрали, установленной
по карте. Это связано с необходимостью наличия технологических концов для
монтажа кабеля. Длину трассы кабеля, прокладываемого вручную, принимают 5% от
общей длины, длину телефонной канализации берут 2 км на каждый ОП в городах и 4
км в других населенных пунктах (ОРП). Прокладка кабеля кабелеукладчиком должна
составлять всю оставшуюся длину от общей длины трассы.
Расчет
стоимости канало-километра линейных сооружений следует произвести для заданного
числа каналов на магистрали, а также для максимального числа каналов, которые
могут быть организованы при выбранных конструкциях кабеля и системе передачи.
Расчет сметы
приведен в таблице 6.1.
Таблица 6.1 -
Смета на строительство проектируемой ВОЛС
|
Наименование работ и материалов
|
Единица измерения
|
Кол-во на всю трассу
|
стоимость материалов и работ
|
заработная плата
|
|
|
|
на ед. измерения
|
на всю трассу
|
на ед. измерения
|
на всю трассу
|
|
Оптический кабель
|
Км.
|
676,3
|
38970,00р.
|
26355411,00р.
|
-
|
-
|
|
Прокладка ОК Кабеле - укладчиком.
|
Км.
|
6600,00р.
|
4051410,00р.
|
17100,00р.
|
10496835,00р
|
|
Прокладка кабеля в ручную с учетом копки траншеи и закопки
траншеи
|
Км.
|
33,15
|
6300,00р.
|
208845,00р.
|
5800,00р.
|
192270,00р.
|
|
Строительство телефонной канализации
|
Км.
|
16
|
10200,00р.
|
163200,00р.
|
3000,00р.
|
48000,00р.
|
|
Протягягивание кабеля в телефонной канализации
|
Км.
|
16
|
1370,00р.
|
21920,00р.
|
750,00р.
|
12000,00р.
|
|
Устройство переходов через шоссейные и ж/д дороги
|
один переход
|
42
|
4500,00р.
|
189000,00р.
|
13900,00р.
|
583800,00р.
|
|
Устройство переходов через реки
|
один переход
|
30
|
8100,00р.
|
243000,00р.
|
12100,00р.
|
363000,00р.
|
|
|
Монтаж, измерение и герметизация муфт
|
Шт.
|
297
|
2880,00р.
|
855360,00р.
|
3600,00р.
|
1069200,00р.
|
|
|
Итого,
|
32088146,00р.
|
12765105,00р.
|
|
|
Зар. Плата:
|
12765105,00р.
|
|
|
|
Накладные расходы:
|
11105641,35р.
|
|
|
|
Итого:
|
55958892,35р.
|
|
|
|
Плановые накопления:
|
4476711,39р.
|
|
|
|
Всего по смете:
|
60435603,74р.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество муфт определяется по формуле (6.1):
(6.1)
Где Lрег - длина регенерационного участка;
lсд
= 2,2 км -
строительная длина оптического кабеля.
Количество муфт для регенерационного участка на секции ОП1 - ОРП2:
Количество муфт для регенерационного участка на секции ОРП2 - ОРП3:
Количество муфт для регенерационного участка на секции ОРП3 - ОРП4:
Количество муфт для регенерационного участка на секции ОРП4 - ОП5:
Общее количество муфт для всей трассы: 297 штук.
Расчёт стоимости одного канала - километра на первом этапе производим по
формуле (6.2):
, (6.2)
где С - стоимость канала - километра, руб/кан∙км;
lм - длина линии;
nab- количество каналов.
Таким образом, общая сумма работ составит 60435603,74р., а стоимость
одного канала-километра для задействованный каналов на первом этапе составит
16,97 руб/кан∙км.
7. РАСЧЕТ
НАДЕЖНОСТИ ВОЛП
Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи
обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи:
предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы
средств связи является надежность.
Надежность - комплексное свойство, которое в зависимости от условий
строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность
и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров.
При проектировании должна быть произведена оценка показателей надежности.
Расчёт
производится с целью получения ожидаемых значений параметров надёжности
проектируемой ВОЛП, для оценки качества обслуживания в процессе её
эксплуатации. Расчёт осуществляется по методике с использованием
среднестатистических значений интенсивности отказов 
и времени восстановления TВ, полученных из опыта эксплуатации ВОЛП аналогичной
проектируемой.
Интенсивность
отказов оптического кабеля 
на 1
километр трассы в год определяется по формуле (7.1):
, (7.1)
где μ=0,34 - плотность отказов кабеля на 100 километров трассы в год;
L -
длина линии.
Интенсивность отказов линейного тракта λлт определится по формуле (7.2):
λлт
= λк +
λОП . nоп +
λОРП . nорп
+ λНРП . nнрп , (7.2)
где λк
- интенсивность отказов на одном километре кабеля в час;
λОП - 30 . 10-6 -
интенсивность отказов на ОП в час;
λОРП - 27 . 10-6 -
интенсивность отказов на ОРП в час;
λНРП - 1,5 . 10-6 -
интенсивность отказов на НРП в час.
λлт = 2,57 . 10-4 +
30 . 10-6 . 2 + 27 . 10-6 . 3
+ 1,5 . 10-6 . 3 = 4,025
Наработка на отказ линейного тракта Тлт, в час определится по
формуле (7.3):
(7.3)
час
Среднее время восстановления линейного тракта Твлт, в час
определится по формуле (7.4):
(7.4)
где
=10 часов - среднестатистическое время восстановления
одного километра кабеля;
= 0,5
часа - среднее время устранения повреждения на ОП;
Творп
= 0,5 часа- среднее время устранения повреждения на ОРП;
=2,5 часа
- среднее время устранения повреждения на НРП.
При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося
с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности)
определяется по формуле (7.5):
(7.5)
КП
= 
= 0,0026
Коэффициент готовности линейного тракта Кг определится по
формуле (7.6):
(7.6)
Кг
= 
= 0,9974
Кг = 0,9974, что не соответствует нормативному коэффициенту
готовности (Кг > 0,9985), следовательно, параметры надёжности не
соответствуют современным требованиям. Поэтому необходимо дать рекомендацию по
улучшению характеристик линии.
Рекомендация для повышения надежности. Чтобы повысить надёжность
необходимо уменьшить:
· среднее время восстановления одного километра кабеля;
· среднее время устранения повреждения на ОП;
· среднее время устранения повреждения на НРП;
Все это возможно организовать с помощью дополнительного штата
сотрудников.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе был произведен расчет количества каналов
передачи между городами Рязань - Саратов; был произведен выбор трассы,
оборудования, кабеля; расчет параметров передачи, регенерационного участка,
коэффициента надежности и расчет сметы.
. На первом этапе задействовано 5370 каналов;
. Прокладка кабеля производится вдоль автомобильной дороги с левой
стороны от нее;
. Прокладка кабеля ИКП-М9П-А12-10 (одномодовый);
. Использование трех систем передач на базе Сопка -4М ;
. Разместить на трассе ВОЛП - 3 НРП, 3 ОРП;
6. Параметры
передачи NA=
; V=1,59; N=1;
. Длина
регенерационного участка lр= 118 км
;
. По
смете цена одного канала-километра составила С=16,97 руб/кан∙км.
. Даны
рекомендации по повышению надежности линии.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. «Волоконно-оптические
кабели и линии цифровой связи», справочник. М.К. Ерденбеков, А.К. Искаков, В.И. Икконен, Б.Ж.
Кебельбеков. 2005 г.
2. Е.И.
Гниломёдов, «Физические основы передачи информации по ВОЛС». Методические
указания по выполнению курсового проекта. 2011 г.
. Атлас
автомобильных дорог России, 2011 г.
4. www.ryazanreg.ru
<http://www.ryazanreg.ru> - Правительство Рязанской области.
5. www.saratovmer.ru
<http://www.saratovmer.ru> - Официальный сайт Администрации
Муниципального образования «Город Саратов».