Дипломный проект - Строительство ВОЛС между г. Архангельск и г. Карпогоры с прокладкой ВОК по опорам ЭЖД - файл n1.docx

Дипломный проект - Строительство ВОЛС между г. Архангельск и г. Карпогоры с прокладкой ВОК по опорам ЭЖД
скачать (4638.8 kb.)
Доступные файлы (14):
n1.docx1801kb.13.12.2010 16:06скачать
n2.pptxскачать
n3.doc48kb.19.12.2010 18:09скачать
n4.docx374kb.01.01.2007 19:09скачать
n5.vsd
n6.doc109kb.08.11.2010 14:03скачать
n7.docx533kb.09.11.2010 23:15скачать
n8.doc48kb.08.11.2010 14:03скачать
n9.doc50kb.08.11.2010 14:03скачать
n10.jpg54kb.16.11.2010 19:20скачать
n11.jpg55kb.16.11.2010 18:55скачать
n12.jpg95kb.16.11.2010 18:58скачать
n13.jpg82kb.16.11.2010 19:01скачать
n14.pdf305kb.09.11.2010 15:48скачать

n1.docx

1   2   3   4





ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития общества в условиях научно-технического прогресса непрерывно возрастает объем информации. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, продукция отрасли связи, выражающаяся в объеме передаваемой информации, возрастает пропорционально квадрату прироста валового продукта народного хозяйства. Это определяется необходимостью расширения взаимосвязи между различными звеньями народного хозяйства, а так же увеличением объема информации в технической, научной, политической и культурной жизни общества. Повышаются требования к скорости и качеству передачи информации, появляются все более новые сервисные предложения операторов связи. Связь необходима для оперативного управления экономикой и работы государственных органов, для повышения обороноспособности страны и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения.

В настоящее время широкое развитие и применение получила волоконная оптика. Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40 % в год.

Оптические кабели, наряду с экономией цветных металлов, обладают следующими достоинствами:

- широкополосность, возможность передачи большого потока информации (от нескольких тысяч каналов, до миллиона и больше);

- малые потери и соответственно большие длины регенерационных участков;

- малые габаритные размеры и масса;

- высокая защищённость от внешних воздействий и переходных помех;

- надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

Создание высоконадежных оптических систем связи стало возможным в результате разработки в начале 70-х годов оптических волокон с малыми потерями. Такие волокна в значительной мере стимулировали разработку специального оборудования и элементов линейного тракта ВОСП.

В современных оптических системах передачи применяются те же методы образования многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическому кабелю, т. е. частотный и временной методы разделения каналов. Во всех случаях оптической передачи электрический канал, создаваемый частотным или временным методом, модулирует оптическую несущую. В модулированном виде световой сигнал передается по оптическому кабелю. В оптических системах передачи, как правило, применяется цифровая (импульсная) передача. Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах. Таким образом, наиболее распространенной системой связи является цифровая система с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), использующая модуляцию интенсивности излучения источника. Дуплексная связь осуществляется по одному световоду одинаковыми или разными длинами волн, или двум волоконным световодам, каждый из которых предназначен для передачи информации в одном направлении.

В настоящее время широко используются системы передачи относящиеся к синхронной иерархии – SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Системы SDH 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.

В качестве базовой системы передачи проектируемой сети предполагается аппаратура четвёртого уровня иерархии SDH, осуществляющая перенос информации со скоростью передачи цифрового сигнала 622 Мбит/с. Таким образом, проектируемая транспортная сеть SDH обладает высокой пропускной способностью и имеет возможность её дальнейшего наращивания.

Ещё важным критерием выбора технологии SDH послужило обеспечение высокой степени надежности и живучести её аппаратуры. Благодаря тому, что система обеспечивает резервирование на аппаратном уровне, у оператора связи появляется возможность использования высоконадежного и вместе с тем компактного оборудования на уровне доступа. Поэтому внедрение SDH представляет собой качественно новый этап развития цифровой сети связи.

1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЛС НА УЧАСТКЕ Г.АРХАНГЕЛЬСК – Г.КАРПОГОРЫ
Процесс глобального развития информатизации общества происходит колоссальными темпами. С каждым годом значительно увеличивается объем потоков передаваемой информации. Вместе с тем повышаются требования к скорости и качеству передачи. Успешное решение этой задачи во многом зависит от качества линий связи. Традиционные симметричные и коаксиальные кабели связи не отвечают новым требованиям. Выходом из создавшегося положения стало широкое применение волоконно-оптических кабелей связи в сочетании с цифровыми системами передачи.

Нужно отметить, что, несмотря на экономические трудности, развитие отрасли связи в Архангельской области, происходит заметными темпами. Предлагаются новые виды и средства связи, внедряются новейшие технологии, расширяется спектр дополнительных услуг. Архангельск сейчас наиболее остро нуждается в надежной связи с районными центрами области. На сегодняшний день для связи г. Архангельска и г. Карпогоры ОАО Северо-Западный Телеком использует аналоговую систему передачи К-60П, работающую по симметричному кабелю марки МКСБ 4х4-1,2 с медными жилами. Каналов, организованным по устаревшей системе К-60П не хватает, и качество связи уже не устраивает потребителей. Безусловно, на качество связи влияет и чисто физический износ аналогового оборудования и кабеля.

Темой проекта является строительство волоконно-оптической системы передачи между городами Архангельск и Карпогоры по опорам ЭЖД. Это, во-первых, позволит сократить расходы на эксплуатационно-техническое обслуживание линии и станционного оборудования; во-вторых, позволит организовать большое количество высокоскоростных цифровых каналов. Необходимо также предусмотреть выделение потоков в пос. Луковецкий и пос. Сия, что обеспечит эти населенные пункты надежной и качественной связью, следовательно, и такими услугами, как интернет, телеголосование, речевая и факсимильная почта, интернет-телефония, цифровое телевидение, справочно-информационные системы на основе глобальной интеллектуальной платформы и другими видами цифровой связи.

Развитие сети связи в Архангельской области имеет важнейшее значение для эффективного управления народным хозяйством страны, четкой работы государственного аппарата, повышения обороноспособности, удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения.

2. РАЗРАБОТКА СИТУАЦИОННОЙ СХЕМЫ

Подвеска ВОК на опорах ЭЖД достаточно широко применяется на магистральных и внутризоновых оптических сетях. Этот способ организации ВОЛС, конечно, необходим в труднодоступных местах, в районах с тяжелыми природными и грунтовыми условиями, где прокладка кабеля в грунт будет экономически не выгодна, и нет автодорог для обслуживания трассы кабеля, как в нашем случае на трассе г. Архангельск – г. Карпогоры.

Основными преимуществами подвески по сравнению с различными способами грунтовых прокладок являются:

- высокая скорость строительства;

- значительно меньший объем согласований трассы;

- экологическая чистота строительно-монтажных работ;

- обеспечение сохранности лесных массивов, сельскохозяйственных угодий, благоустройства, городской и сельской инфраструктуры.

На внутризоновых и местных линиях используется подвеска самонесущего кабеля выполненного полностью диэлектрическим, чтобы исключить электрические наводки в металлических элементах кабеля - стальном тросе и бронепокрове. В качестве центрального силового элемента (ЦСЭ) используется стеклопластик (часто изолированный), если необходим бронепокров, он выполняется также из стеклопластика. Вторая особенность этих кабелей - они содержат неметаллические продольные упрочняющие элементы - арамидные нити. Такие кабели могут быть проложены как на ЛЭП 110 кВ и выше, так и на воздушных линиях менее высокого напряжения (10 кВ и ниже), на низковольтных линиях, линиях освещения, опорах контактных сетей железных дорог. На электрифицированных участках железных дорог наиболее перспективным является опробованный способ подвески оптического кабеля на опорах контактной сети при помощи анкерных зажимов.

Кабель может прокладываться ручным или механизированным способом при температуре не ниже минус 10° С. Минимальная температура разделки и монтажа кабеля должна быть не ниже минус 10° С. При прокладке и монтаже кабеля не должны быть превышены допустимые растягивающие, раздавливающие, ударные и изгибные нагрузки. Разделка и монтаж кабеля должен проводиться способами и инструментами, исключающими его повреждение. Статический радиус изгиба кабеля при монтаже, прокладке и эксплуатации может быть не менее 20 диаметров кабеля. Радиус изгиба ОВ при монтаже может быть не менее 3 мм (в течение 10 минут). Статический радиус изгиба ОМ должен быть не менее 20 диаметров ОМ. Монтаж кабеля должен производиться с применением муфт, зажимов и других аксессуаров, имеющих сертификат или декларацию соответствия Мининформсвязи России.

Сложности эксплуатации ВОЛС на опорах ЭЖД связаны и с проблемами устранения возможных повреждений кабеля, вызванных как природными факторами, так и случаями вандализма. Как правило, для ремонта ВОЛС на опорах ЭЖД требуется предоставление "окон" (снятие напряжения).

Между населёнными пунктами трасса ВОЛС проходит вдоль железной дороги, обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП) с вводом-выводом потоков располагаются в посёлке Луковецкий, и в посёлке Сия, где они будут обеспечены водой, электроэнергией, топливом и жильём для обслуживающего персонала.

Трасса ВОЛС на участке г. Архангельск – г. Карпогоры определена направлением железной дороги между этими городами. Кабель по всей трассе, проходящей через населенные пункты Луковецкий и Сия намечено проложить по железобетонным опорам ЭЖД. Общая протяженность трассы составляет 210 км, и разбита на три участка: от Архангельска до пос. Луковецкий протяжённость трассы 76 км. от пос. Луковецкий до пос. Сия 72 км. и от пос. Сия до г. Карпогоры 62 км.

Характеристики трассы:

Для прокладки ВОЛС на опорах ЭЖД целесообразно использовать самонесущий одномодовый волоконно-оптический кабель с коэффициентом затухания 0,2 дБ/км на длине волны 1,55 мкм отечественного производства.


3 ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОЛС
Населенные пункты (объекты) трассы ВОЛС, численность населения приведена согласно переписи 2010 года:

Пункт 1 – г. Архангельск,

численность населения 348,4 тыс. жителей;

Пункт 2 – пос. Луковецкий;

численность населения 2,8 тыс. жителей;

Пункт 3 – пос. Сия;

численность населения 2,5 тыс. жителей;

Пункт 4 – г. Карпогоры;

численность населения 5,3 тыс. жителей.
Характеристика региона по следующим критериям (приводится описание выбранных населенных пунктов и оценка видов и объема передаваемой информации):

- административное значение региона и его промышленное развитие;

- оценка потребностей в услугах связи по следующим видам:

- телефония:

- количество стационарных телефонов Кст;

Количество телефонных каналов будем выполнять по старой методике 20-ти летней давности, данный расчёт будет примерным т.к на сегодняшний день уже устарел, сегодня жители городов и других населённых пунктов устанавливают не по одному телефону, а сколько, сколько хочется, если в г. Архангельске с 2007 года ещё наблюдается прирост населения по 0,5% в год за счёт увеличения рождаемости и оттока населения из посёлков и деревень в региональный центр, то в таких населённых пунктах как Карпогоры, пос. Сия, пос. Луковецкий население не растёт, а уменьшается, в то же время количество междугородних звонков гораздо больше, чем было 20 лет назад.

Расчёт количества населения в проекте не производится, поскольку, как уже было написано выше, прироста населения нет, и при проектировании ВОЛС по новым технологиям выбрана реальная, имеющаяся на сегодняшний день численность населения согласно последнее переписи 2010 года.

Перепишем данные по количеству населения:

численность населения г. Архангельска Ht = 348400 человек

численность населения пос. Луковецкий Ht = 2800 человек

численность населения пос. Сия Ht = 2500 человек

численность населения г. Карпогоры Ht = 5300 человек

Расчет количества необходимых телефонных каналов междугородной связи произведем по приближенной формуле:

(3.1)

где и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, = 1,3; = 5,6 (потери задаются, равными 5%)

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения равный 10%.

- коэффициент тяготения, = 10%

- удельная нагрузка,= 0,05 Эрл

и – количество абонентов, обслуживаемых автоматическими междугородными телефонными станциями (АМТС).

Определим максимальное количество абонентов в зоне АМТС, которое будет создавать загрузку рассматриваемой линии:,(3.2)

тогда:

для г. Архангельск чел.;

для пос. Луковецкий чел.;

для пос. Сия чел.;

для г. Карпогоры чел.

По формуле (3.3) получаем количество телефонных каналов между пунктами:

г. Архангельск – пос. Луковецкий кан.;

г. Архангельск – пос. Сия кан.;

г. Архангельск – г. Карпогоры кан.

Суммарное количество телефонных каналов:

кан.

Скорость передачи одного телефонного канала составляет 64Кб/с, итого скорость всех телефонных каналов (Vтф) составит:

Кб/с
- услуги мобильной связи Кмоб (количество абонентов мобильной связи);

Все большее количество абонентов отдаёт предпочтение мобильной связи. Расчёт количества абонентов сотовой связи можно выполнить то же только примерно. По данным статистики сотовых операторов граждан, действительно пользующихся услугами мобильной связи сегодня в России не более 70-75 миллионов человек или 50% населения страны. Естественно, в мелких населённых пунктах этот показатель ниже 30-40%, в крупных городах, региональных центрах может быть выше – 65-75%, в Москве и С. Петербурге – до 90%. Для нашего региона мы возьмём средний показатель по стране в 50%.

Отсюда примерное количество мобильных абонентов (действующих аппаратов):

в г. Архангельск составляет:

чел.

в пос. Луковецкий составляет:

чел.

в пос. Сия составляет:

чел.

в г. Карпогоры составляет:

чел.
Расчет количества необходимых каналов мобильной связи произведем по той же приближенной формуле (3.1):



Получаем количество необходимых каналов мобильной связи между пунктами:

г. Архангельск – пос. Луковецкий кан.;

г. Архангельск – пос. Сия кан.;

г. Архангельск – г. Карпогоры кан.

Суммарное количество мобильных телефонных каналов:

кан.

Из этих 52 каналов услугами интернет будут пользоваться, допустим, не более 30% абонентов, т.е. на обычный канал мобильной связи выделим 64 Кб/с, а если выход в интернет, то 128 Кб/с.

Учитывая это, рассчитаем примерное количество каналов мобильной связи, которые будут использоваться под интернет:


Итого, количество каналов выделенных для передачи мобильного интернета 16, каждый канал по 128 Кб/с, остальные 70% для передачи телефонных разговоров, а это 36 каналов со скоростью 64 Кб/с.

Скорость передачи одного канала для мобильного интернета составляет 128Кб/с, итого скорость всех каналов мобильного интернета (Vмоб.инт) составит:

Кб/с

Скорость передачи остальных каналов мобильной телефонной связи (Vмоб.) будет:

Кб/с

- передача данных Internet:

- скорость канала передачи данных Vпд = 10 Мбит/сек;

- количество провайдеров Кпр - берём из условия 1 на 10 тыс. пользователей;

- предполагаемое количество абонентов Раб = 60% от общего числа стационарных телефонов;
Отсюда имеем:

аб.

По найденому количеству пользователей интернета, нам достаточно одного провайдера с каналом для передачи интернета 10 Мбит/с.
- цифровое ТВ вещание:

- количество цифровых ТВ каналов Nтв = 14 (4 бесплатных и 10 коммерческих каналов);

- скорость передачи 1 ТВ канала (MPEG-2) Vтв = 8 Мбит/сек;

Итого скорость передачи всех 14 каналов цифрового телевидения составит:

Мбит/с.
- потребности в организации локальных сетей:

Выберем тип сети Ethernet, скорость обмена Vлвс = 100 Мбит/сек.

Расчет суммарного объема трафика ЛС производится на основе оценки суммарной скорости передачи (требуемой широкополосности) для удовлетворения всех потребностей в услугах связи.

Суммарная скорость передачи по линии определяется по выражению:

Vсумм= Vтф + Vмоб.инт. + Vмоб. + Vпд +Vтв+Vлвс, Мбит/сек. (3.5)
Получаем:

Vсумм= 2816 + 2048 + 2304 + 10000 + 112000 + 100000 = 229168 Кбит/сек.
Определим общее количество первичных цифровых потоков Е1 (2048Кб/с), выделяемых на передаваемые нами услуги связи по формуле:

NЕ1=V/2048 (3.6)

Отсюда:

Количество потоков Е1 выделяемых для передачи Internet:

Е1пд=10/2,048=5

Количество потоков Е1 выделяемых для передачи Ethernet:

Е1лвс=100/2,048=50

Количество потоков Е1 выделяемых для передачи цифрового ТВ:

Е1тв=112/2,048=56

Количество потоков Е1 выделяемых на телефонию:

Е1ТЛФ=2816/2048=2

Увеличим количество выделяемых потоков Е1 на телефонию на 1, для компенсации телефонных пиковых нагрузок в г. Архангельске, согласно структурной схеме организации связи (рис. 4.1). Итого:

Е1ТЛФ=2+1=3

Количество потоков Е1 выделяемых на мобильную связь:

Е1моб=(2048+2304)/2048=3

Увеличим количество выделяемых потоков Е1 на мобильную связь на 1, для компенсации телефонных пиковых нагрузок в г. Архангельске, согласно структурной схеме организации связи (рис. 4.1). Итого:

Е1моб=3+1=4

Общее количество передаваемых потоков Е1 по проектируемой ВОЛС составит:

NЕ1=5+50+56+3+4 = 118
Полученное значение количества цифровых потоков является определяющим для выбора типа активного оборудования соответствующего уровня SDH иерархии.

4. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ТИПА ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ


4.1 Построение схемы организации связи
Схема организации связи между населенными пунктами г. Архангельск и г. Карпогоры предназначена для обеспечения связи между ними, а также для обеспечения связью промежуточных населённых пунктов пос. Луковецкий и пос. Сия. На схеме указаны оконечные пункты и транзитные пункты, где предусмотрено выделение потоков, все мультиплексоры, установленные в этих пунктах, а так же соединения между ними.

В проекте предложено использовать топологию сети «последовательная линейная цепь», без резервирования по другим линиям связи, как наиболее простую и экономически целесообразную.

В проекте предусмотрено резервирование оптических волокон аппаратурой Huawei OptiX OSN 1500B по схеме 1+1, т.е. на 2 рабочих (прием-передача) оптических волокна (1-2 ОВ), будет приходиться 2 резервных (3-4 ОВ).

Из 16 оптических волокон кабеля ОКМС, 4 ОВ будет использоваться для организации линейного тракта и резервирования системы передачи OptiX OSN 1500B, 2 ОВ планируется передать на договорной основе ОАО «РЖД» в счет арендной платы за прокладку кабеля по опорам ЭЖД, остальные 10 ОВ целесообразно предать в аренду другим операторам связи с целью получения дополнительной прибыли.

Исходя из рассчитанного числа потоков, на проектируемом участке необходимо организовать:

- для телефонии: 3 потока Е1 для передачи телефонии, 1 поток Е1 для передачи мобильного интернета, 3 потока Е1 для передачи каналов мобильной телефонии;

- для передачи ТВ сигнала: необходим трафик 112 Мб/с (56 потоков Е1);

- для доступа в Internet: необходим трафик 10 Мб/с (5 потоков Е1);

- для передачи Ethernet: необходим трафик 100 Мб/с (50 потоков Е1).

На рисунке 4.1 показана структурная схема организации связи между населёнными пунктами г. Архангельск – г. Карпогоры с выделением потоков в пос. Луковецкий и пос. Сия.
4.2 Выбор системы передачи и её характеристика
Исходя из найденного числа каналов для обеспечения требуемой пропускной способности, выбираем оборудование синхронной цифровой иерархии SDH уровня STM-4 (622 Мб/с).

Аппаратуру и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные фирмы-изготовители, такие как «Alcatel», «Siemens», «Nortel», «Huawei» и другие.

Так как в нашем случае количество потоков E1=118 (2048 Кб/с), то была выбрана система передачи компании HUAWEI OptiX OSN 1500B. Рассматриваемый мультиплексор (рис.4.2) это оборудование с поддержкой скорости передачи на уровне STM-4 (622 Мбит/с) и до STM-16 (2,5 Гбит/с).

OptiX OSN 1500 является оборудованием следующего поколения, разработанным фирмой Huawei. это оборудование интегрирует в себе следующие технологии:

OptiX OSN 1500B обеспечивает платформу для передачи данных и речевых услуг.

c:\downloads\1500.jpg

Рисунок 4.2 Мультиплексор HUAWEI OptiX OSN 1500B

Главной отличительной особенностью платформы от оборудования OptiX OSN 1500 является поддержка механизмов резервирования на аппаратном уровне. Благодаря этому, у оператора связи появляется возможность использования высоконадежного и вместе с тем компактного и экономичного оборудования на уровне доступа.

Комбинируя различные технологии, оборудование OptiX OSN 1500B не только сохраняет гибкость и надежность, присущую технологии SDH, но также обеспечивает эффективную передачу трафика ATM и IP за счет возможности установки соответствующих интерфейсных модулей. В опорной сети, построенной на устройствах OptiX OSN, обеспечивается динамическое распределение полосы пропускания пользователям в соответствии с объемами проходящего трафика, т.к. система использует статистический, а не фиксированный метод мультиплексирования данных.

Поддерживаемые модули, максимально: 14хSTM-1, 14хSTM-4, 2хSTM-16, 20хFast Ethernet, 6хGigabit Ethernet, 10хSTM-1 электрический, 126хE1/T1, 12хE3/T3, мультисервисные ESCON/FICON/Fiber Channel/FDDI/ PDH (34Мбит/с~2.5Гбит/с), DVB-ASI.

Кроме того, в мультиплексор можно установить до 20 плат Fast Ethernet (рис 4.3) с двумя, четырьмя или восемью портами 10/100 Мбит/с, так же есть возможность установки до шести плат Gigabit Ethernet (1Гб/с). Любой порт, в таком модуле может работать во всех пяти режимах: дуплексный и полудуплексный, а также универсальный. После соответствующей обработки Ethernet-кадры помещаются в "контейнеры" VC-12. Данные могут быть также упакованы в каналы N2 Мбит/с.

c:\downloads\1126.jpg

Рисунок 4.3 Ethernet- плата 8-Port 10M/100M OptiX OSN 1500



Особенности системы:

1. Высокорентабельная платформа.

Сервисные платы и ПО OptiX OSN 7500/3500/2500/1500 совершенно совместимы: эти системы формируют комплексную платформу. Такой подход позволяет значительно снизить затраты на обслуживание и запчасти. Интеллектуальная платформа OSN является высокоэффективной комбинацией услуг и возможностей, предоставляя оператору рентабельное решение. Кроме того, система поддерживает смешанную организацию сети с другим оборудованием компании Huawei. Преимущество такого подхода – в комплексном управлении через NMS (систему управления сетью) компании Huawei.

2. Гибкость конфигурации оборудования.

• Оборудование совместимо с STM-16/4.

• Поддержка online обновления оборудования от 622M до 2.5G.

3. Планирование большой емкости

Поддержка 20G VC-4/VC-3/VC-12.

4. Конфигурирование множества услуг.

1) Сервисные интерфейсы:

• STM-1 (оптический/электрический);

• STM-4/16 со стандартными или каскадными сервисами;

• E1/T1/E3/T3/E4;

• Прозрачная передача и коммутация услуг FE и GE;

• Услуги ATM;

• Услуги SAN и передачи видео;

2) Полное предоставление быстрых end-to-end сервисов с применением GMPLS

5. Высокая степень интеграции.

Габариты корзины: 221 мм (В) x 444 мм (Ш) x 262 мм (Г); каждая корзина имеет 9 слотов под сервисные платы, 4 из которых можно использовать как слоты под интерфейсные платы.

6. Гибкие режимы установки.

Оборудование имеет форму параллелепипедов с высотой 5U. Оно может монтироваться с 19' статив или статив ETSI с глубиной 300, либо крепиться на стену.

7. Отличная организация сети.

• Поддержка динамического добавления ячеистых (meshed)?сетевых узлов;

• Поддержка сетевого наращивания и расширения ячеистой (mesh) сети c любой скоростью;

• Поддержка ячеистой (mesh) сети с 40 оптическими направлениями;

• Поддержка разных топологий сети SDH, включая цепь, кольцо, двойное кольцо, соприкасающиеся кольца;

• Поддержка колец RPR, VP-RING;

• На базе одной корзины можно создать четырёхволоконное кольцо STM-16 или два двух волоконных кольца STM-16;

8. Встроенная технология WDM.

• Предоставление двухканальной платы ввода/вывода длин волн;

• Предоставление платы преобразования спектральных каналов разной побитовой скорости.

9. Полный механизм поддержки сети.

• Восстановление ячеистой (mesh) сети.

Поддержка распределенного восстановления с защитной перемаршрутизацией. Предоставление 5 типов схем защиты сервисов: бриллиантового, золотого, серебряного, бронзового и железного уровней, согласно различным SLA (соглашений о качестве предоставляемого сервиса)

• Защита SDH

Поддержка 2F/4F MSP, SNCP и DNI, защита совместно используемого оптического виртуального канала

• Защита услуг передачи данных

Поддержка защитного кольца RPR для услуг Ethernet, а также защиты STP spanning tree. Поддержка защитного кольца VP-RING для сервисов ATM

10. Полный механизм защиты оборудования.

• Интеллектуальная защиты модулей управления: горячее резервирования 1+1

• Поддержка горячего резервирования 1+1 основных модулей, включая модули кросс-коммутации и синхронизации

• Защита модулей электропитания

• Защита TPS

Выбор предложенной транспортной платформы обуславливается ещё и тем, что она легко может быть модернизирована с уровня STM-4 в уровень порядком выше STM-16, расширение количества потоков добавлением дополнительных трибутарных плат. Защита 1+1 блоков кросс-коммутации, синхронизации и питания. Защита 1:N трибутарных плат.

Для обеспечения резервирования OptiX OSN 1500 использует такие механизмы, как двухволоконная MSP, SNCP, DNI, MS, SPRing, а также кольца АТМ VP Ring, IP Ring ATM, виртуальная защита пути в совместно используемом волокне ("фирменная" разработка Huawei). Суть этого механизма заключается в том, что вся пропускная способность волокна делится на уровни VC-4 или VC-12 для формирования логических подсистем, которые отвечают за свой вид трафика. Для каждой подсистемы устанавливается свой режим защиты в зависимости от типа трафика. Таким образом, одно волокно может одновременно поддерживать различные режимы защиты для разных групп трафика.
4.3 Выбор типа оптического волокна
В проекте предложено использовать оптическое волокно Японской фирмы Fujikura Ltd (Фуджикура) марки FutureGuide-LA – это одномодовое оптическое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (Non Zero Dispersion Shift Fiber) и большой величиной площади эффективного сечения, и низкой величиной поляризационно-модовой дисперсии (по рекомендации G.655 МСЭ-Т). Предлагаемое оптическое волокно предназначено для магистральных волоконно-оптических систем передачи данных длинной от 100 км. и более со спектральным DWDM уплотнением, работающих в C- и L-диапазонах.

В таблице 3.1 указаны технические параметры оптического волокна FutureGuide-LA фирмы Fujikura Ltd.
Таблица 4.1 Технические параметры оптического волокна FutureGuide-LA: 

Параметры

Ед изм

FutureGuide-LA

Диаметр покрытия

мкм

245 ± 5

Диаметр оболочки

мкм

125,0 ± 1,0

Диаметр модового пятна на длине волны 1550 нм

мкм

9.6±0.4

Эффективное сечение (Aeff)

кв мм

72 (в среднем)

Затухание на длине волны 1550 нм

дБ/км

<0.2

Затухание на длине волны 1625 нм

дБ/км

0.25

Неоднородность затухания на длине волны 1550 нм

дБ/км

< 0,10

Изменение затухания в зависимости от длины волны (диапазоне 1525-1575 нм)

дБ/км

0.05

Длина волны отсечки

нм

1480

Диаметр поля моды на длине волны 1550 нм

мкм

9,6 ± 0,4

Хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм

пс/(нм*км)

2.5

Хроматическая дисперсия на длине волны 1625 нм

пс/(нм*км)

5.0

Поляризационно-модовая дисперсия

пс/?км

< 0,10

Удельная полоса пропускания, на длине волны 1550 нм

МГц·км

252000

Максимальное относительное удлинение

%

1.0


Оптическое волокно, используемое в оптических кабелях связи, обладает емкостью до нескольких миллионов телефонных разговоров или сотен ТВ цифровых каналов одновременно. Секрет такой емкости в чистоте кварцевого стекла, используемого для оптического волокна. Волокно состоит из сердечника, образованного легированным кварцевым стеклом, окруженного отражающей оболочкой из чистого кварцевого стекла. Слои акрилата защищают волокно и предохраняют от проникновения влаги и агрессивных химических соединений. Чистота и различные оптические свойства отражающей оболочки и сердечника позволяют направлять свет по волокну на расстояние, превышающее десятки и даже сотни километров без усиления. безымянный.jpg

Рисунок 4.4 Одномодовое оптическое волокно типа NZ-DSF.

В одномодовых волокнах определяющей является хроматическая дисперсия, которая выражается в различии показателей преломления и, следовательно, в скоростях распространения излучения с различными длинами волн. Величина дисперсии зависит от типа источника излучения, обычно нормируется в расчете на 1км, и измеряется в пс/км.

С точки зрения дисперсии, существующие одномодовые волокна, которые широко используются в сетях сегодня, разбиваются на три основных типа: волокна с несмещенной дисперсией SF (стандартные волокна со ступенчатым профилем), волокна со смещенной дисперсией DSF и волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF.

Все три типа волокон очень близки по затуханию в окнах одномодовой передачи 1310 и 1550 нм, но отличаются характеристиками хроматической дисперсии. Поскольку дисперсия влияет на максимальную допустимую длину безретрансляционных участков, то на первый взгляд естественно возникает желание выбрать волокно с наименьшим возможным значением дисперсии применительно к конкретной задаче, к конкретной длине волны. Это справедливо для случая передачи одной длины волны - одноканальной передачи. Многоканальное волновое мультиплексирование (WDM) в окне 1550 нм диктует иной рационализм. Исследования показывают, что когда длина волны нулевой дисперсии попадает в зону мультиплексного сигнала, начинают проявляться нежелательные интерференционные эффекты, приводящие к более быстрой деградации сигнала. Поэтому, заказчик кабелей связи должны отчетливо представлять себе преимущества и недостатки каждого волокна в аспекте эволюции традиционных сетей к полностью оптическим сетям.безымянный1.jpg
Рисунок 4.6 Профили показателей преломления стандартного одномодового волокна и волокна со смещённой дисперсией.

По мере совершенствования систем передачи на длине волны 1550 нм встает задача разработки волокна с длиной волны нулевой дисперсии, попадающей внутри этого окна. В итоге в середине 80-х годов создается волокно со смещенной дисперсией DSF, полностью оптимизированное для работы в окне 1550 нм, как по затуханию, так и по дисперсии. На протяжении многих лет волокно DSF считается самым перспективным волокном. С приходом более новых технологий передачи мультиплексного оптического сигнала, большую роль начинают играть эрбиевые оптические усилители типа EFDA, способные усиливать многоканальный сигнал. К сожалению, более поздние исследования (в начале 90-х годов) показывают, что именно длина волны нулевой дисперсии (1550 нм), попадающая внутрь рабочего диапазона эрбиевого усилителя, является главным потенциальным источником нелинейных эффектов (прежде всего четырехволнового смешивания), которые проявляются в резком возрастании шума при распространении многоканального сигнала.

Дальнейшее исследования подтверждают ограниченные возможности DSF при использовании в системах WDM. Чтобы избежать нелинейных эффектов при использовании DSF в WDM системах, следует вводить сигнал меньшей мощности в волокно, увеличивать расстояние между каналами, и избегать передачи парных каналов. Четырехволновое смешивание - это эффект, приводящий к рассеянию двух волн с образованием новых нежелательных длин волн. Новые волны могут приводить к деградации распространяемого оптического сигнала, интерферируя с ним, или перекачивать мощность из полезного волнового канала. Именно из-за эффекта четырехволнового смешивания стало ясно, что необходимо разработать новый тип волокна.

Волокно NZDSF создано в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки DSF, проявляющиеся при работе с мультиплексным оптическим сигналом. Оно имеет особенность в том, что длина волны нулевой дисперсии вынесена за пределы полосы пропускания эрбия. Это уменьшает нелинейные эффекты и увеличивает характеристики волокна при передаче DWDM сигнала.p14.gif

Рисунок 4.6 Хроматическая дисперсия одномодовых волокон в окне 1550 нм

Цель проекта - построить ВОЛС общей протяжённостью 210 километров г. Архангельск – г. Карпогоры с выделением потоков по трассе в 2-х населённых пунктах при передаче сигнала на скорости 622Мбит/с с использованием современного оптического волокна типа NZDSF марки FutureGuide-LA фирмы Fujikura. Нами должна рассматриваться совместно с планами более далекой перспективы - инсталляция линии на скорость передачи до нескольких Гбит/с (увеличение трафика выделенного на услуги интернет, а так же возможность перехода на стандарт Fast Ethernet 1Гб/с) без использования последовательно установленных линейных усилителей между населёнными пунктами.

4.4 Выбор типа оптического кабеля
При выборе оптического кабеля (ОК) в проекте учитывались условия прокладки ОК, тип оптического волокна, а также число необходимых волокон.

В проекте предложена прокладка оптического кабеля по опорам ЭЖД.

Характерными особенностями конструкции оптического кабеля должны быть:

Оптические кабели, используемые при строительстве ВОЛС на грузонапряжённых участках железных дорог, должны иметь не менее 16 волокон; на малонагруженных участках или для подключения удаленных для магистрали объектов - не менее 8 волокон для обеспечения резервирования и защиты. Оптические волокна при этом должны быть одномодовыми и сертифицированы для длин волн 1,31 мкм и 1,55 мкм.

При выборе типа оптического кабеля следует отдавать предпочтение кабелям со стандартным волокном, обеспечивающим работу систем STM-1/16. При этом могут быть использованы как отечественные кабели, так и кабели зарубежных фирм при наличии сертификации Министерства связи.

На сегодняшний день отечественная промышленность освоила производство практически полностью номенклатуру оптических кабелей для магистральных, зоновых и местных сетей связи. В конструкциях кабелей применяются импортные материалы высокого качества, а также оптическое волокно, поставляемое, в основном, известными фирмами: Corning, Fujikura, Samsung, Lucent Technologies., т.к. оптический кабель подвешивается на опорах контактной сети, мы выберем самонесущий кабель марки ОКМС, производство Калужского предприятия ЗАО "Трансвок" Россия.

http://www.transvoc.ru/pic/okms.gif

Рисунок 4.7 Схема кабеля ОКМС


Применение кабелей ОКМС:

Магистральный самонесущий, диэлектрический, для подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередачи (ЛЭП) до 500 кВ, воздушных линиях связи и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60°С до плюс 70°С;

Описание кабеля ОКМС:

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) представляет собой стеклопластиковый стержень.

Оптический модуль: пластмассовые трубки с четырьмя окрашенными одномодовыми оптическими волокнами, заполненными гидрофобным компаундом. Заполняющие модули: полиэтиленовые стержни.

Сердечник: оптические модули и кордели - заполнители скручены вокруг ЦСЭ; пустоты сердечника заполнены гидрофобным компаундом.

Защита от влаги: бандажная лента, наложенная продольно на сердечник кабеля. Внутренняя оболочка полиэтиленовая.

Броня: повив из арамидных упрочняющих нитей.

Защитная оболочка: светостабилизированный полиэтилен.

Для проектируемой ВОЛС в проекте предложено использовать кабель марки ОКМС - А - 4/2(2,4)Сп - 16(5) - «8 кН».

Характеристика кабеля ОКМС - А - 4/2(2,4)Сп - 16(5) - «8 кН»:


5 ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ
5.1 Определение ширины полосы частот проектируемой волоконно-оптической системы связи (пропускной способности)
Предельный объем информации, который можно передать по волокну единичной длины, определяется его полосой пропускания. Полоса пропускания оптического волокна зависит от дисперсии, чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.

Дисперсия – уширение импульсов – рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Физическим смыслом дисперсии является увеличение длительности импульса.

Полоса пропускания оптического кабеля измеряется в (Гц·км) и определяется:

, (5.1)

где ? – результирующая дисперсия оптического волокна, с/км, определяется по формуле:

, (5.2)

где ?mod – межмодовая дисперсия, обусловленная различием скоростей распространения направляемых мод;

?chr – хроматическая (частотная) дисперсия, обусловленная некогерентностью источника излучения и зависимостью от длины волны показателя преломления волокна и коэффициента распространения моды.

В многомодовых оптических волокнах определяющей является межмодовая дисперсия, в одномодовых присутствует только хроматическая дисперсия, т.е в нашем случае результирующая дисперсия равна 2,5 пс/(нм·км).

Для одномодового оптического волокна пользуются значением дисперсии, нормированным на нанометр ширины спектра источника и километр длины волокна, которое называют удельной хроматической дисперсией.

Удельная дисперсия измеряется в пс/(нм·км). Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией соотношением:

, с/км (5.3)

где – удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм·км), зависит от состава и типа используемого кварцевого стекла;

– ширина спектра излучения источника, нм.

Оптический интерфейс SDH использует кодировку 8В/10В, что соответствует частоте модуляции 778 МГц.

При использовании лазера с ??=0,1 нм (1550нм) удельная полоса пропускания для одномодового волокна NZDSF FutureGuide-LA фирмы "Fujikura Ltd." (таблица 3.1) равна 252000 МГц·км и при длине оптического сегмента 210 км (общая длина участка г. Архангельск – г. Карпогоры) будет равна 252000/210 = 1200 МГц, что больше 778 МГц. То есть с точки зрения дисперсии при использовании лазера с ?? = 0,1 нм (1550 нм) протяженность в 210 км является допустимой.
5.2 Расчет проектной длины регенерационного участка, полной длины оптического линейного тракта и определение его структуры
Длина регенерационного участка определяется суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического кабеля. Суммарное затухание состоит из потерь мощности непосредственно в оптическом волокне и из потерь в разъемных и неразъемных соединениях.

Суммарные потери регенерационного участка, можно рассчитать по формуле:

, дБ (5.4)

где – количество разъемных соединителей на одном участке проектируемой ВОЛС, ;

– потери в разъемных соединениях, дБ (приложение Б, табл.1);

– количество неразъемных соединений,

=, где lc строительная длина в кабеле, ;

76 км, - длина самого большого по протяжённости участка проектируемой трассы ВОЛС г. Архангельск - пос. Луковецкий. В дальнейшем расчёты будем проводить именно для этого участка трассы ВОЛС;

– потери в неразъемных соединениях (приложение В), вносимых сварочным аппаратом Fujikura FSM-11S SpliceMate, дБ;

– допуск на температурные изменения затухания ОВ, дБ;

– допуск на изменение характеристик компонентов РУ со временем, на трассы длиной до 200 км дБ;

– коэффициент затухания ОВ, (таблица 3.1).

Суммарные потери регенерационного участка равны:

дБ

Длину регенерационного участка с учетом потерь мощности можно определить по формуле:

, (5.5)

где – энергетический потенциал волоконно-оптической системы передачи, определяемый по формуле:

, дБ (5.6)

где – уровень мощности оптического излучателя 2 дБм (из расчёта проведённого в пункте 5.7);

– чувствительность приемника, дБм.

Чувствительность приемника составляет -42 дБм (из расчета, проведенного в пункте 5.8).

Таким образом, энергетический потенциал аппаратуры равен:

дБм

С учетом энергетического потенциала системы допустимые потери в волоконно-оптическом тракте составят:

. (5.7)

В нашем случае, дБ

Тогда длина регенерационного участка будет составлять:

, (5.8)

км

На длину регенерационного участка накладывают ограничения дисперсионные характеристики волокна.

С учетом дисперсии оптического волокна длина регенерационного участка составит:

(5.9)

где D (пс/нм*км) – суммарная дисперсия одномодового оптического волокна, определяется хроматической дисперсией 2,5 пс/нм*км;

d (нм) – ширина спектра источника излучения (из табл. 5.1), для лазерного диода ML920J11S01 составляет 1 нм;

В (МГц) – широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту – 622,08МГц.


Так как расстояние между населенными пунктами г. Архангельск – пос. Луковецкий составляет всего 76 км, то устанавливать необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) между ними нет необходимости. Производить расчёт длин регенерационных участков для участков трассы: пос. Луковецикй - пос. Сия и пос. Сия - г. Карпогоры нет необходимости, т.к. длина этих участков трассы ВОЛС ещё меньше и соответственно в ходе расчётов, длины регенерационных участков получатся ещё больше. В нашем случае сигнал будет регенерироваться в помещениях ОРП размещённых в пос. Луковецкий и пос. Сия.
5.3 Определение суммарных потерь в оптическом тракте
Оптическая линия связи соединяет оптические интерфейсы. В состав оптической кабельной системы входят все компоненты, обеспечивающие оптическое соединение передатчика одного интерфейса с приемником другого:

При прохождении каждого из этих элементов оптический сигнал испытывает определенные потери. На компенсацию потерь в оптическом кабеле расходуется только часть энергетического потенциала приемопередатчиков оптических трансиверов. Оставшийся резерв распределяется на потери в неразъемных соединителях, коннекторах промежуточных и оконечных оптических кроссов, энергетический запас и т.д. В процессе проектирования следует учитывать требования стандартов к кабельным системам.

Параметры полной совокупности элементов кабельной системы должны удовлетворять следующему неравенству:

, (5.10)

где – общая длина отрезка оптического кабеля j – того типа, причем:

?Lj=L – длина оптического тракта, км, км;

– коэффициент затухания оптического кабеля j – того типа, ;

– потери при переходе с волокна с одним диаметром сердцевины на волокно с другим диаметром или при соединении волокон с одинаковым диаметром сердцевины, но с различной числовой апертурой;

– количество точек перехода;

– энергетический запас, принимаемый обычно равным 2-3 дБ и расходуемый в процессе эксплуатации волоконно-оптического канала связи на старение элементов, введение сростков новых неразъемных соединителей при ремонтах, модернизациях и т.д.

– энергетический потенциал аппаратуры, дБ. (из расчёта выполненного в пункте 5.6)

1) Потери в оптическом кабеле.

Потери в ОК зависят от его длины и коэффициента затухания и указаны в таблице 3.1.

2) Потери в неразъемных соединителях.

В процессе создания и эксплуатации оптического тракта может возникнуть необходимость сращивания отдельных сегментов оптического кабеля. Обычно оно выполняется в виде неразъемных соединителей (сростков), которые изготавливаются с помощью сварочного аппарата или с использованием механических сплайсов. Потери в сростках при использовании сварочного аппарата () Fujikura FSM-11S SpliceMate - для волокна NZDSF составляют 0,02 дБ (приложение В, табл.1). Количество сварных швов:

= 76\6=12

3) Потери в разъемных соединителях.

Разъемные соединители применяются в оконечных разделочных муфтах и 19-дюймовых полках, а также в промежуточных кроссах. Потери в выбранных нами разъемных соединителях FibrlockTM11 составляют 0,2 дБ (Приложение В)

В результате, получим:

дБ.

В итоге 19,2<44, следовательно, условие (5.10) выполняется.
5.4 Расчет полного запаса мощности системы
Энергетический потенциал с учетом потерь на ввод и вывод энергии из волокна, или полный запас мощности системы, дБ, можно определить по формуле:

(5.11)

где: - уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ 2 дБм;

, - потери в разъёмных соединениях на оптическом кроссе;

- чувствительность приёмника, -42 дБм.

дБ
5.5 Расчет энергетического запаса
Энергетический запас системы определяют как разность между полным запасом мощности (5.11) и суммарным затуханием (5.4). Значение энергетического запаса работоспособной системы должно быть положительным.

(5.12)

где: - энергетический потенциал, 43,6 дБ;

- суммарные потери регенерационного участка, 4,042 дБ.

Получим:

дБ

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

(5.13)

где - вероятность ошибки приходящаяся на 1 км оптического линейного тракта: (для магистральной сети 10-11, для внутризоновой 1,67·10-10, для местной 10-9).

Для проектируемой ВОЛС:


5.7 Определение уровня передачи мощности оптического излучения на выходе передающего оптического модуля (ПОМ)
Уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ (предающего оптического модуля), определяется по формуле:

, дБм (5.14)

где Рс – уровень средней мощности оптического сигнала на выходе источника излучения;

?Р – снижение уровня средней мощности, зависящее от характера сигнала (для кода NRZ 3дБ, для RZ 6дБ). В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ.
В качестве передающего оптического модуля, выберем лазерный диод серии ML920J11S01, фирмы Mitsubishi. Это высококачественные, одночастотные (DFB - Distributed Feedback, на рус. РОС – с распределённой обратной связью) лазерные диоды, изготовленные на основе квантоворазмерных гетероструктур с интегрированной Брэговской решеткой. Они являются оптимальными источниками излучения для магистральных цифровых волоконно-оптических систем передачи информации, гибких оптических мультиплексоров, SDH-оборудования уровня STM-1/STM-4.

ik.jpg

Рисунок 5.1 Лазерный диод ML920J11S01 фирмы Mitsubishi.

Из технических характеристик лазерного диода ML920J11S01 (таблица 5.1) возьмем значение уровня мощности Рс = 5 дБм.
Таблица 5.1 – Технические характеристики лазерного диода ML920J11S01

Параметр

Значение

Длина волны:

1550нм

Ширина спектра излучения

1 нм

Тип лазерного диода:

DFB

Рабочая скорость:

до 2,5 Гб/с

Мощность излучения на выходе:

5 дБм

Напряжение питания:

1,1/1,5В

Тип оптического разъема:

FC, ST, SC, LC

Тип оптического волокна:

DSF/NZDSF


Уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ по формуле (5.14) равен:

дБм.
5.8 Определение уровня МДМ (порога чувствительности приемного оптического модуля - ПРОМ)
Одной из основных характеристик приёмника оптического излучения является его чувствительность, то есть минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятность ошибок.

Абсолютный уровень МДМ (порог чувствительности ПРОМ) определяется по формулам:

(5.15)

(5.16)

дБм

5.9 Определение быстродействия системы

Выбор типа ОК может быть оценён расчётом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью её элементов и дисперсионными свойствами ОК.

Полное допустимое быстродействие системы определяется скоростью передачи В, бит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле:

, нс (6.17)

где - коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид линейного кода), для кода NRZ.

tдоп = нс.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле:

tож= 1,111, нс (5.18)

где tпер – быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения; tпер = 0,2 нс;

tпр – быстродействие приёмного оптического модуля (ПРОМ), определяемое скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД), tпр = 0,1 нс;

tов – уширение импульса на длине РУ, которое определяется по формуле:

, (5.19)

где - дисперсия, определяемая в зависимости от типа волокна.

нс,

нс,

Так как tож = 0,77 нс < tдоп= 1,1 нс, то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина называется запасом по быстродействию.

нс

При tож < tдоп станционное и линейное оборудование ВОЛП будут обеспечивать безыскажённую передачу линейного сигнала.
5.10 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:

. (5.20)

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.

. (5.21)

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

. (5.22)

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 . (5.23)

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

(5.24)

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

Пусть , ,… вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, nколичество 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:

, (5.25)

где интенсивность отказов системы, час-1;

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

Среднее время безотказной работы системы определяется:

, час. (5.26)

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

, (5.27)

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:

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

, (5.28)

где интенсивности отказов НРП и ОРП;

– количество НРП и ОРП;

– интенсивность отказов одного километра кабеля;

L протяженность магистрали.

А так как участки кабельной магистрали не содержат НРП, а регенерация происходит в зданиях ОРП, то интенсивность отказов НРП не учитываем. Расчёт так же будем производить для самого большого по протяжённости участка проектируемой г. Архангельск – пос. Луковецкий.

Средняя по России интенсивность отказов 1 км оптического кабеля равна =3,88ґ10-7 час-1. Согласно техническому описанию, наработка на отказ мультиплексора аппаратуры OptiX 1500 равна 10 годам или 87600 часов, откуда интенсивность отказов будет равна .Значения необходимых для расчетов параметров возьмем из таблицы 5.1

Таблица 5.2 – Показатели надежности

Показатели надёжности

ОРП

Кабель на 1 км

Интенсивность отказов , 1/ч

10-7

3,88ґ10-7

Время восстановления повреждения,tв, ч

0,5

10,0

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

.

Вероятность безотказной работы в течение суток часа:

.

В течение недели часов:

.

В течение месяца часов:

.

В течение года часов:

.

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

,ч (5.29)

где время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 5.3
Таблица 5.3 – Данные расчета вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы

Интервал времени t, ч

0

24

168

720

8760

Р(t)

1

0,9993

0,9917

0,9564

0,7180


В результате расчетов можно сделать вывод, что проектируемая кабельная магистраль, способна выполнять заданные функции с необходимым качеством.

6. МОНТАЖ И ПРОКЛАДКА ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ С УЧЕТОМ ВЫБРАННОЙ ТРАССЫ
В процессе организации и осуществления строительства ВОЛС, как правило, выполняются следующие мероприятия:

- организация и проведение подготовительных работ;

- прокладка или подвеска ОК;

- монтаж ВОЛС;

- проведение приемосдаточных измерений и сдача ВОЛС в эксплуатацию.

В этом дипломном проекте будет более подробно рассмотрен выбранный метод прокладки, особенности монтажа, измерений и защиты ОК от внешних влияний.
6.1 Прокладка оптического кабеля на опорах ЭЖД (электрофицированной железной дороги)

Наиболее важное отличие прокладки путем подвеса волоконно-оптических кабелей от других способов состоит в том, что места сращивания двух строительных длин должны располагаться на опоре вместе с технологическим запасом кабеля, достаточным для спуска с опоры, а также для восстановительных работ в случае аварийных ситуаций на линии. Сращивание строительных длин волоконно-оптического кабеля всегда выполняется в монтажном автомобиле или палатке. Это обуславливает необходимость резервирования больших длин технологического запаса, чем при прокладке в грунт. Кроме того, необходимо уделить внимание надежному закреплению запаса, поскольку нахождение на опоре сопряжено с постоянным воздействием ветровых нагрузок.

Методика независимого подвеса

Эта методика может быть применена для инсталляции самонесущих волоконно-оптических кабелей типа ОКМС. Суть методики заключается в том, что волоконно-оптический кабель подвешивается отдельно от других кабелей, подвешенных на данной линии опор.

Применение этой методики, безусловно, сопряжено с относительным увеличением стоимости волоконно-оптического кабеля за счет конструктивных решений, направленных на сопротивление воздействиям окружающей среды.

Этапы инсталляционных работ

Для проведения инсталляции предварительно готовится трасса подвеса. На опоры и столбы подвешивается соответствующая арматура, предназначенная для протяжки и последующей фиксации кабеля в процессе инсталляции. Конструкции и типы арматурных узлов (см. ниже) определяются проектными решениями.

По закрепленной арматуре протягивается трос-заготовка (аналогичная операция проделывается в процессе прокладки кабеля в канализацию или кабельную трубку, только в этих случаях в качестве заготовки используется прут из стеклопластика). Для временно обесточенных на период проведения работ линий такой заготовкой может служить тонкий стальной трос. Для инсталляционных работ, проводимых без снятия напряжения, необходимо предусмотреть диэлектрический трос, способный выдержать соответствующую нагрузку при инсталляции — например, трос из кевлара или тварона.

После протяжки троса к нему крепится протягиваемый волоконно-оптический кабель, и с помощью специализированной кабельной лебедки проводится протяжка строительной длины кабеля по опорам. Затем протянутый кабель натягивается с помощью лебедки и закрепляется в необходимых узлах. При этом контролируется стрела провеса, которая должна соответствовать проектной.

Заземления металлических несущих элементов устраиваются на оконечных опорах строительной длины.

Комплекс оптических измерений выполняется в соответствии с действующими нормами и правилами, как и в случае с традиционными способами инсталляции.

Подвес самонесущих кабелей, содержащих вынесенный силовой элемент (стальной трос или стеклопластиковые стержни), производится после установки консолей на всех опорах. Барабан с кабелем устанавливают на транспортере или кузове автомобиля на козлах. На конце строительной длины трос отделяют от кабеля и крепят к опоре оконечной вязкой. Барабан с кабелем везут по трассе, разматывают и поднимают на ролики, закрепленные на консолях. После его размотки на длине 5-6 пролетов кабель поверх пластмассового покрытия троса захватывают зажимом и натягивают блоками или лебедкой, прикрепленными к опоре. Кабель вынимают из роликов и последовательно крепят в консолях на всех промежуточных опорах, начиная с опоры, смежной с той, на которой выполнена оконечная вязка троса. При этом добиваются обеспечения требуемых стрел провеса троса в пролетах. После закрепления кабеля в консолях на первом участке его разматывают на втором и последующих.

Заземления металлических несущих элементов устраивается на оконечных опорах, а также на промежуточных: в населенных пунктах — через каждые 250 м, вне населенных пунктов — через 2 км. Провод заземления соединяют с тросом специальным зажимом, обеспечивающим надежное долговременное соединение.

При производстве работ по прокладке оптического кабеля типа ОКМС по опорам ЭЖД, для снижения затрат и согласований производства работ со службами СЖД, выбираем способ прокладки ОК без снятия напряжения с токоведущих проводов контактной сети. Для этого в качестве троса-заготовки выбираем трос из изоляционного материала.

Кабельная арматура

Арматура, используемая при независимом подвесе кабеля

При прохождении кабеля через опору для соблюдения высоты подвеса и во избежание повреждения элементами конструкции производится крепление кабеля к опоре. Для крепления волоконно-оптических кабелей к опорам, столбам и другим сооружениям разработаны специальные зажимы. Внутренняя поверхность зажимов, соприкасающаяся с оболочкой кабеля, выполнена из соответствующих материалов (например, полиуретана), препятствующих проскальзыванию кабеля внутри зажима, и в то же время способных сохранять свои свойства в течение всего срока эксплуатации. В зависимости от назначения зажимы делятся на анкерные и поддерживающие.

Анкерные зажимы применяются при устройстве узлов натяжения кабеля, выполняемых в местах поворота трассы (угол более 30°), при изменении высоты подвеса кабеля, при спуске кабеля с опор (столбов и пр.), при вводах в здания, а также на прямых участках для соблюдения стрелы провеса кабеля.

Поддерживающие зажимы предназначены для соблюдения высоты подвеса и стрелы провеса кабеля. Они применяются при устройстве проходных узлов. В этих узлах кабель фиксируется для предотвращения его проскальзывания в обе стороны.

Зажим представляет собой простую и надежную конструкцию из оцинкованной стали (хорошая защита от коррозии). За счет оптимальной конструкции вес всего зажима в сборе составляет не более 44 грамм, что позволяет минимально нагружать кабель. Габариты зажима в основной части 15 х 15 х 90 мм. Такой минималистический подход не может не сказаться на стоимости решения, а соответственно, и на экономической эффективности всего проекта.

pole.jpg

Рисунок 6.1 Подвеска ВОК на опорах контактной сетиhttp://www.o-link.ru/images/catalog/ocab/zajim_disass.jpghttp://www.o-link.ru/images/catalog/ocab/zajim_assembled.jpg

1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации