Дипломная (вкр): Проектирование магистральной волоконно-оптической линии связи

В корпоративной сети, как правило, 4-8 волокон магистрального ОК образуют транспортную сеть (backbone), остальные волокна - либо темные, либо используются для построения вторичных сетей, а именно абонентских сетей доступа (“последних миль”). При наличии резервных маршрутов, например при кольцевой топологии сети, обрыв ОК не повлияет на передачу трафика в магистралях сети - он просто будет направлен по другому пути. Но абоненты, подключенные к сети через волокна поврежденного кабеля, связь потеряют, так как подключены без резервирования ОК. Подобная ситуация наблюдается также в процессе строительства сегментов ВОЛС большой корпоративной сети, которая некоторое время (иногда продолжительное) может не иметь резервирования по каналам связи, например, нет замыкания кольца SDH. В то же время поэтапное подключение узлов к сети связи вполне допустимо и часто происходит на практике.

Мониторинг волокон ОК в больших протяженных сетях связи крайне необходим и для прогнозирования ухудшения характеристик волокна, чтобы до появления необратимых изменений провести своевременный профилактический ремонт этих участков ВОЛС. В конечном итоге это намного дешевле, чем устранять последствия аварии ОК.

Для больших корпоративных сетей со сложной топологией и протяженными ВОЛС невозможно регулярно проводить полное тестирование всех ОК сети вручную. Постоянный мониторинг ОК большой разветвленной сети должен вестись дистанционно и непрерывно интеллектуальной автоматической системой с централизованным управлением. волоконный связь цифровой кабель

.5 Монтаж оптического кабеля

Монтаж ОК - наиболее ответственная операция, предусматривается качество и дальность связи по волоконно-оптической линии передачи. Монтаж ОК должен обеспечивать надежные механические параметры сростки на резерв, вибрацию и требуемые нормы ограничения радиусов изгиба ОВ, работоспособность сростки в условиях длительного нахождения ОК в земле, в водоеме или телефонной канализации. Монтаж бывает двух видов: постоянный и временный.

Наиболее распространенным способом монтажа оптоволокна является соединение при помощи сварки, который относится к постоянному виду. Этот метод более надежный, стабильный и не вызывает больших затрат. Он пригоден к полевым условиям, так как не требует предварительной обработки торцевых поверхностей волокон. За счет высокой температуры (1600°С), создаваемой дуговым разрядом, концы волокон плавятся и при прижиме друг к другу крепко соединяются. Потери в таком сочетании не превышают 0,1-0,3 дБ (min £ 0.05 дБ).

При монтаже муфты используется кассета с числом стержней, равное числу сращиваемых волокон. Сростки волокон крепятся на эбонитовую пластинку так, чтобы они не ощущали продольного влияния на разрыв. Армирующие элементы и жилы дистанционного питания соединяются напрямую, так, чтобы они воспринимали на себя растягивающее усилие, а ОВ вкладывают в виде петли.

В процессе монтажа ОК производят контрольные измерения. Основными измерительными приборами являются: рефлектометр и оптический тестер, которые контролируют затухание светового потока на измеряемом участке линии ОК.

На смонтированных регенерационных участках осуществляется измерение сопротивления изоляции внешней полиэтиленовой оболочки. Сопротивление изоляции полиэтиленовой внешней оболочки должно быть не меньше 2000 МОм×км до прокладки и не меньше 5 МОм×км после прокладки кабеля.

После электрических проверок осуществляют измерение затухания ОВ кабеля на всем участке. Затухание ОВ кабеля всего регенерационного участка должно отвечать норме указанной в проекте.

. Специальная часть

При выполнении дипломного проектирования поставлены следующие задачи:

) изучить основные особенности трассы ВОЛС;

) подобрать телекоммуникационную технологию, в рамках которой будет работать магистральная система передачи;

) выбрать оборудование;

) экспериментально оценить основные параметры созданной линии.

Решение отмеченных выше задач позволяет достичь поставленной цели, а именно, - проектирования магистральной ВОЛС.

.1 Организации, использующие данную линию связи

Рассматриваемая в данном дипломном проекте магистраль на участке Уфа - Самара будет обеспечивать передачу информации между Самарским информационно-вычислительным центром и его региональным ИВЦ Уфа, а также прилегающие к трассе ВОЛС районные центры.

Самарский информационно-вычислительный центр - структурное подразделение ГВЦ - филиала ОАО «РЖД» - предприятие, осуществляющее свою деятельность в сфере предоставления информационно-вычислительных услуг и обеспечивающее функционирование и дальнейшее развитие сложной компьютерной сети дороги.

Эксплуатируемые информационные технологии обеспечивают в режиме реального времени реализацию задач, связанных с управлением грузовыми и пассажирскими перевозками, продажей билетов на поезда, реализацией финансовых расчетов с клиентами, управления экономикой, материально-техническим снабжением и рядом других задач.

Самарский информационно-вычислительный центр связан прямыми каналами связи с соседними дорогами. Таким образом обеспечивается функционирование единой компьютерной сети в рамках железных дорог России, СНГ и стран Балтии.

Самарский информационно-вычислительный центр и его региональные ИВЦ в городах Пенза, Рузаевка, Уфа, Ульяновск, Сызрань готовы предложить заинтересованным лицам свои услуги в следующих областях:

) разработка специализированного программного обеспечения по автоматизации взаимодействия заказчика с железной дорогой;

) техническое обслуживание компьютерных систем;

) ведение для заказчика автоматизированных расчетов в области бухгалтерского учета;

) обеспечение информацией о подходе вагонов и грузов для клиента;

) поиск вагонов на территории дорог России, стран СНГ и Балтии;

) контроль за дислокацией вагонов клиента;

) ведение электронного лицевого счета.

Уфимский региональный ИВЦ (РИВЦ) - структурное подразделение Самарского информационно-вычислительного центра, является предприятием железнодорожного транспорта. Основное назначение регионального центра - оказание информационно-вычислительных услуг на базе эксплуатации вычислительно техники, в разработке и реализации программного обеспечения, в обеспечении бесперебойной работы средств вычислительной техники и организация её ремонта.

Уфимский региональный центр состоит из 4-х отделов: отдела внедрения и сопровождения программ, отдела автоматизированного бухгалтерского учета, отдела технического обслуживания и отдела автоматизированных систем управления.

2.2 Проектирование магистрали

.2.1 Основные особенности трассы ВОЛС

Между городами Уфа и Самара существует крупная автомобильная дорога республиканского значения, проходящая через множество райцентров. Как правило, одним из важнейших критериев выбора трассы ВОЛС является прохождение её вдоль автомобильной дорогой. Этим обеспечиваются подъездные пути техническому персоналу к местам прокладки кабеля и НРП, а в случае повреждения оперативное устранение неисправности на линии. Наличие населённых пунктов на пути прохождения трассы даёт возможность размещения в необслуживаемых регенерационных пунктов (ОРП) и использование уже существующих сооружений районных узлов телекоммуникаций (РУТ), что значительно уменьшает объём строительных работ и способствует снижению затрат на строительство магистрали в целом.

Обращаясь к карте местности (рисунок 4) видно, что очевиден единственный целесообразный вариант трассы. Это вариант прокладки кабеля вдоль автодороги Е-30, соединяющей г.Уфа и г.Самара. Общая длина магистрали составляет 460 км. Трасса магистрали прокладывается на расстоянии 30 - 60м. (в зависимости от конкретных условий местности) от оси автомобильной дороги.

Рисунок 4 - Карта местности

.2.2 Технология передачи данных

Оценив по достоинствам и недостаткам технологии глобальных сетей, для проектирования ВОСП выбираем технологию SDH.

Сеть SDH строится по функциональным слоям, верхний занимает пользователь. Он является клиентом, которого обслуживает нижележащий сетевой слой. Тот, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего слоя и т.д. деление по слоям позволяет: внедрять и менять независимо друг от друга отдельные сетевые слои, часть которых может сохраняться при смене нескольких поколений технологий; иметь в каждом слое собственные ОАМ - средства для контроля и обслуживания передачи информации клиента и для борьбы с отказами, что повышает качество связи, минимизирует усилия при авариях и снижает влияние аварий на другие слои; выделять соответствующие объекты в системе TMN.

Важнейшими для последующего изложения являются сетевые слои (сверху вниз): каналов, трактов и секций (таблица 1).

Таблица 1 - Послойное строение сети СЦИ

Сеть каналов - слой, обслуживающий собственно пользователей. Их терминалы подключаются к комплектам оконечной аппаратуры SDH соединительными линиями (СЛ). Сеть каналов соединяет различные комплекты оконечной аппаратуры SDH через коммутационные станции (например, ЭАТС).

Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков, образуя сеть трактов. Имеется два сетевых слоя трактов (сверху вниз по иерархии SDH) - низшего и высшего порядков. В каждом слое может осуществляться коммутация - с помощью аппаратуры оперативного переключения (АОП) трактов.

Групповые тракты организуются в линейные, построение которых зависит от среды передачи. Это сетевой слой среды передачи. Он подразделяется на два: слой секций (верхний) и слой физической среды. Линейные тракты SDH выполняют и часть функций аппаратуры группообразования (мультиплекса) - например, ввод и ответвление цифровых потоков. Сетевой слой секций разделяется на два. Верхним является слой мультиплексных секций (MS). Это ЛТ с частью функций мультиплекса. Нижний слой - слой регенерационных секций (RS).

Целостность информации клиента в пределах данного слоя сети обеспечивает "трасса" (trail). Это введённое в SDH понятие обобщает понятие каналов, трактов и секций. Трасса включает средства передачи сигналов и ОАМ - средства. Поступающая в каждый слой информация клиента проходит через точки доступа, лежащие на границах слоя. Сеть внутри слоя образуется звеньями, связывающими точки доступа напрямую или через другие звенья, соединяемые с данным звеном в точках внутри слоя.

Вначале поступающая информация адаптируется, т.е. согласуется с функциями передачи данного слоя. В канальном слое производится аналого-цифровое преобразование или преобразование непрерывно поступающей от пользователя цифровой информации в циклическую форму в канале 64 кбит/с; в слое трактов - группообразование; в слое секций несколько трактов высшего порядка объединяются между собой и с ОАМ - сигналами при вводе в цикле секции.

В каждом слое выполняются соединения звеньев - по принципу 1:1 или 1:N. Вместо громоздких и малооперативных кроссов, к которым подключаются действующие PDH - тракты, трассы SDH заканчиваются комплектами оперативного переключения цифровых трактов и секций, управляемыми в рамках SDH.

Каждый сетевой слой может содержать подсети, соединяемые между собой СЛ, например интернациональные, национальные, областные и т.д. это деление сети SDH по горизонтали дополняет вышеописанное деление по вертикали.

Отдельные элементы сети SDH (линейные тракты, мультиплекс, аппаратура ввода/вывода цифровых потоков и т.д.) оснащаются интерфейсами сетевых узлов (NNI), с помощью которых производятся соединения элементов. Параметры NNI оговариваются в Рек. G.708 (структура циклов), G.703 (электрические характеристики) и G.957 (оптические характеристики).

Для организации соединений в сетевом слое трактов образуются виртуальные контейнеры (Virtual Container, VC). VC - это блочная циклическая структура с периодом повторения 125 или 500 мкс (в зависимости от вида тракта). Различают VC различного порядка - для разных скоростей передачи, имеющие обозначения VC-11, 12, 2, 3, 4: VC содержит также заголовок, называемый "трактовым" (Path ОН, РОН).

Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов. Заголовок создаётся и ликвидируется в пунктах, в которых формируется и расформировывается VC-n (таблица 2), проходя транзитом секции. Он позволяет осуществлять контроль качества трактов "из конца в конец" и передавать аварийную и эксплуатационную информацию.

Таблица 2 - Перечень VC-n

Тракты, соответствующие виртуальным контейнерам 1-го и 2-го уровня VC-11 и VC-12, относятся к трактам низшего порядка, а виртуальным контейнерам 3-его и 4-го уровней VC-3 и VC-4 - высшего., VC-12 и VC-2 относится к нижнему рангу, а VC-3 и VC-4 - к верхнему. Во второй строке таблицы показан их полезный "объём" т.е, предельная скорость нагрузки, а в нижней строке - скорости передачи сигналов ПЦИ (округленно), размещение которых стандартизировано в этих контейнерах., VC-12 и VC-2 относится к нижнему рангу, а VC-3 и VC-4 - к верхнему. Во второй строке таблицы показан их полезный "объём" т.е, предельная скорость нагрузки, а в нижней строке - скорости передачи сигналов ПЦИ (округленно), размещение которых стандартизировано в этих контейнерах.

Информация, определяющая начало цикла VC-n , обеспечивается обслуживающим сетевым слоем. VC-4 - виртуальный контейнер уровня 4 - элемент мультиплексирования СЦИ, который не разбивается по подуровням и представляет собой поле формата 9*261 байтов (содержит 9 рядов и 261 столбец). Первый столбец занимает POH , а остальные 2340 элементов - полезная нагрузка: при прямой схеме мультиплексирования - это контейнер C-4 (скорость передачи 2340 * 64 = 149760 кбит/с.), либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2 и TU-3, а именно: VC-4 формируется как 1*C4 или 4*TU-31, или 3*TU-32, или 21*TUG-21, или 16*TUG-22.- виртуальный контейнер уровня 3 - элемент мультиплексирования СЦИ, который разбивается на два виртуальных контейнера: VC-31 и VC-32 - поля формата 9*65 байтов - для VC-31, и поля формата 9*85 байтов - для VC-32; полезная нагрузка VC-3 формируется либо из одного контейнера С-3 (прямой вариант схемы мультиплексирования), либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2, а именно: VC-31 формируется как 1*С31 или 4*TUG-22, или 5*TUG-21; VC-32 формируется как 1*С32 или 7*TUG-22. Контейнер C-3 имеет 84 столбца и выдаёт полезную нагрузку 84 * 9 * 64 = 48384 кбит/с. Виртуальные контейнеры верхних уровней VC-3,4 позволяют сформировать соответствующие административные блоки.

.2.3 Выбор оборудования

) Оптический кабель

Для магистральных сетей представляет интерес кабели с длиной волны 1,55 мкм, позволяющие реализовать регенерационные участки длинной до 170 км. Учитывая то что, максимальное расстояние между населёнными пунктами составляет 125 км, необходимо выбрать кабель с такими параметрами, при которых можно было бы обойтись без дорогостоящих необслуживаемых регенерационных пунктов.