Модернизация сети широкополосного доступа оператора связи ООО «ТомГейт»

• Введение
• 1. Постановка задачи модернизации
• 2. Анализ недостатков существующей сети
• 3. Аналитический обзор
• 3.1 Службы сети доступа
• 3.2 Технология IPTV (Internet Protocol Television)
• 3.3 Обзор технологий
• 3.4 Обзор существующих способов прокладки оптического кабеля
• 3.5 Обзор коммутационного оборудования
• 3.6 Обзор оптического волокна
• 3.7 Обзор пассивного оборудования
• 4. Модернизация сети широкополосного доступа
• 4.1 Выбор технологии и сетевого оборудования
• 4.1.1 Обзор технологий передачи данных
• 4.1.2 Выбор технологии для передачи данных
• 4.1.3 Выбор домовых коммутаторов
• 4.1.4 Выбор коммутаторов второго уровня для агрегирующих узлов связи
• 4.1.5 Выбор коммутатора третьего уровня для центрального узла связи
• 4.2 Расчет основных параметров волокно — оптических линий связи
• 4.2.1 Расчет параметров оптического волокна
• 4.2.2 Расчет показателя преломления оболочки
• 4.2.3 Расчет числовой апертуры
• 4.2.4 Расчет нормированной частоты
• 4.2.5 Расчет дисперсии
• 4.2.6 Расчет потерь в оптическом волокне
• 4.2.7 Расчет нагрузки на кабель
• 4.2.8 Расчет помехоустойчивости системы
• 4.3 Выбор элементов СКС
• 4.4 Выбор оборудования резервного питания
• 5. Расчет надежности системы
• 6. Экспериментальная часть
• 6.1 Настройка сетевых служб
• 6.2 Настройка сетевого оборудования
• 6.3 Моделирование сети в среде Packet Tracer
• 7. По вопросам безопасности жизнедеятельности
• 7.1 Рабочее место системного администратора
• 7.2 Анализ факторов производственной опасности и вредности
• 7.3 Требования безопасности
• 7.4 Разработка комплекса защитных мероприятий
• 7.5 Инструкция по технике безопасности
• 8. По организационно — экономической части
• 8.1 Обоснование целесообразности разрабатываемой сети
• 8.2 Планирование комплекса работ по разработке темы
• 8.3 Расчет сметы затрат
• 8.4 Расчет эксплуатационных затрат
• 8.5 Расчет годового экономического эффекта от разработки
• Заключение
• Список используемых источников
• Графический материал:
• ФЭТ ДП.465 613.350 — Абонентская сеть широкополосного доступа ООО «ТомГейт». Схема расположения сетевого оборудования
• ФЭТ ДП. 465 613.350 — Абонентская сеть широкополосного доступа ООО «ТомГейт» модернизированная. Схема расположения сетевого оборудования.
• ФЭТ ДП.465 613.350 — Сетевое оборудование. Алгоритм настройки.
• ФЭТ ДП.465 613.350 — Абонентская сеть широкополосного доступа ООО «ТомГейт» Результат моделирования в среде PacketTracer.
• ФЭТ ДП.465 613.350 — Модернизированная абонентская сеть широкополосного доступа ООО «ТомГейт». Результат моделирования в среде PacketTracer.
• ФЭТ ДП.465 613.350 — Модернизация абонентской сети широкополосного доступа ООО «Томгейт». Технико-экономические показатели.

Информационные методы все шире внедряются во все сферы деятельности. Информатизация, конвергенция компьютерных и телекоммуникационных технологий, переход к широкомасштабному применению современных информационных систем в сфере науки и образования обеспечивают принципиально новый уровень получения и обобщения знаний, их распространения и использования.

На наиболее фундаментальном уровне, сеть _ это набор соединенных между собой устройств, предоставляющих возможность пользователям сохранять, обмениваться и получать доступ к необходимой информации. Наиболее популярными устройствами, соединяющимися в сеть, являются микрокомпьютеры, миникомпьютеры, терминалы, принтеры, факсы, пейджеры и различные устройства для хранения данных. В ближайшем будущем множество других типов устройств станут сетевыми, включая интерактивное телевидение, видеотелефоны, системы навигации и контроля. Принципиально, сетевые устройства везде будут предоставлять возможность двухстороннего доступа к массе ресурсов в глобальной компьютерной сети.

Сегодня в мире бизнеса компьютерная сеть — это больше чем набор соединенных между собой устройств. Для множества видов деятельности предприятий компьютерная сеть _ это ресурс, позволяющий сотрудникам собирать, анализировать, организовывать и распространять информацию, являющуюся основой их бизнеса и источником прибыльности всего предприятия. Сейчас массово используются термины интрасеть (intranet) и экстрасеть (extranet) _ сети предприятий, базирующихся на технологиях Интернет, что является индикатором важности использования компьютерных сетей в бизнесе.

На сегодняшний день, невозможно представить свою жизнь без качественного и недорогого выхода в Интернет. Кроме того, с каждым днем Интернет становится все более доступным финансово и технически, и вот уже выгода и удобство использования Всемирной паутины полностью окупают затраты на ее подключение.

Сеть _ это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.

Структурированная кабельная сеть (СКС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы и другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями.

В состав сети в общем случае включается следующие элементы:

— сетевые ЭВМ (оснащенные сетевым адаптером);

— каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, цифровые, волоконно-оптические, радиоканалы и др.);

— различного рода преобразователи сигналов;

— сетевое оборудование.

Под информационной системой следует понимать объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информация. В состав информационной системы входят: ЭВМ, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных.

Целью данной практической работы является получение навыков по модернизации сети широкополосного доступа оператора связи ООО «Томгейт».

Задачей практической работы является модернизация топологии сети и узлов связи для предоставления телематических услуг связи и услуг передачи данных (доступ в сеть Интернет) оператора ООО «Томгейт» в районе улиц пер. Дербышевского — Дальне-Ключевская — пр. Ленина города Томска.

Актуальность данной темы объясняется тем, что все современные операторы связи не могут обойтись без сети широкополосного доступа в интернет. Процесс модернизации сети широкополосного доступа должен дать максимальный экономический эффект, что также является одной из задач моей работы. Поэтому необходимо провести тщательный анализ и сделать необходимые расчеты перед непосредственной модернизацией сети.

1 Постановка задачи модернизации

ООО «ТомГейт» является, на данный момент, одним из ведущих операторов на рынке предоставления телематических услуг связи — доступа во внешний Интернет по технологии VPN. Компания начала свое существование в 2005 году, когда цена за доступ во «внешний» интернет в Томске была очень высокой, но существовала возможность предоставить клиентам услугу по значительно более низкой стоимости, используя спутниковые каналы связи, чем у крупных операторов связи Томска. Незначительная цена доступа в томскую сеть для абонентов практически всех операторов, конкурентоспособные цены тарифных планов, высокое качество сервиса, — вот факторы успеха компании.

Но, в связи с падением цен на «внешние» каналы связи, у магистральных операторов, — возникла угроза потери томского «феномена» — бесплатного внутригородского интернета, что могло привести к невостребованности услуг компании.

Поэтому было принято решение строить свою сеть передачи данных и напрямую предоставлять абонентам свои услуги. Основой стратегии компании — это высокое качество доступа в Томскую сеть и низкие цены на «внешний» интернет.

Также, дальнейшее развитие сервиса телематических услуг связи доступа в сеть Интернет с использованием технологии VPN, сможет приносить дополнительный доход. Прибылью от этого сервиса можно будет финансировать дальнейшее строительство собственной сети связи.

Существующая сеть передачи данных с течением некоторого промежутка времени устарела и уже не может составлять конкуренцию другим операторам связи, т. е. перестала соответствовать современным требованиям, вследствие чего появилась необходимость в модернизации.

2. Анализ недостатков существующей сети

2.1 Рассмотрим недостатки существующей сети:

Неуправляемое оборудование доступа (свитчи, в которые непосредственно включаются абоненты), это приводит к ряду недостатков:

— в случае сбоя абонентского оборудования невозможно удалённо погасить клиентский порт;

— невозможность контроля меж абонентского трафика клиентов, включённых в один коммутатор;

— невозможность автоматизированного сбора статистики с коммутаторов;

— невозможность запрещения абонентских DHCP-серверов;

— невозможность предотвращения несанкционированного доступа к сети (например, отключённый за неуплату абонент может выходить в сеть с помощью соседа);

— невозможность быстрой диагностики состояния сети с целью поиска отказавшего оборудования и т. д.

Используемое оборудование в большинстве своём не имеет гигабитных портов, следовательно, ограничено суммарное потребление трафика абонентами, т. е. невысокая пропускная способность сети.

Используемое оборудование устарело и не позволяет эффективно вводить дополнительные услуги (IPTV, VoIP и так далее), что делает сеть менее привлекательной для новых абонентов.

Некоторые дома подключены не оптическим кабелем, а витой парой, что влечёт за собой повышенную восприимчивость узлов к грозам, частый выход оборудования из строя при попадании молнии в кабель, т. е. невысокую надежность передачи данных.

Отсутствие бесперебойного питания оборудования на центральном узле связи и узлах связи, расположенных на домах приводит к понижению надежности.

Основным путем решения технических недостатков является замена устаревшего оборудования на более новое, которое соответствует современным требованиям сетей. Недостатки, связанные с безопасностью и контролем сети, можно решить при помощи технологии Vlanperuser, которая выделяет для каждого абонента свою виртуальную сеть, тем самым помогает избежать проблем с неконтролируемым межабоненстким трафиком.

3. Аналитический обзор

3.1 Службы сети доступа

Сеть доступа на основе волокно — оптической системе передачи данных может предоставлять множество сервисов основанных на интернет протоколе (IP). Большинство из них не требуют применение специфического оборудования, кроме компьютера и Ethernet карты. Некоторыми сервисами все же будет удобнее пользоваться, применяя специальное аппаратное обеспечение.

Доступ в глобальную сеть Интернет. Доступ к Интернет-ресурсам по ВОСПД позволяет:

— иметь постоянное соединение с глобальной сетью Интернет и пользоваться полным спектром услуг сети;

— обеспечить внутри сети на отдельном сервере (или серверах) выполнение таких задач, как: система электронной почты, система телеконференций, WWW, FTP;

— иметь высокую скорость передачи данных, позволяет принимать потоковое видео и аудио, пользоваться различными социальными сервисами, службами мгновенного обмена сообщениями.

IPтелефония (VoiceoverIP).Передача голоса по IP сетям. Это технология передачи телефонных переговоров (голоса) и телефонной сигнализации (сигналов поднятия/опускания трубки, набора номера, готовности линии, занятости, вызова и другие) в компьютерных сетях с использованием протокола IP.

Сети IP-телефонии предоставляют возможности для вызовов трех основных типов:

«От телефона к телефону». Вызов идет с обычного телефонного аппарата к АТС, на один из выходов которой подключен шлюз IP-телефонии, и через IP-сеть доходит до другого шлюза, который осуществляет обратные преобразования;

«От компьютера к телефону». Мультимедийный компьютер, имеющий программное обеспечение IP-телефонии, звуковую плату (адаптер), микрофон и акустические системы, подключается к IP-сети или к сети Интернет, и с другой стороны шлюз IP-телефонии имеет соединение через АТС с обычным телефонным аппаратом;

«От компьютера к компьютеру». В этом случае соединение устанавливается через IP-сеть между двумя мультимедийными компьютерами, оборудованными аппаратными и программными средствами для работы с IP-телефонией.

Видеотелефония. Телекоммуникационная технология, обеспечивающая организацию видеоконференций между двумя и более абонентами по сети передачи данных. Во время сеанса ВКС обеспечивается интерактивный обмен звуком и изображением. Также абоненты могут транслировать телеметрические данные, компьютерные данные, демонстрировать документы и объекты с использованием дополнительных видеокамер. Передача потока звука и видео по сети передачи данных обеспечивается путем кодирования/декодирования данных (аудио и видео потока) с использованием стандартизованных аудиои видео-кодеков.

Для общения в режиме видеоконференции абонент должен иметь терминал ВКС. Обычно Терминал ВКС состоит из микрофона, видеокамеры, устройств отображения информации и воспроизведения звука, а также центрального устройства — кодека, обеспечивающего кодирование декодирование потока данных.

3.2 Технология IPTV (Internet Protocol Television)

Цифровое интерактивное телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP, новое поколение телевидения. Главным достоинством IPTV является интерактивность видеоуслуг и наличие широкого набора дополнительных сервисов.

Интерактивность заключается в возможности двустороннего взаимодействия абонента с передающим оборудованием по сети КТВ, в том числе реальном масштабе времени.

Дополнительные сервисы IPTV:

— videoondemand (VoD) — видео по запросу, система индивидуальной доставки абоненту телевизионных программ или видеофильмов по кабельной сети с мультимедиасервера в формате MPEG;

— TVoIP (Телевидение по протоколу IP) — это цифровая трансляция видеоконтента (телеканалов) одновременно для всех телезрителей с возможностями навигации по каналам в едином пакете каналов;

— time shifted TV (англ. сдвинутое во времени вещание) — система телевидения, при которой можно заранее заказать просмотр транслируемой передачи «со сдвигом» на удобное время;

— networkpersonal video recorder (NPVR) (англ. сетевой персональный видеомагнитофон) — сервис цифрового телевидения сетевой персональный видеомагнитофон, который позволяет записать любую из транслируемых телепередач и посмотреть сколько угодно раз в удобное время, а также стереть.

3.3 Обзор технологий

Виды сетей их реализация. Строительство сетей доступа в настоящее время главным образом идет по четырем направлениям:

— сети на основе существующих медных телефонных пар и технологии xDSL;

— подключение через сети кабельного телевидения;

— беспроводные сети;

— волоконно-оптические сети.

Использование технологии xDSL — это самый простой и недорогой способ увеличения пропускной способности существующей кабельной системы на основе медных витых пар. Как правило, применяется операторами телефонной связи. Главным практическим признаком xDSL является асимметричность передачи данных. От сети к пользователю скорость значительно выше («нисходящий» поток от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с), чем в противоположном направлении («восходящий» поток данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с). Наибольшая скорость достигается на расстоянии до 3 км, а максимальное расстояние для устойчивой связи на минимальной скорости около 5−6 км. Нужно отметить, что большим достоинством ADSL является возможность работы по одной линии параллельно с телефоном (не мешая друг другу).

На данный момент операторы КТВ используют технологию гибридной опто-волоконно-коаксиальной сети, в которой магистральная часть строится на оптоволокне, а абонентская (на один дом или группу домов) — по прежним коаксиальным кабелям.

Существует и развитие этой технологии — HFPC (Hybrid Fiber Passive Coax). В нем коаксиальные сегменты меньше по размеру (близко к одному большому дому, или 2−3 средним), из-за чего в этой части можно обойтись без активного оборудования. Качество передачи сигналов (особенно в обратном канале) такой сети значительно выше, эксплуатационные расходы ниже. Мешает широкому распространению данного типа сетей только высокая стоимость оборудования для оптико-коаксиального преобразования.

Следующий вариант — транспортировать по оптоволокну только видео, а данные и голос передавать отдельно (или в том же оптическом кабеле, но в другом канале). Все сигналы объединять только на входе в коаксиальный сегмент.

Однако в сетях HFPC (Hybrid Fiber Passive Coax) по сути, нет места классическим (работающим по коаксиальному кабелю) кабельным модемам. Если волокно уже приходит в дом или небольшую группу домов, дешевле его раздать отдельным кабелем по Ethernet, чем ставить дорогостоящую головную станцию и кабельные модемы.

Беспроводные сети доступа могут быть привлекательны там, где возникают технические трудности для использования кабельных инфраструктур. Беспроводная связь по своей природе не имеет альтернативы для мобильных служб. В последние годы наряду с традиционными решениями на основе радио — и оптического Ethernet доступа, все более массовой становится технология WiFi (802.11b/g). Грубо говоря, устанавливая точку доступа 802.11, получаем концентратор (хаб) с характеристиками, несколько ухудшенными относительно его «проводных» аналогов. Таким образом, на одну точку пропускной способностью 11Mb/s (802.11b) для большинства приложений возможно подключить до 10−15 клиентов.

Это обстоятельство делает фактически невозможным применение подобного оборудования в сетях доступа масштаба города или хотя бы района. Несмотря на то, что подобные сети были построены во многих городах, услугу нельзя назвать массовой (или качественной).

Достойным применением оборудования 802.11b являются соединения точка-точка или разнос на 2−3 точки на расстояниях до 7−8 километров.

Следует отметить, что для трех перечисленных направлений дальнейшее увеличение пропускной способности сети связано с большими трудностями, которые отсутствуют при использовании такой среды передачи, как волокно.

Таким образом, единственный путь, который позволяет заложить способность сети работать с новыми приложениями, требующими все большей скорости передачи — это прокладка волоконно-оптической линии связи от головной станции до потенциального клиента. В настоящее время благодаря значительному снижению цен на оптические компоненты этот подход стал актуален. Сегодня использовать такое решение для организации сети доступа стало выгодно и при обновлении старых, и при строительстве новых сетей доступа. [3]

Основные топологии оптических сетей доступа. Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: «кольцо», «точка-точка», «дерево с активными узлами», «дерево с пассивными узлами».

Кольцо. Кольцевая топология (рисунок 3.1) на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все так хорошо.

Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено.

При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратится в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов.

На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную — «сжатых» колец (collapsed rings), что значительно снижает надежность сети.

Рисунок 3.1 — Топология «кольцо»

Тем не менее, основными плюсами кольцевой топологии при условии точного заблаговременного расчета количества узлов, являются:

— использование однотипного недорогого маловолоконного кабеля (до 4 волокон);

— отсутствие необходимости многопортового центра агрегации;

— возможность использования дешевых двухволоконных ковертеров.

Минусами такой топологии являются:

— необходимы относительно дорогие домовые коммутаторы с расширенным функционалом, желательно однотипные;

— активное оборудование на уровне квартала дает точки отказа, которые существенно снижают надежность сети в целом, необходимы блоки бесперебойного питания, вандалоустойчивые шкафы;

— внутрирайонные магистрали объединены с домовой разводкой, что не лучшим образом сказывается на надежности при проведении регламентных работ или модернизации сети;

Дерево с активными узлами. Дерево с активными узлами (рисунок 3.2) - это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 10/100/1000 Мбит/с. В этом случае возможно применение дешевого активного оборудование на доме. Квартальное оборудование, к которому будут приходить линии с домов, необходимо будет выбрать дороже, дабы управлять и вовремя локализовывать ошибки работы сети. Создание таких узлов влечет за собой необходиость обеспечения их бесперебойным питанием и защитой от вандалов (слишком высока цена оборудования).

Преимущества топологии «Дерево с активными узлами»:

— простота управления;

— используется дешевый маловолоконный кабель (до 8 волокон);

— можно использовать недорогое активное оборудование на домах, вплоть до неуправляемого.

— неплохой потенциал увеличения скорости.

Недостатки топологии «Дерево с активными узлами»:

— активное оборудование на уровне квартала дает точки отказа, который существенно снижают надежность сети в целом.

— для «квартальных» узлов необходимы блоки бесперебойного питания, вандалоустойчивые шкафы.

— внутрирайонные магистрали объединены с домовой разводкой, что не лучшим образом сказывается на надежности при проведении регламентных работ или модернизации сети.

Рисунок 3.2 — Топология «дерево с активными узлами»

Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP). Решения на основе архитектуры PON, используют логическую топологию «точка-многоточка» P2MP (point-to-multipoint), которая положена в основу технологии PON. К одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии — сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия о второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так по оценкам компании NTT конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости к центральному узлу оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя сокращение длины оптического волокна практически нет! Более того, если расстояния до абонентов не велики (как в Японии) с учетом затрат на эксплуатацию (в Японии это существенный фактор) оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.

Рисунок 3.3 — Топология «Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)»

Звезда. В основе этой топологии используется логическая топология «точка-точка», в которой к одному порту центрального подключается один активный коммутатор на доме. При этом необходимость в промежуточных узлах, от коммутатора на доме до центрального узла отпадает.

Рисунок 3.4-Топология «звезда»

Преимущества топологии «Звезда»:

— высокая надежность, нет промежуточного активного оборудования (потенциальной точки отказа);

— дешевизна долговременного обслуживания;

— простота управления;

— можно использовать недорогое активное оборудование на домах, вплоть до неуправляемого;

— прекрасный потенциал увеличения скорости;

Недостатки топологии «Звезда»:

— применение дорогого многоволоконного кабеля. При необходимых ответвлениях ассортимент кабеля возрастает;

— требуются навыки работы с многоволоконными кабелями;

— весь участок проектировать обязательно одномоментно, так как строительство «по частям» затруднено. [3]

В существующей сети используется топология «Звезда», подключенная только к одному оптическому узлу. После модернизации существующая топология изменится, будет один центральный узел связи и пять агрегирующих, что позволит нам увеличить число возможных подключаемых абонентов, за счет агрегации трафика домов в одно волокно.

3.4 Обзор существующих способов прокладки оптического кабеля

Существуют два способа прокладки волоконно-оптического кабеля это подземная, т. е. прокладывается кабель под землей и воздушная это когда кабель подвешивают на столбы. Ниже рассмотрим эти 2 способа:

Подземная прокладка кабеля. Существуют три вида поземной прокладки оптического кабеля:

— прокладка кабеля в грунт кабелеукладчиком (бестраншейная прокладка);

— траншейная прокладка;

— прокладка в кабельных канализациях.

Прокладка ВОЛС кабелеукладчиком (бестраншейная прокладка) применяется на трассах в различных условиях местности. В этом случае ножом кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель и кабель укладывается на ее дно.

Достоинства бестраншейной прокладки:

— недорогая стоимость прокладки;

— за счет автоматизированности прокладки, является наиболее производительным способом и сокращает трудоемкость в 10−20 раз.

Недостатки бестраншейной прокладки:

— механические нагрузки достаточно высоки, так как волоконно-оптический кабель на пути от барабана до выхода из кабеленаправляющей кассеты подвергается воздействиям продольного растяжения;

— необходимость отвода земель под трассу;

— используется случаях, длинного и беспрепятственного участка кабельной трассы;

— сложность в обслуживании.

Траншейная прокладка производиться путем укладывания оптического кабеля в заранее вырытую траншею. При укладке кабеля на дно траншеи должна быть создана специальная подушка из песка, причем большие или острые камни должны быть удалены из земли перед закапыванием траншеи, чтобы избежать последующего повреждения кабеля.

Достоинства траншейной прокладки:

— наносит меньше механических повреждений;

— обеспечивает большое качество прокладки;

— применима также в условиях скальных грунтов, когда доступ кабелеукладчика затруднен и не имеется возможности прокладки воздушным способом.

Недостатки траншейной прокладки:

— необходимость отвода земель под трассу;

— более дорогая по сравнению использованием кабелеукладчика;

— длительность в подготовлении и прокладке кабельной трассы;

— наиболее трудоемкий способ прокладки;

— сложность в обслуживании.

Прокладка в кабельной канализации оптического кабеля используется преимущественно в населенных пунктах, там, где имеется инфраструктура городской кабельной канализации. Для более эффективного использования каналов кабельной канализации предварительно в стандартные каналы прокладывают пластмассовые трубы, в которых и будет проложен оптический кабель. Размещение волоконно-оптического кабеля в пластмассовом трубопроводе позволяет повысить механическую прочность и влагостойкость кабеля, не обладающего наружными металлическими покровами, и защитить его от грызунов.

Достоинства прокладки в кабельных канализациях:

— простота в обслуживании;

— недорогая стоимость прокладки;

— не наносит механических повреждений;

— недостатки прокладки в кабельных канализациях;

— маршрут канализации может не совпадать с проектируемой трассой прокладки кабеля, что потребует дополнительных затрат на кабель;

— весенние затопления, приводящие к невозможности обслуживания.

Воздушная подвеска кабеля:

Воздушная подвеска кабеля осуществляется путем прокладки ОК по воздушным линиям на специальных опорах.

В зависимости от конструкции кабеля существуют два метода воздушной подвески: с самонесущим кабелем и с подвеской на несущем тросе.

Достоинства использования воздушной прокладки:

— можно использовать существующие линии электропередач;

— она не зависит от типа почвы;

— прокладку, вероятно, можно будет осуществить быстрее;

— существуют возможности использовать большие строительные длины волокно — оптического кабеля;

— ее легче обслуживать, особенно, если кабельная линия идет вдоль дорог;

— однако существуют и недостатки воздушной прокладки;

— у нее меньше срок службы в связи с воздействием окружающей среды;

— возможность возникновения излишнего механического напряжения в неблагоприятных погодных условиях, таких как ветер, оледенение и чрезмерно длинный пролет;

— неэстетичность.

Самонесущий кабель это такой кабель первоначально выкладывается вдоль линии опор на кабельных блоках, расположенных в точках установки опор. Это можно сделать с помощью установочных средств передвижения (кабельных тележек), в зависимости от полевых условий, или путем затягивания кабеля вручную.

Можно использовать пролеты различной длины, если правильно выбрать провисание волокно — оптического кабеля, принимая во внимание избыточную нагрузку. Для размещения воздушной линии рекомендуется использовать самую верхнюю позицию на опорах во избежание проблем, связанных с проездом под линией высокогабаритных средств передвижения.

Преимущества самонесущего кабеля:

— монтаж проводится без отключения линии;

— кабель не подвержен поражению молнией или токами короткого замыкания.

Недостатки самонесущего кабеля:

— более высокая нагрузка на опоры;

— при больших длинах пролета возрастает стоимость кабеля.

Кабель с подвеской на несущем тросе. При такой схеме подвески необходимо использовать несущий (поддерживающий) трос. Волокно - оптический кабель прикрепляется к несущему тросу либо на земле, либо после того как будет подвешен несущий трос. Несущий трос предварительно туго натягивается, что позволяет избежать чрезмерного удлинения кабеля. Во время этой процедуры нужно принять меры, чтобы избежать повреждения кабеля, в частности, из-за влияния сильного натяжения несущего кабеля на волоконно-оптический кабель. Провисание волокно - оптического кабеля должно быть выровнено до прикрепления к нему кабеля, если несущий трос подвешивается на опоры после прикрепления к нему волокно - оптического кабеля.

Преимущества кабель с подвеской на несущем тросе:

— монтаж проводится без отключения линии;

— высокая скорость монтажных работ (при наличии несущего провода/троса);

— увеличение нагрузки на опоры незначительное;

— нет ограничений по классу напряжений при навивке на грозозащитный трос.

Недостатки кабель с подвеской на несущем тросе:

— срок службы кабеля определяется сроком службы провода/троса, на который он навит;

— применение ограничивается напряжением линии — не выше 110 кВ при навивке на фазный провод.

В ходе работы были рассмотрены различные способы прокладки кабеля, их достоинства и недостатки. [4]

3.5 Обзор коммутационного оборудования

В модернизированной кабельной сети активным оборудованием будут являться коммутаторы L2 и L3 уровня.

Коммутатор — сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил, принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети.

Уровень 2 (по семиуровневой модели OSI) соответствует кадрам Ethernet. Соответственно их передвижение происходит согласно MAC-адресам, известных CAM-таблицам коммутаторов. Свитчи, которые «не знают» ничего выше по стеку протоколов называются коммутаторами 2-го уровня.

При этом они могут производить весьма сложные операции. Например, ставить и убирать метки VLAN, распознавать приоритеты (QoS), устанавливать кадры в очереди, определять атаки, считать Ethernet-трафик, шейпить его, фильтровать по номерам портов, и т. п. Классическим типом «продвинутого» L2 можно считать несколько устаревшие на сегодня 3com SuperStack 3300 или Catalyst 2924. Следующие модели этих брендов (например 3com SuperStack 4400 или Catalyst 2950) уже имеют те или иные возможности следующих уровней.

Соединять разные сети Ethernet (т.е. реальные и виртуальные сети 2-го уровня) должны маршрутизаторы, которые обрабатывают данные на 3-м уровне (IP пакетов). При этом заголовки IP идут по сети Ethernet в поле данных, и обычным коммутаторам 2-го уровня недоступны.

Можно сказать, что маршрутизаторы (роутеры, routегs) — это следующая ступень сетевой иерархии. Упрощенного говоря, их задача — выбор маршрута передачи данных (иначе говоря, объединение разнородных сетей). Соответственно, если мосты для передачи кадров используют адреса физического уровня (МАС), то маршрутизаторы (роутеры) обычно используют IP адреса глобальной сети Интернет.

Для этого им, как минимум, нужно развернуть кадр Ethernet, извлечь из его поля данных дейтаграмму IP, и по ее заголовку направить пакет (возможно, опять упаковав дейтаграмму в кадр Ethernet). Однако, большинство маршрутизаторов работает по еще более сложному алгоритму, используя для передачи данных протоколы следующих уровней модели OSI (TCP, UDP, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, и другие).

Основные требования, которые мы будем предъявлять к коммутаторам представлены в таблицы 3.1.

Таблица 3.1

Требования, предъявляемые к коммутаторам

Таблица 3.3

Требования, предъявляемые к коммутаторам третьего уровня

При выборе необходимо также делать немаловажную ставку на зарекомендовавших себя фирм производителей активного сетевого оборудования фирм Cisco, D-link, Edge-core, 3Com, LinkSys. [2]

3.6 Обзор оптического волокна

Выбор оптических волокон для оптических кабелей линий связи имеет важное технико-экономическое значение. Правильный выбор типа волокна обеспечивает минимизацию эксплуатационных расходов и расходов на последующие реконструкции линий.

Стандартное одномодовое волокно

Стандартное одномодовое волокно (рекомендация ITU-TG.652) по сути, представляет собой тонкую (5−8 мкм) сердцевину из стекла, легированного германием, окруженную более толстым слоем чистого стекла. Стандартное одномодовое волокно является основополагающим компонентом оптической телекоммуникационной инфраструктуры.

Стандартные одномодовые волокна имеют минимальную дисперсию в диапазоне 1310 нм и пригодных для работы в диапазоне 1550 нм.

Оптические волокна типа G.652 обладают пониженным затуханием на «пике воды». «Пик воды» разделяет окна прозрачности в полосе пропускания одномодовых световодов в диапазонах 1300 нм и 1550 нм. Его наличие объясняется потерями, обусловленными наличием ионов гидроксильной группы OH⁺. Для устранения следов водяного пара в материале световода необходимо изменить технологию производства. Можно ввести в производственный цикл операцию дегидрации материала световода. Однако это приведет к снижению экономической эффективности производства.

Можно добиться существенного расширения полосы пропускания путем легирования материала волокна оксидом фосфора. В этом случае «пик воды» смещается в длинноволновую область, и окна прозрачности сливаются.

Волокно со смещенной дисперсией

Волокно со смещенной дисперсией (Dispersion-Shifted Fiber, DSF) (рекомендация G.653) было предложено в середине 1980;х и составляет очень небольшой процент от всего используемого одномодового волокна. К потребности в DSF привела разработка 1550 нм лазеров, излучение которых имеет меньшее поглощение в волокне, чем у 1310 нм лазеров. DSF позволяет оптическим сигналам распространяться значительно дальше без регенерации или компенсации благодаря уменьшенному значению коэффициента хроматической дисперсии.

DSF хорошо приспособлено для удовлетворения потребностей одноканальных оптических систем передачи. Но с появлением широкополосных оптических усилителей и волнового мультиплексирования (Wavelength-Division Multiplexing, WDM), хроматические дисперсионные характеристики DSF стали вносить нежелательные эффекты в целостность многоволновых импульсов. В результате потребовался новый тип волокна — волокно с ненулевой смещенной дисперсией (Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber, NZDSF). NZDSF фактически вывело из употребления DSF и, таким образом, DSF больше не предлагается на коммерческом рынке.

Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки

Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки (рекомендация G.654) создано для того, чтобы позволить передачу данных на большие расстояния с низким затуханием и возможностью использовать сигналы высокой мощности. Это волокно обычно используется для передачи в области 1550 нм благодаря большой величине длины волны отсечки (около 1500 нм).

Из-за высокой сложности изготовления одномодового волокна со смещенной длиной волны отсечки обычно намного дороже, чем другие одномодовые волокна. Оно используется практически исключительно в подводных решениях.

Волокно с ненулевой смещенной дисперсией

Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (рекомендация G.655) начали применять в середине 1990;х для устранения недостатков, связанных с использованием DSF при передаче на нескольких длинах волн. В этом волокне поддерживается ограниченный коэффициент хроматической дисперсии во всем оптическом диапазоне (обычно 1530−1625 нм), используемом в волновом мультиплексировании (WDM).

NZDSF оптимизировано для передачи в диапазоне 1530−1625 нм, но поддерживает также некоторые конфигурации на длине волны 1310 нм с соответствующим типом лазеров и конструкцией системы.

В ходе работы были рассмотрены различные типы волокон, их преимущества и недостатки. [5]

3.7 Обзор пассивного оборудования

Виды оптических соединителей

После прокладки оптического кабеля необходимо соединить его с приемо-передающей аппаратурой. Сделать это можно с помощью оптических соединителей (коннекторов). Сегодня разработано более семидесяти типов оптических коннекторов для ВОЛС различного назначения.

Основное назначение коннектора — позиционирование волокон относительно друг друга с обеспечением минимально вносимых потерь при соединении.

Для того чтобы обеспечить надежное крепление волокна, используются разные методы.

При проектировании оптических каналов крайне важно знать и правильно применять различные типы коннекторов, так как это во многом определяет качество линии. Существуют различные типы коннекторов для волоконно-оптического кабеля, существенно отличающиеся друг от друга как по оптическим характеристикам, так и по сложности.

В общем виде оптический коннектор можно определить как устройство для связи световода с источником излучения, приемником или другим световодом. Он должен обеспечивать возможность быстрого и простого многократного переключения.

Существуют различные виды коннекторов. Наиболее распространенными являются:

ST-коннектор. Коннекторы различаются не только применяемыми наконечниками, но и типом фиксации конструкции в розетке. Самым распространенным является ST-тип коннектора (от англ. Straight Tip). Керамический наконечник имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом.