Проект трассы волоконно-оптической линии связи между г. Елец и г. Липецк

• Введение
• 1. Техническое задание
• 2. Разработка проекта технического задания на основе строительства ВОЛС
• 2.1 Оценка пропускной способности ВОЛС
• 2.2 Разработка обобщенной структурной схемы ВОЛС и определение требований к активному оборудованию
• 2.3 Выбор цифровой аппаратуры
• 2.4 Выбор типа ОВ в соответствии с требуемой скоростью передачи и перспективами развития связи в регионе
• 2.5 Расчет длин участков регенерации и оценка бюджета ВОЛС
• 2.6 Выбор способа строительства ВОЛС и описание конструкции ВОК для выбранного варианта
• 2.7 Оценка надежности проектируемой ВОЛС
• Заключение
• Литература

В настоящее время развития цифровых технологий и построения сетей NGN, где основу предоставления услуг определяют сети широкополосного доступа, объемы передаваемой информации и качество линий связи не всегда соответствуют друг другу. Оценка с этих позиций возможностей проектирования ВОЛС в России представляется достаточно интересной задачей. Такая оценка позволяет определить перспективные направления развития строительного комплекса отрасли «связь» .

Данные по заданию города, между которыми необходимо проложить трассу ВОЛС г. Елец и г. Липецк являются административными центрами Елецкого района и Липецкой обл. соответственно. Это говорит о том, что эти города имеют большую значимость, как муниципальную, так и промышленную. В городах проживает большое количество граждан, нуждающихся в различных видах услуг связи.

1. Техническое задание

УТВЕРЖДАЮ

руководитель курсового проекта__________________ (подпись)

Никитин Борис Константинович

" … «… 20… года

ЗАДАНИЕ ПРИНЯЛ студент гр. МТ-83 _________________ (подпись) Чеботарев Юрий Александрович

Номер студенческого билета _________.

" … «… 20. года

Проект внутризоновой линии связи с применением ВОСП между пунктами г. Елец — г. Липецк

Основной метод строительства ВОЛС воздушный.

2. Разработка проекта технического задания на основе строительства ВОЛС

2.1 Оценка пропускной способности ВОЛС

Оценка пропускной способности ВОЛС, как участка сети широкополосного доступа, достаточно сложная задача, так как предполагает учет всех или основных факторов, влияющих на состояние и развитие сети связи региона.

Населенные пункты (объекты) — Н_хх:

Оконечные:

Пункт 1 — г. Елец, численность населения — Н_О1=108 404 жителей;

Пункт 2 — г. Липецк, численность населения — Н_О2=511 000 жителей.

Промежуточные:

1 Задонск численность населения — Н_П1= 9695 жителей;

2 Боринское численность населения — Н_П2= 6722 жителей

Количество абонентов — М_нп, в зоне обслуживания АМТС населенных пунктов:

М_о1= 0,3*Н₀₁=0.3*108.404=32.521тыс

М_о2= 0,3*Н₀₂=0.3*511.000=153.30тыс

М_п1= 0,3*Н_П1=0.3*9.695=2.90тыс

М_п2= 0,3*Н_П2=0.3*6.722=2.01тыс

Число каналов — N_пп, между оконечными пунктами определяется по формуле:

где A и B — постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям (при потерях 4%, А=4,5, В=7,0); F — коэффициент тяготения, F=0,006 — 0,01 определяется на основании сведений по региону, для оконечных пунктов он может лежать в пределах 0,04 — 0,06, для оконечного и промежуточных пунктов, в пределах 0,02 — 0,04, между промежуточными пунктами, 0,01 — 0,02; Y — удельная нагрузка, т. е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, Y=0,05 Эрл; М_О1, М_О2 — количество абонентов, обслуживаемых АМТС в оконечных пунктах О1 и О2.

Общее количество каналов для телефонии определится суммой всех потребностей региона:

На современные электронные АТС с АМТС (или узлов доступа) должны поступать потоки уровня Е1 — 2,048 Мгб/с. Один поток Е1 включает в себя 30 цифровых каналов со скоростью 64 Кб/с (0,064 Мгб/с). Это требует определения числа потоков Е1 для телефонии, распределяемых по региону — К_{Е1 (i-j),} которое будет равно:

Выражение 2.4 позволяет определить сколько потоков Е1 необходимо выделять в каждом пункте по трассе ВОЛС.

Общее число потоков Е1, которые должны быть организованы по ВОЛС только для телефонии по суммарной скорости передачи — К_Е1ОБЩ, определится делением N_ОБЩ на скорость потока Е1 — 2,048 Мгб/с^*:

или сумме потоков, предоставляемых каждому населенному пункту, если в проекте не предусматривается их выделение на текущем этапе в каком либо из пунктов

где n — число пунктов по трассе ВОЛС, где происходит выделение потоков.

Проектируемая ВОЛС и оборудование, установленное на ней, предполагают организацию мультимедийного трафика и, в частности, предоставление большого числа услуг:

сотовым операторам связи;

провайдерам интернет;

обеспечение цифрового ТВ вещания;

услуги по передачи трафика локальных сетей организаций и банковских структур региона.

Оценить объем трафика, предоставляемого для этих услуг, можно очень приближенно на основании известных скоростей передачи, используемых для этих целей.

Сотовые операторы.

Количество мобильных телефонов непрерывно растет и, соответственно, растет присутствие сотовых операторов, которые могут использовать в своих интересах потоки, транслируемые по проектируемой ВОЛС. Оценить, какую скорость передачи необходимо предоставить сотовым операторам, можно исходя из общего числа каналов, рассчитанных по ф.2.3 В среднем, можно принять, что дополнительное число каналов, выделяемых мобильным операторам — N_М, равно:

где S_М = (40 — 60) % от N_ОБЩ, этот процент зависит от численности населения в городах по трассе ВОЛС и приведен в табл.2.1.

Из них некоторое количество абонентов — N_Минт будут пользоваться услугами мобильного интернета, что приводит к увеличению скорости в канале до 128кб/с.

где S_Минт = (10 — 30) % от N_Минт, этот процен также зависит от численности населения в городах по трассе ВОЛС и приведен в табл.2.1.

Соответственно, скорость, предоставляемая мобильным операторам, будет равна:

Пересчитывая в количество первичных потоков, получим:

Интернет провайдеры.

Число абонентов интернета целесообразно принять равным:

где H_xx — число жителей населенных пунктов по трассе ВОЛС, S_инт — процент абонентов интернет, зависит от числа жителей, административного значения пункта, потребностей населения в услугах интернет и пр. примерные данные для S_инт приведены в табл.2.1.

Количество провайдеров в регионе может быть различным, например, «МЕГАФОН» — провайдер мобильного интернета, «РОСТЕЛЕКОМ» — провайдер проводного интернета и т. д. Каждый провайдер должен иметь доступ в глобальную сеть с определенной скоростью V_интхх, зависящей от потребностей абонентов, их количества и возможностей передачи данных по распределительной сети.

Скорость доступа абонента в интернет — V_абхх может различаться и определяется приоритетом (см. табл.2.1), однако вероятность использования интернет канала всеми абонентами одновременно очень мала и время занятия канала тоже невелико, что позволяет ввести понятие удельной нагрузки на канал интернет — Y_интхх, средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, которая также для различных населенных пунктов будет разной.

В результате скорость, выделяемая для провайдера интернет конкретного населенного пункта по ВОЛС, может быть определена по выражению:

Суммарная скорость, выделяемая провайдерам интернет, определиться как сумма скоростей по всем пунктам.

Табл. 2.1 Примерные данные по мобильным операторам, и скоростям передачи данных в интернет.

Цифровое ТВ вещание.

Количество цифровых ТВ каналов К_тв= 8 — обязательных;

скорость передачи в канале V_{тв -} .8 Мгб/с;

суммарная скорость для ТВ вещания — V_Утв= К_тв*V_тв= 64 Мгб/с, это минимальная требуемая скорость, при потребности в увеличении числа ТВ каналов это скорость возрастет пропорционально количеству дополнительных каналов

Потребности в организации локальных сетей.

Сеть Fast Ethernet в Липецке 100Мгб/с и Ельце 100Мгб/с.

Суммарная скорость передачи по линии определяется по выражению:

Полученное значение суммарной скорости передачи и количества первичных потоков К_УЕ1= К_Е1+К_Е1М является определяющим для построения обобщенной схемы связи и выбора соответствующего уровня SDH иерархии — STM-4, обеспечивающая до 622Мб/с.

2.2 Разработка обобщенной структурной схемы ВОЛС и определение требований к активному оборудованию

Обобщенная структурная схема ВОЛС является основанием для выбора цифровой аппаратуры и определяет ее функциональное назначение.

Ситуационный план трассы (рис. 2.2).

На рис2.2 показаны 2 способа прокладки ВОЛС. Красной линией показан способ прокладки воздушным способом по критерию наименьшего возможного пути подвеса ВОК на существующих опорах ЛЭП. Синей прерывистой линией показан способ прокладки по критерию наибольшей функциональности, трасса проходит через наиболее крупные населенные пункты на дистанции г. Елец — г. Липецк. Промежуточными пунктами являются г. Задонск и пос. Боринское. Выбираем второй вариант, помеченный синей линией, прокладка осуществляется также путем подвеса ВОК на опорах ЛЭП. Длина трассы — 86.4 км.

волоконная оптическая линия связь Рис. 2.2 Ситуационный план трассы (подвеска на опорах ЛЭП)

2.3 Выбор цифровой аппаратуры Выбор оборудования для реализации разработанной схемы линии связи очень важный момент в создании сети связи региона. Здесь нужно учитывать несколько основных положений:

· необходимо выбирать аппаратуру соответствующую последним техническим решения в данном разделе, прежде всего это аппаратура SDH той или иной ступени иерархии, чем выше ступень иерархии, тем меньше оптических волокон может быть в кабеле и, соответственно, меньше вариантов резервирования и надежность всей системы в целом будет снижаться;

· учитывать тот факт, что любая техника, в том числе и техника связи, очень быстро устаревают, поэтому необходимо уже на стадии проектирования рассматривать возможность замены аппаратуры на более функциональную, что предполагает выбор оборудования единого технического решения;

· создавать и развивать систему диагностики и мониторинга, что позволит снизить эксплуатационные расходы на обслуживание системы в целом;

· технические решения аппаратных средств должны быть выстроены на единой платформе, реализованной в данном регионе, что обеспечит широкую взаимозаменяемость оборудования.

В итоге выбранная аппаратура — FlexGain A2500 Extra.

Ниже приведены характеристики данного мультиплексора.

Оценив параметры, выбираем интерфейс L-4.1 для передачи от мультиплексора в г. Елец до г. Задонск и обратном направлении, а также между г. Задонск и пос. Боринское, позволяющий обеспечить дальность связи без использования регенераторов от 22 до 50 км. Для участка пос. Боринское — г. Липецк выбираем S-4.1, для обеспечения связи на расстоянии от 0 до 20 км.

2.4 Выбор типа ОВ в соответствии с требуемой скоростью передачи и перспективами развития связи в регионе

Выбор типа ОВ осуществляется с учетом их основных характеристик и рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ). Выбранные оптические волокна имеют параметры, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Параметры выбранного волокна

· Стандарт G.652 одномодовое волокно с несмещенной дисперсией, его параметры оптимизированы для диапазона длин волн 1,31 мкм, в котором волокно имеет нулевую хроматическую дисперсию. Диаметр световедущей жилы волокна — G.652 равен 9 мкм, а оболочки — 125±2 мкм. Это волокно используется для одноволновой и многоволновой передачи (спектральное уплотнение), в том числе в диапазоне длин волн 1,55 мкм и обеспечивает передачу информации со скоростями до 10 Гбит/с на средние расстояния (до 50 км).

2.5 Расчет длин участков регенерации и оценка бюджета ВОЛС

При проектировании ВОЛС должны рассчитываться отдельно длина участка по затуханию (L_а) и длина участка регенерации по широкополосности (L_ш), т.к. причины ограничивающие предельные значения указанных длин независимы.

В общем случае целесообразно рассчитывать две величины участка регенерации по затуханию:

L_{а max} — максимальная проектная длина участка регенерации;

L_{а min} — минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки этих величин используются выражения:

На участках г. Елец - г. Задонск-пос. Боринское, интерфейс L-4.1

=48.293км (2.3.)

=26.667 км (2.4.)

= 62.857км (2.5.)

где:

· А_max=25, А_min=10 — максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОСП, обеспечивающее к концу срока службы значение BBER не более 1*10^-10,б_ок (дБ/км) =0.35 — километрическое затухание в оптических волокнах кабеля,

· А_нс (дБ) =0.1 — среднее значение затухания мощности оптического излучения неразъемного оптического соединителя на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации,

· L_стр (км) =4 — среднее значение строительной длины кабеля на участке регенерации,

· А_рс (дБ) =0.1 — затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя,

· n =8.9 — число разъемных оптических соединителей на участке регенерации,

· D (пс/нм*км) =3.5 — суммарная дисперсия одномодового оптического волокна,

· d (нм) =2.5 — ширина спектра источника излучения,

· В (мГц) =800 — широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту

· М (дБ) =6 — системный запас ВОСП по кабелю на участке регенерации.

L_ш> L_{а max} (2.6.)

Максимальное значение перекрываемого затухания (А_max) определяется как разность между минимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче и чувствительность приемника.

2- (-8) =10 (2.7.)

Минимальное значение перекрываемого затухания (А_min) определяется как разность между максимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче и перегрузкой приемника.

3- (-28) =25 (2.8.)

На участке пос. Боринское - г. Липецк, интерфейс S-4.1

=20.133км (2.3.)

=0 км (2.4.)

= 62.857км (2.5.)

15- (-28) =13

8- (-8) =0

L_ш> L_{а max}

Системный запас (М) учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных ремонтных вставок, сварных соединений, а также изменения характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОСП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора.

Диапазон устанавливаемых значений системного запаса лежит, как правило, в пределах 2 — 6 (дБ), что соответствует наиболее или наименее благоприятным условиям эксплуатации ВОЛС.

Выбранная аппаратура ВОСП и ОВ позволяют осуществить строительство трассы без дополнительных регенераторов.

Оценка бюджета ВОЛС.

Учитывая тот факт, что при использовании одномодовых оптических волокон, у которых потери очень невелики, суммарное затухание ВОЛС может оказаться гораздо меньше, чем этого требует динамика работы аппаратуры, что приведет к существенному росту параметров ошибок.

Количественно бюджет линии можно оценить следующим образом.

(2.9.)

где:

;

L=35.6 км

12.54> > - 7.46

— пределы изменения затухания оптического аттенюатора, установленного для регулировки потерь в линии.

2.6 Выбор способа строительства ВОЛС и описание конструкции ВОК для выбранного варианта

Воздушные способы строительства ВОЛС.

Для строительства ВОЛС выбран подвесной самонесущий кабель ДПТа-П-16А4 (6) — 10 кН и ДПТа-П-16А4 (6) — 8 кН производства ООО «Инкаб» .

Ниже приведена структура ВОК.

Конструкция:

1. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) — стеклопластиковый диэлектрический стержень.

2. Оптическое волокно.

3. Оптический модуль в оболочке из ПБТ, заполненный гидрофобным гелем.

4. Межмодульный гидрофобный гель.

5. Промежуточная оболочка из полимерного материала.

6. Упрочняющие элементы (ДПТа-арамидные нити /ДПТс — стеклонить).

7. Защитный шланг из полимерного материала.

8. ПЭТ-лента (для спецконстркции ДОТ)

9. Водоблокирующие нити

В составе ВОК имеется 16 ОВ, 2 для передачи потока STM-4 между оконечными и промежуточными пунктами, 2 резервных и 12 для перспективного использования, что позволит не строить ВОЛС в будущем при расширении сети, а также возможности сдачи в аренду.

Самонесущий ВОК крепится на существующие опоры магистральных ЛЭП, а также распределительных ЛЭП согласно схеме трассы при помощи специальных натяжных и поддерживающих узлов крепления.

Трасса ВОЛС пересекает множество автомобильных, железных дорог и рек. Переход данных преград осуществляется также путем воздушно-кабельных переходов. Высота подвеса над а/д — не менее 7 м, над жд — не менее 10 м. Если нет возможности подвеса ВОК с соблюдением требований и норм, то необходимо выполнить данный переход методом горизонтально направленного бурения (ГНБ).

При осуществление данного метода осуществляются следующие действия. Прокол грунта при помощи специальной техники под углом, на расстояние и глубину, указанные в схеме прокладки. Затягивание полиэтиленовой защитной трубы необходимого диаметра в скважину. Затягивание ВОК в защитную трубу. Так как ВОК прокладывается воздушным методом, необходимо выполнить спуск кабеля по опоре в грунт. Начиная с высоты 2 м ВОК также необходимо защитить трубой. На другом конце прокола соответственно выполняется подъем кабеля на опору.

Воздушные способы прокладки обладают целым рядом неоспоримых преимуществ перед подземными и заключаются в следующем, — нет необходимости в землеотводе, нет необходимости копать землю. В результате стоимость строительства в 2 и более раз ниже, а скорость строительства в несколько раз выше, что обусловлено, прежде всего, возможностью «привязать» конструкцию ВОК к тому или иному варианту.

2.7 Оценка надежности проектируемой ВОЛС

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

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

. (2.11)

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

. (2.12)

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

. (2.13)

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

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

час^-1. (2.14)

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

(2.15)

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

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

(2.16)

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

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

(2.17)

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 производится для самого большего по протяжённости участка проектируемой ВОЛС.

Примем интенсивность отказов 1 км оптического кабеля, равной =4.5610^-7 час^-1. Протяженность трассы 37.6 км.

Наработка на отказ аппаратуры равна 10 годам или 87 600 часов, откуда интенсивность отказов будет равна = 10^-7. Значения необходимых параметров сведены в табл.2.2.

Таблица 2.2

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

ч.

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 (2.18.)

где — время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

В расчетах определяем среднее время восстановления только кабеля.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Требования по показателям надежности для линий внутризоновой сети таблица 2.4.

Таблица 2.4 Для внутризоновой первичной сети, где протяженность ВОЛС не превышает L_впс=1400 км.

Примечание. Для оборудования линейных трактов время восстановления должно лежать в пределах следующих значений:

· время восстановления обслуживаемого регенерационного пункта и оконечного пункта (ОРП, ОП) — Т_в (ОРП) 0,5 часа;

· время восстановления оптического кабеля в зависимости от типа и емкости — Т_в (ОК) в пределах 10 — 16 часов (в том числе время подъезда — 3,5 часа).

Заключение

В процессе выполнения курсового задания была спроектирована волоконно-оптическая линия связи с обозначением оконечного и промежуточного оборудования ввода/вывода цифровых потоков между г. Елец и г. Липецк.

Г. Елец довольно развитый с перспективами на дальнейший рост численности населения и предприятий, что говорит о необходимости модернизации существующей сети связи. В первую очередь это прокладка новой магистральной трассы в областной центр г. Липецк. В дальнейшем развитие внутризоновой структуры сети.

В результате проектирования выбрано оконечное оборудование ВОСП — мультиплексор FlexGain A2500 Extra, удовлетворяющий всем требованиям по организации связи. С помощью FlexGain A2500 Extra формируется поток STM-4 из необходимого числа компонентных потоков 2048кбит/с. Места размещения аппаратуры кроме оконечных пунктов, т. е. в г. Задонск и пос. Боринское объясняются географическим размещением, а также численностью населения этих н. п. Там также используются FlexGain A2500 Extra для транзитной передачи потоков, а также ввода/вывода 2048кбит/с.

При прокладке трассы был выбран наиболее оптимальный вариант: подвес самонесущего ВОК на существующих опорах обеспечивает быстрое и относительно недорогое строительство; прохождение магистрали через самые крупные и не удаленные промежуточные пункты с вводом/выводом потоков обеспечивает увеличение числа клиентов.

1) Б.К. Никитин, Г.М. Смирнов «Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине: М.1. Р.2 Проектирование оптических сетей связи»