Проектирование внутризоновой сети Гродненской области

Курсовой проект

Проектирование внутризоновой сети Гродненской области

межстанционный сеть оптический линейный Данный курсовой проект предполагает организацию внутризоновой связи в Гродненской области на основе оборудования SDH фирмы Alcatel и с физической топологией «Кольцо».

Острая необходимость в стандартизации синхронных волоконно-оптических сетей была осознана, лишь когда стали ясны преимущества этих сетей перед плезиохронными и полным ходом шли разработка и внедрение оборудования для них. Телекоммуникационные операторы ощутили это первыми. Попытки состыковать оборудование разных производителей к положительному результату не привели. В начале 1984 г. в США состоялся Форум по совместимости систем передачи, который обратился в Американский национальный институт стандартов (ANSI) с просьбой о скорейшем принятии спецификаций синхронной передачи по волоконно-оптическим сетям. Цель данной стандартизации - сопряжение оборудования различных производителей на уровне оптических интерфейсов.

Задача была поставлена перед двумя комитетами ANSI: T1X1, занимающимся цифровой иерархией и синхронизацией, и T1M1, решающим вопросы сетевого администрирования и эксплуатации. В результате проделанной этими комитетами работы родился черновой вариант стандарта под названием SYNTRAN, основывающийся на скорости передачи 45 Mбит/с. Однако время шло, и производители создали новые системы. Компания АТ&T, применив самые новейшие технологии, произвела на свет систему METROBUS, скорость передачи которой составляла уже 150 Мбит/с. В 1985 г. комитет T1X1 по предложению компании Bellcore принял решение сформулировать стандарт, базирующийся на концепции синхронной сети как единого целого (SONET, Synchronous Optical NETwork), который будет определять наряду с оптическим интерфейсом формат сигнала и скорость его передачи.

Летом 1986 г. МККТТ (в настоящее время комитет T в МСЭ, или ITU-T) наконец решил навести порядок, создав единый стандарт, который удовлетворил бы обе стороны, т. е. поддерживал бы как европейскую, так и американскую иерархии. В июле 1986 г. рабочая группа XVII МККТТ начала работу над новым стандартом синхронной цифровой иерархии (SDH). Полтора года ушло на согласование рекомендаций. В феврале 1988 г. комитет T1X1 принял предложения МККТТ по изменению стандарта SONET. Рабочая группа XVIII утвердила три рекомендации, относящиеся к SDH, которые были опубликованы в «Синей книге»:

G.707. — базовые скорости SDH;

G.708. — сетевой интерфейс узла SDH;

G.709. — структура синхронного мультиплексирования.

Именно эти рекомендации положили начало процессу стандартизации систем SDH на более детальном уровне, который продолжается и по сей день.

1. Расчет объема трафика проектируемой сети

1.1 Структура внутризоновой сети

Сеть электросвязи (ЭС) страны — комплекс технических и программных средств, взаимодействующих на основе определенных принципов и обеспечивающих возможности своевременно, качественно и полно удовлетворить все потребности населения страны, отраслей народного хозяйства, органов государственного управления и обороны и т. д. в разнообразных услугах связи.

В состав сети ЭС страны входят государственные, ведомственные и акционерные сети и системы ЭС, содержащие сложную коммутационную аппаратуру и системы передачи, линейные и гражданские сооружения, электронные вычислительные и управляющие комплексы.

При планировании и построении современных сетей ЭС обычно различают три сетевых уровня: уровень первичной сети (ПС), уровень вторичных сетей (ВС) и уровень систем или служб электросвязи.

Основа любой реальной сети связи — первичная сеть — совокупность сетевых узлов, станций и линий передачи, образующих базовую сеть типовых универсальных каналов передачи и сетевых трактов.

Сетевые узлы ПС представляют собой комплекс аппаратуры цифровых систем передачи различных сетевых технологий, предназначенный для формирования, перераспределения каналов передачи и сетевых трактов и подключения ВС, служб электросвязи и пользователей сети. В зависимости от вида первичной сети, к которой принадлежат сетевые узлы, их называют магистральными, внутризоновыми, местными или по имени корпоративной или ведомственной сети.

Нижнее звено ПС — местная ПС — состоит из каналов и трактов, соединяющих узлы и станции города или сельского района друг с другом и с абонентом или часть ПС в пределах города или района.

Внутризоновая ПС — часть ПС, ограниченная территорией, совпадающей с одной зоной нумерации, и обслуживающая соединение ее местных ПС с помощью типовых каналов и трактов.

Магистральная ПС — часть ПС, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи и сетевых трактов различных внуутризоновых сетей на всей территории страны.

Основу ПС составляют системы передачи, обеспечивающие формирование типовых каналов и трактов, параметры которых нормализованы, и линии передачи.

В соответствии с принципами построения телефонной сети вся территория страны делится на зоны с единой системой нумерации абонентов в пределах зоны. Территория зоны, как правило, совпадает с территорией области.

Итак, по определению, внутризоновая первичная сеть электросвязи — часть первичной сети, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи и сетевых трактов разных местных первичных сетей одной зоны нумерации и телефонной сети.

Каждая зоновая сеть включает в себя городские и сельские телефонные сети. Коммутационным центром зоны является автоматическая междугородная телефонная станция (АМТС) в областном центре, через которую осуществляется связь между местными сетями зоны. Выход за пределы зоны осуществляется только через соответствующую АМТС.

В связи с этим зоновая сеть строится по радиально-узловому принципу (логическая топология), при этом в пределах зоны возможна организация связи по различным физическим топологиям в зависимости от того, какое оборудование ЦСП используется.

Логическая структура внутризоновой сети связи с одной АМТС в зоне представлена на рисунке 1.1.

Соединительные линии от районной автоматической телефонной станции (РАТС) к АМТС называются заказно-соединительными линиями (ЗСЛ), а линии от АМТС к РАТС — соединительными линиями междугородными (СЛМ).

Развитие местных и внутризоновых сетей определяется следующими факторами:

изменением численности населения;

нормами телефонной плотности;

уровнем развития существующих сетей телекоммуникаций в отдельных населенных пунктах.

СТС — сельская телефонная станция УСП — узел сельский пригородный ЦС — центральная станция местной сети

ОС — оконечная станция УС — узловая станция РАТС — районная АТС ЗСЛ — заказно-соединительные линии МК — междугородный коммутатор СЛМ — соединительные линии междугородные РЦ — районный центр Рисунок 1.1 — Структура внутризоновой сети связи При разработке схем развития внутризоновых телефонных сетей, проектировании АМТС и дооборудования АТС райцентров и городов аппаратурой зоновой связи возникает необходимость в определении числа ЗСЛ, СЛМ и каналов, связывающих местные телефонные сети районов и городов с АМТС и обеспечивающих передачу трафика между местными телефонными сетями и от местных телефонных сетей на междугородную сеть страны.

Как видно из рисунка 1.1, логической топологией при организации зоновой сети связи является топология «звезда».

1.2 Методика расчета заказно-соединительных линий, соединительных линий междугородных и каналов внутризоновой телефонной сети

Определение нагрузки на ЗСЛ

Определение нагрузки на ЗСЛ осуществляется исходя из среднего количества междугородных и зоновых телефонных разговоров, приходящихся на один телефонный аппарат (удельная нагрузка).

Для полного учета всего обмена, исходящего от местной телефонной сети, наряду с обменами от абонентов необходимо учитывать обмен от переговорных пунктов (ПП) и междугородных телефонов-автоматов (МТА).

Общий обмен в разговорах за сутки Q_ИСХ, исходящий от местной телефонной сети административного района или города, определяется по формуле

(1.1)

где С_АБГОР, С_АБСЕЛ — существующий удельный обмен за сутки на одного абонента в разговорах для абонентов районного центра и района соответственно;

N_АБГОР, N_АБСЕЛ — число абонентов местной телефонной сети на планируемый период, имеющих автоматический выход на зоновую и междугородную телефонные сети соответственно для городского и сельского региона;

Q_пп — суточный обмен в разговорах от ПП и МТА на планируемый период.

По формуле (1.1) отдельно рассчитывается исходящий обмен от местных телефонных сетей города и административного района.

Число абонентов N_АБ на планируемый период определяется на основе расчета станционной емкости местных телефонных сетей: городской (ГТС) и сельской (СТС) и коэффициентов задействования этой емкости: для ГТС К_ЗГТС = 0,92, для СТС К_ЗСТС = 0,82…0,85.

Методика расчета станционной емкости базируется на данных телефонной плотности а_j и численности городского N_ГОР и сельского N_СЕЛЬ населения на планируемый период.

Значение N_АБ вычисляется по нижеприведенным формулам с учетом численности как городского, так и сельского населения района.

N_АБГОР = N_ГОР а_iК_ЗГТС N_АБСЕЛ = N_СЕЛЬа_jК_ЗСТС

Средние нормы телефонной плотности а_j и существующий удельный обмен в разговорах за сутки на одного абонента С_АБ в зависимости от численности населения города и района (сельской местности) приведены в таблице 1.1.

Суточный обмен от ПП и МТА определяется в зависимости от количества существующих и предполагаемых к установке на планируемый период кабин ПП и МТА и удельного обмена от одной кабины ПП и одного МТА.

Q_пп= С_ПП N_ПП+ С_МТАN_МТА

Планируемое количество кабин ПП и МТА определяется по планам местных органов связи, или на основе данных таблицы 1.2.

Для определения нагрузки от МТА и кабин ПП в Эрлангах, принимаются, согласно [1], следующие исходные данные:

— средняя величина обмена от одного МТА — С_МТА = 30 разг / сутки;

— средняя величина обмена от одной кабины ПП — С_ПП= 37 разг / сутки;

— средняя продолжительность соединения МТА и ПП — 4,75 мин.

Таблица 1.1 — Нормы телефонной плотности на 1000 человек

Таблица 1.2 — Количество кабин ПП и МТА на 1000 жителей

Переход от обмена в разговорах к нагрузке в Эрлангах осуществляется по формуле

Эрл (1.2)

где Q — обмен в разговорах в сутки,

К_чнн — коэффициент концентрации обмена в час наибольшей нагрузки (ЧНН) для автоматической связи, равный К_чнн = 0,1…0,12;

t_зАН — время занятия ЗСЛ, в минутах.

Соответственно общая исходящая нагрузка в Эрлангах на ЗСЛ, создаваемая абонентами и ПП и МТА, определяется по формуле

где t_зсл1, t_зсл2 — время занятия ЗСЛ в минутах соответственно для абонентов (определяется в п 1.2.3) и для МТА и ПП.

Определение нагрузки на СЛМ

Входящий обмен и входящая нагрузка, т. е. обмен и нагрузка в расчете на междугородные соединительные линии СЛМ, определяются суммированием входящих обменов к данной местной сети от местных телефонных сетей данной зоны и от междугородной телефонной сети, т. е. от других зон. При проектировании АТС местных телефонных сетей она определяется по формуле

(1.3)

где С_АБГОР, С_АБСЕЛ — существующий удельный обмен за сутки на одного абонента в разговорах для абонентов районного центра и района соответственно;

N_АБГОР, N_АБСЕЛ — число абонентов местной телефонной сети на планируемый период соответственно для городского и сельского региона;

Q_пп — суточный обмен от переговорных пунктов без учета обмена МТА;

К_П — существующее соотношение исходящего и входящего обменов:

. (1.4)

Переход от обмена в разговорах к нагрузке в Эрлангах осуществляется по формуле

Эрл, (1.5)

где t_слм — среднее время занятия СЛМ, для абонентов определяется в п. 1.2.3, для ПП указан ранее.

Определение времени занятия ЗСЛ и СЛМ

При определении времени занятия ЗСЛ и СЛМ принимаются следующие значения средней продолжительности чистого разговора на ЗСЛ и СЛМ:

— для междугородной автоматической связи t_м = 4 мин.

— для автоматической зоновой связи t_з = 3 мин.

— для полуавтоматической междугородной и зоновой связи t_п/а = 5 мин.

Время занятия ЗСЛ определяется по формуле

мин, (1.6)

где t_р1 — время разговора на ЗСЛ, определяемое из выражения

мин, (1.7)

где — доли обмена, направляемого на междугородную и зоновую телефонную сети соответственно, определяются на основе статистического анализа, при этом; при расчетах принять р_М1 = 0,6, р_З1 = 0,4;

t_У = 0,5 — время установления соединения для одной попытки, мин;

n — число попыток на одно установленное соединение, закончившееся разговором. Согласно статистическим данным n = 2,5;

K_П — коэффициент, учитывающий различие во времени занятия ЗСЛ и СЛМ, определен ранее.

Время занятия СЛМ определяется по формуле:

(1.8)

где, мин.

р_п/а — доля обмена, направляемого по СЛМ с полуавтоматическим способом установления соединения, =0,1…0,15;

р_М2, р_З2 — доли автоматизированного междугородного и зонового обменов соответственно, направляемого по СЛМ. При этом должно выполняться условие р_М2+ р_З2 +р_п/а = 1.

При расчетах принять р_М2 = 0,5, р_З2 = 0,4, р_п/а = 0,1.

n — число попыток на СЛМ, принять n = 1,5.

Определение количества ЗСЛ и СЛМ

Среднее количество ЗСЛ и CЛМ определяется исходя из рассчитанной нагрузки в зависимости от величины потерь на участках зоновой телефонной сети и типа оборудования АТС и АМТС. Нормы потерь для основных направлений межстанционных связей принять равным 1%.

На участке РЦ-АМТС телефонная нагрузка направляется по двум пучкам:

— по пучку ЗСЛ для абонентов местной телефонной сети;

— по пучку каналов заказной системы для выхода телефонистов в АМТС-РЦ на исходящие междугородные каналы, включенные в АМТС зоны.

На участке зоновой сети АМТС-РЦ вся нагрузка направляется по единому пучку СЛМ.

По данным современных статистических исследований объем трафика передачи данных (Интернет) и трафика, создаваемого пользователями систем подвижной связи, соизмерим с объемом междугородного телефонного трафика. Поэтому суммарный трафик может быть рассчитан по формуле

Y = Y_ТЛФ + Y_INT + Y_СОТ = Y_ТЛФ +m₁Y_ТЛФ +m₂Y_ТЛФ, (1.9)

где m₁ — коэффициент, учитывающий долю трафика Интернет по отношению к телефонному трафику;

m₂ — коэффициент, учитывающий в долю трафика сетей подвижной связи по отношению к телефонному трафику.

На основе статистического анализа передаваемого трафика указанные коэффициенты на период написания данного пособия составляют m₁=1,5, m₂=0,35.

По формуле (1.9) необходимо рассчитать суммарный исходящий Y_ИСХ и суммарный входящий Y_ВХ трафики.

Определение количества соединительных линий

Определение количества ЗСЛ и СЛМ, включенных в АТС, осуществляется по таблицам Эрланга для полнодоступного включения при вероятности потерь Р = 0,01. В таблице приложения приведена зависимость числа линий от нагрузки в Эрлангах для полнодоступного пучка при потерях Р = 0,01 (1%).

Если нагрузка больше 160 Эрлангов, то можно воспользоваться данными таблицы 1.3.

Таблица 1.3 — Число линий в зависимости от нагрузки (в Эрлангах) для полнодоступного пучка при потерях Р = 0,01 (1%).

Количество ЗСЛ и СЛМ, включенных в АТС, может рассчитываться также на основе аналитического выражения первой формулы Эрланга:

(1.10)

где — расчетное значение нагрузки;

V — количество соединительных линий;

Р — норма потерь.

При расчете количества ЗСЛ и СЛМ необходимо учесть 30-процентный запас, связанный с ростом объема передаваемого трафика на перспективу.

Количество потоков Е1 для ЗСЛ и СЛМ вычисляется по формуле (1.11) с последующим округлением результата к большему целому числу:

N_ИКМ=V_СЛ/30. (1.11)

Информацию о результатах расчетов необходимо представить в виде таблицы (таблица 1.4). При расчете объема передаваемого по сети трафика из рассмотрения исключается собственно трафик, создаваемый областным центром и его районом, так как междугородный трафик от городской телефонной сети и сети района включается непосредственно в АМТС зоны.

На основе данных таблицы рассчитывается общее количество потоков Е1, которое необходимо ввести / вывести в каждом районном центре, а также ввести / вывести в областном центре для связи с АМТС.

Таблица 1.4 — Сводная таблица рассчитанных величин

Суммарное количество потоков Е1, передаваемых по кольцу равняется: 183.

2. Проектирование топологии сети

Как отмечено в ТЗ, внутризоновую сеть необходимо построить, используя оборудование систем передачи синхронной цифровой иерархии (SDH), при этом в районных центрах целесообразно ввести в действие цифровые АТС, которые позволяют коммутировать как основные цифровые каналы (ОЦК) со скоростью 64 кбит/с, так и первичные цифровые каналы (ПЦК) со скоростью 2,048 Мбит/с. Рассчитанный объем межстанционного трафика в ПЦК представлен в таблице 1.4 подраздела 1.2.

При проектировании сети должно быть реализовано стопроцентное резервирование трафика, что необходимо учесть при выборе уровня STM-n.

При проектировании сети необходимо выбрать кольцевую топологию с одной поперечной связью. Протяженность кольца, связывающего все районные центры, должна быть минимальной.

Поперечная связь организуется между областным центром и одним из районных центров таким образом, чтобы оптимизировать нагрузку в сети, а также уменьшить объем устанавливаемого оборудования в узлах сети. При этом по дополнительному кольцу должен передаваться сигнал уровня STM-n, а по основному — более высокого уровня.

Кольцевая топология является предпочтительной с точки зрения простоты, надежности (при одиночных повреждениях) и обеспечения защиты синхронных потоков в сетях, построенных на основе оборудования SDH. Поперечная связь повышает надежность и самовосстанавливаемость сети при нескольких повреждениях на сети.

Для построения оптимальной топологии определяю расстояния между населенными пунктами по компьютерной карте, данные представляю в виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1 — Расстояния между узлами проектируемой сети

Задача минимизации протяженности кольца решаем с применением компьютерной программы метода решения задачи коммивояжера.

Ячеистая сеть приводит к минимальному числу требуемых мультиплексоров различных уровней и с этой точки зрения является оптимальной, однако сложности возникают при необходимости организации защиты каналов. Вопросы защиты решаются путем направления резервируемого канала по двум маршрутам с совпадающими конечными точками (защита SNCP). Схема защиты по разнесенным маршрутам требует более тщательного расчета числа потоков, проходящих по отдельным ветвям сети, для того чтобы убедиться, что оно не превышает возможности кросс-коммутатора узлового мультиплексора. Расчет загрузки сегментов сети также позволяет ответить на вопрос о том, какого уровня мультиплексор может быть использован в данном узле.

Протяженность основного кольца составляет 439 км, дополнительного кольца сети составляет 435 км.

3. Разработка схемы организации связи проектируемой сети.

3.1 Выбор уровня иерархии оборудования STM-n.

При проектировании сети для всех каналов реализовано стопроцентное резервирование, при этом по дополнительному кольцу должен передаваться сигнал уровня STM-n, в нашем случае STM-1, а по основному — более высокого уровня STM-4.

При проектировании сети выбрана кольцевая топология с одной поперечной связью уровня STM-4.

Поперечная связь организуется между Щучином и Новогрудком таким образом, чтобы оптимизировать нагрузку в сети, а также уменьшить объем устанавливаемого оборудования в узлах сети.

3.2 Анализ структуры оборудования SDH

В состав мультиплексора 1650SMC входят платы трех типов:

- платы доступа: платы, на которых размещены интерфейсы физических сигналов (электрические разъемы);

- платы портов: платы, реализующие функцию обработки сигнала SDH;

- модули (электрические или оптические): представляют собой особый тип плат доступа (небольшого размера), которые устанавливаются на передней панели определенных плат.

Рассмотрим структуру, размещение состав, кодировку и секционирование оборудования.

Вид спереди каркаса оборудования показан на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 — Вид спереди оборудования 1650SMC

Плата доступа 212 Мбит/с (А21Е1)

Плата доступа 212 Мбит/с обеспечивает соединение соединительной панели с внешней линией для передачи в обоих направлениях 21 сигнала Е1. В соответствии с электрическими характеристиками линии (сопротивление 75 Ом или 120 Ом) используются различные типы плат доступа. На входе платы имеется блок защиты, устраняющий выбросы входящего сигнала.

При нормальных рабочих условиях работы сигнал, принимаемый из линии, поступает на «рабочую» плату порта 632 Мбит/с. При аварийных условиях осуществляется переключение сигнала, принимаемого из линии, на «резервную» плату порта.

Оптические модули STM-1

Оптические модули STM-1 обеспечивают физический оптический доступ для платы STM-1. В соответствии с типом используемого разъема (FC/PC или SC/PC) и длины волны (IS-1.1, L-1.1, L-1.2, L-1.2JE) существуют различные оптические модули.

В направлении входа оптический сигнал преобразуется в электрический сигнал, и уровень сигнала адаптируется для передачи к плате порта (данные + тактовый сигнал); на стороне приема может быть обнаружен аварийный сигнал LOS.

В направлении выхода электрический сигнал, поступающий от платы порта (данные+тактовый сигнал), адаптируется по уровню, преобразуется в оптический сигнал и передается на линию.

Кроме того, оптический приемопередающий модуль передает и принимает следующие сигналы:

— Laser Fail (отказ лазера);

— Laser Degrade (ухудшение характеристик лазера);

— Laser Shutdown (отключение лазера).

Оптические модули STM-4

Оптические модули STM-4 обеспечивают физический оптический доступ для блока COMPACT ADM. В соответствии с типом используемого разъема (FC/PC или SC/PC) и длины волны (IS-4.1, L-4.1, L-4.2) используются различные оптические модули. Остальные функции такие же, как и в оптическом модуле STM-1.

Плата COMPACT ADM (SYNTH1N)

Блок выполняет следующие функции:

— обработка полезной информации;

— реализация соединений (блок Матрицы);

— синхронизация оборудования;

— функция контрллера;

— управление ОН;

— внешние интерфейсы, светодиоды и кнопки;

— подача питания.

Плата COMPACT ADM для обработки полезной информации может быть оборудована (SW и HW) двумя способами:

а) плата COMPACT ADM может обрабатывать до 2 сигналов STM-1. Потоки могут быть оптическими, электрическими или смешанными. Имеется два линейных модуля: электрический-STM-1 или оптический-STM-1, устанавливаемые в свободных пространствах передней панели платы COMPACT ADM;

б) посредством установки в верхнее свободное пространство передней панели оптического сменного модуля STM-4 платой COMPACT ADM может быть обработан только один оптический сигнал STM-4.

Функции SDH, необходимые для управления сигналами STM-1 или STM-4, выполняются блоками GA и блоком МАТРИЦЫ.

Блок GA выполняет следующие функции: TTF, HPOM, HOA (HPA и HPT), LPOM, формирование и обработка байтов заголовков. Функции реализации соединения и функции защиты сети выполняются блоком МАТРИЦЫ.

Плата CONGI

Блок выполняет следующие основные функции:

— источник питания;

— интерфейс QB3;

— служебный и удаленный аварийный сигнал;

— интерфейс Q2/RQ2.

Плата SERGI

Плата SERGI выполняет следующие функции:

— управление дополнительными каналами (AUX);

— управление входным / выходным тактовыми сигналами;

— управление каналами EOW;

— входная ступень питания.

Блок обеспечивает два канала 64 кбит/с, два канала V11, каждый канал содержит входные и выходные данные, а также тактовый сигнал, два канала RS-232, один канал 2 Мбит/с, который может использоваться в качестве дополнительного канала.

Электрическая/оптическая плата порта 4STM-1 (P4S1N)

Порт 4STM-1 обрабатывает до четырех потоков STM-1. Для предоставления физического доступа к сигналу STM-1 на плате может быть установлено максимум два электрических или оптических модуля. Остальные два модуля физического доступа расположены на соответствующей плате доступа.

Функции SDH, необходимые для управления сигналом STM-1, выполняются установленной на плате матрицей GA. Она взаимодействует с двумя матрицами на плате COMPACT ADM посредством соединительной панели.

В соответствии с Рекомендацией ITU-T G.783 матрица GA выполняет следующие функции: транспортного окончания (TTF), сборки контейнеров верхнего уровня (HOA), контрольтрактов нижнего (LPOM) и верхнего (HPOM) уровней.

Функции кросс-соединения (MSP, HPC и LPC) выполняются матрицами, имеющимися на двух платах COMPACT ADM (в конфигурации 1+1).

Оптическая плата STM-4

Порт STM-4 обрабатывает оптический поток STM-4.

В соответствии с используемым типом разъема (FC/PC или SC/PC) и длиной волны (S-4.1, L-4.1, L-4.1JE, L-4.2 и L-4.2JE) существуют различные оптические порты STM-4.

Функции SDH, необходимые для управления сигналом STM-1, выполняются установленной на плате матрицей GA. Она взаимодействует с двумя матрицами на плате COMPACT ADM посредством соединительной панели.

В соответствии с Рекомендацией ITU-T G.783 матрица GA выполняет следующие функции: TTF, HOA, LPOM, HPOM. Функции кросс-соединения (MSP, HPC и LPC) выполняются матрицами, имеющимися на двух платах COMPACT ADM (в конфигурации 1+1).

3.3 Расчёт номенклатуры и объёма блоков оборудования SDH

Расчёт номенклатуры и объёма блоков оборудования SDH для выбранного типа оборудования, обеспечивающую ввод / вывод заданного количества каналов в узле и передачу по линии рассчитанного объема трафика с учетом резервирования, представляю в виде таблицы 3.1

Таблица 3.1 — Конфигурация мультиплексорных узлов

3.4 Разработка схемы организации связи

При разработке схемы организации связи необходимо учитывать следующие критерии:

— общее количество потоков Е1 в каждом из городов совместно с его районом;

— суммарное количество потоков Е1, передаваемых по кольцу;

— топологию проектируемой сети;

— уровень иерархии оборудования STM-n основного и дополнительного кольца.

Схема организации связи проектируемой сети представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 — Схема организации связи

4. Проектирование оптического линейного тракта

4.1 Выбор оптических интерфейсов

При выборе типа устанавливаемого в синхронном мультиплексоре оптического оборудования необходимо учитывать, что оно обеспечивает определенные параметры в соответствии с тем или иным оптическим интерфейсом.

Классификация оптических интерфейсов и их параметры приведены в таблицах 4.1 — 4.3.

Таблица 4.1 — Классификация оптических интерфейсов, основанных на кодах применения

На рисунке 4.1 представлена структурная схема тракта, в соответствии с которой определяются параметры того или иного оптического интерфейса.

Рисунок 4.1 — Структурная схема оптического линейного тракта

Таблица 4.2 — Параметры оптических интерфейсов STM-1, номинальная скорость 155 520 кбит/с

Таблица 4.3 — Параметры оптических интерфейсов STM-4, номинальная скорость 622 080 кбит/с

Результаты выбора оптических интерфейсов для каждого сегмента сети представлены в виде таблицы 4.4.

Таблица 4.4 — Тип оптического интерфейса между мультиплексорами SDH

4.2 Расчет возможной протяженности участка регенерации

Для расчета протяженности участка регенерации для выбранного оптического интерфейса и выявления сегментов сети, на которых необходима установка или регенераторов или оптических усилителей, может быть использована следующая методика.

Длина регенерационного участка (РУ) цифровой волоконно-оптической системы передачи зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются:

1) энергетический потенциал системы передачи, П, дБ, который определяет максимально допустимое затухание оптического сигнала в оптическом линейном тракте, а именно: в оптическом волокне (ОВ), разъёмных и неразъёмных соединителях на РУ, а также в других узлах линейного тракта. Энергетический потенциал определяется типом оптического интерфейса;

2) дисперсия в ОВ,, пс. Дисперсионные явления в ОВ приводят к расширению во времени спектральных и модовых составляющих сигнала, то есть к различному времени их распространения, что приводит к изменению формы и длительности оптических импульсных сигналов, к их уширению;

3) помехи, обусловленные тепловыми шумами активных компонентов схем, шумами источников оптического излучения, шумами из-за отражения оптического излучения от торцевой поверхности ОВ, модовыми шумами из-за интерференции мод, распространяющихся в ОВ. Этот вид помех интегрально учитывается как собственные шумы оптической системы;

4) квантовый или фотонный шум, носителем которого является сам оптический сигнал (в силу его малости по сравнению с другими составляющими шумов оптического линейного тракта, в проекте он не учитывается).

Для расчета протяженности участка регенерации в качестве исходных данных используются параметры оптического интерфейса и параметры оптического волокна. Типовые параметры одномодового оптического волокна в соответствии с Рек. G.652 приведены в таблице 4.5.

Протяженность участка регенерации при работе по оптическому волокну с учетом энергетических свойств оптического линейного тракта определяется по методике, представленной ниже.

Энергетический потенциал (П) системы передачи равен П = Р_пер — Р_пр, дБ, (4.1)

где Р_пер — абсолютный уровень мощности излучения оптического сигнала передатчиком, дБм;

Р_пр — абсолютный уровень мощности оптического сигнала на входе приёмного устройства, при котором коэффициент ошибок или вероятность ошибки р_ош одиночного регенератора не превышает заданного значения, дБм.

Таблица 4.5 — Типовые характеристики стандартного одномодового оптического волокна

Для определения длины участка регенерации необходимо знать величину мощности излучателя Р_ПЕР, чувствительность приемника Р_ПР, строительную длину кабеля L_СТР, километрическое затухание в оптическом волокне на заданной длине волны б_КМ.

Суммарные потери участка линейного тракта можно определить по формуле

А_У(L_РГ1)=n_p?б_p+n_н(L_РГ1)?б_н+А_зап+б_КМ•L_РГ1+б_вв, (4.2)

где n_p = 2 — количество разъемных соединений в линейном тракте;

б_p = 0,1 — затухание в разъемных соединениях, дБ;

n_н — количество неразъемных соединений, которое связано с протяженностью участка регенерации и строительной длиной оптического волокна по формуле б_н = 0,05 — затухание в неразъемном (сварном) соединении, дБ;

А_зап = 5 дБ — энергетический запас на старение элементов оптического тракта: источника излучения, волоконно-оптического кабеля, оптоэлектронного преобразователя, уход параметров электрических схем, дБ;

б_вв = 0 дБ — потери при вводе оптической энергии в волокно, когда источник оптического излучения непосредственно подсоединяется к станционному кабелю, дБ.

; (4.3)

где L_РГ1 — общая длина участка регенерации, км;

L_СТР =3 км;

Протяженность участка регенерации L_РГ находится из следующего выражения:

П = Р_ПЕР — Р_ПР = А_У(L_РГ1); (4.4)

Протяженность участка регенерации L_РГ вычисляю по формуле:

L_РГ1 (S4.2)=3 (-15+28−2· 0,1−5+0,05)/(0,05+3·0,19) = 38 км

L_РГ1 (L4.1)=3 (-3+28−2· 0,1−5+0,05)/(0,05+3·0,34) = 55,7 км

L_РГ1 (L4.2)=3 (-3+28−2· 0,1−5+0,05)/(0,05+3·0,19) = 96 км

L_РГ1 (L1.1)=3 (-5+34−2· 0,1−5+0,05)/(0,05+3·0,34) = 66,9 км

L_РГ1 (L1.2)=3 (-5+34−2· 0,1−5+0,05)/(0,05+3·0,19) = 115 км

L_РГ1 (S1.2)=3 (-15+28−2· 0,1−5+0,05)/(0,05+3·0,19) = 38 км При расчете протяженности участка регенерации наряду с энергетическими параметрами необходим учет дисперсионных свойств оптического волокна.

В процессе распространения по оптическому волокну импульсы света расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.

Явление уширения импульсов — дисперсия — имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе ф_вых и входе ф_вх оптического кабеля длины L:

(4.5)

Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км и измеряется в пс/км.

При передаче сигнала по оптическому волокну уширение импульсов происходит за счет следующих видов дисперсии:

Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод и имеет место только в многомодовом волокне.

Хроматическая дисперсия (ф_ХР) состоит из материальной и волноводной составляющих. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны.

К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование более когерентных источников излучения и рабочей длины волны, более близкой к длине волны нулевой дисперсии.

Так как при строительстве сети используется оборудование SDH и стандартное одномодовое волокно с несмещенной дисперсией в соответствии с рекомендацией ITU-T G. 652, параметры которого приведены в таблице 4.5, то при расчетах достаточно учитывать только хроматическую дисперсию в оптическом волокне. В качестве меры хроматической дисперсии используется среднеквадратическая дисперсия в одномодовом волокне:

(L_РГ2)= _н L_РГ2, пс, (4.6)

где — ширина спектра излучения оптического источника передатчика;

_н — номинальное значение среднеквадратической дисперсии.

Среднеквадратическая дисперсия одномодового оптического волокна _н рассчитывается по формуле:

_н (S/4) [- /³] пс/(нмкм), (4.7)

где S₀ — наклон дисперсионной кривой конкретного волокна на длине волны нулевой дисперсии пс/(нм²км);

— рабочая длина волны, нм;

₀ — длина волны нулевой дисперсии, нм.

Для L-1.1, L-4.1, _н (Sо /4) [- /³] = (0,09/4) · (1320 — 1300⁴/1320³) = 1,76 пс Для L-1.2 и L-4.2, S-4.2, S-1.2 _н (Sо /4) [- /³] = (0,09/4) · (1540 — 1300⁴/1540³) = 17,1 пс Дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов.

Для определения протяженности участка регенерации при работе по оптическому волокну с учетом дисперсионных свойств оптического линейного тракта, характеристики и влияние которых были даны выше, можно воспользоваться следующим условием: при полосе пропускания оптического линейного тракта, численно равной скорости передачи, межсимвольные искажения в линейном тракте практически не будут оказывать влияние на увеличение коэффициента ошибок (ухудшение ОСШ при регенерации сигнала).

Пусть В-скорость передачи цифрового сигнала, ДF — полоса пропускания оптического линейного тракта, необходимая для передачи цифрового сигнала с заданной скоростью, при этом можно принять, что ДF=В.

Известно из теории оптических волноводов, что полоса пропускания ОВ и результирующая дисперсия ОВ ф связаны соотношением:

(4.8)

Зависимость длины волоконно-оптической линии связи L_РГ2 от дисперсии ф представлена следующей формулой:

(4.9)

Откуда легко определить длину участка регенерации при работе по оптическому волокну с учетом дисперсионных свойств оптического линейного тракта (L_РГ2).

Из двух величин протяженности участка регенерации при работе по оптическому волокну, рассчитанных с учетом дисперсионных свойств оптического линейного тракта (L_РГ2) и энергетических свойств (L_РГ1) выбирается наименьшее значение, которое и будет являться протяженностью участка регенерации волоконно-оптической линии связи.

Исходные данные и результаты расчета представляю в виде таблицы 4.6.

4.3 Обоснование необходимости установки регенераторов и оптических усилителей

Оптический усилитель повышает энергетический потенциал линии и используется при необходимости получения более протяженного регенерационного участка.

Длина регенерационного участка (РУ) цифровой волоконно-оптической системы передачи зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются:

1) энергетический потенциал системы передачи, П, дБ, который определяет максимально допустимое затухание оптического сигнала в оптическом линейном тракте, а именно: в оптическом волокне (ОВ), разъёмных и неразъёмных соединителях на РУ, а также в других узлах линейного тракта. Энергетический потенциал определяется типом оптического интерфейса;

2) дисперсия в ОВ,, пс. Дисперсионные явления в ОВ приводят к расширению во времени спектральных и модовых составляющих сигнала, то есть к различному времени их распространения, что приводит к изменению формы и длительности оптических импульсных сигналов, к их уширению;

3) помехи, обусловленные тепловыми шумами активных компонентов схем, шумами источников оптического излучения, шумами из-за отражения оптического излучения от торцевой поверхности ОВ, модовыми шумами из-за интерференции мод, распространяющихся в ОВ. Этот вид помех интегрально учитывается как собственные шумы оптической системы;

4) квантовый или фотонный шум, носителем которого является сам оптический сигнал (в силу его малости по сравнению с другими составляющими шумов оптического линейного тракта, в проекте он не учитывается).

Из таблицы видно, что оптический усилитель нужен на участке Кореличи — Ошмяны.

5. Расчет норм на параметры качества проектируемой сети

При построении цифровых сетей связи предъявляются определенные требования к трактам, используемым при организации международных цифровых соединений.

При их расчете за основу взяты нормы на показатели качества для международного цифрового условного эталонного тракта (УЭТ) протяженностью 27 500 км (Рекомендации ITU-T G.821, G.826). Структура УЭТ представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 — Структура условного эталонного тракта

УЭТ предлагается рассматривать состоящим из участка высшего качества максимальной протяженностью 25 000 км и участков среднего и местного качества на каждом конце соединения протяженностью 1250 км каждый.

Нормы на параметры качества УЭТ распределяются следующим образом: 40% на участок высшего качества, 15% на каждый из участков среднего и местного качества (см. рисунок 5.1).