Проектирование оптической мультисервисной транспортной сети

Проектирование оптической мультисервисной транспортной сети.

Введение

Выбор трассы прокладки ОК.

Расчет требуемых эквивалентных ресурсов Выбор топологии транспортной сети Определение требуемых видов мультиплексоров и их количества Выбор оборудования.

Выбор типа оптического кабеля и описание его конструкции Обоснованный выбор способов защиты.

Расчет длины участка регенерации Конфигурация мультиплексора Схема организации связи.

Схема синхронизации Схема управления.

Выбор необходимых контрольно-измерительных приборов.

Расчет потребления электроэнергии оборудованием транспортной сети и выбор источника электропитания Схема прохождения в ЛАЦ Заключение транспортный оптический сеть мультиплексор

Одним из основных направлений современного научно-технического прогресса является всестороннее развитие волоконно-оптических систем связи, обеспечивающих возможность доставки на большие расстояния чрезвычайно большого объема информации с наивысшей скоростью. Уже сейчас имеются волоконно-оптические линии (ВОЛП) большой информационной емкости с длиной регенерационных участков до 200 км и более. В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них выпускаются многими странами мира. В связи с появлением систем передачи синхронно-цифровой иерархии (SDH) получаю широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП).

Стремительное развитие волоконно-оптических цифровых систем передачи синхронной цифровой иерархии (ВОСП-SDH) привело к появлению новых сетевых технологий: оптических транспортных сетей, и гибридных, а иногда и полностью оптических, сетей доступа.

В данном курсовом проекте будет разработана транспортная оптическая сеть согласно техническому заданию.

Выбор трассы прокладки ОК.

Исходя из полученного задания, на географической карте определяем месторасположение узлов связи и трассы прокладки кабеля. Полученные данные из карты: протяженность пролетов, пересечения кабельной трассы с реками, автодорогами, Ж/Д занёсены в таблицу 1.

Таблица 1 — Характеристика трассы.

Топология кольцо..

Топология линейная цепь..

Расчет требуемых эквивалентных ресурсов.

Эквивалентное число контейнеров VC-12 определяется из соотношений:

— E1 эквивалентно VC-12.

— E3 эквивалентно VC-3 = 21*VC-12.

— E4 эквивалентно VC-4 = 63*VC-12.

— S1 эквивалентно STM-1 = 63*VC-12.

Для Ethernet виртуальная сцепка:

— Eth-100 эквивалентно 49*VC-12.

— Eth-1000 эквивалентно 7*VC-4.

Результаты расчетов нагрузки занесены в таблицу 2.

Таблица 2 — Определения суммарного эквивалента нагрузки по направлениям для транспортной сети SDH.

Выбор топологии транспортной сети.

Рассмотрим два типа топологии: «радиальное кольцо» и «кольцо» .

1. " линейная цепь" . Данная топологи показана на рисунке 1.

Рисунок 1 — Топология транспортной сети «линейная цепь» .

Для данной топологии рассчитал эквивалентную нагрузку на каждом пролете. Произвел пересчет нагрузки и длины кабеля, учитывая выбранную защиту «1+1», наиболее подходящую в данном случае. Полученные данные свел в таблицу 3.

Таблица 3 — Эквивалентная емкость в сети с соединением «линейная цепь» .

2. При использовании топологии " кольцо" трасса пройдет как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Топология транспортной сети «кольцо» .

Для данной топологии рассчитываем эквивалентную нагрузку на каждом пролете. Произвели пересчет нагрузки и длины кабеля, учитывая выбранную защиту «MSSpring», наиболее подходящую в данном случае. Полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4 — Эквивалентная емкость в сети с соединением «кольцо» .

При выборе защиты SNCP необходимо учитывать прохождение всей нагрузки через каждый пункт. При этом потребуется использовать STM более высокого уровня (STM-16). Поэтому с целью экономии выбираем защиту MS-Spring.

Вывод: топология «линейная цепь» невыгодна, так как защита MSP подразумевает собой 1+1, т. е. запасные платы и прокладка кабеля другим способом или по другой траектории, например, с другой стороны дороги. А это экономически нецелесообразно, т.к. 80% денежных средств, вкладывается в прокладку кабеля, а 20% - в настройку и установку оборудования.

Определение требуемых видов мультиплексоров и их количества.

В транспортной сети, построенной на соединениях типа «линейная цепь» требуются только терминальные мультиплексоры и, возможно, различных иерархических уровней.

В транспортной сети кольцевого типа используются только мультиплексоры ADM одного иерархического уровня. Их общее количество равно количеству узлов связи.

В транспортных сетях смешанных конфигураций возможно использование всех известных видов оборудования, включая кроссовые коммутаторы, оптические усилители, оптические и электрические регенераторы и т. д.

В данном курсовом проекте выбираем кольцевую топологию, она выигрывает по сравнению с «линейной цепью». Главными преимуществами кольцевой структуры является ее высокая надежность и живучесть такой сети. Возможность применения различных видов защиты соединения в кольце.

Из расчетов определили, что в каждом узле необходимо установить по одному мультиплексору уровня STM-16.

Выбор оборудования.

Модули интерфейсов SDH оборудования OptiX 2500+ фирмы HUAWEI включают оптические интерфейсы STM-16, STM-4, STM-1 и электрический интерфейс STM-1. Модуль интерфейсов SDH используется для приема и передачи оптико-электрических сигналов на уровнях STM-1, STM-4 и STM-16. Кроме того, он обеспечивает такие функции, определяемые в рекомендациях ITU-T G.783, как обработка заголовков секции и обработка заголовков тракта высокого уровня, выравнивание указателей, а также предоставление источника синхросигналов для блока синхронизации. Структура функций системы OptiX 2500+ показама на рисунке 3.

Рисунок 3 — Структура функций системы OptiX 2500+.

1. Синхронный модуль оптических интерфейсов STM-16 (S16).

Данный модуль обеспечивает оптические интерфейсы S-16.1, L-16.1, L-16.2, а также оптические интерфейсы V-16.2, U-16.2 через оптический усилитель на волокне, легированном эрбием (EDFA). Кроме того, он обеспечивает оптические интерфейсы в соответствие с требованиями DWDM, так что при подключении OptiX 2500+ к системе DWDM блок преобразования длины волны больше не требуется.

Обеспечивает один модуль оптических интерфейсов STM-16 S16.

Параметры оптических интерфейсов приведены в Таблице 5 и 6.

Оптические интерфейсы, обеспечиваемые оборудованием OptiX 2500+ удовлетворяют всем стандартным требованиям.

Tаблица 2−6 Емкость кросс-коммутации и емкость доступа оборудования OptiX 2500+.

Емкость кросс-коммутации и емкость доступа, обеспечиваемые оборудованием OptiX 2500+ ниже:

Tаблица 5 — Параметры оптических интерфейсов G.691 STM-16.

Tаблица 6 — Параметры оптических интерфейсов G.691 STM-16.

Выбор типа оптического кабеля и описание его конструкции.

В данном курсовом проекте выбираем тип оптического волокна NZDS..

Характеристика кабеля ОКА — М6П — 10/8 — 0,22/0,25 — 20/6 приведена в таблице 7..

Кабели, предназначенные для подвески на опорах линии связи, контактной сети железных дорог, линий электропередач на напряжение до 110 В, во всех типах грунта. Сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-93, ТУ 16. К12−16−97.

Таблица 7 — Характеристики кабеля ОКА — М6П — 10/8 — 0,22/0,25 — 20/6.

Маркировка: ОКА-МNT-XX-YY-Z₁/Z_2,.

где ОК — оптический кабель, А — силовой элемент — арамидные нити.

M — модульная конструкция.

N — количество элементов в повиве.

T — тип центрального силового элемента: П — стеклопластиковый пруток, Т — стальной трос.

XX — тип оптического волокна.

YY — предельное значение затухания, дБ/км.

Z₁ — количество оптических волокон.

Z₂ — количество служебных жил.

Обоснованный выбор способов защиты.

Кольцевая транспортная сеть может иметь ряд вариантов по организации защиты трафика пользователей в однонаправленном и двунаправленном кольцах. При этом различают защиту секций мультиплексирования и защиту соединений подсети (защиту отдельных трактов). В данном курсовом проекте рассматривается защита секции мультиплексирования, обозначаемая MS-SPRing (Multiplex Section Shared Protected Rings). Была применена защита в двунаправленном кольце при работе каждой секции в 2- волоконном режиме.

Каждая секция MS содержит два волокна, в каждом из которых ведется передача STM-N. При такой организации передачи необходимо иметь половину емкости STM-N свободной от соединений пользователей. Эта свободная емкость будет использоваться в качестве защитной.

После устранения повреждения в кольце происходит восстановление рабочего состояния.

Норматив времени на защиту составляет 50 мс. Таким образом переключение на резерв только при аварии, увеличивается пропускная способность.

Рисунок 4 — Двунаправленное кольцо с защитой секции MS.

Сравнивая два вида защиты — SNCP и M Spring, можно сделать вывод о том, что применение защиты типа MS Spring будет гораздо выгоднее в плане материальных затрат так как SNCP требует установки в каждом узле связи мультиплексора уровня STM-64, в то время как при защите МS Spring достаточно уровня STM-16. Исходя из всего вышесказанного выбираем кольцевую топологию транспортной сети с применением защиты MS Spring.

Расчет длины участка регенерации.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию :

L _{макс — максимальная проектная длина участка регенерации;}.

L _{мин — минимальная проектная длина участка регенерации.}.

Для оценки величины длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

, ,.

где _макс и _мин [дБ] - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОСП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 110^-10;

_{ок [дБ/км] - километрическое затухание в оптических волокнах кабеля;}.

_{нс [дБ] - среднее значение затухания мощности оптического излучения неразъемного оптического соединителя на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации;}.

L_{cтр [км] - среднее значение строительной длины кабеля на участке регенерации;}.

_{рс [дБ] - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя;}.

n — число разъемных оптических соединителей на участке регенерации;

М [дБ] - системный запас ВОСП по кабелю на участке регенерации.

Максимальное значение перекрываемого затухания (_{макс) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОСП на базе ЦСП. Минимальное значение перекрываемого затухания (мин) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОСП на базе ЦСП}.

В заключение расчёта необходимо произвести проверку полученного по допустимой дисперсии. Проверка учитывает влияние только лишь хроматической дисперсии, так как другие типы дисперсии учитываем на более высоких скоростях (от 10Гбит/с), где они оказывают существенное влияние.

Используем оптические интерфейсы модуля STM-16 V-16.2 и L-16.2. Они удовлетворяют всем требованиям предъявляемых по длине регенерационного участка и дисперсии.

Интерфейс V-16.2:

,.

,.

Интерфейс L-16.2:

,.

,.

Проверка полученного по допустимой дисперсии:

D_хр=135,2*5,8=784,16 пс/нм*км.

D_хр=99,2*5,8=575,36 пс/нм*км Найденные величины хроматической дисперсии попадают в диапазон (табл. 5 и 6).

Конфигурация мультиплексора.

Наименование и номера посадочных мест модулей MX ADM OptiХ 2500+ приведено в таблице 8. Козины мультиплексоров, с необходимыми модулями, на каждой станции приведены на рисунках 4−9.

Таблица 8 — модули MX ADM OptiХ 2500+.

Пункт А..

В пункт заводится следующая нагрузка:

· Потоков Е₁ =56;

· Потоков Е₃ =11;

· Потоков STM-1 =2;

· Потоков FE =5.

Рисунок 4 — Конструктив МХ OptiX 2500+ на ст. А.

Пункт Б..

В пункте Б выводится следующая нагрузка:

· Потоков Е₁ =10;

· Потоков Е₃ =3;

· Потоков FE =2.

Рисунок 5 — Конструктив МХ OptiX 2500+ на ст. Б.

Пункт В..

В пункте В выводится следующая нагрузка:

· Потоков Е₁ =11;

· Потоков Е₃ =3;

· Потоков STM-1 =1;

· Потоков FE =1.

Рисунок 6 — Конструктив МХ OptiX 2500+ на ст. В.

Пункт Г..

В пункте Г выводится следующая нагрузка:

· Потоков Е₁ =13;

· Потоков Е₃ =1.

Рисунок 7 — Конструктив МХ OptiX 2500+ на ст. Г.

Пункт Д..

В пункте Д выводится следующая нагрузка:

· Потоков Е₁ =12.

· Потоков Е₃ =2.

· Потоков STM-1 =1.

· Потоков FE =1.

Рисунок 8 — Конструктив МХ OptiX 2500+ на ст. Д.

Пункт Е..

В пункте Е выводится следующая нагрузка:

· Потоков Е₁ =10.

· Потоков Е₃ =3.

Рисунок 9 — Конструктив МХ OptiX 2500+ на ст. Е.

Таблица 9 — Комплектация мультиплексоров в пунктах.

Схема организации связи.

Схема организации связи изображена на рисунке 10.

Рисунок 10 — Схема организации связи.

На схеме организации связи указываются: все пункты проектируемой транспортной сети связи; все используемые мультиплексоры, включая дополнительные корзины (полки расширения);на всех обозначениях мультиплексоров требуемые по ТЗ информационные пользовательские (компонентные) потоки по направлениям (А-Б, А-В, … и т. д.) и соответствующие им интерфейсы; агрегатные (линейные) интерфейсы, с подключаемыми к ним оптическими линиями (рабочими и резервными); типы оптических кабелей и их длины между узлами связи; промежуточные станции оптического усиления или регенерации с названиями населенных пунктов и указанием расстояний.

Схема синхронизации.

Схема синхронизации изображена на рисунке 11.

Рисунок 11 — Схема синхронизации.

На схеме синхронизации указываются: все источники (генераторы) тактовых частот (ПЭГ, ВЗГ, ГСЭ), системы распределения синхросигналов (АРСС) и источники компонентных сигналов, используемых в качестве синхронизирующих (от АТС, АМТС, другой транспортной сети); все внешние входы синхросигналов в блоки синхронизации мультиплексоров и приоритеты их использования (согласно таблице приоритетов); показатели качества (транслируются в байте S1 MSOH или в КИ0 потока Е1) перед входами синхросигналов в блоки синхронизации мультиплексоров; направления синхронизации промежуточных регенераторов; направления распространения синхросигнала в нормальном режиме работы ТСС.

Рассмотрим восстановление синхронизации при повреждении линии на участке Д-Е. Оборванной линии присваивается качество Q6, а именно на входе мультиплексора Д. Станция Д, потерявшая синхронизацию, начинает работать в режиме удержания синхронизации, т. е. внутренний генератор, запомнив состояние синхронизации до аварии, начинает генерировать сигнал с качеством Q4. Этот сигнал проходит все станции до пункта А, который уже выбирает наилучший по качеству сигнал и переключается на резервный тракт. Таким образом через несколько тактов элементы сети будут синхронизованы сигналом Q2P2. Процесс восстановления показан на рисунке 12. Восстановленная синхронизация показана на рисунке 13.

Рисунок 12 — Процесс восстановления синхронизации.

Рисунок 13 — Восстановленная синхронизация.

Схема управления.

Схема управления изображена на рисунке 14.

Рисунок 14 — Схема управления.

На схеме управления транспортной сетью указываются: все управляемые сетевые элементы (мультиплексоры оптические и электрические, регенераторы, оптические усилители, оборудование синхронизации, электропитания и т. д.); интерфейсы локального и сетевого управления (F, Qx);локальная (-ые) сеть (-и) системы управления с серверами и рабочими станциями. Управление производится с помощью байтов D1, D2,D3 секция регенерации, и D4-D12 секция мультиплексирования.

Выбор необходимых контрольно-измерительных приборов.

MTS-8000 Универсальная измерительная платформа ВОЛС/NGN.

Производитель: JDSU (Acterna).

Описание: Acterna MTS-8000 — расширяемый в полевых условиях оптический тестер как для установки, так и для поддержки сети. Такое сочетание возможностей является оптимальным как для тестирования физического уровня, так и для установки систем CWDM/DWDM.

Применение.

· Полнофункциональное решение для тестирования CWDM/DWDM.

· Обеспечивает развязку между каналами CWDM/DWDM до 10.7 ГБит/с.

· Тестер списка соединений.

· Оптический рефлектометр и тестирование уровня мощности.

· ПМД и профиль спектрального затухания.

· Тестирование хроматической дисперсии.

· Широкодиапазонный анализатор оптического спектра.

· Тестер всех характеристик оптоволокна.

Основные характеристики.

· SDH/PDH Оптический интерфейс: 155/622/ 2.5G/10G.

· SDH/PDH E1, E3, DS3, и E4 мэппинги.

· GigE и 10 GigE 850/1310/1550 нм.

· Ethernet 10/100/1000Mb/s RJ-45.

Измеритель оптической мощности SimpliFiber PRO откалиброван для работы на шести длинах волн (850нм, 1300нм, 1310нм, 1490нм, 1550нм, 1625нм)..

Прибор позволяет сохранять опорное значение мощности, благодаря чему при проведении тестов на экран выводится значение оптических потерь в линии. Измеритель оснащен четырьмя клавишами управления, большим ЖК дисплеем, портом USB и сменным разъемом (тип SC, ST, LC).

Оптический рефлектометр OptiFiber^® — полнофункциональное решение для тестирования, устранения неисправностей и сертификации волоконно-оптических сетей. Модульная платформа позволяет адаптировать прибор под конкретные нужды для тестирования как одномодовых, так и многомодовых волоконно-оптических линий.

Оптические телефоны/тестеры серии OTS 20/30.

Оптические телефоны/тестеры это высокоэффективные.

приборы предназначенные для работы в волоконно-оптической сети. Они объединяют в себе функции цифрового оптического телефона, стабилизированного лазерного источника и оптического измерителя мощности (только OTS-30).

Оптические телефоны/тестеры помогут инженерам в кротчайшие сроки провести диагностику на любом участке кабельной сети.

Особенности:.

§ Работа по одномодовому кабелю в дуплексном режиме;

§ Цифровая модуляция для обеспечения высококачественного звука;

§ Многофункциональность (оптический телефон, лазерный источник излучения и измеритель мощности);

§ Большой объем памяти (3200 измерений);

§ ПО для обработки данных и создания отчетов;

§ Возможность организации конференцсвязи;

§ Компактные, легкие, пыле-влаго защищенные;

§ Питание от сети и аккумуляторов;

§ Функция «Автоотключение» .

Расчет потребления электроэнергии оборудованием транспортной сети и выбор источника электропитания.

Напряжение: -48 В /-60 В 20% DC.

Максимальная потребляемая мощность плат OptiX 2500+ показана в таблице 11 (неточность < 10%):

Таблица 11 — Максимальная потребляемая мощность для каждой платы в отдельности.

Рассчитаем максимально возможную мощность при полной загрузке мультиплексора.

Для питания всего оборудования был выбран источник питания MPSU 4000, характеристики которого приведены таблице:

Характеристики источника питания.

Системы MPSU — это модульные источники электропитания, предназначенные для использования в сфере телекоммуникаций, промышленной автоматики и других аналогичных областях. Модульная конструкция облегчает расширение системы без нарушения работы источников энергии постоянного тока. Эти системы обеспечивают высококачественное резервное питание постоянным током и автоматическую зарядку аккумуляторов. Все модули выпрямителей SMPS обеспечивают активное разделение тока нагрузки между модулями системы и точное поддержание выходного напряжения.

Конструкция и комплектация систем..

Дополнительные устройства.

LVBD: Устройство отключения батарей при низком уровне напряжения. Предохраняет батареи от глубокого разряда.

LVLD: Устройство отключения нагрузки при низком уровне напряжения: отключает неприоритетные цепи нагрузки во время аварии основной сети.

Сигнализация асимметрии указывает на дефектные элементы батареи. Модем с обратным вызовом (Обратный вызов).

Параметры сети переменного тока Все системы могут быть конфигурированы для следующих типов сетей переменного тока:

Однофазная 220 В.

Трехфазная 220 В (треугольник, без нейтрали).

Трехфазная 380 В (звезда, с нейтралью).

В передней верхней части стойки могут быть установлены (по заказу) сетевые предохранители, сервисные розетки переменного тока.

Конструктивные особенности выпрямителей (SMPS).

Съемные модули. Приспособлены для «горячей замены» .

Возможность использования в качестве самостоятельного устройства или в составе системы с Модулем Управления и Сигнализации одной из двух возможных модификаций. Высокая эффективность и постоянный уровень мощности в режиме ограничения тока. Защита от короткого замыкания. Синусоидальная форма тока на входе. Защита от перегрева.

Автоматическое отключение при повышенном выходном напряжении. Выдача сигнала аварии модуля в систему управления. Светодиодная индикация зеленого цвета при нормальной работе и красного цвета — в случае отказа модуля.

Возможность внешнего управления выходным напряжением выпрямительного модуля. Модуль Сигнализации может (программно) устанавливать значения выходного напряжения и пороговые уровни превышения напряжения в автономном режиме.

Данный источник питания размещается в навесной шкаф размеров 8U, показанный на рисунке 15.

Рисунок 15 — Внешний вид и габариты ИП.

Сводная комплектация транспортной сети и выбор источника электропитания оборудования, приведена в таблице 12..

Таблица 12 — Комплектация транспортной сети.

Схема прохождения в ЛАЦ.

Линейно-аппаратный цех (ЛАЦ) представляет собой техническое помещение, в котором размещается аппаратура, необходимая для организации каналов связи и технической эксплуатации трактов, потоков PDH, SDH, нагрузок Ethernet и распределение их по потребителям.

Схемы прохождения цепей в ЛАЦ отображают взаимное соединение отдельных устройств (стоек), необходимых для создания различных каналов связи по магистральным воздушным и кабельным сетям, а также радиорелейным линиям связи, обеспечивая при этом нормальную организацию эксплуатации цепей и каналов.

Схема прохождения в ЛАЦ для пункта В представлена на рисунке 16.

Рисунок 16 — Схема прохождения в ЛАЦ.

Заключение.

Данный курсовой проект был посвящен разработке транспортной сети SDH для Тверской области.

Для заданных населенных пунктов были рассмотрены два варианта топологии сети: «линейная цепь» и «кольцо». Предпочтение было отдано кольцевой структуре, удобной при имеющемся расположении населенных пунктов и позволяющей организовать эффективную защиту трафика MS-Spring.

В соответствии с заданными в техническом задании информационными нагрузками, распределенными по направлениям передачи, была рассчитана суммарная нагрузка на участках проектируемой сети и соответственно ей выбрано оборудование уровня STM-16. Для реализации сети было выбрано оборудование фирмы HUAWEI. Произведена комплектация мультиплексоров в каждом пункте.

Были разработаны схемы организации сети, синхронизации и управления.

Выбрано оборудование электропитания, а также приведена схема прохождения цепей по ЛАЦ для пункта В.

транспортный оптический сеть мультиплексор.

1. Заславский К. Е., Фокин В. Г. Проектирование оптической транспортной сети. Н,-1999.

2. Фокин В. Г. «Cинхронизация транспортной сети SDH» .

3. Давыдкин П. Н. Тактовая сетевая синхронизация, М.-2004.

4. Ионов А. Д Волоконно — оптические линии передач. Учебное пособие. Новосибирск, 2003.

5. Конспект лекций.