Организация волоконно-оптической связи с использованием инверсного мультиплексирования на Тверском направлении железной дороги

Федеральное государственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

Московский колледж железнодорожного транспорта

Специальность: «Волоконно-оптические системы связи»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Эксплуатация средств связи

на тему: Организация волоконно-оптической связи с использованием инверсного мультиплексирования на Тверском направлении железной дороги

Студент Жуков А.И.

Руководитель проекта Тужилин С.М.

Москва 2008

• Введение
• 1. Общие требования к проектированию сети связи
• 2. Формулировка задачи и способов решения
• 3. Определение типа трассы и примерный расчет по затуханию и дисперсии
• 3.1 Характеристика существующей схемы связи на Тверском направлении Октябрьской железной дороги
• 3.2 Определение типа трассы и выбор типа оптических интерфейсов
• 4. Предварительный расчет трассы
• 4.1 Расчет затухания на участках
• 4.2 Определение длин секции регенерации по затуханию и дисперсии
• Также из расчета следует, что на дистанции можно применить уровень STM-256, но уже с установкой регенераторов.
• 5. Выбор кабеля
• Наружная оболочка выполнена из композиции ПЭ средней или высокой плотности.
• 6. Выбор аппаратуры
• 6.1 Выбор аппаратуры системы передачи
• 6.2 Выбор арматуры для прокладки линий связи
• 7. Окончательный расчет трассы
• 7.1 Расчет рабочего затухания регенерационных участков
• 7.2 Построение диаграммы уровней
• 8. Размещение аппаратуры в лазе
• 9. Экономический расчет трассы
• 9.1 Расчет существующей трассы для сравнения
• 9.2 Экономический расчет трассы STM-16
• 9.3 Расчет эффективности
• 9.4 Расчет существующей трассы на перспективу
• 10. Техника безопасности при выполнении монтажных работ
• 10.1 Охрана труда при строительстве и техническом обслуживании ВОЛС
• 10.2 Требования безопасности во время работы
• 10.3 Работа на волоконно-оптических линиях связи
• 10.4 Правила техники безопасности при работе с оптическим волокном
• 10.5 Подготовка кабеля к прокладке
• Заключение
• Литература

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) — это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно». Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

К особенностям волоконно-оптических линий передачи относятся:

Передача широкополосных оптических сигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0,22 дБ/км на длине волны 1,55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов.

Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования при строительстве линий передачи.

Линии передачи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии передачи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии.

Важное свойство оптического волокна — долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Однако, оптоволокно имеет ряд недостатков: стоимость кабеля и оборудования (в настоящее время она снизилась, но не на много), необходимость квалифицированного персонала для обслуживания систем, большая стоимость прокладки кабеля, хрупкость самого передающего модуля и нецелесообразность применения на незагруженных узлах. В целом весь мир стремится перейти на более совершенные источники передачи информации, имеющие большую скорость и качество передачи, не зависимо от места нахождения получателя и отправителя, а так же имеющую меньшую стоимость для передачи этой информации.

Базовым направлением технического развития и совершенствования средств связи является внедрение передовых технологий цифровой техники. Это определяется тенденцией роста производительности интегральных схем и требованиям к пропускной способности. Современные системы передачи на основе технологий синхронной цифровой иерархии (СЦИ), оптического мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM) позволяют передавать по одному оптическому волокну потоки информации со скоростью свыше 10 Гбит/с.

При построении ВОЛП важно учитывать не только общую пропускную способность ВОЛП, но и масштабируемость этого показателя, то есть возможность наращивать пропускную способность ВОЛП по мере роста требований рынка. Оборудование DWDM рассматривается уже не только как средство повышения пропускной способности оптического волокна, но как наиболее надежная технология для опорной инфраструктуры мультисервисных и мобильных сетей.

1. Общие требования к проектированию сети связи

Проектирование нового строительства, расширение или реконструкции действующих сетей и систем представляют собой сложную комплексную задачу, включающую не только выбор оптимальных технических решений, но и всесторонний анализ условий, в которых будет осуществляться строительство и эксплуатация сооружений, их воздействие на социально-экономическую структуру и экологию региона и т. п.

В технической части проекта должны быть рассмотрены следующие основные вопросы:

определение способов решения задачи;

определение типа трассы и примерный расчет по затуханию и дисперсии;

выбор аппаратуры системы передачи;

окончательный расчет трассы;

расчет эффективности и новизны;

экономический расчет;

техника безопасности при выполнении монтажных работ.

При техническом проектировании ВОЛП на магистральных и внутризоновых сетях рекомендуется ориентироваться на:

однопролетные оптические секции (без линейных регенераторов) между соседними сетевыми узлами, применяя при необходимости оптические усилители и компенсаторы дисперсии;

гибкое использование в зависимости от назначения возможностей эффективности различных способов уплотнения информации — временной, спектральный и пространственный;

для повышения надежности и уменьшения в перспективе затрат на реконструкцию целесообразно использование оптических кабелей (ОК) только с одномодовыми волокнами с резервными волокнами, даже на участках сети с малой пропускной способностью;

высокоскоростную аппаратуру по сравнению с исходными данными по пропускной способности;

с целью сокращения капитальных затрат на местности с грунтами высокой категории проектировать прокладку оптического кабеля на опорах КС.

Все элементы ОК: оптические волокна, гидрофобное заполнение, силовые элементы, поясная изоляция и наружная оболочка могут быть изготовлены из диэлектрических материалов. Такие, полностью диэлектрические кабели могут быть подвешены на опоры высоковольтных воздушных линий электропередачи, контактной сети железных дорог, так как они менее подвержены опасному воздействию мощных электромагнитных полей, чем металлические кабели связи. Очевидны достоинства такого варианта сооружения ВОЛП по сравнению с традиционным способом прокладки кабеля в грунт: отсутствие необходимости отвода земли, уменьшение сроков строительства, уменьшение количества повреждений в регионах с высоким уровнем урбанизации, снижение капитальных и эксплуатационных затрат в регионах с тяжелыми грунтами, объединение финансовых ресурсов нескольких ведомств.

трасса связь железная дорога

2. Формулировка задачи и способов решения

В данном дипломном проекте необходимо организовать волоконно-оптическую связь с использованием инверсного мультиплексирования на Тверском направлении Октябрьской железной дороги. Согласно схеме организации связи имеется трасса ВОЛП общей протяженностью 124 км. На крупных и средних железнодорожных станциях организуются сетевые узлы, оборудованные мультиплексорами ввода-вывода с функциями кроссовой коммутации, и обеспечивающими ответвление и распределение потоков. Волоконно-оптическая связь с использованием аппаратуры стандартной технологии SDH уровня STM-16, топология «линейная цепь», схема защиты 1+1.

При построении ВОЛП высокой пропускной способности, единственный способ передать широкополосный сигнал, как можно меньше подвергая его влиянию затуханий и дисперсий сигнала в волокне — это разбить его на несколько низкоскоростных, т.к. из двух оптических сигналов меньше подвержен влиянию шума и дисперсии тот сигнал, который модулируется меньшей частотой. В результате мультиплексный сигнал, представленный множеством длин волн, лучше противостоит влиянию дисперсии и вносимому шуму оптических усилителей в протяженной линии. Эта технология носит название — инверсное мультиплексирование. Поэтому в данном дипломном проекте при организации ВОЛП будем использовать инверсное мультиплексирование.

При построении ВОЛП важно учитывать не только общую пропускную способность ВОЛП, но и масштабируемость этого показателя, то есть возможность наращивать пропускную способность ВОЛП по мере роста требований рынка. Осуществить повышение пропускной способности оптического волокна с использованием инверсного мультиплексирования позволяет оборудование DWDM. Данная технология обеспечивает резкое повышение пропускной способности сети и реализовывает широкий набор принципиально новых услуг связи. Возможность DWDM интегрироваться с SDH, ATM, IP, ADSL и другими перспективными технологиями и протоколами передачи цифровой информации, делает ее незаменимой в процессе конвергенции между различными видами и службами связи.

При построении ВОЛП высокой пропускной способности, единственный способ передать широкополосный сигнал, как можно меньше подвергая его влиянию затуханий и дисперсий сигнала в волокне — это разбить его на несколько низкоскоростных, т.к. Из двух оптических сигналов меньше подвержен влиянию шума и дисперсии тот сигнал, который модулируется меньшей частотой. В результате мультиплексный сигнал, представленный множеством длин волн, лучше противостоит влиянию дисперсии и вносимому шуму оптических усилителей в протяженной линии. Эта технология носит название — инверсное мультиплексирование. Поэтому в данном дипломном проекте при организации ВОЛП будем использовать инверсное мультиплексирование с применением оборудования DWDM, позволяющим передавать одновременно 4, 8 и 16 цифровых сигналов уровня STM-16 по ОВ.

Главное преимущество чисто инверсного мультиплексирования — снижение скорости в протяженной оптической магистрали устраняет проблемы с дисперсией на высоких скоростях передачи. Можно использовать стандартные одномодовые волокна.

Существенный недостаток — задействовано много волокон. В связи с этим перспективность развития системы связи с использованием инверсного мультиплексирования невысока. Поэтому лучше применить систему WDM, которая создает параллельные каналы с прежней или меньшей скоростью, чем входной поток на разных длинах волн в одном волокне (рисунок 2.1).

Рисунок 2. 1 Инверсное мультиплексирование канала

3. Определение типа трассы и примерный расчет по затуханию и дисперсии

3.1 Характеристика существующей схемы связи на Тверском направлении Октябрьской железной дороги

Общая протяженность узла связи составляет 124 км. Существующая схема узла связи охватывает участок главного хода Москва — Санкт-Петербург, включая в себя станции: Москва — пассажирская, Ховрино, Химки, Сходня, Крюково, Поварово, Подсолнечная, Покровка, Клин, Решетниково, Завидово (смотри рисунок 3.1).

Рисунок 3. 1 Схема трассы волоконно-оптической связи Москва-Завидово Октябрьской железной дороги протяженностью 124 км

Волоконно-оптическая линия передачи организована вдоль железной дороги в соответствии со структурной схемой, принятой для организации магистральной и дорожной связи (смотри рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 Структурная схема организации связи на участке железной дороги

На крупных и средних железнодорожных станциях организуются сетевые узлы, оборудованные мультиплексорами ввод-вывода с функциями кроссовой коммутации, и обеспечивающими ответвление и распределение потоков. На уровне отделенческой связи используются системы STM-1 (STM-4). Все оборудование охватывается системой управления сетью.

На каждой станции имеется гарантированное питание. На случай пропадания основного или резервных фидеров аппаратура питается от аккумуляторных батарей.

3.2 Определение типа трассы и выбор типа оптических интерфейсов

Оптические секции нормируются по длине, при этом выделяются три категории:

I — внутристанционная секция длиной до 2 км (длина волны 1310 нм);

S — короткая межстанционная секция порядка 15 км;

L — длинная межстанционная секция, порядка 40 км при длине волны 1310 нм и 80 км при длине волны 1550 нм.

Классификация стандартных оптических интерфейсов в зависимости от уровня STM-n приведена в таблице (смотри таблица 3.1).

Указанные длины секций используются только для классификации и не являются рекомендуемыми значениями для выбора технических параметров. Общая длина маршрута может составлять при этом сотни или же тысячи километров.

Таблица 3.1 Классификация стандартных оптических интерфейсов

В соответствии со стандартами участок разбивается на оптические секции. Определение типа трассы выбирается по секциям трассы. Выбор происходит по расстоянию сегментов.

Для данных сегментов, также надо не забыть о длине волны, на которой будет работать эта система.

Для облегчения расчетов и составления таблиц названия станций будут заменены буквами: оконечные станции и станции, на которых будут установлены мультиплексоры ввода/вывода, обозначим заглавными буквами.

А — Москва-пассажирская Б — Химки В — Крюково Г — Клин;

Д — Завидово.

В соответствии со стандартами, заданный участок А-Д разбивается на 3 регенерационные оптические секции (смотри рисунок 3.1 и таблицу 3.2).

Таблица 3.2 Разбивка участка на секции, выбор интерфейса

Таким образом, получаем 5 опорных узловых точек (А, Б, В, Г, Д) для создания магистральной цифровой первичной сети связи.

Интерфейс S-16.2 — короткая межстанционная секция линейного оборудования STM-16, использующая источник с длиной волны 1550 нм.

Интерфейс L-16.2 — длинная межстанционная секция линейного оборудования STM-16, использующая источник с длиной волны 1550 нм.

В соответствии со стандартами, приведенными в Таблица 3., для участков проектируемой сети Б-В, В-Г, Г-Д выберем интерфейс L-16.2, а для А-Б — S-16.2 (смотри Таблица 3.2).

4. Предварительный расчет трассы

4.1 Расчет затухания на участках

а_р = 2 (а_pc + а_cк) + б * l_у + N_нc* а_нc, дБ,

где:

б — коэффициент затухания, дБ/км;

l_у — длина трассы, км;

a_нc — затухание неразъемных соединений, дБ;

N_{нс -} количество неразъемных соединений;

a_{pc -} затухание разъемных соединений, дБ;

N_{pc -} количество разъемных соединений;

а_{ст -} станционные потери, дБ.

а_А-Б = 2 (2*0,7+1) +0,22*14+0,05*8 = 11,88дБ

а_Б-В = 2 (2*0,7+1) +0,22*24,2+0,05*8 = 14,24 дБ

а_В-Г = 2 (2*0,7+1) +0,22*54,5+0,05*8 = 20,79дБ

а_Г-Д = 2 (2*0,7+1) +0,22*31,3+0,05*8 = 15,68 дБ

Требуется ставить аттенюатор, чтобы не перегружать приемник. *

Рассчитаем какую величину затухания должен вносить аттенюатор:

31- (11,88+5) =14,12 — значит, берем аттенюатор с величиной затухания 10 дБ;

31- (14,24+5) =11,76 — значит, берем аттенюатор с величиной затухания 10 дБ.

31- (20,79+5) =5,21 — значит, берем аттенюатор с величиной затухания 5 дБ.

31- (15,68+5) =10,32 — значит, берем аттенюатор с величиной затухания 10 дБ.

Выбор затуханий вносимых аттенюаторами в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Выбор аттенюаторов

4.2 Определение длин секции регенерации по затуханию и дисперсии

Определение длин секций регенерации по затуханию:

L_pб = (A — M — a_{pc *} N_pc — a_нс) / (б + a_нс / l_сд) (км),

где:

А — энергетический потенциал, дБ;

М — энергетический запас, дБ;

a_{pc -} затухание разъемных соединений, дБ;

N_{pc -} количество разъемных соединений;

a_нc — затухание неразъемных соединений, дБ;

б — коэффициент затухания, дБ/км;

l_cд — строительная длина, км.

L_pб = (31 — 5 — 0,3 * 4 — 0,05) / (0,22 + 0,05/5) = 24,75/0,23 = 107,6 км

Вывод: В связи с тем, что полученный результат значительно больше, чем самая длинная секция создаваемой трассы (54,5 км) дополнительных затрат на регенераторы и другое оборудование не понадобится.

Определение длин секций регенерации по дисперсии

Расчет производим по формуле [2]:

L_рд = 1/ (2 B * C *Д л) (км),

где:

В — скорость передачи, Мбит/с;

С — удельная хроматическая дисперсия, пс/ (км*нм);

Д л — ширина спектра излучения лазера, нм;

Для скорости STM-16:

L_рд = 1/ (2 * 2488,32 * 3,5 * 0,1 * 10 ^{- 6}) = 1/ (1741,824* 10 ^{- 6}) = 574,112 км

Для скорости STM-64:

L_рд = 1/ (2 * 9953,28 * 3,5 * 0,1 * 10 ^{- 6}) = 1/ (6967,296* 10 ^{- 6}) = 143,53 км

Для скорости STM-256:

L_рд = 1/ (2 * 39 813,12 * 3,5 * 0,1 * 10 ^{- 6}) = 1/ (6967,296* 10 ^{- 6}) = 35,883 км

Выводы из полученных результатов:

Из расчета следует, что для уровней STM-16, 64 дополнительных затрат на регенераторы и другое оборудование не потребуется.

Также из расчета следует, что на дистанции можно применить уровень STM-256, но уже с установкой регенераторов.

5. Выбор кабеля

Сейчас в качестве основного вида направляющей системы при новом строительстве и увеличении пропускной способности существующих линий повсеместно используется волоконно-оптический кабель. Волоконно-оптические кабели — один из наиболее перспективных видов сетевой кабельной продукции. Они с каждым днем получают все более широкое распространение, поскольку являются непревзойденными по характеристикам передачи и позволяют обеспечить высочайшую информационную емкость канала связи.

Совершенствование технологии производства волоконно-оптических кабелей, увеличение объемов их выпуска, а также отсутствие в конструкции дорогостоящих цветных металлов приводит к устойчивому снижению их стоимости. В настоящее время стоимость ВОК сопоставима, а в ряде случаев ниже стоимости магистральных симметричных кабелей связи. ВОК изготавливается с требуемыми заказчиком конструктивными и механическими характеристиками под конкретные условия прокладки и эксплуатации.

Стремительное внедрение в информационные сети всех уровней оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне:

широкая полоса пропускания — обусловлена чрезвычайно высокой частотой 10 МГц. Это дает возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации несколько гигабит в секунду;

малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2−0,3 Дб на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр;

низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода;

высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих линий, способных индуцировать электромагнитное излучение;

малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность;

высокая защищенность от несанкционированного доступа;

гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве, волокно позволяет избежать электрических «земельных» петель. Поэтому, при прокладке волоконно-оптических линий в условиях повышенной опасности нет необходимости в соблюдении особых мер влагозащиты, и скропожаро — и взрывобезопасности;

длительный срок эксплуатации.

Оптические волокна производят различными способами и обеспечивают передачу оптического излучения на разных длинах волн, имеют различные характеристики и выполняют различные задачи.

Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые (MMF) и одномодовые (SMF). Многомодовое волокно имеет довольно большой диаметр сердцевины-50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм.

В связи с тем, что в многомодовом волокне потери светового импульса достаточно велики, из-за явления дисперсии, и удешевления в последнее время производства одномодового кабеля и лазерных передатчиков, в настоящее время практически отказались от применения многомодовых ВОК на вновь строящихся и реконструируемых магистралях связи.

По дисперсии оптические волокна делятся на:

SSF — стандартное волокно с несмещенной дисперсией.

DSF — волокно со смещенной нулевой дисперсией.

NZDSF — волокно со ненулевой смещенной дисперсией.

Наиболее перспективными следует считать ОВ типов SSF и NZDSF. Последние несколько дороже, но, как показывают расчеты, при одинаковой пропускной способности ВОСП стоимость линейного тракта с волокном NZDSF примерно в 1,5 раза ниже стоимости линейного тракта с волокном SF. Это объясняется тем, что низкое значение хроматической дисперсии волокна NZDSF позволяет исключить из линейного тракта дорогостоящие компенсаторы дисперсии с оптическими потерями до 7 дБ и увеличить длину усилительного участка с 50 до 80 км при длине регенерационного участка 400 км.

Области применения и стандарты оптических волокон представлены в таблице (смотри Таблица 5.1).

Таблица 5. 1 Области применения и стандарты ОВ

Из таблицы можно видеть, что для магистральных сетей ОАО «РЖД», имеющих большую протяженность, должны использовать одномодовые волокна.

Согласно «Концепции создания цифровой сети связи МПС в России» на магистральных направлениях ВОЛС принята, в основном, емкость ВОК в 16 одномодовых волокон со следующим распределением:

4 ОВ — для связи STM-4 (STM-16) с линейным резервированием 1плюс 1;

2OB-для связи STM-1;

6 ОВ — для отделенческой связи;

4 ОВ — резерв и взаимный обмен с другими операторами Взаимоувязанной сети связи РФ.

Шесть ОВ, предназначенных для отделенческой связи, вводятся в служебно-технологические здания шлейфом на всех промежуточных станциях и разделываются на оптических кроссах. При расстоянии между узлами сети СЦИ, не превышающем 40 км, передача ведется на длине волны 1,31 мкм, на участках свыше 40 км — на длине волны 1,55 мкм.

При выборе типа ВОК следует отдавать предпочтение самонесущим кабелям без металлических элементов в их конструкции, как не требующим применения специальных мер защиты от опасных электромагнитных влияний со стороны контактной сети переменного тока и грозовых разрядов. Основным силовым элементом самонесущего кабеля являются арамидные нити, проложенные между промежуточной оболочкой и защитным шлангом.

Такой элемент выдерживает усиление не менее 10 кН.

Оптический кабель для строительства ВОЛС вдоль железных дорог должен выбираться с учетом:

его использования не только для нужд магистральной сети железнодорожного транспорта, но и для отделенческой сети, а также для резервирования общегосударственных сетей связи или сетей других ведомств (т.е. в кабеле должно быть достаточное число волокон, не менее 16);

способа прокладки (непосредственно в грунте, кабельной канализации, кабельном желобе или подвеской самонесущего ВОК);

технологии монтажа ВОЛС и способа выполнения аварийно-восстановительных работ (для неразъемных соединений — сварка или механические соединения, для разъемных — с указанием типов коннекторов).

Интерес представляет нашедший широкое применение в ОАО «РЖД» способ создания ВОЛС на опорах 0,4−10 кВ линий автоблокировки или контактной сети (КС) вдоль железных дорог. На опорах почти всегда можно найти место для размещения ВОК с соблюдением необходимых габаритов.

Надежность ВОЛС определяется выбором трассы, прочностью опор, характеристиками крепежной арматуры и качеством эксплуатации. Имеющийся опыт подтверждает, что должный уровень проектирования и подвески ВОК позволяет достичь надежности ВОЛС не ниже, чем при подземной прокладке. ВОЛС, расположенная на опорах 0,4−10 кВ имеет ряд преимуществ:

упрощение эксплуатационного обслуживания за счет визуального контроля ВОК;

возможность организации резервирования, построив сеть в виде кольца, сеть будет работать с гарантированной надежностью.

Наиболее приемлемым является способ подвески ВОК на опорах контактной сети (КС), который и взят за основу в настоящем курсовом проекте.

В данном дипломном проекте применяем магистральный подвесной самонесущий кабель марки ОКСНМ производства ЗАО «Москабель-Фуджикура» (смотри Рисунок 5.1), при его производстве используется одномодовое оптическое волокно японской фирмы «Fujikura Ltd» с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF, оптимизированое для передачи нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала).

Характеристика кабеля: оптический, магистральный, диэлектрический, многомодульный с ЦСЭ — стеклопластиковым стержнем, вокруг которого скручены модули, содержащие до 12 ОВ, и кордели, с оболочкой из ПЭ, ПСЭ — повивом арамидных нитей, в защитном шланге из ПЭ, самонесущий, в полиэтиленовой изоляции, для подвески на опорах контактной сети железных дорог.

Преимущества кабелей марки ОКСНМ:

оптимальные габаритные размеры;

оптимальная масса;

высокая надёжность в эксплуатации, хорошая влагозащищённость;

повышенная стойкость к механическим воздействиям;

высокая стабильность при критических колебаниях климатических факторов;

Рисунок 5.1 Одномодовый самонесущий кабель марки ОКСМН 9,5−01−0,22−16 (7,0).

Обозначения в названии кабеля ОКСМН 9,5−01−0,22−16 (7,0):

ОКСМН — одномодовый кабель самонесущий;

9,5 — одномодовое ОВ с ненулевой смещенной дисперсией (диаметр модового поля);

01 — центральный силовой элемент из стеклопластика;

0,22 — коэффициент затухания (для длины волны — 1550 нм);

16 — количество оптических волокон;

7,0 — допустимое растягивающее усилие кН.

Коэффициент хроматической дисперсии — 2,0−6,0 пс/км*нм для длины волны 1550.

Кабели содержат центральный силовой элемент (ЦСЭ), представляющий из себя стеклопластиковый пруток, вокруг которого скручены оптические модули. Оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных тиксотропным гелем по всей длине. Межмодульное пространство заполнено гидрофобным гелем, заполняющем пустоты скрутки по всей длине или поверх скрученных оптических модулей и корделей наложена водоблокирующая лента. Кордели — сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции. Поясная изоляция в виде лавсановой ленты наложена поверх скрутки. Внутренняя оболочка выполнена из композиции ПЭ средней или высокой плотности. Силовые элементы выполнены в виде слоя арамидных нитей.

Наружная оболочка выполнена из композиции ПЭ средней или высокой плотности.

6. Выбор аппаратуры

6.1 Выбор аппаратуры системы передачи

В данном разделе выбираем оборудование на оконечных станциях и тип мультиплексора. Мультиплексор должен поддерживать стандартную технологию SDH со скоростью передачи сигнала уровня STM-16 (2,5 Гбит/с). Для организации волоконно-оптической связи с использованием инверсного мультиплексирования будем использовать оборудование LambdaDriver 400 (LD400). Это многофункциональная платформа волнового мультиплексирования (WDM — Wavelength Division Multiplexing). LD400 — это многофункциональная платформа волнового мультиплексирования, которая обеспечивает передачу до 4 независимых потоков информации в полнодуплексном режиме по одной паре оптических волокон. LD400 поддерживает технологии DWDM и CWDM. Каждый из передаваемых потоков данных может иметь скорость от 100 Мбит/с до 2,5 Гбит/с. Таким образом, максимальная пропускная способность системы достигает 10 Гбит/с. В шасси LD400 также можно устанавливать различные типы модулей мультиплексоров ввода-вывода (OADM), что дает возможность построения наиболее эффективных топологий для сетей WDM. Система LD400 имеет полностью модульную архитектуру и состоит из компактного шасси, монтируемого в стойку 19″, и набора модулей, поддерживающих режим горячей замены. Среди модулей для платформы LD400 — мультиплексоры, демультиплексоры и OADM для 1, 2, или 4 длин волн. Такая гибкость дает возможность снизить начальные вложения, приобретая систему, работающую с меньшим числом длин волн, а затем модернизируя ее по мере необходимости. Модули доступа к каналам WDM (транспондеры) обеспечивают гибкое масштабирование системы от 1 до 4 каналов путем добавления новых модулей в шасси. Транспондеры представляют собой однослотовые модули, совершенно независимые от других каналов передачи данных. Это дает возможность обеспечить максимальную гибкость конфигурирования системы для каждого канала в отдельности, в зависимости от скорости, типа интерфейса, протокола и длины волны. Шасси LambdaDriver LD400 и LD800 используют одни и те же универсальные транспондеры. LD400 позволяет устанавливать дополнительный модуль защиты канала WDM по схеме 1+1, обеспечивая переключение на резервный канал связи при аварии основного. Для обеспечения максимальной надежности системы LD400 имеет два источника питания и позволяет устанавливать дополнительный модуль управления. Мониторинг LD400 возможен с помощью протокола SNMP. Локальный интерфейс управления обеспечивает подключение текстового терминала (через интерфейс RS-232 с разъемом DB9) или сети 10/100 Мбит/с (разъем Ethernet RJ₄₅) для удаленного доступа через Telnet. Удаленное управление осуществляется через специальный канал управления (OSC), который передается вместе с данными WDM по тому же оптическому кабелю. Для управления поверх OSC используется Fast Ethernet. Типичной конфигурацией сети при использовании LD400 является топология «точка-точка». Реализация кольцевой топологии требует использования модулей мультиплексоров ввода/вывода в каждом из узлов кольца.

Технические характеристики системы передачи:

Система передачи LambdaDriver 400 имеет следующие технические характеристики:

Высота: 2U

Размеры (Ш x Г x В): 446 мм x 267 мм x 89 мм

Источник питания: переменный ток: 90−240 В, 50−60 Гц Постоянный ток: от 36 до 72 В.

Вес (при полной загрузке шасси): 10 кг (максимум)

Тип соединителей: WDM и MU.

Соответствие стандартам Безопасности: EMC; UL-1950; CSA-22.2 No.950; FCC part 15 Class A; CE-89/336/EEC, 73/23/EEC

Производтельность системы: Скорости передачи данных на каждом канале: от 100 Мбит/с до 2,5 Гбит/с

Общая производительность: 10 Гбит/с (4×2,5 Гбит/с)

DWDM: длины волн согласно ITU от 1536,61 до 1560,61 нм с шагом 200 ГГц (1,6 нм)

CWDM: длины волн от 1470 до 1610 нм с шагом 20 нм

Скорость переключения между основным и резервным каналами: < 6 мс

Управление SNMP: система управления MegaVision™ или другое SNMP совместимое ПО.

Локальный интерфейс управления: текстовый терминал (интерфейс RS-232 с разъемом DB9) и удаленный доступ через Telnet по сети 10/100 Мбит/с (разъем Ethernet RJ₄₅), канал управления OSC 100 Мбит/с (Fast Ethernet на длине волны 1310 нм).

Приложения: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM или SONET/SDH OC-1, OC-3, OC-12, OC-48, STM-1, STM-4, STM-16, Fibre Channel или любые другие протоколы.

Оптические параметры DWDM:

Выходная мощность (с резервированием) — 5 дБм.

Выходная мощность (без резервирования) — 0,7 дБм.

Динамический диапазон приемника при 1,25 Гбит/с от — 3 до — 29 дБм.

Динамический диапазон приемника при 2,5 Гбит/с от — 3 до — 25 дБм.

Оптические параметры CWDM:

Выходная мощность (с резервированием) — 6,5 дБм.

Выходная мощность (без резервирования) — 3 дБм.

Динамический диапазон приемника при 1,25 Гбит/с от — 5 до — 28 дБм (без резервирования).

Динамический диапазон приемника при 2,5 Гбит/с от — 5 до — 19 дБм (без резервирования).

Аварийное питающее оборудование Комплект гарантированного питания (КГП) предназначен для обеспечения бесперебойного питания постоянным током с выходным напряжением 48 В или 60 В, значениями выпрямленного тока 5А, 10А и 15А с аккумуляторной батареей емкостью 20 или 65 А/ч, включенной в буферном режиме (смотри рисунок 6.1)

Рисунок 6.1 Комплект гарантированного питания

6.2 Выбор арматуры для прокладки линий связи

Оптические муфты

В первую очередь к арматуре ВОЛС относятся муфты. На данной трассе их будет 60. Выбираем универсальную оптическую муфту марки МТОК 96Т-О1-IV (в соответствии с рисунком 6.2). Муфты предназначены для прямого и разветвительного сращивания оптических распределительных бронированных кабелей и кабелей для подвеса. Могут устанавливаться в колодцах кабельной канализации, в коллекторах, тоннелях, на опорах воздушных подвесных линий связи (в металлических защитных кожухах), в грунте всех категорий, кроме скальных и вечномерзлотных (в чугунных кожухах).

Герметизация муфты и кабельных вводов осуществляется с применением термоусаживаемых материалов, клея-расплава, саморасширяющегося герметика или механического замка

Рисунок 6.2 МТОК 96Т-О1-IV

Муфта МТОК 96Т-О1-IV предназначена для монтажа ОК любой конструкции с количеством волокон до 96-ти.

В муфту можно ввести до 8 отдельных ОК, либо 4 отдельных ОК и транзитную петлю. При установке в овальный патрубок комплекта ввода No11 в муфту можно ввести 4 отдельных ОК и 4 провода ГПП, либо 4 отдельных ОК диаметром до 22 мм и 4 отдельных ОК диаметром от 6 до 10 мм.

Комплект поставки муфты МТОК 96Т-О1-IV (базовый комплект):

1 — Кожух — 1 шт.

2 — Кронштейн — 1 шт.

3 — Кассета для модулей — 1 шт.

4 — Оголовник — 1 шт.

5 — Комплект деталей и материалов:

ТУТ 180/60 — 1 шт.

Силикагель — 1 упак.

Маркеры для модулей — 1 лист

Нейлоновые стяжки, L=75 мм — 12 шт.

Шкурка шлифовальная — 1 шт.

6 — Кассета типа КУ-О1 — 1 шт.

7 — Хомут пластмассовый из 2-х половин — 1 шт.

8 — Крышка кассеты КУ-О1 — 1 шт.

9 — Винт крепления кассет — 1 шт.

Таблица 6.1 Технические характеристики муфты МТОК 96Т-О1-IV

Кроссовые шкафы Кроссовое оборудование используется для коммутации многожильного оптического кабеля, соединительных шнуров и электронного оборудования. Исходя из масштаба выполняемых функций предлагаемое кроссовое оборудование объединено в две основные группы:

кроссовые коробки;

телекоммуникационные открытые стойки и шкафы стандарта 19″ или 23^" .

Кроссовые коробки предназначены для коммутации многожильного оптического кабеля, соединительных шнуров и электронного оборудования. По месту установки, предлагаемые кроссовые коробки делятся на:

настенные кроссовые коробки;

стоечные кроссовые коробки.

Настенные кроссовые коробки размещаются на стенах внутри помещений. Стоечные коробки устанавливаются в стойку или шкаф стандарта 19″, 23″. Кроссовые коробки комплектуются расходными материалами для крепления и организации оптических модулей, пигтейлов и патч-кордов.

Телекоммуникационные шкафы и стойки служат для размещения оптического и другого оборудования различных стандартов. Установка оборудования производится с помощью вертикальных направляющих соответствующего стандарта.

Покрытие металлических частей кроссового оборудования выполнено методом цинкования, анодирования и/ или напылением покрытия из ударопрочной эпоксиднопорошковой композиции, имеющей стандартный цвет. Возможна поставка оборудования с другим цветом и качеством покрытия.

Шкафы, стойки, кроссовые коробки предназначены для использования внутри офисных и производственных помещений.

Технические характеристики КРН-8 малогабаритной:

§ Максимальное количество оптических портов 8

§ Количество вводимых кабелей 1

§ Размеры (Д x Ш x В), мм 60×225×225

§ Тип оптических портов FC, SC, ST

Рисунок 6.3 Кроссовая коробка настенная Напольные монтажные шкафы (19″)

Напольные монтажные шкафы предназначены для установки стандартного навесного 19″ оборудования (смотри рисунок 6.4). Линейка данного семейства шкафов представлена размерами от 22U (10ВО мм) до 45U (2105 мм). База шкафов (ширина/глубина): 600/600 мм, 600/800 мм, 800/600 мм, 800/800 мм. Комплектация шкафа включает в себя: каркас, монтажные рейки с перфорацией, металлическую или стеклянную ударостойкую тонированную дверь, съемные задние и боковые панели, полный комплект замков и ключей, крышку с возможностью крепления вентиляторов, днище, щетку для защиты от пыли кабельных вводов, комплект заземления, ножки, комплект для крепления оборудования. Удобное расположение вертикальных реек и наличие съемных боковых и задних панелей обеспечивают легкий доступ к установленному оборудованию. Для реализации крупных сетевых проектов предусмотрена возможность построения неограниченной горизонтальной цепочки шкафов — так называемое пакетное соединение.

Рисунок 6.4 Напольный монтажный шкаф (19″)

7. Окончательный расчет трассы

7.1 Расчет рабочего затухания регенерационных участков

При расчете следует учесть, что затухание на разъемных стыках составляет 0,5 дБ, затухание на неразъемных стыках (муфтах) составляет 0,05 дБ.

Расчет количества муфт на участках:

Количество сварных соединений рассчитывается по формуле (1):

n = (Lур/Lсд) — 1, (7.1.1)

где Lур — длина участка регенерации;

Lсд — строительная длина кабеля (2 км).

А-Б = 14/2−1=6;

Б-В = 24,2/2−1=12;

В-Г = 54,5/2−1=27;

Г-Д = 31,3/2−1=15;

Расчет рабочего затухания ВОК:

Рабочее затухание ВОК зависит от длины кабеля и километрического затухания оптического кабеля a, которое для марки ОКСМН 9,5−01−22/35/7−16 (7,0) составляет 0,35 дБ/км для длины волны l=?3? нм и 0,22 дБ/км для l=1550 нм. Для всех участков в соответствии с типом оптических интерфейсов выбрана длина волны передаваемого сигнала 1550 нм.

Рабочее затухание ВОК рассчитывается по формуле (2):???

a_к=a х Lур, дБ (7.1.2)

для участка АБ (БА) a_к = 0,22×14 = 3,08 дБ;

для участка БВ (ВБ) a_к = 0,22×24,2 = 5,3 дБ;

для участка ВГ (ГВ) a_к = 0,22×54,5 = 11,99 дБ;

для участка ГД (ДГ) a_к = 0,22×31,3= 6,88 дБ;

Расчет полного затухания регенерационных участков:

Рассчитывается по формуле (3):

a_ур=a_к+n х а_м+4a_р, дБ, (7.1.3)

где a_к — рабочее затухание кабеля, дБ;

a_м — затухание, вносимое сварным соединением, равное 0,1 дБ;

n — количество сварных соединений на участке;

a_р — затухание, вносимое оптическими коннекторами (разъемами).

Число таких коннекторов составляет по 2 на каждой стороне (1 на мультиплексоре и 1 на вводной патч-панели для переключений), затухание одного коннектора 0,5 дБ.

Расчет полного затухания на участках:

АБ (БА) a_ур = 3,08+14×0,1+4×0,5=6,5 дБ;

БВ (ВБ) a_ур = 5,3+24,2×0,1+4×0,5=9,5 дБ;

ВГ (ГВ) a_ур = 11,99+54,5×0,1+4×0,5=19,4 дБ;

ГД (ДГ) a_ур = 6,88+31,2×0,1+4×0,5=12 дБ;

Расчет уровней мощности на входах мультиплексоров:

Рассчитывается по формуле (4):

Р_вх=Р_вых-1-a_ур, дБ (7.1.4)

Где Р_вых — уровни мощности на выходе предыдущего мультиплексора (устанавливается минимальным); ???a_{ур -} затухание участка регенерации, дБ.

Уровни мощности на выходе передатчиков выбираем в соответствии с выбранными оптическими интерфейсами и техническими параметрами мультиплексора. Выбор уровней мощностей на выходах мультиплексоров:

Для направления АД:

Р_выхА = - 5 дБ;

Р_выхБ = - 2 дБ;

Р_выхВ = - 2 дБ;

Р_выхГ = - 2 дБ;

Для направления ДА:

Р_выхД = - 2 дБ;

Р_выхГ = - 2 дБ;

Р_выхВ = - 2 дБ;

Р_выхБ = - 5 дБ;

Расчет уровней мощности оптических сигналов на входах приемников:

Для направления АД:

Р_вхБ = - 5−6,5 = - 11,5 дБ;

Р_вхВ = - 2−9,5 = - 11,5 дБ;

Р_вхГ = - 2−19,4 = - 21,4 дБ;

Р_вхД = - 2−12 = - 14 дБ;

Для направления ДА:

Р_вхГ = - 2−12 = - 14 дБ;

Р_вхВ = - 2−19,4 = - 21,4 дБ;

Р_вхБ = - 2−9,5 = - 11,5 дБ;

Р_вхА = - 5−6,5 = - 11,5 дБ.

Расчет восстановления сигала на мультиплексорах:

Рассчитывается по формуле (5):

S=Р_вых-Р_вх, дБ (7.1.5)

Для направления АД:

S_Б = - 2- (-11,5) = 9,5 дБ;

S_В = - 2- (-11,5) = 9,5 дБ;

S_Г = - 2- (-21,4) = 19,4 дБ;

S_Д = - 0- (-14) = 14 дБ.

Для направления ДА:

S_Г = - 2- (-12) = 14 дБ;

S_В = - 2- (-19,4) = 21,4 дБ;

S_Б = - 5- (-9,5) = 6,5 дБ;

S_А = - 0- (-11,5) = 11,5 дБ.

7.2 Построение диаграммы уровней

Для построения диаграммы уровней оптического сигнала составляем таблицу по результатам расчетов (смотри Таблица 7. 1):

Таблица 7.1 Результаты расчетов для участка связи

Для проверки правильности расчета размещения регенераторов производится расчет энергетического запаса по затуханию в линии. Запас по затуханию не должен быть меньше 6 дБ.

для участка А-Б: 28−11,5 = 16,5 > 6 дБ;

для участка Б-В: 28−11,5 = 16,5 > 6 дБ;

для участка В-Г: 28−21,4 = 6,5 > 6 дБ;

для участка Г-Д: 28−14 = 14 > 6 дБ;

для участка Д-Г: 28−14= 14 > 6 дБ;

для участка Г-В: 28−21,4=6,56 > 6 дБ;

для участка В-Б: 28−11,5 = 16,5 > 6 дБ;

для участка Б-А: 28−11,5 = 16,5> 6 дБ.

Последний расчет показал, что энергетический запас участков превышает 6 дБм, следовательно, регенераторы размещены верно.

Согласно данным из Таблица 7. 1 строится диаграмма уровней оптического сигнала. Диаграмма уровней строится для двух направлений связи: в направлении А-Д прямой линией, а в направлении Д-А пунктирной линией.

Рисунок 7.1 Диаграмма уровней передачи

8. Размещение аппаратуры в лазе

Рисунок 8. 1 — Схема размещения аппаратуры в ЛАЗе

На схеме:

1 — Система уплотнения каналов аналоговой системы передачи;

2 — Телеграфный сервер (основной и резервный);

3 — Кроссовые шкафы (кросс KРН-8);

4,5 — Коммутационная панель — ОКС;

6 — Кроссовая стойка;

7,10 — Коммутаторы KS-2000R;

8 — Стойка распределителей;

9 — Маршрутизатор и концентратор в IP-сети производства фирмы Cisco;

11 — «Пальма» (передача информации о наличии свободных мест),

" Экспресс" (передача информации о передвижении вагонов);

12 — Коммутатор-КСМ;

13,14 — Мультиплексоры-ОГМ-30Е;

15 — Кросс и система синхронизации;

16 — Мультиплексоры ТЛС-31 (системы PDH), Мультиплексоры СММ-155 (системы SDH).

9. Экономический расчет трассы

В экономической части составляется спецификация на оборудование, устанавливаемое на трассе. При этом учитываются: наценки на транспортные расходы, заготовительно-складские расходы. После составления спецификации на оборудование подготавливается смета на строительство магистрали. В неё входят монтажные работы, стоимость материалов, устанавливаемая ценниками, прочие расходы и затраты.

В начальной стадии экономической части составляется спецификация на оборудование, устанавливаемое на магистрали. После составления спецификации на оборудование подготавливается смета на строительство магистрали. В нее входят монтажные работы, стоимость материалов, прочие расходы и затраты (смотри таблицу 9.1).

9.1 Расчет существующей трассы для сравнения

Таблица 9. 1 — Смета на строительство ВОЛП связи протяженностью 124 км

Определить стоимость одного канала можно по формуле:

у. е где, С1к — стоимость одного канала связи;

С — стоимость оборудования;

N — число каналов для уровня STM-16, N=30 240.

9.2 Экономический расчет трассы STM-16

стоимость добавленных блоков — 9105=4550 у.е.

кол-во каналов для STM-16 — 30 720

доля добавленных каналов — 30 720−7680=23 040

стоимость одного канала — 4550/ 23 040=0, 197 у.е.

Выводы: При модернизации трассы до уровня STM-16 мы получаем хорошую эффективность из-за того, что затраты осуществлялись только на блоки. Самый перспективный по эффективности метод увеличение пропускной способности до уровня STM-16 — это использование систем WDM.