Организация первичной сети связи с использованием СЦИ на участке железной дороги

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1 Развитие и преимущества цифровых и оптических систем передачи информации

2 Разработка первичной сети связи

2.1 Выбор оптического кабеля

2.2 Выбор системы передачи

2.3 Топология сетей, их резервирование

2.4 Функциональные модули сетей SDH

2.5 Разработка схемы участка

3 Расчет заданного участка

4 Организация линейно-аппаратного цеха

5 Экономический раздел

6 Вопросы техники безопасности и охраны труда

Заключение

Литература

оптический цифровая связь железнодорожный

Значительные изменения, происшедшие в последние годы в политике и экономики России, существенным образом отразились на работе железнодорожного транспорта: изменились условия работы всех служб; намечены приоритетные ориентиры развития; возникли новые задачи, требующие коренной перестройки всей системы управления.

Развитие сети связи тесно связано с ее коренной реконструкцией и внедрением новых технологий, основанных на использовании цифровых средств связи. Поэтому в настоящее время назрела необходимость реконструкции системы железнодорожной связи.

Решающая роль в развитии сети связи железнодорожного транспорта отводится информатизации и внедрению современных телекоммуникационных технологий во все сферы деятельности отрасли. Информатизация рассматривается как средство, обеспечивающее решение основной стратегической задачи транспорта — увеличение объемов перевозок при постоянном сокращении транспортных расходов. Основная цель информатизации — создать условия для обеспечения рентабельности работы транспорта в условиях рыночной экономики за счет внедрения информационных технологий во все сферы его деятельности. В свою очередь современные телекоммуникационные технологии являются фундаментом всей системы управления работой транспортного конвейера. Реконструкция должна проводится на основе использования современных технологий в области цифровых средств связи, преимущества которых подтверждены опытом эксплуатации.

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 синхронной цифровой иерархии (СЦИ) позволяют передавать по одному оптическому волокну потоки информации со скоростью свыше 10 Гбит/с.

Новые технологии обработки линейного сигнала позволяют вести одновременную передачу по одному волокну нескольких высокоскоростных потоков путем спектрального уплотнения, что эквивалентно результирующей скорости передачи до 40 Гбит/с.

Новые технологии формирования и передачи сигналов существенным образом повлияют на построение сетей связи. Перспективная сеть связи основывается на двухуровневой иерархии и состоит из транспортной сети и абонентской сети. Транспортная сеть включает в себя мощные информационные магистрали, построенные в основном на базе синхронной цифровой иерархии SDH технологии, используются для переноса всех существующих и будущих протоколов независимо от их типа путем упаковки их в ячейки АТМ в точке входа в сеть.

Широкополосная сеть абонентского доступа, построенная на базе ВОЛС, совместно с транспортной сетью образует единое информационное пространство и гибкую среду для создания и реализации новых видов информационного сервиса.

В настоящее время перспективными на железнодорожном транспорте рассматриваются услуги мультимедиа, объединяющие в одном терминале до пяти видов информации: речь, текст, данные, неподвижное изображение, видео.

Основой построения системы железнодорожной связи является так называемая первичная сеть, включающая в себя узлы связи и линии передачи. На базе первичной сети строится вторичная сеть, обеспечивающая преобразование услуг связи посредством организации служб маркетинга, управления сервисом, каналами, трактами, сетевыми элементами. Для повышения функциональной живучести сети создается система управления каналами и трактами, обеспечивающая бесперебойную работу сети в случае повреждения каналов или трактов на отдельных направлениях.

1 РАЗВИТИЕ И ПРЕИМУЩЕСТВА ЦИФРОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Теоретические исследования в области цифровых методов модуляции известны давно, в частности, первый патент на использование импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) для передачи фототелеграфных сигналов был зарегистрирован еще в 1926 г. В 1937 г. Этот метод был предложен во Франции (1936 г.), Англии (1939 г.) и США (1942 г.). Однако в эти годы принципы ИКМ не могли быть реализованы в аппаратуре. Основная причина — отсутствие элементной базы. Электровакуумные приборы не имеют необходимого быстродействия, кроме того, ламповая аппаратура была очень громоздка, требовала больших токов питания, что исключало возможность организации линейных трактов ИКМ с дистанционным питанием.

Разработка реальной аппаратуры с ИКМ началась с изобретением и внедрением в широкую практику транзисторов. Пионером в области систем передачи информации с ИКМ явилась фирма «Белл» (США), которая вывела исследования в области цифровых методов модуляции и передачи с ИКМ на городских телефонных сетях. Первой системой передачи, появившейся на сети связи в начале 60-х гг., была аппаратура Т1, позволяющая в цифровом тракте со скоростью передачи 1544 кбит/с организовать 24 телефонных канала. В дальнейшем система Т1 претерпела многочисленные модернизации, однако до сих пор является основой для Северо-Американской и Японской цифровых иерархий. В 60-х гг. цифровые системы передачи очень бурно развивались и к середине 70-х гг. в Японии была разработана система с пропускной способностью почти 400 Мбит/с и числом каналов 5760.

В нашей стране родоначальником ЦСП являлось Научно-производственное предприятие «Дальняя связь» (С.-Петербург). Первой работой по ЦСП было исследование и создание 12-канальной аппаратуры для городских телефонных сетей, которая производилась в конце 50-х гг. Эти исследования проводились с учетом использования электроламп, и, следовательно, аппаратура имела массу недостатков, связанных с устаревшей элементной базой.

В 1962;1963 гг. были разработаны макетные образцы 24-канальной системы передачи, которые прошли испытания на линии между двумя АТС Ленинграда. К началу 70-х гг. производство таких систем было подготовлено в Перми. В это время в СССР была принята Европейская система иерархии ЦСП, которая основывается не на 24-, а 30-канальном стандарте, со скоростью передачи первичного цифрового потока 2048 кбит/с, поэтому система ИКМ-24 развития в нашей стране не получила.

В 70-е гг. было создано первое поколение отечественной аппаратуры: ЦСП ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, которая хорошо зарекомендовала себя на городских и внутризоновых сетях Министерства связи. В начале 80-х гг. была разработана и в 1983 г. Запущена в эксплуатацию на участке Вильнюс-Каунас высокоскоростная ЦСП ИКМ-1920.

Следующие поколения аппаратуры разрабатывались с применением гибридных и больших интегральных схем, что позволило существенно уменьшить размеры, снизить потребляемую мощность, повысить надежность систем передачи. Цифровые системы передачи, разработанные в 80-е гг., работают по симметричным и коаксиальным, волоконно-оптическим кабелям и радиорелейным линиям связи.

В начале 80-х гг. начался процесс внедрения ЦСП на железнодорожном транспорте. Сначала ЦСП использовались только на коротких участках для организации соединительных линий между АТС на крупных железнодорожных узлах, например в Киеве, Ленинграде, Москве (ИКМ-30). Затем стали оборудовать ЦСП участки вдоль железнодорожных магистралей. В конце 80-х гг. началось использование аппаратуры ИКМ-120.

Перечислим основные преимущества ЦСП, которые позволяют говорить о перспективности их использования на сети связи железнодорожного транспорта:

* высокая помехозащищенность, что позволяет значительно облегчить требования к переходным влияниям и обеспечивает возможность их применения на линиях с большим уровням шумов;

* возможность практического устранения накопления шумов в линиях большой протяженности вследствие регенерации цифровых сигналов;

* малая чувствительность к изменению параметров линий передачи;

* стабильность параметров организуемых каналов и их идентичность;

* эффективность использования пропускной способности при передаче данных;

* более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов, технологичность ее изготовления благодаря широкому применению интегральной техники.

Эти и другие достоинства цифровых систем передачи позволяют говорить о том, что они в сочетании с цифровым коммутационным оборудованием будут основой для создания интегральной сети связи.

Основными недостатками ЦСП всегда считались широкий спектр используемых частот и подверженность импульсным помехам, и эти факторы следует учитывать при проектировании и эксплуатации ЦСП на существующих кабельных линиях передачи (КЛП).

Так как линейные сигналы ЦСП занимают значительно более широкий, чем в АСП, спектр частот, регенерационные пункты необходимо размещать более часто, чем усилительные пункты в линиях передачи с аналоговыми системами. Это приводит к появлению дополнительного оборудования на перегонах между станциями, что усложняет комплекс работ при монтаже и настройке магистралей.

При внедрении ЦСП на существующих КЛП необходимо проводить отбор пар по переходному затуханию для обеспечения работы как самих ЦСП, так и АСП, на которые они оказывают влияние вследствие перекрытия спектров сигналов и более высокого уровня цифрового сигнала на передаче.

В условиях железнодорожных кабельных магистралей ЦСП подвергаются воздействию импульсных помех, создаваемых низкочастотными цепями оперативно-технологической связи (ОТС) и линейными цепями СЦБ. На местных сетях связи ЦСП подвергаются воздействию импульсных помех, создаваемых электромеханическим оборудованием АТС-ДШ, работой номеронабирателей, батарейной трансляцией импульсов набора номера и, следовательно, необходимо предусматривать специальные меры по снижению этих воздействий.

Практика применения ЦСП показала, что эти факторы не являются сдерживающими в развитии цифровых систем связи. Задача состоит в том, чтобы, внедряя ЦСП, максимально использовать их преимущества и возможности развитой сети существующих кабельных линий.

Имеется опыт использования систем передачи ИКМ-120 для организации дорожной связи на линиях с кабелями типа МКСА, МКПАШ. Целесообразно использование отдельных кабелей, не содержащих источников импульсных помех, и, следовательно, строительство трехкабельных магистралей (два высокочастотных кабеля, например, МКС или ЗКП и сигнально-блокировочный кабель для организации линейных цепей СЦБ).

2 РАЗРАБОТКА ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ СВЯЗИ

2.1 ВЫБОР ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ Для построения высокоскоростных цифровых первичных сетей передачи данных целесообразно применение волоконно-оптического кабеля. Данные кабели практически не подвержены влиянию электромагнитных помех, по сравнению с медным кабелем, что весьма актуально на электрифицированном железнодорожном транспорте. Волоконно-оптические кабели позволяют организовывать большее число каналов в одном кабеле, чем медные и их применение даёт экономию металла, и соответственно снижение стоимости каждого канала.

В основе оптической передачи лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего на границу сред с различными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двухслойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя (n1) больше, чем наружного (n2). При введении в торец такого стержня светового луча под углом к оси, не превышающем некоторого критического уровня, луч полностью отражается от поверхности раздела слоёв и распространится вдоль световода. При этом световод можно в определённых пределах изгибать, и приходящий световой поток также будет изгибаться. Длина волоконно-оптической линии передачи может достигать нескольких десятков километров. В настоящее время световоды практически используют только диапазон 600−1600 нм, т. е. часть видимого спектра и инфракрасный диапазон.

Оптическое волокно бывает многомодовым (многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления и с градиентным профилем показателя преломления) и одномодовым (рисунок 2.1). Многомодовое волокно (MMF) имеет довольно большой диаметр сердцевины — 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125мкм или 100мкм при диаметре оболочки 140мкм. Одномодовое волокно (SMF) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5мкм при диаметре 125мкм. Световод покрывается защитным покрытием. Диаметр волокна с защитным покрытием стандартизирован, в телекоммуникациях в основном используется волокно с диаметром 250мкм. Также применяется буферное покрытие диаметром 900мкм, нанесённое на первичное 250мкм покрытие.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяется подводные, объектовые и монтажные ОК.

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. В данном дипломном проекте будет рассмотрен именно одномодовый ВОК.

Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в различных странах разрабатывается и изготавливается большое число типов кабелей. Однако всё многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы:

— кабели повивной концентрической скрутки,

— кабели с фигурным сердечником,

— плоские кабели ленточного типа.

Показатель преломления оболочки является величиной постоянной, и в зависимости от типа сердечника различают ОВ со ступенчатым и градиентным профилями (изменением показателя преломления). В случае ступенчатого профиля сердечник световода имеет постоянное значение показателя преломления, а на границе «сердечникотражающая оболочка» происходит его скачкообразное уменьшение (рис. 2.1, а). В градиентных волокнах показатель преломления от центра к краю поперечного сечения сердечника уменьшается пропорционально квадрату радиуса (рис. 2.1, б).

Градиентные световоды являются многомодовыми. Лучи распространяются в них по волнообразным траекториям. Лучи у центра световода находятся в области, имеющей больший показатель преломления, они проходят меньший путь по сравнению с лучами на периферии. Периферийные лучи находятся в среде с меньшим показателем преломления. Таким образом, скорости распространения центральных и периферийных лучей практически выравниваются к концу линии одновременно (рис. 2.1, в).

(а) многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления

(б) многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления

В оптических кабелях кроме ОВ, как правило, имеются следующие элементы:

· силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку на разрыв;

· заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;

· армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;

· наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.

В России изготавливаются различные типы и конструкции ОК.

Первое поколение ОК, созданных в 1986;1988гг., включает кабели городских (ОК-50), зоновой (ОЗКГ) и магистральной (ОМЗКГ) связи. Современные требования развития связи потребовали создания новых усовершенствованных типов ОК (второе поколение).

Такими кабелями, разработанными в период 1990;1992гг., являются:

ОКК — для городской связи (прокладка в канализации), ОКЗ — для зоновой и ОКЛ — для линейной магистральной связи. Отличительные особенности ОК второго поколения:

· переход на волны 1,31 и 1,55мкм;

· применение одномодовых волокон;

· модульные конструкции кабелей (каждый модуль на 1,2,4 волокна);

· наличие медных жил для дистанционного электропитания;

· разнообразие типов наружных оболочек (стальные ленты, проволоки, стеклопластик, полиэтилен, оплётка);

· широкополосность и большие длины регенерационных участков.

Магистральных кабель ОКЛ изготавливается из одномодовых волокон с сердцевиной диаметром 10мкм, имеет две модификации: с медными проводниками диаметром 1,2 мм для дистанционного питания регенераторов и без медных проводников с питанием от местной сети или автономных источников теплоэлектрогенераторов (ТЭГ).

Центральный силовой элемент выполнен из стеклопластиковых стержней. Наружный покров кабеля имеет несколько разновидностей: для прокладки в канализации — это полиэтиленовый шланг (марка ОКЛ), для подземной прокладки — броневой покров из стеклопластиковых стержней (ОКЛС), стальных лент (марка ОКЛБ), круглой проволоки (ОКЛК).

Для подводных речных переходов создан кабель с алюминиевой оболочкой и круглопроволочной бронёй (ОКЛАК). Для станционных вводов и монтажа используется кабель ОКС. Для подвески на опорах контактной сети ж.д. и опорах ЛЭП напряжением до 110кВ, применяется самонесущий кабель ОКЛЖ. Для экономии средств при строительстве наиболее желательным видится подвеска кабеля на опорах контактной сети. Согласно с «Концепцией создания цифровой сети связи ж. д в России» на магистральных направлениях ВОЛС принята, в основном, ёмкость ВОК в 16 одномодовых волокон. Следовательно, к проектированию принимается кабель типа ОКЛЖ-01−6-16−10/125−0,036/0,22−3,5/18−18,2 производства ЗАО «Самарской Оптической Кабельной Компании»: оптический кабель линейный магистральный, без брони, самонесущий в полиэтилоновой изоляции для подвески на опорах контактной сети железных дорог, модификация 01, с 6 элементами в повиве сердечника. Кабель имеет 16 оптических волокон, с диаметром поля 10 мкм, а оболочки 125мкм и затуханием 0,36/0.22 дБ/км, в зависимости от длины волны передатчика. Хроматическая дисперсия составляет не более 3,5/18 пс/нм-км, в зависимости от длины волны. Внешний диаметр кабеля 18,2 мм. При этом 6 волокон используется для строительства магистральной сети иерархии STM-1 и STM-4 с учётом линейного резервирования 1+1, шесть используются для отделенческой связи с учётом резервирования, а остальные резервируются с учётом развития сети или могут быть сданы в аренду с целью получения прибыли. Столь высокое число волокон принимается потому, что ЦСП связи должна обладать повышенной надёжностью, а роль ВОК в данном аспекте играет не последнюю роль.

Характеристика кабеля: МГц/км

2.2 ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

Выбор системы передачи производится в соответствии с «Концепцией создания цифровой связи МПС России», принятой в 1997 году и определяющей требования к проектированию связи РЖД. Первичная сеть, как основа система электросвязи РЖД, должна обладать повышенной надёжностью, высокой пропускной способностью и управляемостью. Цифровые системы в данном случае превосходят аналоговые благодаря высокому уровню унификации и гибкости цифровых систем. Первичная сеть должна иметь такие структурные и функциональные характеристики, чтобы имелась возможность её использования для любых вторичных сетей общего пользования. Кроме того, первичная сеть должна обеспечивать возможность существенного расширения пропускной способности для внедрения новых технологий. Требуется также наличие единого транспорта, а именно наличие большого количества видов связи и близко расположенных точек ввода в сеть (станций), построение сетей рационально осуществлять на магистральном, дорожном и отделенческих уровнях, используя стратегию «наложения».

Развитие местных сетей рационально осуществлять на базе систем плезиохронных PDH систем на волоконно-оптических кабелях, используя стандартные потоки Е1 (2048 кбит/с). При этом в проекте обязательно должны учитываться магистральные каналы первичной сети связи, которые рационально строить на базе синхронных SDH сетей.

Плезиохронная цифровая иерархия, PDH, представляет собой объединение нескольких потоков Е1 (2,048 Мбит/с) в один поток большей ёмкости и передачу по каналу связи, используя метод мультиплексирования. В поток Е1 включаются 30 основных цифровых каналов 64 кбит/с и 2 канала используются для синхронизации и сигнализации. Иерархия, порождённая потоком со скоростью 2048 кбит/с, даёт последовательность Е1-Е2-Е3-Е4-Е5 или 2−8-34−140−600 Мбит/с. Данная иерархия позволяет передавать соответственно 30−120−480−1920;7680 основных цифровых каналов (ОЦК) 64 кбит/с.

Но данная иерархия требует добавления выравнивающих битов, и это делает невозможным идентификацию и вывод одного потока Е1 или ОЦК, зашитого в поток Е4 без полного демультиплексирования и расшивки потока и удаления выравнивающих битов.

Указанный недостаток привёл к разработке синхронной цифровой иерархии SDH, которая как было отмечено ранее, представляет собой современную Концепцию построения синхронной транспортной цифровой первичной сети. В настоящее время эта концепция доминирует на рынке. Основной особенностью данной иерархии является прозрачность процесса мультиплексирования. Это даёт возможность прямого выделения ОЦК 64 кбит/с напрямую из потоков любой иерархии SDH. Это даёт возможность сократить число дорогостоящего оборудования и повысить гибкость системы. Данная технология базируется на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвлённой первичной сетью из одного центра.

Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH при построении цифровой первичной сети.

Выделим общие особенности построения синхронной иерархии:

· первая-поддержка в качестве сигналов каналов доступа только трибов (trib, tributary — компонентный сигнал или нагрузка, поток нагрузки) PDH и SDH;

· вторая — трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные заголовком контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии PDH;

· третья-положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки;

· четвёртая — несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения полезной нестандартной нагрузки;

· пятая — предусмотрено формирование отдельного поля заголовков размером 9*9=81 байт.

Как правило, иерархия SDH включает в себя несколько уровней STM (синхронные транспортные модули): STM-1 (155,520 Мбит/с), STM-4 (622, 080 Мбит/с), STM-16 (2488, 320 Мбит/с), STM-64 (9953,280 Мбит/с), STM-256 (39 813,120 М бит/с). Для удобства также принято обозначать STM-N.

Сбор входных потоков Е1 (30 каналов по 64 кбит/с) через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки в сети SDH, называется мультиплексированием и выполняется терминальными мультиплексорами — ТМ сети доступа. На данном этапе производится формирование из трибов Е1 контейнеров типа Сn и виртуальных контейнеров типа VCn с последовательным мультиплексированием и добавлением маршрутных заголовков со служебной информацией. Постепенно на этапах сборки увеличивается длина контейнера, и за 8 шагов формируется синхронный транспортный модуль STM-1 длиной 2430 байт. Аналогичные варианты формирования модулей STM-1 существуют и для трибов Т1, Е3, Т3 и Е4, что обеспечивает совместимость различных международных стандартов с системой передачи SDH.

Для повышения скорости передачи данных модули STM-1 могут быть преобразованы путём каскадного мультиплексирования в модули STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 в необходимом порядке. При этом используется чередование групп байтов, причём число байтов в группе равно кратности мультиплексирования предыдущего каскада.

Фреймы, или кадры STM-N состоят, если говорить упрощённо, собственно из поля данных и заголовков, предназначенных для переноса служебной информации, а именно:

· маршрутного заголовка РОН виртуального контейнера (содержит информацию о состоянии сети, готовности приёмника к приёму, адреса следования пакета и т. д.);

· заголовка регенераторной секции RSON;

· заголовка мультиплексной секции MSON (отвечает за структуру фрейма STM-1 и его связи с мультифлеймом, в случае мультиплексирования нескольких модулей STM-1).

Структура фрейма представляет собой цифровую последовательность длиной 2430 байт, повторяющуюся с частотой выборки в 8кГц.

Мультиплексор SDH имеет две группы интерфейсов:

пользовательскую (трибутарную) и агрегатную. Первая группа позволяет создавать пользовательские структуры (вывод потоков Е1 или ОЦК), а агрегатная (оптическая) — создавать линейные межузловые соединения. Эти соединения образовывают несколько базовых топологий.

2.3 ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

Многие важнейшие характеристики сетей связи определяются их топологией, характеризующей связность узлов сети линиями связи и позволяющей оценить надежность и пропускную способность сети при повреждениях. Для создания волоконно-оптических сетей связи (и ЛВОС) базовыми являются линейная, кольцевая и звездная топологии:

· «точка-точка» (рисунок 2.2);

· «последовательная линейная цепь» (рисунок 2.3);

· «звёзда» (рисунок 2.4);

· «кольцо» (рисунок 2.5).

На основе данных топологий можно строить сети любого масштаба и сколь угодно разветвлений.

Для повышения надёжности работы транспортной сети SDH принимается такая организация, при которой достигается возможность сохранения и восстановления в короткое время (десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из элементов или среды передачи-кабеля.

В сетях SDH применимы следующие схемы самовосстановления работоспособности:

· резервирование участков сети по схемам 1+1 и 1:1 по разнесённым трассам;

· организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1+1 и 1:1;

· резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1;

· восстановление работоспособности сети путём обхода неработоспособного узла;

· использование систем оперативного переключения. Допускается комбинация вышеуказанных методов.

Резервирование по схеме 1+1 — сигналы анализируются, и выбирается тот, который имеет наивысшее соотношение параметров. (рисунок 2.2,)

Резервирование по схеме 1:1 — альтернативным маршрутам назначаются приоритеты — низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на неё происходит по аварийному сигналу от системы управления.

В случае применения линейной архитектуры сети большой протяжённости возможна работа без резервирования в рамках одной сети. В данном случае допускается резервирование путём использования параллельных сетей (оптических, электрических или радиорелейных, в том числе космическая связь).

2.4 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ СЕТЕЙ SDH

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные РDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными и гибкими устройствами, позволяющие решать практически все перечисленные выше задачи, т. е. кроме задачи мультиплексирования выполнить задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора — SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включенных в спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор ТМ и мультиплексор ввода/вывода ADM. Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибам доступа РDH и SDH иерархии.

Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т. е. коммутировать их с входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т. е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор. Он выполняет все функции мультиплексора ТМ. Позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы, а также ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах («восточный» и западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Регенератор SDH представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал — как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода. Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15−40 км для длины волны порядка 1310нм или 40−80кмдля 1550нм. В большинстве случаев в качестве регенератора выступает мультиплексор ввода/вывода ADM.

Физические возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. Менеджер полезной нагрузки может динамически изменять соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации канала. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т. е. задачи, решаемые концентратором. В общем случае приходится использовать специально разработанные синхронные коммутаторы — SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N. Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется не блокирующей. Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором:

· маршрутизация виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера;

· консолидация или объединение виртуальных контейнеров VC,

· проводимая в режиме концентратора;

· трансляция потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляется при использовании режима «точка-мультиточка»;

· сортировка или перегруппировка виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;

· доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования;

· ввод/вывод виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.

Гибкий мультиплексор FMX позволяет создавать вторичные цифровые гибкие сети связи, имея приспособляемость к конкретным требованиям сети. Конфигурирование FMX производится исключительно программным методом посредствам персонального компьютера (ПК). Мультиплексор может быть сконфигурирован для работы в качестве оконечного для сборки/разборки потоков Е1 из ОЦК, либо мультиплексора ввода/вывода отдельных каналов ОЦК из потока Е1. Мультиплексор поддерживает практически все пользовательские цифровые стандартные интерфейсы согласно стандарта G.703.

Потоки Е1 могут быть подключены как по ВОК, так и по медному кабелю. В настоящее время применяется на железной дороге устройство типа Т-130 российского производства компании POTEK, для подключения к сети SDH аппаратура типа МиниКОМ ДХ-500.ЖТ., обеспечивающей работу оперативно-технологической и административнохозяйственной связи МГТС.

Основой сетей синхронной цифровой иерархии являются универсальные синхронные мультиплексоры (SM), которые могут трансформироваться в любой элемент разных топологий: ТМ, ADM, регенератор или концентратор (обобщённая структурная схема мультиплексора приведена в Приложении В).

В мультиплексор входят: два агрегатных блока с выходными двунаправленными портами STM-А и Б. Они, в свою очередь, состоят из оптических агрегатов ОА и мультиплексоров MUX. В ОА происходит приём оптических сигналов и преобразование их в электрические, а также обратное преобразование в оптический сигнал сформированных в мультиплексорах выходных потоков. Блоки MUX могут быть соединены друг с другом через обходные связи или подключаться к коммутатору.

Коммутатор К выполняет функции распределения и переключения поступающих на него потоков, другими словами, функции кросс-коммутации между цифровыми сигналами, приходящими из линии (А и Б), а также сигналами, поступающими со стороны потребителей станции, которые обрабатываются в трибутарных блоках. Как правило, возможна и коммутация на локальном уровне, т. е. компонентный сигнал одного трибутарного блока может не отправляться в линию, а переключаться на другой трибутарный блок (tributaryto-tributary), что бывает важно при использовании мультиплексора в топологии «звезда» или как концентратор разных направлений.

Трибутарные блоки (часто для краткости в литературе их называют короче «трибы»), как правило, выполняются для какого-нибудь конкретного типа стандартных стыков. Выпускаются трибы с электрическими и оптическими стыками для стандартизованных скоростей передачи ПЦИ — от 1,5 и 2 до 140Мбит/, СЦИ — от 155Мбит/с до 2,5 Гбит/с. Трибы ПЦИ могут использоваться в универсальных синхронных мультиплексорах уровней STM-1, STM-4, STM-16, трибы СЦИ — в зависимости от иерархического уровня STM.

Главным управляющим элементом STM является блок Контроллер, который обеспечивает всю необходимую обработку служебной информации для конфигурации и управления мультиплексором. Они имеют соединение со всеми блоками STM и интерфейс для подключения локального терминала (компьютера).

К сервисным блокам мультиплексора относятся плата связи С, обеспечивающая интерфейс Q на внешние устройства сетевого управления и маршрутизацию сообщений между каналами в системе управления, а также служебная плата (СП) для обеспечения передачи дополнительной служебной информации между мультиплексорами в кольцевых или цепочечных структурах. К такой связи относится голосовая связь между работниками обслуживающими аппаратуру.

2 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УЧАСТКА Схема первичной сети связи разработана в соответствии с «Концепцией создания цифровой сети связи МПС Российской Федерации» и представлена в Приложении А. Эта Концепция предусматривает создание полностью цифровой сети синхронной иерархии типа SDFL, работающей на уровне STM-4, с возможностью передачи данных со скоростью до 622Мбит/с. В качестве основной среды передачи используется волоконно-оптический кабель (ВОК), не подверженный электромагнитным наводкам от контактной сети и позволяющий передавать большие потоки информации по одному оптическому световоду.

Согласно проекту, ВОК ёмкостью 16 волокон подвешивается на опорах контактной сети, разделывается на станциях и вводится в помещения кроссовых, радиоузлов или ЛАЗов. При этом 6 волокон используются для магистральной связи и выводятся только на узловых станциях (5 узловых точек Б, В, Г, Д, Е). От узловых станций к промежуточным выводятся по 3 волокна на каждую станцию для создания гибкой вторичной сети связи. Остальные волокна резервируются с учётом развития сети. Управление сетью производится с единого рабочего места оператора на базе ПК, которое монтируется в доме связи станции А.

Защита сети производится по схеме «1+1», т. е. каждый мультиплексор соединяется со следующим четырьмя оптическими волокнами, образующими двойное упрощенное кольцо линейной архитектуры. В случае нарушения работы по одному волокну весь трафик данных перенаправляется в другое.

Аппаратура монтируется в стандартные стойки типового размера 19 и занимает в ней одну полку. Также в данной стойке располагается аппаратура вторичного электропитания -48 В и оптическая патч-панель. Также в данной стойке допускается размещение аппаратуры вторичных сетей связи.

Первичное электропитание осуществляется от сети 220/380 вольт и станционных систем резервного электропитания (аккумуляторы, резервные дизель-генераторы).

В узловых точках устанавливается ADM мультиплексоры ввода/вывода уровня STM-4 типа SМA¼ производства фирмы «Siemens''. В состав данных мультиплексоров входят кроме управляющих блоков, агрегатные оптические платы уровня STM-4 (622 Мбит/с), STM-1, посредством которых данные вводятся/выводятся в магистральный кабель. Данный мультиплексор является одновременно регенератором, компенсирующим потери сигнала в ВОК. На оконечной станции Ж устанавливается такой же мультиплексор, но сконфигурирован для работы в качестве терминального мультиплексора T1V1. На станциях Б и Г, а также на станции А, которая является крупной узловой станцией и имеет несколько ответвлений на магистральном уровне, устанавливаем дополнительные агрегатные платы для связи с веткой железной дороги, отходящей в сторону.

На уровне отделенческой связи применяется система STM-1. Для подключения устройств абонентского доступа в мультиплексоры устанавливаются специальные трибные электрические и оптические платы, выделяющие потоки Е1 (2Мбит/с), Е2 (34 Мбит/с) и Е3 (140 Мбит/с). К данным оптическим платам подключаются через патч-панели оптические волокна, отведённые на промежуточные станции для организации там вторичной сети связи (например, с помощью аппаратуры «МиниКОМ DX-500.ЖТ»).

Для создания вторичной сети на узловых и оконечной станциях используются электрические трибные платы (Е1) для потоков Е1, на которые через кабель «витая пара» включается аппаратура Т-130 (используется для преобразования и ввода аналоговых сигналов от АТСК в цифровую сеть, а также выполняет обратный процесс) и DX-500, или аналогичная аппаратура. На отдельный порт Е1 через кабель «витая пара» подключается сервер управления узлом связи, (при наличии) локальная вычислительная сеть станции и АРМ оператора сети. При необходимости вывода арендованных каналов (например, для создания подключения к сети Интернет в населённом пункте) используются трибные платы форматов Е1, Е2 или Е3, также устанавливаемые в свободные слоты мультиплексора, а при необходимости разделения диспетчерских кругов возможно подключение нескольких комплектов аппаратуры «МиниКОМ DX-500.ЖТ».

3 РАСЧЁТ ЗАДАННОГО УЧАСТКА Выбранная мной трасса имеет большую протяжённость и малое число ответвлений, поэтому из всех видов существующих топологий я выбрал линейную архитектуру сети SDH. Данная архитектура больше всего подходит для моей трассы и наиболее точно вписывается в топологию железных дорог (линии большой протяжённости, небольшое количество разветвлений сети).

В сети SDH для архитектуры линейных сетей большой протяжённости существует стандартная регламентация. Из-за большого расстояния между терминальными мультиплексорами ТМ на маршруте (тракте) устанавливаются регенераторы. Из-за этого трасса представляет собой ряд секций, которые соответствуют рекомендациям ITU-T Rec. G.957 и G.958.

Принято различать три типа стандартизованных участков — секций: оптическая секция, регенераторная секция и мультиплексная секция.

Оптические станции нормируются по длине, при этом выделяют три категории: 1 — внутристанционная секция, длиной до 2 км, Sкороткая межстанционная секция, порядка 15 км, и L — длинная межстанционная секция, порядка 40 км (при длине волны 1310нм) и 80 км (при длине волны 1550нм). 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.

Согласно схеме организации связи имеется участок связи общей протяжённостью 450 км. На данном участке имеется 37 промежуточных станций (согласно рисунка 3.1).

Для облегчения расчётов и составления таблиц названия станций будут заменены буквами: оконечные станции и станции, на которых будут установлены мультиплексоры ввода/вывода, обозначим заглавными буквами в алфавитном порядке, а станции между ними буквами с индексом.

Рисунок 3.1 Схема условного участка железной дороги

Разбиваем участок на 6 оптических секций (таблица 3.1).

Таблица 3.1-Длины оптических секций

Таким образом, для создания магистральной цифровой первичной сети связи требуется 7 опорных узловых точек (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж). Промежуточные станции включаются во вторичную цифровую сеть, которая завязана на узловые точки первичной сети.

В качестве основного оборудования узла рационально применить универсальный мультиплексор SMA¼ производства фирмы «Siemens'', способный работать в качестве терминального мультиплексора и мультиплексора ввода/вывода в сетях иерархии STM — 1(155 Мбит/с) и STM-4 (622 Мбит/с). Данный мультиплексор позволяет выводить потоки Е1 (2 Мбит/с), Е2 (34 Мбит/с) и Е3 (140 Мбит/с) в электрическом или оптическом интерфейсе. Конструктивно мультиплексор располагается в стандартной стойке ETSI типового размера 19'' (ширина 485 мм) и занимает часть одной полки. В данной стойке имеются до 4 полок, на которых могут располагаться устройства вторичного электропитания — 48 вольт с заземлённым плюсом, оптическая патч-панль для переключений, и гибкие мультиплексоры вторичной сети связи (при их наличии). Стойки устанавливаются в помещении ЛАЦ или радиоузлов, вблизи устройств первичного электропитания — 220/380 вольт и систем резервного электропитания. Стойки с терминальными оконечными мультиплексорами устанавливаются в ЛАЦ домов связи станции, А и станции Ж. Рабочее место оператора управления сетью располагается в доме связи станции А.

Таблица 3.2 — Классификация оптических секций

Выбор оптического интерфейса производим исходя из данных таблицы 3.2

Данная таблица даёт стандартное обозначение секций в зависимости от уровня STM (1,4) и приведена для указанных трёх типов применения: внутри станции (код использования I), между станциями — короткая станция (код использования S), между станциями — длинная секция (код использования L). Первая цифра обозначает уровень иерархии, вторая — индекс источника.

Индекс источника обозначает:

· (или без индекса) — указывает на источник с длинной волны 1310 нм;

· 2 — указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего G. 652 (секции S) и G. 652, G. 654 (секции L);

· 3 — указывает на источник с длиной волны 1550 нм для волокна, соответствующего G. 653.

Например, S-4.1 расшифровывается как короткая межстанционная регенераторная секция линейного оборудования STM-4, использующая источник с длиной волны 1310 нм.

Используя данные из таблиц 3.1 и 3.2, получаем следующие типы интерфейсов для проектируемой сети:

Регулировка мощности лазерного передатчика производится с помощью джамперов (перемычек), установленных на агрегатной плате мультиплексора. Шаг регулировки 1 дБм. Устройство работает на коротких (15 км) и средних (40 км) оптических секциях на длине волны равной 1310 нм, а на длинных (80 км), на волне длиной — 1550 нм. Это обуславливает выбор оптических интерфейсов данного дипломного проекта.

Допустимые значения уровней мощностей передатчиков и приёмников типа SMA ¼ показаны в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Классификация оптических секций для SМА-¼

Мощность оптического сигнала измеряется в логарифмических единицах дБм (децибел к милливатту). При этом 0 дБм соответствует сигнал с мощностью 1 мВт.

При расчёте следует учесть, что затухание на разъёмных стыках составляет 0,5 дБ, затухание на неразъёмных стыках (муфтах) составляет 0,1 дБ. Следует также принимать во внимание эксплуатационный запас на затухание в кабеле с учётом ремонтных вставок и изменений конфигурации в размере 6 дБ.

Количество муфт рассчитывается по формуле (3.1):

(3.1)

где L урдлина участка регенерации,

Lcд — строительная длина кабеля (2 км).

Производим расчёт рабочего затухания ВОК. Рабочее затухание ВОК зависит от длины кабеля, и километрического затухания оптического сигнала в кабеле а, которое для кабеля марки ОКЛЖ-01−6-16−10/125−0,36/0.22−3,5/18−18,2 составляет 0,36 дБ/км для рабочей длины волны 1310 нм, и 0,22 дБ/км для рабочей длины волны 1550 нм.

Исходя из этого километрического затухания на участках А-Б; Б-В; В-Г; Г-Д состоит 0,22 дБ/км, потому что на данных участках используется источник с длиной волны 1550 нм, а для участков Д-Е и Е-Ж — 0,36 дБ/км, здесь используются рабочие длины волн 1310 нм.

Рабочее затухание ВОК рассчитывается по формуле (3.2):

а_к =а х (3.2)

В данном расчёте было произведено округление до первого знака после занятой в большую сторону, чтобы учесть технологические наплывы кабеля и увеличение затухания ОВ при температуре ниже — 40? С Рассчитываем полное затухание регенерационных участков, которое зависит от затухания, вносимого ВОК-а_к затухания, вносимого муфтами-а_м. которое составляет 0,1 дБ, и затухания, вносимого оптическими коннекторами (разъёмами) -а_р. Число таких коннекторов составляет по 2 на каждой стороне кабеля (1 на мультиплексоре и 1 на вводной патч-панели для переключений), затухание одного коннектора составляет 0,5 дБ.

Полное затухание регенерационных участков рассчитывается по формуле (3.3):

а_ур=а_к + п а_м + 4а_р, Дб (3.3)

Расчёт уровней мощности на входах мультиплексоров производится с учётом, что уровень мощности р_вых на выходах передатчиков устанавливается минимальный, для того, чтобы в процессе эксплуатации была возможность поднять его при увеличении затухания (старение кабеля, падение мощности лазера и т. п). Уровень мощности сигнала р_вх на входах мультиплексоров зависит от уровня мощности оптического сигнала р_вых на выходе предыдущего мультиплексора и рабочего затухания а_ур участка регенерации.

Уровень мощности на выходах передатчиков выбираем из таблицы 3.3 в соответствии с выбранными оптическими интерфейсами.

Для направления А-Ж: (Р, дБм) Р_выхА=-3; Р_выхВ=-3; Р_выхГ=-3; Р_выхД=-3; Р_выхЕ=-3; Р_выхЖ=-3.

Для направления Ж-А: (Р, дБм) Р_выхЖ=-3; Р_выхЕ=-3; Р_выхД=-3; Р_выхГ=-3; Р_выхВ=-3; Р_выхБ=-3; Р_ыхА=-3.

Уровни мощности на входе мультиплексоров рассчитывается по формуле 3.4):

Р_вх=Р_вых-1 — а_ур, дБ: (3.4)

Для направления А-Ж:

Для направления Ж-А: