Организация работ по строительству волоконно-оптической линии связи (ВОЛС)

• Введение
• I. Анализ исходных данных
• 1.1 Тенденция развития оптических сетей связи
• 1.2 Анализ состояния внутризоновой связи республики Башкортостан
• 1.3 Обоснование требований к проектирующей ВОЛП
• II. Принципы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи
• 2.1 Физические основы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи
• 2.2 Конструкция, классификация и параметры передачи одномодовых оптических волокон
• 3. Выбор и обоснование оборудования ВОСП
• 3.1 Схема организации связи
• 3.2 Структурная схема волоконно-оптической линии передачи
• 3.3 Технические характеристики оборудования линейного тракта
• 1.4 Характеристика транспортной системы
• 3.4 Выбор и обоснование комплектации оборудования
• IV. Выбор и обоснование оптического кабеля
• 4.1 Выбор и обоснование трассы прокладки оптического кабеля
• 4.2 Условия прокладки и требования, предъявляемые к оптическому кабелю
• 4.3 Конструкция и характеристики оптического кабеля
• V. Расчет бюджета элементарного кабельного участка
• 5.1 Выбор и обоснование методики расчета
• 5.2 Методика и алгоритм расчета бюджета мощности для элементарного кабельного участка
• 5.3 Анализ бюджета мощности (энергетического потенциала)
• 5.4 Расчет дисперсии оптического волокна
• VI. Организация работ по строительству ВОЛС
• 6.1 Выбор и обоснование способов и рекомендаций по прокладке оптического кабеля
• 6.2 Выбор способа монтажа оптического волокна и рекомендации по монтажу оптического кабеля
• 6.3 Рекомендации по организации строительно-монтажных работ и разработка план — графика
• 6.4 Рекомендации по проведению приемно-сдаточных испытаний
• VII. Технико-экономические показатели
• 7.2 Доходы от услуг связи
• 7.3 Расчет численности производственных работников
• 7.4 Затраты на производство услуг связи
• 7.5 Оценка экономической эффективности капитальных вложений на проектируемый объект
• VIII. Техника безопасности и охрана окружающей среды
• Заключение
• Список литературы

Настоящий дипломный проект с необходимыми расчетами, обосновывающий целесообразность проектирования и строительства Восточного кольца зоновой сети связи Республики Башкортостан разработан на основании задания на разработку дипломного проекта на тему: «Волоконно-оптическая линия передачи Учалы — Белорецк — Баймак» .

Сложившаяся на момент разработки дипломного проекта схема организации связи в Восточном направлении Республики Башкортостан организованна с использованием различных направляющих систем: КЛС, ВЛС и РРЛ. Действующие в настоящее время каналы радиовещания, телевидения и междугородной связи работают как по линиям службы линейных сооружений ОАО Башинформсвязь, так и по линиям «Ростелекома»

Технические возможности существующих устройств связи не позволяют обеспечить потребности Южных районов Республики Башкортостан в каналах связи, которая определилась из существующей нагрузки и среднестатистического годового увеличения нагрузки АМТС г. Уфы, равного 8%, включающих в себя: прирост абонентов телефонной сети общего пользования, абонентов мобильной связи и нагрузки от абонентов «Интернета». Следовательно, потребность в каналах связи в Восточном направлении может быть удовлетворена только путем строительства новых линий связи. В настоящее время самыми целесообразными и емкими являются волоконно-оптические линии связи с применением синхронных систем передачи информации.

Восточное кольцо предполагается построить, применив аппаратуру синхронно цифровой иерархии (СЦИ).

Новые поколения коммутационных станций, систем передачи и сфер распространения сигналов определяют следующие принципы модернизации сети электросвязи:

оптические кабели (ОК), прокладываемые, преимущественно, по кольцевой схеме, а также цифровые РРЛ;

цифровые системы передачи (ЦСП) синхронной цифровой иерархии (СЦИ) позволяют организовать транспортную (первичную) сеть любой требуемой конфигурации и обеспечить эффективные процедуры управления ее ресурсами;

цифровые коммутационные станции обеспечивают широкий спектр услуг и введение централизованной системы эксплуатации.

В сеть СЦИ Восточного кольца предполагается включить города Белорецк, Баймак, а также районный центр Аскарово. Кроме этого предусматривается ВОЛП по схеме «точка — точка» к городу Учалы.

Создание данного кольца СЦИ обусловлено:

интенсивным развитием услуг по передачи телефонной и нетелефонной информации;

распространением центральных и республиканских программ радиовещания и телевидения;

заменой морально и физически устаревших воздушных и кабельных линий связи и аналоговых средств передачи и коммутации;

тенденцией снижения себестоимости услуг междугородной связи;

созданием экономического потенциала республики путем более полнодоступной связи центра с промышленными городами Белорецк, Учалы.

Реализация проекта обеспечит население городов Белорецк, Учалы, Баймак, а также районный центр Аскарово необходимым количеством качественных цифровых междугородных каналов и обеспечит прием трех каналов республиканского телевидения.

волоконная оптическая линия связь

I. Анализ исходных данных

1.1 Тенденция развития оптических сетей связи

В настоящее время внутризонная первичная сеть Республики Башкортостан организованна по радиальному принципу с концентрацией нагрузки в АМТС типа АХЕ — 10 (УМТС города Уфы)

Переход на полноавтоматическую телефонную связь каналов и их качества и предполагает организацию цифровой сети на базе технологии SDH с использованием в виде среды передачи волоконно-оптического кабеля.

Генеральной схемой развития средств связи Республики Башкортостан предусмотрено организовать Восточное кольцо СЦИ, в которое должны войти узлы связи: Уфа — Белорецк — Аскарово — Баймак — Зилаир — Мраково — Мелеуз — Салават — Стерлитамак — Уфа. В настоящий момент введено в эксплуатацию часть кольца Мелеуз — Уфа — Белорецк в котором задействованы синхронные мультиплексоры фирмы «Marconi» типа «Flex Plex MS ¼», работающие со скоростью передачи информации 622 мбит/с.

Управление синхронными системами и их контроль осуществляется управляющим комплексом «NSU/SISA», который установлен в ЛАЦе УМТС.

Учитывая темпы развития первичной магистральной и зоновой сетей, прирост каналов на участке Белорецк — Баймак, Учалы относительно 2000 года составит к 2005 году 1890 каналов или 63 первичных потока Е1 (2 Мбит/с).

Строительство Восточного кольца рассчитано на перспективу до 2005 года. Общая протяженность трасс составляет около 700 км.

1.2 Анализ состояния внутризоновой связи республики Башкортостан

На момент разработки настоящего дипломного проекта схема организации внутризоновой связи республики основана на использовании различных направляющих систем: ВОЛС, КЛС, РРЛ, ВЛС с применением медных кабелей зоновой связи типа 3КП-1×4, магистральных кабелей типа МКС 4×4 (7×4), малогабаритных коаксиальных кабелей типа МКТП-4; МКТСБ; ВКПАП-2,1/9,7. Кроме того для организации междугородной связи с отдельными городами и райцентрами РБ использованы линейные тракты проходящей по территории РБ кабельной магистрали Ростелеком. С1988 г. в эксплуатации находится 120 километровый участок ВОЛС Уфа-Стерлитамак. Широкое использование для организации междугородной связи получили ведомственные кабельные линии связи. Например крупные промышленные центры Белорецк, Учалы, Сибай в качестве основной связи имеют телефонные каналы, организованные по арендуемым у министерств путей сообщения линейных трактов на участке Уфа-Белорецк. В северозападных районах РБ широко применялась и применяется аренда аналоговых линейных трактов кабельных линий нефтедобывающих предприятий и энергетики. В последние 10−15 лет получили развитие внутризоновые радиорелейные линии связи для создания крупных пучков аналоговых каналов связи с отдельными южными районами РБ Белорецким, Учалинским, Сибайским, Баймакским, Зилаирским, Акъярским, Исянгуловским, и т. д.

При этом в качестве каналообразующего оборудования применена аналоговая аппаратура магистральной и внутризонной связи Курс и Ракита.

Для создания внутризоновых трактов к некоторым городам РБ использованы отдельные участки радиорелейной линии Ростелеком, проходящие через РБ и непосредственно через г. Уфу с запада на восток. В частности в г. Юрюзань Челябинской области, находящегося в близи границы с РБ организованно ответвление на город Белорецк, и далее на г. Учалы.

Для организации внутризоновых связей пока еще используются воздушные линии связи.

В настоящее время использование ВЛС для создания внутризоновых каналов незначительно и в основном в юго-восточной и южной частях Башкирии.

С началом демократических преобразований в стране, с получением возможности доступа к высоким западным технологиям в области связи, в Республике Башкортостан была разработана концепция создания единой цифровой сети связи на основе использования волоконно-оптических кабельных линий связи и перевода отдельных РРЛ на цифровой способ передачи, существующие, строящиеся и проектируемые цифровые автоматические телефонные станции объединены в единую цифровую сеть РФ.

За последние 15 лет в РБ было построено 900 км. ВОЛС для реализации Северо-западного и Юго-Западного оптических колец, которые охватывают ряд крупных промышленных городов и сельскохозяйственных районов.

Северо-западное кольцо: Уфа-Чишмы-Давлеканово-Раевка-Белебей-Туймазы-Октябрьский, а также ВОЛС на участке: Бураево — В. Татышлы — Староболтачево.

В настоящее время в стадии разработки проектно-сметной документации находится Восточное оптическое кольцо СЦИ, частью которого является тема настоящего дипломного проекта.

Разрабатываемый дипломный проект является вторым этапом создания Восточной цифровой комбинированной линии связи Уфа-Белорецк-Аскарово — Баймак-Зилаир-Исянгулово-Салават-Стерлитамак — Уфа, которая должна обеспечить передачу всех видов трафика, включая и передачу 3−4 каналов телевидения.

Организация СТС, передача и распределение каналов ТВ по трассе ВОЛП, будет осуществлена в рамках других, отдельно разрабатываемых рабочих проектов.

В данном дипломном проекте для обеспечения подключения соединительных линий, для организации СТС, в соответствующих пунктах предусмотрена установка муфт с ответвлением волокон сельской связи.

Исходя из этих принципов в ЛАЦ г. Белорецка, Аскарово, Баймак, предусматривается установка по одному комплекту STM-4, обеспечивающих организацию передачи информации в Восточном кольце.

На основании вышеизложенного дипломным проектом должно быть разработано:

строительство ВОЛП на участке — ЛАЗ жд станции Белорецка — ЛАЗ Белорецкого РУС — ЛАЗ Учалинского РУС — протяженностью 108 км.

установка сисетм передачи информации на арендованных волокнах ВОЛП МПС на участке Белорецк — Ташбулатово протяженностью 60 км.

строительство ВОЛП на участке Ташбулатово — Аскарово — Баймак протяженностью 80 км.

Перечисленные требования схематически представлены на ситуационной схеме ВОЛП участка Восточного кольца Рис. 3.1.

1.3 Обоснование требований к проектирующей ВОЛП

Проектируемая ВОЛП разработана исходя из следующих принципиальных соображений:

1. Концепция развития синхронной цифровой сети Башкортостана предусматривает смешанную топологию построения — многокольцевую или ячеистую сеть, составленную из технологических колец с ответвлениями (т.е. смешанная радиально-кольцевая топология)

2. На сети SDH республики принята скорость передачи 622 мбит/с и 155 м/б в сек. с использованием мультиплексоров фирмы «Маркони» Германия «Flex Plex MS-¼» .

3. Максимальное использование возможностей волоконно-оптического кабеля для создания потоков на СТС.

4. Использование, в аварийных режимах, сети СЦИ Башкортостана для пропускания трафиков других регионов (в нашем случае Челябинской области).

5. Проектируемая волоконно-оптическая линия передачи в оптимальном варианте должна иметь минимальную стоимость строительства.

6. С эксплуатационной точки зрения, трасса должна проходить вдоль действующих автодорог

II. Принципы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи

2.1 Физические основы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи

Возможность передачи информации по волоконно-оптическим линиям появилась благодаря переложению квантовой теории света на его распространение в прозрачных однородных средах. Состояние квантовых систем в энергитическом отношении характеризуется 3мя энергетическими уравнениями и описывается выражением:

: U (W12) B12N1=A21*N2+U (W21) *B21*N2

Поясним это выражение на рисунках а); б); в)

Состояние а), при котором количество частиц на нижнем не возбужденном состоянии N1 больше чем на верхнем уровне N2 т. е. N1 больше N2 в этом случае система находится в устойчивом состоянии и является поглощающей.

Состояние б) — это состояние, при котором N1 и N2 примерно равны, и соответственно:

U (W21) B21N2=0 — система нейтральна, по отношению к падающей на нее энергии, т. е. прозрачна. для многих веществ, в частности для чистого кварца такая система является устойчивой. Этим объясняется высокая прозрачность современных кварцевых волокон. При третьем состоянии системы N2 больше N1, такая квантовая система является излучающей, и если ее не поддерживать с помощью излучения, она будет неустойчивой.

Реальные вещества, чаще всего характеризуются первым и вторым энергетическим состоянием одновременно.

Если к такой системе в точке «0» излучение имело мощность «Р0», то пройдя расстояние L, мощность излучения уменьшится согласно закона Бугера:

РL=P0e-бL

Где б-показатель затухания.

А= б п+ б р

б п — компонента затухания за счет поглощения.

б р — компонента затухания в следствии рассеяния света на неоднородностях.

Современные ОВ (оптические волокна) изготавливаются главным образом из химически чистой двуокиси кремния SiO2 (кварц), содержащим кроме этого соединения, небольшую составляющую гидроксильной группы ОН. Поэтому в широком диапазоне длин волн оптического излучения (0,8? 1,6 мкм) поглощения практически сведено к нулю. Поэтому составляющей б n можно пренебречь и считать, что затухание света в среде SiO2 происходит в следствие рассеяния на неоднородности.

В веществах, из которых изготавливаются современные световоды, существуют только неоднородности, размер которых много меньше длины волны — это пространственные флуктуации показателя преломления порядка размера молекул, а также сами молекулы. Рассеяние на таких неоднородностях называется упругим или Рэлеевским рассеянием.

Рассмотрим распространение светового луча в цилиндрическом световоде заключенного в оболочку с разными величинами показателя преломления. Согласно закону Снелла, устанавливающего соотношение между падающим и отраженным лучами практически угол падения, при котором падающий луч полностью отражается от границы 2 ряда равен 80,6*. Следовательно при а>80,6* свет будет распространяться по световоду.

n1 SiO2= n2 SiO2

Если диаметр сердечника оптического волокна d>л (длины волны падающего света, то в волокне распространяется большое количество мод, т. е. типов волн). На основе такого волокна изготавливаются многомодовые оптические кабели. Их назначение и область применения в данном дипломном проекте не рассматривается. Рассмотрим случай когда луч распространяется по волокну параллельно Оси т. е. И =0.

Для обеспечения одномодового решения работы ОВ необходимо выполнение 2-х условий.

Первое: V? 2,405 где V-число мод, при этом условии в волоконно распространяется одна мода. (НЕn)

Второе: d1 (n12-n22) =0.38 л, где d1 — диаметр сердечника.

Анализ этого равенства показывает, что для оптимизации одномодового режима распространения параметры волокна выбирают в пределах

d1 =8*10мкм

n= n1-n2=0.003? 0.005 при этом внешний диаметр ОВ т. е. вместе с оболочкой, как и для многомодовых ОВ равен 125 мкм.

Существенное значение для создания оптимальным условий распространения света в одномодовом волокне имеет выбор диапозона длины волны излучателя. На рисунке приведены графики зависимости коэффициента затухания от длины волны

Как видно из графика, минимальные потери аЎХ 0,4 дб/км одномодовое волокно имеет в диапазоне длин волн1280−1330 нм — 2-ое окно призрачность и еще менее 0,24 дб/нм в диапазоне 1530−1560 нм — 3-е окно прозрачности.

Освоение 2-ого окна прозрачности осуществлялось в направлении создания одномодовых оптических колебаний; 3-его окна прозрачности — для многомодовых ОК.

Для передачи информации по волоконно-оптическим кабелям применяется квантовые генераторы — лазеры, луч которых модулируется импульсно-кодовым сигналом. На приемном конце модулированный световой луч принимается оптическим детектором. Совокупность электронно-оптических преобразователей обеспечивающих связь между оптической и электронной частями волоконно-оптической системы и составляет современные волоконно-оптические линии передачи.

По сравнению с электрическими кабельными линиями передачи ВОЛП имеет ряд существенных преимуществ:

1. Широкая полоса пропускания (до 100 000Гц)

2. Низкие потери полезного сигнала (затухание не зависит от частоты, и остается прозрачным в пределах окна прозрачности, полосы пропускания)

Эти два преимущества дают возможность сократить число регенераторов и увеличить дальность в десятки раз.

3. Нечувствительность к электромагнитным полям и не создает электромагнитных наводок (ЭМН), в т. ч. и на собственную систему передачи, поэтому область применения ВОК широка — от медицины до самолетостроения.

4. Малый вес. Оптические кабели весят значительно легче медных (в 9−10 раз).

5. Малый размер (при одной и той же информационной емкости оптический кабель тоньше медного в 10 раз, отсюда и диапазон применения — практически во всех отраслях где используются кабели для передачи информации на любые расстоянии).

6. Безопасность — так как волокно является диэлектриком и не проводит ток.

7. Секретность — отсутствие возможности перехвата информации.

2.2 Конструкция, классификация и параметры передачи одномодовых оптических волокон

Конструкция оптического волокна

Основные конструктивные элементы ОВ показаны на рисунке 2.1.

Каждое волокно состоит из ядра (сердцевины) и оболочки с различными показателями преломления.

Ядро — светопередающая часть волокна изготавливается либо из кварцевого стекла, либо из пластика.

Оболочка — обеспечивает переотражения света в ядро волокна таким образом, чтобы световые волны распространялись только по ядру.

Защитная оболочка — обеспечивает прочность волокна, поглощения ударов, и дополнительную защиту волокна от воздействия окружающей среды. Такие буферные оболочки обычно бывают многослойными, изготавливаются из пластика и имеет толщину от 250 до 900 мкм.

В настоящее время в различных системах связи в качестве передающих сред наибольшее распространение получили одномодовые оптические волокна, и имеющие наименьшую дисперсию и наибольшую пропускную способность. Одномодовые волокна подразделяются на три основных типа:

а) волокна с несмещенной дисперсией SF — стандартные волокна со ступенчатым профилем показателя преломления применяется в основном для работы во II-ом окне прозрачности 1310 нм.

б) волокна со смещенной дисперсией DSF — волокна полностью оптимизированные для работы в III окне прозрачности 1550 нм.

в) волокна с нулевой смещенной дисперсией NZDSF — созданы с целью преодолении недостатков волокна DSF, которые проявляются при работе с мультиплексным оптическим сигналом больших скоростей передачи в системах STM-16 — на 2,4 гбит/с и SMT — 64 — на 10гбит/с в пределах одной длины волны и волновое мельтиплексирование WDM.

По расстоянию между узлами коммутации и скорости передачи наиболее предпочтительно стандартное одномодовое волокно SF. Явление межмодовой дисперсии в таком волокне отсутствует, а ширина полосы пропускания ограничивается хроматической дисперсией. Стандартное одномодовое волокно предназначено для работы в диапазоне длин волн 1,285−1,330 мкм. в котором величина хроматической дисперсии в ОВ достигает минимального, близкого к нулю значения. Возможно также использование этого ОВ в спектральном диапазоне 1,525−1,565 мкм, затухание на этих длинах волн очень мало (~0,2 дб/км), а дисперсия составляет 16−18 пс/нмкм.

Параметры стандартного одномодового ОВ регламентируется рекомендацией G.652 МСЭ-Т.

Рис. Одномодовое волокно

Приведем параметры передачи и дисперсионные характеристики одномодового волокна SMF-28™ CPC6 (Рекомендация МСЭ-Т G.652), выпускаемого фирмой Corning.

Таблица 1.3 Характеристики одномодового волокна SMF-28™.

Технические параметрыSMF-28™Рабочая длина волны, нм1310 /1550 Коэффициент затухания, дБ/нм, не более: — на длине волны 1310 нм — на длине волны 1550 нм — на длине волны 1625 нм 0.35 0.22 — Коэффициент хроматической дисперсии, пс/нм· км, не более: — в интервале длин волн (1285−1330) нм — в интервале длин волн (1530−1565) нм — в интервале мин волн (1565−1625) нм 3.5 18 — Наклон дисперсионной характеристики в области длины волны нулевой дисперсии, пс/нм2· км, не более: — в интервале длин волн (1285−1330) нм 0.092Длина волны отсечки, нм, не более1260Диаметр модового поля, мкм; - на длине волны 1310 нм — на длине волны 1550 нм 9.2±0.4 10.35±0.08Геометрия стекла: — собственный изгиб волокна — диаметр отражающей оболочки — неконцентричность сердцевины — некруглость оболочки >4.0 м 125.0±1,0 мкм <0.5 мкм 1.0%

3. Выбор и обоснование оборудования ВОСП

3.1 Схема организации связи

Схема организации связи, представленная на рисунке № 3.1.

Рис. 3.1 Схема организации связи

Схема организации связи, учитывающая существующее, и с учетом перспективы развития, расписание каналов междугородней связи представлена на рисунке 3.1.

В таблице II показан сетевой внутризоновый трафик на 2005 год.

Таблица II.

Количество выделенных потоков в соответствующих населенных пунктах определенно из сетевого трафика и представлено в таблице III.

Таблица III

В соответствии с данной таблицей предполагается в Белорецке и Учалах выделение по 21 потоку Е1 (2,048 Мбит/с), обеспечивающих организацию до 630 оконечных каналов автоматической междугородней телефонной связи (АМТС), интернет, мобильной связи арендованных каналов.

В Аскарово и Баймаке предполагается выделить для этих целей по 7 потоков Е1 (2,048 Мбит/с). Проектируемое оборудование размещается в существующих помещениях линейно-аппаратных залов Учалинского, Белорецкого, Аскаровского, Баймакского РУС, а также в ЛАЗ станции Ташбулатово.

По трассе прохождения оптического кабеля на участке Белорецк — Учалы, в населенных пунктах Уральск, Уразово, на участке Ташбулатово — Аскарово в населенных пунктах Кусимувский рудник и на участке Аскарово — баймак в населенных пунктах Темясово, Тубинский. Предусмотренна отпайка волокон с использованием разветвленных муфт для организации сельской телефонной связи.

Схема организации Восточного кольца СЦИ республики Башкортостан строится на использовании волоконно-оптического 16 ти волоконного кабеля подвешиваемого на опорах питающей сети железной дороги Уфа — Магнитогорск, на участке Уфа — Архангельское — Белорецк — Ташбулатово в данном кабеле выделенно 8 оптических волокон, которые используют и в настоящем депломном проекте для организации связи между населенными пунктами Белорецк и Аскарово, входящие в состав проектируемой ВОЛП.

В генеральном плане строительства синхронной цифровой сети Башкортостана в восточном направлении предусмотрено III этапа.

На I этапе строится участок кольца Белорецк — Аскарово — Баймак с ответвлением на город Учалы.

На II этапе будет продолжено строительство кольца от города Баймака на город Зилаир, Исянгулово, Мраково, Мелеуз.

На III этапе реализация восточного кольца завершается строительство ВОЛП Уфы — Архангельское — Белорецк.

Настоящий дипломный проект реализует I этап строительства Восточного кольца.

Проектом предусматривается: см. ситуационную схему рис. 3.2.

Прокладка волоконного-оптического кабеля в грунте от г. Учалов до г. Белорецка протяженностью 100 км.

Прокладка ВОК в грунте от станции Ташбулатово Южно-Уральской железной дороги до р. ц Аскарово протяженностью 40 км.

Прокладка ВОК в грунте от р. ц Аскарово до г. Баймака, протяженностью 80 км.

Количество и распределение волокон на проектируемом участке ВОЛП определим с учетом;

передачи каналов междугородней связи;

организации отдельных систем передачи для сельской телефонной связи (СТС) и в интересах гражданской обороны (ГО) и чрезвычайных ситуаций;

передачи 3х — 4х каналов телевидения;

обеспечение выхода на новую сеть челябинской области через город Магнитогорск.

Принятые исходя из этого распределения волокон приведено в таблице I.

Схема распределения волокон показана на рис. 3.3

Рис. 3.3 распределения волокон в кабеле.

Распределение потоков информации в Южном кольце предполагает организацию самозалечивающегося кольца на 63 потока Е1 и 1 поток Е3 для 3 каналов телевидения.

3.2 Структурная схема волоконно-оптической линии передачи

Рис. 3.2 Схема трасы ВОЛП участка восточного кольца

3.3 Технические характеристики оборудования линейного тракта

При построении современных ВОЛС стараются использовать технологию синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH). Это вызвано рядом преимуществ СЦИ над плезиохронной системой (PDH), рассмотрим основные преимущества этой системы.

Упрощение схемы построения и развития сети. Упрощение структурной схемы сети и сокращение числа требуемого оборудования стали возможными благодаря тому, что SDH-мультиплексор заменил собой по функциональным возможностям стойку мультиплексоров PDH. Плезиохронный мультиплексор демультиплексировал поток для выведения нескольких компонентных сигналов, а затем мультиплексировал весь набор компонентных сигналов снова. SDH-мультиплексор выделяет требуемые компонентные сигналы, не разбирая весь поток. Оборудования нужно меньше, требования к питанию снижаются, площади освобождаются, затраты на эксплуатацию уменьшаются.

Высокая надежность сети. Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов (мультиплексоров). Использование кольцевых, топологий предоставляет возможность автоматической перемаршрутизации каналов при любых аварийных ситуациях на резервный путь.

Полный программный контроль. Управление конфигурацией сети, отслеживание и регистрация аварийных ситуаций осуществляются программными средствами с единой консоли управления. В функции центральной управляющей системы входят также средства поддержки тестирования каналов и контроля за качеством работы основных блоков мультиплексоров.

Предоставление услуг по требованию. Создание новых или перемаршрутизация старых каналов пользователя — вопрос одного часа.

" Высокий уровень" стандартизации SDH-технологии позволяет использовать оборудование разных фирм-производителей в одной сети.

Технология СЦИ/SDH поддерживает уровни иерархии каналов (по европейскому стандарту) со скоростями передачи 2,048 Мбит/с (пользовательский интерфейс Е1 по стандарту G.703) и 155,520 Мбит/с, 622,080 Мбит/с, 2,488 Гбит/с, и т. д. (интерфейсы передачи, соответствующие синхронным транспортным модулям STM-N (N=1, 4,16,.).

Рассмотрим используемые в SDH устройства.

Функционально мультиплексор SDH имеет два набора интерфейсов: пользовательский и агрегатный. Пользовательский набор отвечает за подключение пользователей, а агрегатный — за создание линейных межузловых соединений.

Данные интерфейсы позволяют создавать следующие базовые топологии:

кольцо;

цепочка;

точка-точка.

Из данных базовых элементов, как из кубиков, складывается топология всей сети мультиплексоров. Сложные сети обычно имеют многоуровневую структуру. Первый уровень оборудование доступа пользователей. Этот уровень состоит из оборудования «последней мили» и, как правило, мультиплексоров STM-1. Первое отвечает за доведение сигнала пользователей (чаще всего сигнала Е1, Е2) *до мультиплексоров первого уровня. В роли оборудования «последней мили» обычно выступают так называемые оптические модемы, по сути являющиеся конвертерами электрического сигнала в оптический и обратно. Мультиплексоры данного уровня собирают каналы пользователей для дальнейшей транспортировки. Следующий уровень составляют мультиплексоры доступа к сети (как правило, STM-4). Они осуществляют сбор потоков STM-1 и дальнейшее их мультиплексирование. Последний уровень — транспортный — на данный момент определяют мультиплексоры STM-16, которые занимаются сбором и дальнейшей передачей STM-4.

Исходя из сложившихся экономической и политической составляющих коньюнктуры рынка для строительства синхронных сетей республики Башкортостан в основном в иерархии SDH применяется оборудование немецкой фирмы BOSCH (Marconi). Поскольку перспективная схема развития сети SDH разработана с применением этого типа оборудования и с учетом требований для данной ВОЛП, отраженных в пункте 3.1 в данном проекте в качестве оборудования линейного тракта применены мультиплексоры типа FlexPlex MS ¼. Богатые возможности этого SDH — мультикомплексора придают сети передачи универсальный характер. Соответствие системы международным стандартам и вытекающая отсюда согласованность с существующими и будущими передающими системами создают идеальные условия для дальнейшего развития уже имеющихся сетей связи Башкортостана.

Общая характеристика системы

Синхронный мультиплексор FLEX-PLEX MS ¼ с функциями ADD/ DROP и возможностями Cross-Connect обобщает созданные фирмой Bosch Telecom (Marconi) системы дальних передач, местных и абонентских линий. Концепция этих систем соответствует всем требованиям, которые определены для мультиплексоров SDH — структур и Рекомендации G 709 ITU — T и в ETSIETS 300 147 которые отображены на рисунке 2.3.

Рис. № 2.3 Синхронная мультиплексная структура, отвечающая требованиям рекомендация ITU-T и ETSI

В состав мультиплексора FLEX-PLEX MS ¼ входят следующие модули:

Модуль LM (линейный модуль)

Модуль SWM (коммутационный модуль)

Модуль АМ (абонентский модуль)

Модули LM позволяют включать оптические волокна входа-выхода (Восток-Запад) со скоростью передачи STM-4 (622мбит/с). С помощью модуля АМ может осуществляться доступ для следующих сигналов 1,5 мбит/с; 2 мбит/с; 34 мбит/с; 45 мбит/с; 140 мбит/с — плезиохранных сигналов STM-1 (155 мбит/с) и STM-4 (622 мбит/с).

Управление системой, техническое обслуживание, структура FLEX PLEX MS ¼

Концепция качества и надежности.

Обеспечение качества передачи.

Программа обеспечения надежности служит для считывания и вывода на дисплей информации об ошибках, которые ведут к ухудшению качества передачи или к нарушения соединения в сети.

Концепция сохранения постоянного качественного уровня передачи базируется на 4 взаимодополняющих компонентах:

1. Контроль системы

2. Контроль сигналов

3. Расчет качества данных

4. Анализ и локализация неполадок

Контроль системы — система считывает и немедленно сообщает на дисплей обо всех неординарных случаях (например о неисправности системы элементов и т. д.)

Контроль сигналов — система непрерывно следит за подключением входов. Все указанные в рекомендациях ITU-T неполадки немедленно считываются и локализуются.

Расчет качества данных — основой этого расчета является расчет частоты ошибок по битам (BER). BER определяется при сигналах STM-N и SDH методами BIP-8, BIP 24x Nu и BIP2, при плезнохронных цифровых сигналах — любым обычным методом (например, CRC-4).

Качественные данные переданных цифровых сигналов рассчитываются в соответствии с рекомендациями G 82 или G826 ITU-T. Расчеты сохраняются определенное время в системе и могут запрашиваться при необходимости.

Анализ и локализация неполадок — вся информация о неполадках, оценивается, запоминается в локальной памяти, выводится на дисплей панели управления и передается в систему управления сетью.

Лазерное блокирование выключения

Оптически узлы MS ¼ оснащены лазерным блокировочным выключением. Оно служит для защиты персонала от лазерного излучения при нарушениях в линиях дальней передачи.

Обеспечено автоматическое восстановление передачи после восстановления линии. Наряду с этим имеется возможность запуска линии вручную или принудительного подключения лазера в целях тестирования.

Концепция технического обслуживания — позволяет проводить некоторые ремонтные работы (например, замену дефектного узла) на включенных приборах не причиняя вреда другим системам узла.

Неправильно, сделанные по недосмотру, вставки не причинит вреда ни узлам, ни самой системе, а быстро выявляется и устраняется.

Конструкция и монтаж — монтаж мультиплекора FLEX PLEX MS ¼ соответствует требованиям ETSI T/TM 02−13. в одном блок-карсе размером 600мм*2200мм*300мм монтируется до 3-х опорных рам с одной совместной панелью подключения и предохранителей.

Соединительные кабели подключаются к СРМ. СРМ — это устройства с отдельными фронтальными платами, позволяющими осуществлять гибкую адаптацию соединений к требованиям потребителя и различным скоростям передачи (коаксильно, симметрично…). Фронтальное расположение кабелей делает возможным монтаж стойки на стене. Стойки выполняются открытыми и не нуждаются в дополнительной вентиляции.

Технические характеристики оптических интерфейсов приведены в таблице IV

Рассмотрим структурную схему мультиплексирования сигнала SDH рис. 2.3.

На самом низком уровне мы имеем контейнер С-n. где п варьируется от 1 до 4. Этот базовый элемент сигнала STM (Synchronous Transport Module — название принято для обозначения Г уровней SDH-иерархии; например, сигнал STM-1 — 155,52 Мбит/с, STM-4 — 622,08 Мбит/с и т. д.) представляет собой группу байтов, выделенных для переноса сигналов со скоростями по рекомендации G.702. Другими словами, это то, что мы имеем на входе в SDH-мультиплексор.

Данные сигналы преобразуются в так называемые виртуальные контейнеры (VC-n), где п варьируется от 1 до 4. Виртуальные контейнеры низкого порядка формируются из контейнера С-1 или С-2 и дополнительной емкости для трактового заголовка (РОН — Path Overhead). В виртуальные контейнеры высокого порядка (п=3 или п=4) вместо С-n может входить также сборка компонентных блоков (TUG). РОН включает в себя информацию для контроля характеристик VC, сигналы для техобслуживания и признаки тревожных ситуаций. В случае VC высокого порядка в РОН входят еще и признаки структуры мультиплексирования.

Компонентный блок (TU-n), где п варьируется от 1 до 3, состоит из VC и указателя компонентного блока и обеспечивает сопряжение уровней высокого и низкого порядка. Значение указателя определяет согласование фазы VC с добавленным к нему РОН компонентного блока. Группа компонентных блоков (TUG-n), где п=2 или п=3, — это группа идентичных TU или TUG, позволяющая осуществлять смешение полезной нагрузки.

Административный блок (AU-n), где п=3 или п=4, состоит из УС-3 или УС-4 и указателя AU. Он обеспечивает сопряжение путей более высокого порядка и уровня секции с мультиплексированием. Значение указателя определяется согласованием фазы VC-n с кадром STM-1. Группа административных блоков (AUG) — группа AU с чередующимися байтами — занимает фиксированное положение в нагрузке STM-1. Синхронный транспортный модуль (STM-N) содержит п групп AUG с информацией SOH (Section Overhead), касающейся кадрирования, обслуживания и работы. N групп AUG чередуются через один байт и находятся в фиксированном положении по отношению к STM-N.

Основываясь на рассчитанном количестве каналов, таблица II выбираем аппаратуру синхронной цифровой иерархии STM-4 FlexPlex MS ¼ фирмы «Marconi». При выборе аппаратуры мультиплексирования решающую роль сыграло наличие в Республике Башкортостан аналогичных существующих синхронных систем передачи и управляющего комплекса «NSU/SISA» этой же фирмы, который установлен ЛАЦе Уфимской АТС. Этот комплекс позволяет управлять и контролировать 200 объектов. В настоящее время в данный комплекс включены объекты: Уфа-0, Уфа-1, Тазларово, Покровка, Салават, Чишмы, Давлеканово, Раевский, Белебей, Туймазы, Благовещенск, Бирск, Бураево, Калтасы и Нефтекамск.

Мультиплексор STM-4 предназначен для организации цифрового потока со скоростью передачи 622,08 Мбит/с, работающий по одномодовому оптическому кабелю с длиной волны 1300 нм, или 1500 нм. Для кольпевьгххтруктур построения сети используется мультиплексор с функцией вставки/выделения рис 3.3.1 предназначенный для обеспечения простого доступа к трибутарным потокам PDH и SDH.

Рисунок 3.3.1 Схема мультиплексора с функцией вставки/выделения

Синхронные мультиплексоры MS ¼ представляют собой модульные подстативы, в котором каждый модуль выполняет соответствующие функции, такие как:

PRM — блок процессора управляет и контролирует все модули, размещенные в секции мультиплексора. Кроме этого PRM оценивает, обрабатывает и создает сигналы для следующих интерфейсов;

Интерфейс Q3p для подключения, мультиплексора к сети управления сетью OPEN NSU; Интерфейс QD2 для подключения сетевого элемента к сети SISA; Интерфейс UAI для подключения локального терминала оператора;

SWM4M — блок коммутации СЦИ, имеет 16 входов STM1S и 16 выходов STM1S и в связи с этим может устанавливать до 1008 соединений (16×63) для эквивалентов TU-12. Он представляет собой пространственную матрицу кроссовых соединений, которая устанавливает соединения на уровне контейнеров. В мультиплексорах MS ¼ может использоваться до восьми модулей доступа, каждый из которых создает цикл STM1S. При установке блока SWM4M в мультиплексоре MS ¼ дополнительно могут быть активны одновременно до двух линейных модулей. При передаче сигналов STM-4 каждый из них создает четыре цикла STM1S. Из них получают до 16 сигналов STM1S. Кроме того блок SWM4M содержит генератор тактовых сигналов СЦИ (SETS) для получения основного тактового сигнала 2048 кГц, необходимого для системы. Из него образуется также системный тактовый сигнал СЦИ и тактовый сигнал для цикловой синхронизации СЦИ;

SWM4M-24 — модуль коммутационного поля. В этом блоке находится матрица кроссовых соединений SDH с 24×24 точками коммутации для внутреннего цикла переключения STM1S. Через эти внутренние циклы подключения, которые имеют ёмкость сигнала STM-1 (63 эквивалента TU-12). блок коммутации осуществляет кроссовое соединение сигналов для линейного модуля и модуля доступа. Ядром коммутационного поля является не блокируемая полнодоступная матрица временного коммутатора ёмкостью 1008 эквивалентов VC-12. Матрица осуществляет все переключения под управлением встроенного микроконтроллера. Все подключаемые к мультиплексору плезиохронные сигналы перед вводом в коммутатор преобразуются в виртуальный контейнер соответствующего уровня на основании рекомендации ITU-T № G.709. коммутатор обеспечивает подключение сигналов уровней: TU-12 (2 Мбит/с), TU-2 (8 Мбит/с), TU-3 (34 Мбит/с) и AU-4 (140 Мбит/с). При этом возможна организация следующих видов соединений:

однонаправленное;

двунаправленное;

шлейф:

доступ с разделениями:

метание.

СРМ-РКМ модуль. напели соединении, используется для подключения блока процессора. Модуль СPM-PRM содержит следующие интерфейсы:

Интерфейс Q3p для подключения мультиплексора FlexPlex MSI/4 к системе управления сетью OPHN NSU:

интерфейс QD2 для подключения сетевого элемента к сети SISA;

интерфейс I I. A1 для подключения локального терминала оператора (UA1 или LMT);

интерфейс для сигнализации типа 7R;

ЛМ-2 — модуль доступа. Данный модуль позволяет обработать до 21 потока Е1 (2 Мбит/с), имеет матрицы кроссовых соединений и временную ступень время — пространство — время матрицы кроссовых соединений. Принимаемые сигналы Е1 объединяются в два цикла STM1S и передаются на блок коммутации. В противоположном направлении производится соответствующее демультиплексирование сигналов F, 1. В области доступа или при переходе на другие сети модули. ЛМ-2 могут выполнять функции интерфейса S2M и V2M (функции NT п HI первичного мультиплексного доступа ISDN). Кроме того, модуль ЛМ-2 выполняет функции синхронизации выходного сигнала. г) та функция реализуется посредством передачи 2 Мбит/с с синхронным тактовым сигналом системы. Принимаемый сигнал 2. Мои г/с должен иметь точность тактовой синхронизации СЦИ, в противном случае буфер приема переполняется, что ведет к контролируемому проскальзыванию цикла, однако, ошибки не возникают;

AM-34MUX — модуль доступа обеспечивает обработку одного 34 Мбит/с сигнала и пяти сигналов HI. Принимаемые в одной из частей интерфейса сигналя 34 Мбит/с вначале разбираются на сигналы 16×2 Мбит/с. а затем вместе с пятью сигналами 2 Мбит/с объединяю гея в два цикла STM1S и передаются на блок коммутации. В противоположном направлении производится соответствующее демультиплексирование;

АМ-34 — модуль доступа обеспечивает обработку для трёх сигналов 34 Мбит/с. а также матрица кроссовых соединений;

AM-140 системный модуль обеспечивает обработку одного сигнала 40 Мбит/с. и имеет матрицы кроссовых соединений:

AM-STM I — HI. системный модуль обработки одного электрического сигнала STM-1.11р|1 принимаемые сигналы S ГМ-1 завершаются и разбираются на содержащиеся в них ip-пoлярные сигналы. Все компоненты сигналов объединяются в два цикла STM1S и передаются па блок коммутации. В противоположном направлении производится соответствующее объединение в сигналы STM-1;

ПМ-4 — модуль оптического линейного тракта. Модуль LM-4 обеспечивает обработку одного оптического сигнала STM-4 (агрегатный интерфейс 622.08 Мбит/с согласно рекомендации (i. c) 57) и имеет матрицу кроссовых соединений и временные ступени временной — пространственной — временной матрицы кроссовых соединений:

С’РМ-ПМ — модуль позволяет установить в агрегатных местах секции модуль LM:

СРМ-ЛМ-2 — закрепляется за модулем доступа АМ-2 и предоставляет 21 компонентный интерфейс 2 Мбит/с на шести штекерах Sub-D;

СРМ-АМ-34 используется для подсоединения системного модуля АМ-34. и предоставляет ipn комнонентных интерфейса 34 Мбит/с на шести коаксиальных штекерах:

Каждый мультиплексор снабжён панелью локальной сигнализации аварийных состояний. По бокам статива предусмотрено пространство для подводимых к мультиплексору кабелей.

При разработке мультиплексоров MS ¼ были использованы принципы децентрализации, что позволило отказаться от единого блока питания. Каждый модуль содержит свой преобразователь, вырабатывающий напряжения, используемые модулями. Применение такого подхода значительно увеличило надёжность устройства и уменьшило потребляемую мощность.

1.4 Характеристика транспортной системы

Достижения современной техники коммутации и передачи привели к тому, что возникла необходимость в создании современной цифровой транспортной сети или системы. Транспортная система (ТС) — это инфраструктура, объединяющая ресурсы сети, выполняющие функции транспортирования. При транспортировании выполняются не только перемещение информации, но и автоматизированное и программное управление сложными конфигурациями (кольцевыми и разветвлёнными), контроль, оперативное переключение и другие сетевые функции. ТС является базой для всех существующих и планируемых служб, для интеллектуальных, персональных и других перспективных сетей, в которых могут использоваться синхронный или асинхронный способы переноса информации.

Транспортная система СЦИ — органическое соединение информационной сети и системы контроля и управления SDH. Нагрузкой информационной сети СЦИ могут быть сигналы существующих сетей ПЦИ, а также сигналы новых служб и сетей связи. Аналоговые сигналы предварительно преобразовываются в цифровую форму с помощью имеющегося на сети оборудования.

В информационной сети СЦИ четко выдерживается деление по функциональным слоям. Сеть содержит три топологически независимых слоя (каналы, тракты и среда передачи), которые подразделяются на более специализированные слои. Каждый слой выполняет определённые функции и имеет точки доступа. Они оснащены собственными средствами контроля и управления, что минимизирует усилия при ликвидации аварий и снижает их влияние на другие слои. Функции слоя зависят от физической реализации нижнего обслуживающего слоя. Каждый слой может создаваться и совершенствоваться независимо.

В информационной сети используются принципы контейнерных перевозок. Благодаря этому сеть SDH достигает универсальных возможностей транспортирования разнородных сигналов. В транспортной системе SDH перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые цифровые структуры — виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы нагрузки, подлежащие транспортировке. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от содержания. После доставки на место и выгрузки сигналы нагрузки обретают исходную форму. Поэтому транспортная система SDH является прозрачной.

Создание сетевых конфигураций, контроль и управление отдельными станциями и всей информационной сетью осуществляется программно и дистанционно с помощью системе обслуживания SDH.

В слое среды передачи самыми крупными структурами SDH являются синхронные транспортные модули (STM), представляющие собой форматы линейных сигналов. Для создания высокоскоростных линейных сигналов используется синхронное мультиплексирование.

Применяемая транспортная система относится к четвертому уровню синхронной цифровой иерархии. Образование синхронного транспортного модуля STM-4 происходит путём мультиплексирования четырех синхронных транспортных модулей первого уровня (STM-1).

Для понимания образования структуры цикла синхронного транспортного модуля четвертого уровня (STM-4), необходимо первоначально рассмотреть структуру цикла STM-1.

Рассмотрим логическую структуру модуля STM-1, представленную в виде цикла STM-1 с его заголовками. Модуль STM-1 имеет скорость 155 Мбит/с. Кроме информационной нагрузки модуль STM-1 имеет избыточные сигналы (ОН), обеспечивающие автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания (ОАМ) и вспомогательные функции. Такие избыточные сигналы называются «заголовками». Поскольку STM используется в сетевом слое секций, его заголовок называется секционным (SOH). Он подразделяется на заголовки регенерационной (R SOH) и мультиплексной (М SOH) секций. R SOH передаётся между регенераторами, а М SOH между пунктами, в которых формируется и расформировывается STM, проходя регенераторы транзитом. R SOH — выполняет функции цикловой синхронизации, контроля ошибок, указания порядка синхронизируемого модуля, а также создаёт каналы передачи данных, служебной связи и пользователя. М SOH — выполняет функции контроля ошибок и создаёт каналы управления системой автоматического переключения на резерв, передачи данных и служебной связи. Структура цикла модуля STM-1 приведена на рисунке 1.2.

Цикл STM имеет период повторения 125 мкс. Обычно цикл представляется в виде двумерной структуры (матрицы), формат которой: 9 строк на 270 однобайтных столбцов (9×270=2430 элементов). Каждый элемент соответствует одному байту (8 бит) информации и скорости 64 кбит/с. Весь цикл STM-1 имеет скорость передачи равную 64×2430=155 520 кбит/с. Цикл STM-1 состоит из трёх групп полей: поле секционных заголовков — регенерационной секции (R SOH) формата 3×9 байтов и мультиплексной секции (М SOH) формата 5×9 байтов; поле указателя AU-4 формата 1×9 байтов; поле полезной нагрузки формата 9×261 байтов.

Блок AU-4 служит для переноса одного виртуального контейнера VC-4, имеющего свой маршрутный (трактовый) заголовок РОН (левый столбец размером 9 байтов). Основное назначение РОН — обеспечить целостность на маршруте от точки сборки виртуального контейнера до точки его разборки.

Байты заголовка имеют следующие значения:

байт Л — используется для передачи в циклическом режиме 64×8 битовых структур для проверки целостности связи;

байт ВЗ — BIP-8 код, контролирующий ошибки чётности в предыдущем контейнере;

байт С2 — указатель типа полезной нагрузки. Несёт информацию о наличии полезной нагрузки:

байт G1 — указатель состояния маршрута. Используется для передачи информации о состоянии линии к удалённому терминалу (например, о наличии ошибок или сбоев на дальнем конце);

F2,Z3 — байты, которые могут быть задействованы пользователем данного маршрута для организации канала связи;

Н4 — обобщённый индикатор положения нагрузки, используется для организации мультифреймов;

Z4 — байт зарезервирован для возможного развития системы;

Z5 — байт оператора, зарезервирован для целей администрирования сети.

Рассмотрим структуру заголовков цикла STM-1. Заголовок SOH (рисунок 1.4) состоит из двух блоков: R SOH — заголовка регенераторной секции размером 3×9=27 байт и М SOH — заголовка мультиплексной секции размером 5×9=45 байт. Заголовки R SOH и М SOH содержат следующие байты:

байты А1, А1, А1, А2, А2, А2 являются идентификаторами наличия цикла STM-1 в цикле STM-N (А1 = 11 110 110, А2=101 000);

байт В1 и три байта В2 формируют две кодовые последовательности, используемые для проверки на чётность с целью обнаружения ошибок в предыдущем фрейме: BIP-8 формирует 8-битную последовательность для размещения в В1 и BIP-24 — 24-битную последовательность для размещения в трёх В2;

байт С1 определяет значение третьей координаты «с» — глубину интерливинга в схеме мультиплексирования STM-N;

байты D1-D12 формируют служебный канал передачи данных DCC: D1-D3 формируют DO канал регенераторной секции (192 кбит/с), D4-D12-DCC канал мультиплексной секции (5 кбит/с);

байты El, E2 могут быть использованы для создания служебных каналов голосовой связи: I для регенераторной секции (64 кбит/с), Е2 для мультиплексной секции (64 кбит/с);