Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Анализ и моделирование передачи данных по оптоволоконным сетям связи в условиях влияния внешнего магнитного поля

Диссертация: Анализ и моделирование передачи данных по оптоволоконным сетям связи в условиях влияния внешнего магнитного поля
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Важнейшим элементом направляющих систем являются волоконно-оптические кабели. Применение цифровых систем передачи информации на железнодорожном транспорте связано с целым рядом трудностей, вызванных особенностями организации первичной сети связи МПС. Например, на сети связи МПС по одной и той же кабельной магистрали организуются все виды первичных и вторичных сетей, то есть магистральных дорожных… Читать ещё >

Анализ и моделирование передачи данных по оптоволоконным сетям связи в условиях влияния внешнего магнитного поля (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Оценка эффективности линий связи
    • 1. 1. Критерии оценки линий связи
    • 1. 2. Оценка эффективности различных видов линий связи
      • 1. 2. 1. Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических проводников
      • 1. 2. 2. Радиорелейные линии связи
      • 1. 2. 3. Спутниковые линии связи
      • 1. 2. 4. Волоконно-оптические линии связи
  • Выводы по главе
  • 2. Передача света по оптическому волокну с точки зрения электромагнитной теории
    • 2. 1. Прохождение света по оптическому волокну с точки зрения электромагнитной теории
    • 2. 2. Электрооптические эффекты присутствующие в оптическом волокне
      • 2. 2. 1. Эффекты Керра
      • 2. 2. 2. Магнитооптический эффект Керра
      • 2. 2. 3. Электрооптический эффект Керра
      • 2. 2. 4. Электрооптический эффект Поккельса
    • 2. 3. Продольный магнитооптический эффект Фарадея
  • Выводы по главе
  • 3. Влияние магнитного поля на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна
    • 3. 1. Расчет влияния магнитного поля контактной сети железной дороги на процесс распространения света в оптическом волокне
    • 3. 2. Распределение влияющего магнитного поля
    • 3. 3. Определение изменения параметров оптического волокна под воздействием внешнего магнитного поля
  • Выводы по главе
  • 4. Компьютерное моделирование распространения света в оптическом волокне
    • 4. 1. Этапы моделирования
    • 4. 2. Моделирование распространения света в оптических волокнах
    • 4. 3. Описание электромагнитного поля с помощью уравнений Максвелла
    • 4. 4. Результаты компьютерного моделирования
  • 5. Экспериментальное исследование процесса распространения по оптическому волокну
    • 5. 1. Полный факторный эксперимент
    • 5. 2. Дробный факторный эксперимент
    • 5. 3. Экспериментальное исследование влияния магнитного поля
    • 5. 4. Схема проведение эксперимента
  • Выводы по главе

Одним из перспективных направлений совершенствования линий электрической проводной связи является внедрение оптических кабелей. Волоконно-оптические линии связи обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с существующими, поэтому внедрение, строительство, монтаж и прокладка оптических кабелей, внедрение новой техники и новых технологий в этой области является очень перспективным направлением совершенствования линий связи.

Важнейшим элементом направляющих систем являются волоконно-оптические кабели. Применение цифровых систем передачи информации на железнодорожном транспорте связано с целым рядом трудностей, вызванных особенностями организации первичной сети связи МПС. Например, на сети связи МПС по одной и той же кабельной магистрали организуются все виды первичных и вторичных сетей, то есть магистральных дорожных и отделенческих видов связи, при этом требуется организация групповых каналов оперативно-технологической связи (ОТС), прямых каналов обще технологической связи между промежуточными станциями отделения дороги, прямых обходных каналов диспетчерских кругов, каналов сбора дискретной информации.

Преимущества волоконно-оптического кабеля по сравнению с обычными симметричными кабелями позволяют решить многие из этих вопросов.

Исходя из этого вопросы строительства волоконно-оптических линий связи приобретают первостепенное значение. Различные способы монтажа оптических кабелей, их прокладки ставят вопрос выбора наиболее эффективных методов, по экономической эффективности обеспечение высокого качества связи и большей надежности. При этом способы прокладки имеют разную эффективность при различных условиях. Протяженность линий связи достаточно велика и поэтому условия прокладки по всей линии может существенно отличаться для чего различными фирмами разработаны разные способы монтажа и прокладки.

В направлении исследований волоконно-оптических линий связи работали многие зарубежные и отечественные ученые: Стерлинг Д.Дж., Снайдер A.M., Иванов А. Б., Убайдуллаев P.P., Горлов Н. И., Дмитриев С. А., Слепов H.H., Жуков В. К., Яковлев В. В., Ульяницкий Е. М., Ильюшенко В. Н., Шамкин В. Н., Остапенков А. Г., Фомин H.H. Научные школы в этой области существуют в Москве (МТУСИ), Санкт-Петербурге (ПГУТИ, ПГУПС), Ростов (РГУПС), Тамбов (ТГТУ), Воронеж (ВГУ), Екатеринбурге (УГТУ), Челябинске (ЮУГТУ), Томске (ТУСУР, ТПУ), Новосибирске (СибГУТИ), Хабаровске (ДВГУПС).

Цель работы. Исследование условий работы волоконно-оптических кабелей с учетом влияния внешних магнитных полей и выработки рекомендаций по повышению эффективности передачи информации.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующих задачи.

1. Сравнение существующих линий связи, используемых на железнодорожном транспорте.

2. Анализ процесса распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна на основе геометрической оптики и волновой электромагнитной теории с учетом влияния внешнего магнитного поля.

3. Моделирование процесса распространения электромагнитной волны по оптическому волокну на основе системы уравнений Максвелла, с использованием оригинальных алгоритмов, обеспечивающих повышенную точность.

4. Экспериментальная проверка полученных теоретических расчетов и выводов по результатам моделирования.

5. Выработка рекомендаций по повышению эффективности использования волоконно-оптических систем.

Методы исследования. Проведены исследования с использованием теории математического моделирования, линейной алгебры, операторного и дифференциального исчисления, численного моделирования.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты работы.

1. Разработана новая методика оценки качества различных видов линий связи с использованием анализа, позволяющие проводить оценку их эффективности.

2. Предложены критерии количественной оценки линий связи, позволяющие объективно сравнивать различные виды линий.

3. Разработаны и использованы алгоритмы расчета влияния внешнего магнитного поля на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

4. Разработан новый алгоритм расчета распространения электромагнитных волн по оптическому волокну, обеспечивающий повышенную точность.

Практическая полезность работы.

1. На основе расчетов и экспериментальных исследований выработаны рекомендации по повышению эффективности использования оптических кабелей, состоящие в изменении инструкций по монтажу оптических кабелей и введению дополнительных компенсирующих устройств.

2. Выработаны практические рекомендации по проектированию и эксплуатации волоконно-оптических линий связи с учетом влияния внешнего магнитного поля, температуры и скорости движения поездов.

3. Разработаны новые методики испытаний воздействия внешних магнитных полей на оптические кабели.

4. Предложены и апробированы рекомендации по повышению пропускной способности ОК на железнодорожном транспорте.

5. Материалы исследований используются при изучении курсов «Специальные измерения в волоконно-оптических системах передачи», «Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» в ОмГУПС.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Проведен системный анализ линий связи и их компонентов, позволивший предложить критерий оценки различных видов линий связи, позволяющий проводить оценку их эффективности.

2. Проведены исследование и анализ влияния магнитного поля контактной сети на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна для железнодорожного транспорта, на основании которых выработаны рекомендации по уменьшению его воздействия.

3. Предложена компьютерная модель процесса прохождения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна на основе системы уравнений Максвелла, обеспечивающая повышенную точность расчетов.

4. Результаты экспериментальных исследований влияния магнитного поля контактной сети на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

Отечественная промышленность при этом может обеспечить только некоторые компоненты на достаточно высоком техническом и технологическом уровне. И поэтому строительство волоконно-оптических линий связи идет с применением материалов, оборудования и технологий зарубежных фирм для обеспечения достаточной эффективности, надежности и качества.

При строительстве волоконно-оптических линий связи важно знать параметры используемых волоконно — оптических кабелей. Параметры любого оптического кабеля можно рассчитать по предварительно измеренной числовой апертуре донного оптического кабеля. И после расчета параметров можно сделать соответствующие выводы пригодности оптического кабеля для строительства волоконно-оптической линий связи.

При эксплуатации волоконно — оптических, кабелей на железнодорожном транспорте, несмотря на то, что оптические направляющие системы являются системами закрытого типа, возникают сбои в работе систем передачи из — за влияния магнитного поля. А так как магистральная связь почти полностью работает по волоконно — оптическим кабелям, то сбои в работе систем передачи из — за влияния магнитного поля контактной сети при ее коротком замыкании или из — за грозовых разрядов приводят к серьезным последствиям.

7. Результаты работы имеют экономическую эффективность в размерах до 33 000 у.е. в день при нештатном режиме работы.

Заключение

1. На основании предложенных критериев сделан анализ существующих направляющих систем и выданы рекомендации по их использованию.

2. Предложен метод расчета влияния внешнего магнитного поля на процесс распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна при работе волоконно-оптических линий связи в условиях железнодорожного транспорта, позволяющая с достаточной точностью определить параметры ОВ с учетом влияния.

3. Создана компьютерная модель распространения электромагнитной волны вдоль оптического волокна с учетом внешних условий, на основе которых проведены исследования распространения электромагнитного излучения вдоль оптического волокна.

4. Доказана необходимость учета влияния внешних магнитных полей на процесс распространения света в оптических волокнах при проектировании волоконно-оптических линий связи.

5. Предложены и апробированы рекомендации по повышению пропускной способности ОК на железнодорожном транспорте.

6. Проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях, подтвердившие результаты теоретических расчетов влияния внешних электромагнитных полей на оптические волокна.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Нелинейная волоконная оптика: Пер. с англ. / Под ред. П. В. Мамышева. М.: Мир, 1996. — 324 с.
  2. Е.Б., Заркевич Е. А., Устинов С. А. Концепция построения сетей доступа ВСС России на элементах фотонной технологии. / Алексеев Е. Б., Заркевич Е. А., Устинов С. А. Электросвязь, 1998. — № 1.
  3. А.Б., Гренадеров P.C. Оптические кабели связи, применяемые на ВСС РФ // Технология и средства связи. 1998. — № 4.
  4. Дж. Физика твердого тела: Пер. со второго англ. издания. М.: Мир, 1988.-608 с.
  5. М. Атомная физика, пер. с англ., М.: 1965. — 151 с.
  6. И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. — 544 с.
  7. А.К., Червенко Б. И., Андреев В. А., Попов Б. В. Оптические кабели из Самары // Вестник связи, 1999. — № 1.
  8. Ю.Бунин Д. А., Яцкевич А. И. Магистральные кабельные линии связи нажелезных дорогах. Изд. 2-е, перераб. и доп.- М.: «Транспорт», 1978. 288 с.
  9. А. Физические методы в органической химии, пер.
  10. В.В., Котов В. К., Нуприк В.Н. Волоконно-оптические линии
  11. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы / Сб. ст. Под ред. Дмитриева С. А., Слепова H.H. М.: Издательство «Connect», 2000.-376 с.
  12. Волоконно-оптические линии связи: Учебное пособие для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. / Виноградов В. В., Котов В. К., Нуприк В. Н. М.: ИПК «Желдориздат», 2002. — 278 с.
  13. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: Справочник/ Под ред. ИН. Гроднева. М.: Радио и связь, 1993. — 265 с.
  14. Волоконно-оптические системы связи. Справочник / Берлин Б. З., Брискер A.C., Иванов B.C. М.: Радио и связь, 1994. — 171 с.
  15. A.B. Электроснабжение электрических железных дорог. М.: Транспорт, 1971. — 296 с.
  16. A.C. Конструкции оптических кабелей связи // Вестник связи. 1998. -№ 11.
  17. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС//Интерфейсный контрольный документ. М.: ВКС РФ, 1995.
  18. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / Под ред. В. Н. Харисова, А. И. Перова, В. А. Болдина. М.: ИПРЖ, 1998. — 400 с.
  19. Н.С., Купряшин И. А. Расчет параметров волоконно-оптическихкабелей: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 35 с.
  20. А.К., Дмитриев В. П. Оптоэлектронные элементы и устройства. -М.: Радио и связь, 1998. 336 с.
  21. И. И. Волоконно-оптические линии связи: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990. 224 с.
  22. И.И., Верник С. М. Линии связи. М.: Радио и связь, 1988. — 544с.
  23. М.П. Распространение радиоволн. М.: Связь, — 1972.
  24. Р. Физическая оптика, пер. с англ., М., 1965. — 631с.
  25. Н. Д. Анизотропия и оптика. М.: Наука, 1974. — 167 с.
  26. В.Е., Шабат А. Б. Точная теория двумерной самофокусировки н одномерной самомодуляции волн в нелинейной среде //ЖЭТФ. 1971.-Т. 61, С. 334.29.3олотов Е. М. Интегральная оптика. В кн.: Физическая энциклопедия. -Т.2. — М.: Сов, энциклопедия. -1990.
  27. А. Б., Соколов И. В. Системы администрирования волоконно-оптических сетей, Вестник связи, 1998. — № 9.
  28. А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. М.: Компания «Сайрус системе», 1999. — 671 с.
  29. Инструкция по паспортизации ВОЛС с использованием ЦСП СЦ14. М., ЦНИИС-ГЦУ МС, 45.
  30. Иос Г. Курс теоретической физики. М.: Учпедгиз, 1963. — 579 с.
  31. П.Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 448 с.
  32. Н. В., Кириченко И. А. Колебания, волны, структуры. -М.:ФИЗМАТЛИТ, 2003. 329 с.
  33. Квантовая электроника, М.: Советская энциклопедия, 1969. — 432 с.
  34. Ким Л. Т. Линейные тракты синхронной цифровой иерархии// Электросвязь. 1991. — № 6.
  35. Ким Л. Т. Создание транспортной системы на сети связи России// Электросвязь. 1993. — № 11.
  36. Г. С. Оптика. М.: Наука, 1975. — 911 с.
  37. Г. С. Оптика. Изд. 5-е. ML: Наука, 1976. — 926 с.
  38. С.Г. Перспективные оптические кабели: решения дпя энергетики // Технология н средства связи. -1999. № 2.
  39. Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели: Пер. с англ. А. Краева. Новосибирск: Siemens Aktiengesellscaft Издатель, 1997. — 264 с.
  40. В. Е. Конструкции, измерение характеристик и методикапроектирования оптических магистральных линий связи железнодорожного транспорта: Учебное пособие / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1996.-82 с.
  41. В. Е., Раздобарова И. В. Конструкции и характеристики оптических волокон и кабелей: Учебное пособие / Омский институт инж. ж.-д. транспорта. Омск, 1994. — 16 с.
  42. В.Е., Фадеев К. С., Шахов В. Г. Влияние магнитного поля на волоконно-оптические линии связи//' Ведомственные корпоративные сети системы. Соппесг! М., 2002 № 6. С. 45−47.
  43. Москабельмет, Оптический кабель, рекламные листки, 1999.
  44. М.В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 192 с.
  45. К.К. Волоконно-оптические кабели связи РоссииЮлектросвязь. 1999.- № 2
  46. К.К. О маркировке оптических кабелей связи // Вестник связи,. 1999.- № 9.
  47. Оптические кабели связи// Севкабель: Каталог, 1998.
  48. Оптические системы передачи: Учебн. для вузов / Б. В. Скворцов, ВИ. Иванов, ВВ. Крухмалев и др. М.: Радио и связь, 1994. — 224 с.
  49. Основы научных исследований: Учеб. для техн. вузов. / Крутов В. И., Грушко И. М., Попов В. В. и др. М.: Высшая школа, 1989. — 340 с.
  50. Особенности эксплуатации оптических кабелей связи / Андрушко Л. М., Баловленков Е. В., Гитлиц Г. В. М.: ИПК Министерства связи СССР, 1987. -94 с.
  51. С.Э. Оптические волокна для современных ВОСП // Вестник связи. 1998. — № 6.
  52. С.Э. Оптические волокна для современных ВОСП // Вестник связи. 1998. — № 7.
  53. Э.Л. Кабельные линии основа глобальной сети связи //Вестник связи. — 1997. — № 2.
  54. РТМ по применению систем и аппаратуры синхронной Цифровой иерархии на сети связи РФ. М.: ЦНИИС, (первая редакция), 1994. — 58 с.
  55. Самарская оптическая кабельная компания, Оптический кабель, рекламные листки, 1999.
  56. А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративньтх сетях связи. М.: Компьютер Пресс. — Фирма АйТи, 1998. — 302 с.
  57. O.K. Зарубежные оптические кабели для BOJIC // Технология и средства связи 1998. — № 6.
  58. H.H. Маркировка оптических кабелей// Вестник связи, 2000. -№ 9.
  59. H.H. Маркировка промышленных оптических кабелей. В кн.: «Волоконная оптическая техника: история, достижения, перспективы»: Сб. статей ' Под ред. С. А. Дмитриева, H.H. Слепова. — М.: Connect — 2000.
  60. H.H. Параметры промышленных одномодовьих оптических волокон // Вестник связи,. 1999. — № 11
  61. H.H. Параметры промышленных одномодовьих оптических волокон // Вестник связи,. 1999. — № 12.
  62. H.H. Параметры промышленных оптических кабелей// Вестник связи,. 2000. -№ 4.
  63. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000. — 468 с.
  64. AM., Лав Д.Д. Теория оптических волноводов: Пер. с англ. -М.: Мир, 1987.-656 с.
  65. Стерлинг, Дональд Дж. Техническое руководство по волоконной оптике: Пер. с англ. М.: Лори, 1998. — 288 с.
  66. И.В., Дмитриев В. И. Теория и расчет влиянияэлектрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения. М.: Стройиздат, 1967.- 247 с.
  67. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов / Под ред. Г. В. Горелова, М.: УМК МПС России, 1999. -576 с.
  68. P.P. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-Трендз, 2000. -267 с.
  69. К.С. Анализ влияния внешнего магнитного поля на волоконно-оптические линии связи// Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2002): Матер VI междунар. конф. /Новосибирский гос. техн. ун-т. Новосибирск, 2002. С. 144−146.
  70. К.С. Влияние внешнего магнитного поля на волоконно-оптические линии связи// Сборник научных трудов /Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. С. 125−128.
  71. К.С. Влияние внешнего магнитного поля на волоконно-оптические линии связи// Научный вестник Омской академии МВД России. Омск, 2003. С. 14.
  72. К.С. Влияние силовых железнодорожных цепей на оптоволоконные линии связи// Динамика систем, механизмов и машин: Матер. IV междунар. науч.-техн. конф. /Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2002. С.
  73. К.С. Внешние влияния на волоконно-оптические линии связи// Информатика и проблемы телекоммуникаций: Матер, междунар. науч.-техн. конф. /Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. Новосибирск, 2002.-С. 57−58.
  74. К.С. Внешние влияния на волоконно-оптические линии связи// Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2002): Матер VI междунар. конф. /Новосибирский гос. техн. ун-т. Новосибирск, 2002. С. 113 114.
  75. К.С. Внешние влияния на оптическое волокно// Тез. докл. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов посвященная 30-летию академии/ Самарская гос. академия путей сообщения. Самара, 2003. С. 45−47.
  76. К.С. Внешние влияния силовых железнодорожных цепей на волоконно-оптические линии связи/7 ТрансибВУЗ 2002: Сб. науч. ст. с междунар. Участием/ Сибирский гос. ун-т путей сообщения. Новосибирск, 2002.-С. 61−63.
  77. К.С. Линии связи, используемые на железнодорожном транспорте// Современные техника и технологии: Труды IX междунар. науч.-практич. конф. молодых ученых. Томск, 2002. С. 115−116.
  78. К.С., Шахов В. Г. Особенности работы волоконно-оптических кабелей на железнодорожном транспорте// Автоматика, связь и информатика. Москва, 2003 № 6. С. 29−31.
  79. Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3.
  80. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  81. М. Фотоупругость, т. 1−2. М.: 1950 — 289 с.
  82. Цым А. Ю., Камалягин В. И. Междугородние симметричные кабели для цифровых систем передачи. М.: Радио и связь, 1984. — 160 с.
  83. Л.А. Электротехника. М.: УМК МПС России, 1999. — 464 с.
  84. О.М., Стрельченко A.A. Издержки сварки оптических волокон // Вестник связи. 1997. — № 3 .
  85. У. Поляризованный свет. М.: Мир, 1965. — 264 с.
  86. .М., Детлаф A.A. Справочник по физике. Изд. 4-е. — М.: Наука, 1968.-940 с.
  87. .М., Детлаф A.A. Справочник по физике для инженеров и студентов. М.: Физматгиз, 1963. — 847 с.
  88. А., Юх П. Оптические волны в кристаллах: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.- 616 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!