Строительство соединительных линий между узлами коммутации г. Магнитогорска и г. Учалы

Введение

Телекоммуникации – область науки и техники, которая включает совокупность технологий, средств, способов и методов деятельности человека, направленных на создание условий для обмена информацией на расстоянии.

Стремительное развитие в последние десятилетия XX-го века различных систем связи, компьютерных технологий, а также систем, являющихся их синтезом, создали предпосылки для появления глобальной информационной инфраструктуры. Важнейшую роль в этом процессе играют оптико-волоконные системы передачи данных, поднявшие на невиданную раньше высоту скорость, надежность и объемы передаваемых данных. Развитие телекоммуникационных технологий и средств вычислительной техники обуславливает стремительные темпы развития новых связных направлений, в основе которых заложена концепция открытых систем: стандартизуемость, гибкость, масштабируемость, функциональность. Это – концепция интеллектуальной сети, которая объединяет телефонные и компьютерные сети, средства и технологии беспроводного доступа, высокоскоростные транспортные технологии, компьютерную телефонию, имеющую множество приложений, в том числе Internet – телефонию, сотовую телефонию. Идет постоянное развитие и расширение этой области. Поэтому специалисты, работающие в области разработок, проектирования, строительства и эксплуатации оптических линий связи, в настоящее время востребованы на российском и мировом рынке труда.

Мы даже это видим в недавнем Послание президента России Дмитрия Медведева Федеральному Собранию Российской Федерации. Он сказал следующие слова: «На территории всей нашей страны в течение пяти лет необходимо обеспечить широкополосный доступ в Интернет, осуществить переход на цифровое телевидение и мобильную связь четвёртого поколения. Национальная сетевая инфраструктура должна гарантировать доступ к современным средствам связи в любой точке и, конечно, по разумным ценам… На нашей территории будут проложены современные высокоскоростные оптические магистрали, установлено оборудование повышенной производительности и в полной мере задействован потенциал уже построенных линий. Это позволит обеспечить обмен всё возрастающими потоками информации, как между российскими регионами, так и между разными странами. Россия, простирающаяся на 11 часовых поясов, призвана стать ключевым звеном в глобальной информационной инфраструктуре».

1. Постановка задачи и исходные данные

В данном курсовом проекте передо мной была поставлена задача: разработать техническое предложение по строительству соединительных линий (СЛ) между узлами коммутации города Магнитогорск (409,417 тыс. жителей по результатам Всероссийской переписи в 2002 г.) и города Учалы (32,196 тыс. жителей по результатам Всероссийской переписи в 2002 г.), при этом линия должна быть волоконно-оптической.

В ходе решения задачи должны быть выполнены следующие пункты:

Выбрать трассу, описать ее.

Рассчитать число каналов и потоков.

Выбрать схему организации связи.

Выбрать тип ВОСП, привести ее структурную схему и технические характеристики.

Выбрать тип оптического волокна, описать его конструкцию, привести параметры передачи.

Показать, что для выбранного варианта при длине элементарного кабельного участка (ЭКУ), равного заданному расстоянию L, коэффициент ошибок будет в норме. Для этого:

1) рассчитать эксплуатационный запас на ЭКУ;

2) рассчитать максимально допустимую длину ЭКУ;

3) рассчитать допустимое значение дисперсии на ЭКУ;

Выбрать тип оптического кабеля, привести его эксплуатационные характеристики, изобразить поперечный разрез.

Описать основные положения технологии прокладки ОК.

Описать основные требования к устройствам электропитания.

Описать организацию токораспределительной сети ЛАЦ.

Описать технологию защиты ВОЛС от внешних электромагнитных влияний.

1.1 Выбор трассы

Трассу для прокладки оптического кабеля выбирают исходя из следующих условий:

- минимальной длины между оконечными пунктами;

- выполнения наименьшего объема работ при строительстве;

-возможности максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

- удобства эксплуатации сооружений и надежности их работ.

В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть обращено на сложные участки: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных затем выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются вопросы организации служебной связи с помощью радиостанций УКВ диапазона.

Таблица 1 Краткая характеристика каждого из возможных вариантов

№ п.п.	Наименование	Вариант
		1	2	3
1	Протяжённость трассы, км	150	101	112
2	Пересечения с автомобильными дорогами	10	-	10
3	Пересечение с ж/д путями	3	-	2
4	Пересечение рек	15	-	6

В моем курсовом проекте, наиболее удобным для проектируемого направления будет третий вариант – это прокладка в грунт оптического кабеля вдоль автомобильной дороги Магнитогорск – Учалы. Почему?

Во-первых, создание наибольших удобств при эксплуатационном обслуживании;

Во-вторых, максимальное применение средств механизации при строительстве;

В-третьих, наикратчайшее протяжение трассы и наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, карьеры, дороги и прочие препятствия) в сравнение с путями 1 и 2, обозначенных на рисунке 1.

1.2 Расчет числа каналов и потоков

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом районном центре и в районе в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения (город Учалы 32196 чел. на 2002 год; город Магнитогорск 409417 чел. на 2002 год). Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения.

Сначала определим количество людей, проживающих в соответствующих районах к моменту реализации проекта:

Нt= Н0(1 + DH /100)t ,

где DH — коэффициент среднегодового прироста населения, DH = 2 %;

- год ввода в эксплуатацию, где

tn — расчётный год для организации проекта,

to — год, в который производилась перепись.

t = (2009-2002)+5=12

Н0 — количество народонаселения на момент переписи.

Следовательно, получаем:

В городе Учалы

Нt = 32196·(1+ 2/100)12 =40,832 тыс. человек;

В городе Магнитогорск

Нt = 409417·(1 + 2/100)12 = 519,239 тыс. человек.

Число телефонных каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

где KT – коэффициент тяготения, который определяет степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи, зависит от различных факторов, KT = 0,05.;

α, β — коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, α= 1,3; β= 5,6.;

у — коэффициент Эрланга, у = 0,05 Эрл.;

mа, mb — количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной телефонной станции определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне телефонной станции можно рассчитать по формуле:

m = 0,3Нt , тыс. чел.

ma = 0,3· 40,832 =12249

количество абонентов в городе Учалы.

mb = 0,3·519,239 = 155711

количество абонентов в городе Магнитогорск. Следовательно:

По проектной ВОЛС предполагается организация других видов связи, например, телеграфная связь, передача данных и т.д. Общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

где nтф — количество телефонных каналов для двухсторонней связи;

nтв —количество телевизионных каналов;

ncот – число каналов для сотовой связи;

- количество мультимедийных каналов.

Следует учесть, что:

Принимая во внимание, что один телевизионный канал составляет 170 каналов тональной частоты, то общее количество каналов рассчитывается по следующей формуле:

nобщ = 4nтф + 2nтв = 4·42 + 2∙170 = 508.

Рассчитаем необходимое число потоков Е1:

Так как волоконно-оптические линии связи включены в кольцевую структуру, а все кольца имеют двойное резервирование,

NE1 общ =2·NE1=34

Итак необходимо 32 потоков Е1.

B=NЕ1 общ∙2,048=69,632 Мбит/с.

Таким образом, для организации связи между городом Учалы и городом Магнитогорск необходимо передавать информацию со скоростью 69,632 Мбит/с. То есть необходим поток STM-1 155,52 Мбит/с (63 потока Е1).

1.3 Выбор схемы организации связи

Существует четыре основных схемы организации связи:

Рисунок 1 Схема организации связи №1

В схеме №1 входящие и исходящие соединительные линии организуются по отдельным волокнам и работают на одной длине волны.

Рисунок 2 Схема организации №2

В схеме №2 входящие и исходящие СЛ тоже организуются по отдельным волокнам и работают на сетке длин волн (используется до 80 оптических несущих). То есть здесь применяется технология DWDM (плотное оптическое мультиплексирование).

Рисунок 3 Схема организации №3

В схеме №3 входящие и исходящие СЛ организуются по одному волокну и работают на одной длине волны. Для разделения входящих и исходящих потоков используют ответвители.

Рисунок 4 Схема организации связи №4

В схеме №4 входящие и исходящие СЛ организуются по одному волокну и работают на двух различных длинах волн.

Для выбора схемы организации связи необходимо учитывать расстояние между узлами коммутации и объем передаваемой информации. Например, при небольших расстояниях и маленьком объеме информации выгодно использовать схему №3. А при обратной ситуации - схему №2.

В данном проекте целесообразно использовать схему №1 длиной волны либо 1310 нм, либо 1550 нм, так как передается небольшой объем информации В=155,52 Мбит/c на расстояние L=112 км.

1.4 Выбор типа волоконно-оптической системы передачи

Выбор системы передачи определяется числом каналов, организуемых на данном направлении, видами передаваемой информации, требованиями к качественным показателям каналов передачи и соображениями экономической эффективности. Как правило, существует несколько вариантов выбора системы передачи и предпочтение отдается такой системе, которая обеспечивает возможность качественной передачи требуемого объема информации и одновременно требует меньших затрат на строительство и последующую эксплуатацию. Выбор наиболее рациональной системы определяется технико-экономическим сравнением вариантов. При этом следует также учитывать возможность использования существующих сооружений связи. В данном проекте выбран мультиплексор уровня STM-1 Оптический мультиплексор «Транспорт S1».

«Транспорт-S1» - полнофункциональный SDH-мультиплексор, предназначенный для построения транспортных сетей SDH уровня STM-1. Мультиплексор может работать по одному или двум одномодовым или многомодовым оптическим волокнам.

Состав и назначение оборудования:

Аппаратура стандарта СТМ-1 “Транспорт S1” состоит из 1U базового модуля, в который может быть установлено до 3х модулей расширения. Также может быть установлен один модуль служебной связи. Базовый модуль содержит 2 оптических приёмопередатчика, каждый со скоростью группового потока 155,52 Мбит/с, блок питания AC и DC, обеспечивает подключение хронирующей частоты 2048, аварийной сигнализации, канал управления и предоставление дополнительного канала Fast Ethernet для использования сторонним оборудованием. Модуль расширения подключается к базовому модулю со скоростью передачи данных 51,84 Мбит/с. Модули могут быть разных типов, они обеспечивают подключение к потокам E1 2048кбит/с, Fast Ethernet, V.35 . В настоящее время доступны модули расширения на 21e1, 6FE, 1FE. Модуль служебной связи устанавливается в отведенное для него место и не занимает место модуля расширения. Служебная связь возможна в следующих режимах:

АК - АК (телефонный аппарат - телефонный аппарат );

АК - СК (телефонный аппарат – линия);

СК - СК (линия – линия);

ТЧ - ТЧ.

Отличительные особенности:

- Надежность – средний срок наработки на отказ более 20 лет, гарантия – 3 года.

- Блоки питания и тракты E1 выдерживают разряды статического электричества 50 кВ без изменения параметров.

- Удобство монтажа - все разъемы, включая предохранители и болт заземления, выведены на переднюю панель.

- Реализация трактов E1 обладает пониженным значением джиттера, что обеспечивает соблюдение норм для E1 при дрейфе синхронизации и даже при нарушении синхронизации системы SТМ-1 . Система коммутации сохраняет работоспособность даже при нарушении синхронизации. Например, вполне работоспособным будет вариант из нескольких пунктов связи, в каждом из которых изделие будет работать со своей частотой.

- Возможно конструктивное исполнение мультиплексора для работы по одному волокну.

Таблица 2. Технические характеристики мультиплексора Транспорт S1

Топология:
Точка-точка, кольцо, цепь
Основные линейные интерфейсы базового модуля :
Тип интерфейса	STM-1	Ethernet 10/100BaseT Дополнительный
	рек. ITU-T G.957/G.958
Количество интерфейсов	2	1
Скорость передачи, Мбит/с	155,520	0,192 (DCCR) 2,048 (VC-12,E1) 48,384 (VC-3)
Линейный код	NRZ	-
Основные линейные интерфейсы плат расширения:
Тип интерфейса плат расширения	E1	Ethernet 10/100BaseT
	рек. ITU-T G.703	Поддержка VCAT
Количество интерфейсов	21 ... 63	1 ... 18
Скорость передачи, Мбит/с	2,048	n*VC12, где n=1..21
Линейный код	HDB3	-
Импеданс, Ом	120 -
Управление:
Порт управления	TCP/IP, 10/100BaseT
Интерфейс нижнего уровня	Терминальный: VT100, X-modem
Интерфейс верхнего уровня	Программное обеспечение «Центр управления S1» разработки ОАО «Русская телефонная компания». Используя интерфейс нижнего уровня, пользователь может адаптировать «Транспорт-S1» к своей системе управления или написать собственное программное обеспечение
Каналы удаленного доступа	DCCM и VC-12/E1, поддерживает режим прозрачности каналов DCCM и DCCR
Синхронизация:
Источники синхронизации	L1.1, L1.2, любой поток Е, вход внешней синхронизации 2048 кГц
Вход внешней синхронизации	2048 кГц, рек. ITU-T G.703.10 (120 Ом сбалансированный)
Выход внешней синхронизации	2048 кГц, рек. ITU-T G.703.10 (120 Ом сбалансированный)
Управление синхронизацией	Поддержка SSM, автоматическое предотвращение петли.
Матрица коммутации:
Емкость	252х252 VC-12, 12x12 VC-3
Вид защиты	SNCP 1+1 на уровне VC-12
Обслуживание станционной сигнализации:
1 вход для внешних аварийных сигналов	Гальванически развязанный датчик напряжения
1 выход к станционной сигнализации	Релейный контакт
Интерфейс служебной связи:
Тип интерфейса	Абонентский, станционный или канал ТЧ, выбираемый программно
Скорость передачи	64 кбит/с.
Требования к электропитанию:
Напряжение электропитания	-60 В (диапазон -36 ... 72 В) постоянного тока и 220 В переменного тока 50Гц. Возможность включения двух источников одновременно.
Максимальная потребляемая мощность	От 15 до 45 Вт в зависимости от комплектации.
Габариты:
Корпус для 19" стойки (ВхШхГ)	56х482х282 мм
Условия эксплуатации:
Температурный диапазон работы	+5 ... +40°С
Относительная влажность	< 85% при t = +25°С

Таблица 3 Характеристика оптического интерфейса STM-1 в соответствии с рек. ITU-T G.957 и G.958

Тип оптического интерфейса	L1.1
Оптический разъем	FC
Оптический передатчик
Диапазон рабочих длин волн, нм	1310 (1550 – опция)
Средняя мощность передачи, дБм	0
Оптический приемник
Чувствительность приемника при коэффициенте ошибок 10-10, дБм	-34
Максимальный уровень, допустимый на входе, дБм	0
Длина волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), включая 2 дБ на соединения и запас на восстановление волоконно-оптического кабеля (ВОК), км	0 ... 80 (0..120 – при 1550нм)

Таблица 4. Характеристика оптического интерфейса STM-1 с модулем WDM (работа по одному волокну)

Тип оптического интерфейса	Нет
Оптический разъем	SС
Оптический передатчик
Направление передачи	Запад	Восток
Диапазон рабочих длин волн, нм	1550	1310
Средняя мощность передачи, включая запас на старение: максимум, дБм минимум, дБм	-3	0
Оптический приемник
Чувствительность приемника при коэффициентe ошибок 10-10, дБм	-34
Максимальный уровень, допустимый на входе, дБм	0
Длина волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), включая 2 дБ на соединения и запас на восстановление волоконно-оптического кабеля (ВОК), км	0 ... 80

оптический кабель трасса электропитание

1.5 Выбор типа ОВ

Правильный выбор ОВ является ответственной и требующей должного анализа задачей при проектировании ВОЛС. Определяющими параметрами одномодовых волокон являются: тип волокна по дисперсионному параметру, рабочие окна прозрачности, затухание в рабочем диапазоне, прирост затухания и ряд других параметров. В данном курсовом проекте я выбрал одномодовое волокно Corning Inc. SMF 28e.

Характеристики оптического волокна

Волокно Corning Inc. SMF 28e судя по техническим характеристикам, (www.lightwave-russia) является обычным SMF волокном по рекомендации G.652.

Таблица 5 Технические характеристики оптического волокна Corning Inc. SMF 28e

Параметр	Ед. изм.	Значение
Диаметр оболочки	мкм	125,0±0,7
Некруглость оболочки	%	≤0,7
Рабочий диапазон длин волн	нм	1285-1625
Диаметр модового поля на длине волны 1310 нм 1550 нм	мкм	9,2±0,4 10,4±0,5
Длина волны отсечки в кабеле	нм	≤1260
Коэффициент затухания на опорной длине волны 1310 нм 1550 нм 1625 нм	дБ/км	≤0,34 ≤0,19 ≤0,23
Длина волны нулевой дисперсии	нм	1302≤λ0≤1322
Наклон дисперсионной кривой S0	пс/нм2*км	≤0,089
Коэффициент ПМД, индивидуальные волокна	пс/км1/2	≤0,2
Эффективный групповой показатель преломления 1310 нм 1550 нм	отн.ед	1,477 1,4682

1.6 Расчет эксплуатационного запаса на элементарном кабельном участке

Расчет бюджета мощности производится по следующей формуле:

где Э - энергетический потенциал аппаратуры, т.е. разность между уровнем мощности на выходе источника излучения и минимальным уровнем оптической мощности на входе фотоприемника, при котором еще обеспечивается требуемое качество передачи. Э = 34 дБ.

- число разъемных соединений. =4.