Проектирование участка оптической транспортной сети МО между городами Балашиха – Орехово-Зуево с использованием оборудования технологии SDH

Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………........	6
1. ВЫБОР ТРАССЫ ОПТИЧЕСКОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ……………………………………………………………………………	8
2. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА КАНАЛОВ И УРОВНЯ ИЕРАРХИИ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ ………………………………………..	9
2.1. Характеристика населенных пунктов……………………………………...	10
2.2. Расчет количества каналов и уровня иерархии……………………….......	12
3. ВЫБОР УРОВНЯ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ УЧАСТКА СЕТИ……..	15
3.1.Транспортные технологии SDH…………………………………………..	16
3.2. Комплектация оборудования SDH…………………………………….......	18
4. РАСЧЕТ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА УЧАСТКА ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ……………………………………………….……………………………	20
4.1. Выбор типа оптического кабеля………………………………………….	20
4.2. Расчёт длины регенерационного участка………………………………..	23
4.3. Расчёт распределения энергетического потенциала…………………….	26
5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ОПТИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ……………………………………………………….	31
Заключение……………………………………………………………………….	36
Литература……………………………………………………………………….	37
Приложения……………………………………………………………………...	38

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время ускорение технического прогресса невозможно без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи во всех странах большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации.

Наиболее широкое распространение в последнее время получили многоканальные телекоммуникационные системы (ТКС) передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающие по волоконно-оптическим кабелям (ОК).

Дальнейшему развитию методов и аппаратуры волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) способствуют уникальные свойства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС):

- малые затухание и дисперсия оптических волокон (ОВ);

- гибкость в реализации требуемой полосы пропускания;

- широкополосность;

- малые габаритные размеры и масса ОВ и ОК;

- невосприимчивость к внешним электромагнитным полям;

- допустимость изгиба световода под малым радиусом;

- низкая стоимость материала световода;

- высокая скрытность связи;

- высокая прозрачность ОВ;

В последнее время на ВСС широко внедряются ТКС синхронной цифровой иерархии (СЦИ: англ. SDH), работающих также по ВОЛС.

SDH - это набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования.

SDH разработана с учетом недостатков PDH и по сравнению с последней имеет следующие преимущества:

Возможность передачи широкополосных сигналов, предполагаемых в будущем.
Синхронизация сети и синхронная техника мультиплексирования.
Использование синхронной схемы передачи с побайтным мультиплексированием.
Временное выравнивание за счет побайтового двухстороннего стаффинга.
При мультиплексировании осуществляется синхронизация под входные сигналы.
Возможность плезиохронной работы при необходимости. В этом случае стаффинг осуществляется за счет двустороннего побитового выравнивания.
SDH удачно сочетается с действующими системами PDH и позволяет существенно улучшить управляемость и эффективность этих сетей.
Создается возможность ввода/вывода компонентных сигналов на любом пункте.
SDH обеспечивает надежную трассу передачи системой указателей, которая способствует безупречной работе даже в случае, когда узлы не синхронизированы. Для стыковки сигналов PDH применяется синхронизация по битам. Все это вместе гарантирует исключительно низкий коэффициент ошибок по битам.

В настоящее время идет новый виток развития технологии SDH, связанный с адаптацией наиболее распространенных систем передачи, прежде всего IP, к условиям передачи трафика данных. Это обусловлено широким внедрением протокола преобразования GFP, который позволяет соединить гибкость IP-сетей с высокой стабильностью и управляемостью систем SDH. Как результат начинается переход к системам SDH нового поколения – Next Generation SDH (NGSDH).

В данной курсовой работе рассмотрим вопросы проектирования участка оптической транспортной сети МО между городами Балашиха – Орехово-Зуево с использованием оборудования технологии SDH.

1. ВЫБОР ТРАССЫ ОПТИЧЕСКОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

Выбор трассы волоконно-оптической линии определяется расположением пунктов, между которыми должна быть обеспечена связь.

При выборе трассы необходимо обеспечить:

наикратчайшее протяжение трассы;

наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, карьеры, дороги и др.);

максимальное применение механизации при строительстве;

максимальные удобства при эксплуатационном обслуживании;

В курсовой работе рассматривается два варианты трассы (см. табл. 1.1):

Волоконно-оптический кабель проходит по левой стороне автомобильной дороги.
1. Волоконно-оптический кабель проходит по правой стороне автомобильной дороги.

Таблица 1.1

Пересечения с естественными и искусственными преградами	I вариант	II вариант
	Количество пересечений	Количество пересечений
Автомобильные дороги	11	13
Железные дороги	4	4
Водные преграды	11	11
Всего	26	28

Анализируя данные таблицы 1.1, выбирается вариант с наименьшим количеством преград - №1 (по левой стороне автомобильной дороги), как более эффективный.

В приложении 1 приведена трасса кабельной магистрали между населенными пунктами.

2. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА КАНАЛОВ И УРОВНЯ ИЕРАРХИИ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ

Расчет уровня иерархии транспортной сети (ТС) фактически сводится к определению количества каналов, организуемых в оптической линии передачи или в кольцевой топологии. При построении радиально - кольцевой архитектуры сети или архитектуры «кольцо-кольцо» в главном кольце может быть использована ТС более высокого уровня, а в кольцах доступа и на некоторых радиальных линиях передачи ТС более низкого уровня.

В рекомендациях МСЭ-Т G.703 определены скорости передачи цифровых потоков SDH и их соответствие уровням цифровой иерархии.

Рекомендациями G.707, G.708, G.709 определены скорости транспортирования SDH и их соответствие уровням цифровой иерархии. В табл. 2.1 приведены уровни SDH, рекомендованные МСЭ-Т к настоящему времени. Число синхронных транспортных модулей (STM) в табл. 2.1 приведено для случая использования только 2 Мбит/с портов.

Таблица 2.1

Уровень цифровой иерархии SDH	Скорость STM, Мбит/с	Число потоков, 2 Мбит/с	Количество каналов	Обозначение STM
1	155,52	63	1890	STM-1
4	622,08	63x4	7560	STM-4
16	2488,32	63x16	30240	STM-16
64	9953,28	63x64	120960	STM- 64

Необходимо организовать количество потоков 2 Мбит/с, указанных в таблице 2,1 или кратное этому количеству. Учитывая преимущества SDH перед PDH, выбираем уровень технологии SDH.

2.1. Характеристика населенных пунктов

Балашиха

Город в России, в центре Московской области, крупнейший город области и крупнейший населённый пункт городского округа Балашиха. Основан в 1830 году. 22 января 2015 года объединен с г. Железнодорожный. Объединённый город получил название Балашиха. Население объединённого города (учтённое по состоянию на 1 января 2014 г.) составило 393 326 человек.

Город занимает обширную территорию к востоку от Москвы, простираясь с севера на юг на 16 км, а с запада на восток на 19 км. Город расположен на реках Пехорке и Горенке. На городской территории расположены девять остановочных пунктов железной дороги, а также пять платформ на главном ходу нового направления Транссиба. Главные автотранспортные артерии: шоссе Энтузиастов (М7 Горьковское шоссе), А103 Щёлковское шоссе, Носовихинское шоссе.

Балашиха входит в число наиболее экономически развитых городов Московской области. Лидирующие позиции занимает научно-промышленный комплекс, который определяет динамику развития и социально-экономическое положение города. В городе находятся несколько научно-исследовательских институтов.

В структуре экономики города наряду с крупными и средними предприятиями прочное место занимает малое предпринимательство, осуществляющее деятельность в сфере производства. Так же в настоящее время в Балашихе действуют 902 предприятия потребительского рынка и сферы услуг. Постоянно растут темпы строительства жилья.

Статистика по городу

Согласно данным на 1 января 2014 года население объединённого города составило 393 326 человек. Чётко просматривается тенденция к росту населения и повышению уровня урбанизации некогда скромного населённого пункта.

Орехово-Зуево

Город областного подчинения (не входит в одноименный район) в Московской области России, на реке Клязьме, в 92 км к востоку от центра Москвы по автодороге М7 (77 км от МКАД), в 95 км к востоку от центра Москвы по Носовихинскому шоссе (78 км от МКАД) и в 76,2 км от МКАД по ж/д, Узел железнодорожных линий Москва — Нижний Новгород и Александров — Куровская. Является центром Орехово-Зуевской агломерации населением 276 тысяч человек.

Население — 120 217 чел. (на 1 января 2015).

По оценке рейтинга журнала «Секрет фирмы» ИД «Коммерсант» — «100 лучших городов России», основанном на данных Росстата, город успешно развивается. Так, в 2012 году Орехово-Зуево находилось на 83 строчке в рейтинге, последняя оценка 2013 г. — 62 место.

В городе действуют промышленные и научно-производственные предприятия. В структуре экономики города наряду с крупными и средними предприятиями прочное место занимает малое предпринимательство. В сфере торговли регулярно открываются новые торговые центры. Развивается сеть розничной торговли. Широко развита коммерческая медицина.

Статистика по городу

Согласно данным 2015 года население города составляет 120 217 чел. человек. В городе прослеживается тенденция к росту промышленности и торговли.

Вывод

Учитывая постоянный рост населения, промышленности и торговли и тенденции к дальнейшему развитию городов Балашиха и Орехово-Зуево целесообразно организовать связь в заданных населенных пунктах Московской области с использованием технологии SDH и с использованием оптического кабеля.

2.2. Расчет количества каналов и выбор уровня иерархии

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

Численность населения в любом населенном пункте может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения.

где Н0 – число жителей, чел.;

- средний годовой прирост населения в данной местности, в % (2%);

t – период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год.

Год перспективного проектирования в проекте принимаем на 5 лет вперед по сравнению с текущим временем, тогда:

t = 5 + (tn - t0), лет

где tn – год составления проекта;

t0 - год, к которому относятся данные Н0.

t = 5 + (2015 - 2014)= 5+1 = 6, лет – Балашиха

t = 5 + (2015 - 2015)= 5+0 = 5, лет – Орехово-Зуево

тогда:

Учитывая то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить количество телефонных каналов между заданными пунктами. Для расчета воспользуемся формулой:

(1.3)

где КТ –коэффициент тяготения; КТ = 5%, т.е в безразмерных величинах КТ = 0,05;

и постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям равным 5%, = 1,3 и = 5,6;

у – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая абонентами, у = 0,05 Эрл.;

mк и mч – кол-во абонентов, обслуживаемых оконечными АТС соответственно.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне АТС можно рассчитать по формуле:

m = 0,3 · Ht, абонентов (1.4)

m1 = 0,3·394452,162 = 118,3 тыс. абонентов

m2 = 0,3·121321,08 = 36,4 тыс. абонентов

Определяем количество телефонных каналов между заданными пунктами.

По кабельной линии передачи организовывают каналы и других видов связи, а также транзитные каналы. Тогда общее число каналов между двумя АТС будет равно:

n = nТЛФ + nТГ + nВ + nПД + nГ + nТР + nТВ, каналов (1.5)

где nТГ - число каналов ТЧ или ОЦК для телефонной связи;

nВ - то же, для передачи сигналов вещания;

nПД - то же, для передачи данных;

nГ - то же, для передачи газет;

nТР - число транзитных каналов;

nТВ – число каналов ТЧ или ОЦК, исключаемых из передачи телефонной информации для организации одного канала телевидения.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число каналов, то есть каналов ТЧ, целесообразно общее число каналов между пунктами выразить через телефонные каналы, то можно принять:

nТЛФ = nТГ + nВ + nПД + nГ + nТР + nТВ, каналов (1.6)

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

n = 2 nТЛФ + 2 nТВ + 2 nИНТ = 2 nТЛФ + 2880 + 2·210, каналов (1.7)

n = 2 · 1399 + 2880 + 4206098 каналов

Для организации одного канала телевидения используется три синхронных потока по 34 Мбит/с, то есть телевизионный сигнал передается со скоростью 103,104 Мбит/с и передается вместо сигналов (480 x 3) телефонных каналов.

Для обеспечения передачи полученного числа каналов выбран уровень SDH-4 по табл.2.1

3. ВЫБОР ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ

Первоначально для выбора волоконно-оптических систем передачи нам необходимо знать количество организуемых каналов тональной частоты, цифровых потоков различного уровня. Итак, это определяется характером передаваемой информации, а также числом организуемых каналов. Важно при этом иметь в виду, что в настоящее время используется унифицированная каналообразующая аппаратура ЦСП различных ступеней иерархии.

Волоконно-оптической системой передачи или транспортной системой называется совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи информации на расстояние по оптоволокну с помощью оптических волн. Таким образом можно сказать, что это совокупность электрических и оптических устройств и оптических линий передачи для создания, обработки и передачи оптических сигналов. Фактически – это волоконно-оптический кабель, ответвительные муфты и оконечные устройства (оптические кроссы, коммутаторы, мультиплексоры, медиаконвертеры, трансиверы).

Волоконно-оптической линией передачи называется совокупность физических цепей, линейных трактов систем передачи, имеющих общие среду распространения, линейные сооружения и устройства их технического обслуживания и управления.

Большинство ВОСП работают по оптическим кабелям по двухволоконной схеме, когда для передачи информации в одном направлении используется одно оптоволокно, а для передачи в обратном направлении – другое.

Уже сейчас появились ВОСП, работающие в одном волокне для передачи информации в обоих направлениях.

3.1.Транспортные технологии SDH

Новые возможности цифровых коммутаторов и технических средств транспортной среды с перспективой увеличения пропускной способности без существенной реконструкции, способность SDH к глубокой автоматизации и контролю элементов сети и качества услуг, а также к автоматическому и программному управлению сложными конфигурациями предъявляют новые требования к планированию и проектированию сетей электросвязи.

Появление SDH и мощных мультиплексоров с кросс - коммутацией превратили сеть передачи, по сути, в распределённый коммутатор. Как следствие возникла необходимость пересмотреть многоуровневую структуру прежней первичной сети: местная, внутризоновая и магистральная, представив её двумя уровнями: сетью доступа и транспортной сетью.

Создание сетевых конфигураций, контроль и управление отдельными станциями и всей информационной сетью осуществляется программно и дистанционно с помощью системы обслуживания SDH. Система оптимизирует эксплуатацию аппаратуры разных фирм-производителей в зоне одного оператора и обеспечивает автоматическое взаимодействие зон разных операторов. Система обслуживания делится на подсистемы. Доступ к каждой SDH-подсистеме осуществляется через главный в этой подсистеме узел.

Крупные структуры SDH: синхронные транспортные модули (STM), представляющие собой форматы линейных сигналов, находятся в слое среды передачи, которые и используются на интерфейсах сетевых узлов.

По результатам расчётов количества организуемых каналов определяется уровень STM (STM-4) и выбирается аппаратура фирмы NEC.

NEC

SMS-600 - базовый мультиплексор уровня STM-4, выпускаемый в трех модификациях R, T, W;

SMS-600R - регенератор (оптический ретранслятор) уровня STM-4;

SMS-600T - терминальный мультиплексор с защитой 1+1 уровня STM-4;

SMS-600W - широкополосный мультиплексор ввода/вывода с защитой 1+1 уровня STM-4;

Технические параметры аппаратуры SDH компании NEC уровня STM-4 приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1

№ п/п	Параметры	Обозначение по G. 957	SMS – 600 NEC
1	Уровень передачи, дБм	L – 4.2	+2 …. -3
2	Длина волны, мкм	L – 4.2	1,55
3	Чувствительность приёмника при дБм	L – 4.2	-32,5
4	Затухание регенерационного участка, дБ	L – 4.2	10…28,5
5	Уровень перегрузки приёмника, дБм	L – 4.2	-8
6	Дисперсия S-R на уровне 1 дБ, nкс/нм	L – 4.2	1570
7	Тип источника излучения	L – 4.2	SLM - LD
8	Тип оптического детектора	L – 4.2	Ge - APD

На основе выбранного типа оборудования SDH разрабатывается схема организации связи между заданными населенными пунктами. Cхема организации связи приведена в Приложении 2.

3.2. Комплектация оборудования SDH

Типы стоек и блоков.

В большинстве своем аппаратура SDH рассчитана на установку в стандартных стойках, рекомендованных Европейским институтом стандартов в области связи:

- в стойке типа S9 ETSI-300-119 с размерами 2200x600x300мм;

- в узкой стойке типа 7R с размерами 2200х121x300мм.

Блоки аппаратуры могут быть выполнены в виде однорядных секций и двухрядных секций. В документации фирм-изготовителей секции могут быть названы комплектами, блоками, субблоками.

UCU - Universal Control Unit (универсальный блок контроля);

LAD - Local Alarm and Disk (кассета обработки отклонений параметров);

ОНА - Overhead Access (кассета доступа к заголовку);

El - Electrical Interface;

М - Multiplexer/Demultiplexer;

SN - Switching Network (кросс-коннектор).

В блоках используются печатные платы, рекомендованные ETSI, с размерами 233x220 мм. Количество и назначение кассет также зависит от конфигурации сети доступа и заказываемой оператором связи комплектации.

Оптический передатчик.

Оптический передатчик обеспечивает преобразование входного электрического (цифрового или аналогового) сигнала в выходной световой (цифровой или аналоговый) сигнал.

При цифровой передаче оптический излучатель передатчика «включается» и «выключается» в соответствии с поступающими на него битовым потоком электрического сигнала. Для этих целей используются инфракрасные светоизлучающие диоды LED или лазерные диоды ILD. Эти устройства способны поддерживать модуляцию излучаемого света с мегагерцовыми и даже гигагерцовыми частотами.

Выбираем в качестве оптического передатчика лазерный диод SLM-LD с параметрами:

– мощность 1 мВт;

– рабочая длина излучаемой волны = 1,48...1,58 нм;

– ширина спектра излучаемой волны = 1 нм.

Оптический приемник.

Оптический приемник осуществляет обратное преобразование входных оптических импульсов в выходные импульсы электрического тока. В качестве основного элемента оптического приемника используются p-i-n и лавинные фотодиоды, имеющие очень малую инерционность.

Если приемная и передающая станции удалены на большое расстояние друг от друга, например на несколько сот километров, то может дополнительно потребоваться одно или несколько промежуточных регенерационных устройств для усиления ослабевающего в процессе распространения оптического сигнала, а также для восстановления фронтов импульсов. В качестве таких устройств используются повторители и оптические усилители.

Типовой показатель чувствительности приемников для скорости передачи 622 Мб/с:

– тип FD (Pin FET) -32,5 дБм;

– перегрузка -8 дБм.

4. РАСЧЕТ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА

4.1.Выбор типа оптического кабеля

Анализируя параметры и конструкцию ОК применительно к различным звеньям сети связи, при проектировании ВОЛС следует придерживаться следующих рекомендаций.

Для магистральной связи рекомендуется использование кабеля ОКЛ с одномодовыми волокнами, обеспечивающими на волне 1,55 мкм большие дальности связи и число каналов. Кабели содержат 4, 8, 16 одномодовых ОВ с градиентным показателем преломления и коэффициентом затухания 0,2... 0,3 дБ/км. Имеются специальные модификации кабелей ОКЛ: ОКГ - с защитными медными и полиэтиленовыми оболочками и ОКВ - бронированные стальными лентами.

Для зоновых и внутризоновой связи можно использовать градиентные ОВ на длине волны 1,3 мкм, поэтому рекомендуются кабели ОЗКГ, ОКЗ, ОКГТ и ОКС. Зоновые кабели прокладывают непосредственно в грунт и поэтому для защиты от атмосферного электричества и грызунов они имеют металлический покров.

После выбора ОК с определенным видом ОВ целесообразна предварительная оценка соответствия пропускной способности ОВ, зависящей от его дисперсионных свойств, скорости передачи ВОСП в линейном тракте.

В транспортных системах SDH всех фирм - изготовителей в качестве линейного используется код без возврата к нулю NRZ, поэтому скорости передачи цифрового сигнала в линейном тракте равны скоростям передачи STM соответствующего уровня.

Одномодовые ОВ

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует, передается одна мода. Уширение импульса обусловлено хроматической дисперсией, которую разделяют на материальную и волноводную.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью групповой скорости моды от частоты и определяется профилем показателя преломления ОВ. В нормальных условиях материальная дисперсия преобладает под волноводной. Обе компоненты могут иметь противоположный знак и различаются зависимостью от длины волны. Это позволяет, оптимизируя профиль показателя преломления, минимизировать общую дисперсию ОВ на заданной длине волны за счет взаимокомпенсации материальной и волноводной дисперсией.