Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физико-технический институт

Кафедра радиофизики и связи

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему: «Проектирование и строительство ВОЛС вдоль железной дороги на участке»

О.О. Шалахова

УФА 2013 г.

Содержание

Введение

1. Аналитические исследования проблем по теме проекта и разработки основных решений по их технической реализации

1.1 Существующая структура сетей и характеристика средств связи на железнодорожном транспорте

1.2 Перспективы развития первичной сети связи на железнодорожном транспорте

1.3 Трасса кабельной линии передачи

1.4 Выбор и характеристика транспортной системы

1.5 Обоснование выбора типа оптического волокна

1.6 Требования к подвесным волоконно-оптическим кабелям

1.7 Выбор типа оптического кабеля

1.8 Выбор типа оптической муфты

1.9 Схема организации связи

2. Расчет параметров ВОЛС

2.1 Расчет предельных длин участков регенерации

2.2 Расчет эксплуатационного запаса на ЭКУ

2.3 Расчет энергетического потенциала системы

2.4 Расчет дисперсии на ЭКУ

3. Строительство волоконно-оптической линии связи

3.1 Особенности строительства ВОЛС

3.2 Подготовка к строительству

3.3 Входной контроль кабеля

3.4 Группирование строительных длин

3.5 Прокладка оптического кабеля

3.6 Мероприятия по пуско-наладочным работам и

приемосдаточные испытания

4. Разработка и расчет цепей электропитания

4.1 Организация и расчет токораспределительной сети

4.2 Расчет и выбор аккумуляторных батарей

4.3 Выбор выпрямительных устройств

4.4 Заземление аппаратуры

5. Оценка технико-экономической эффективности проектируемой ВОЛС

5.1 Расчет капитальных затрат

5.2 Доходы от аренды волокна

5.3 Расчет численности производственных работников

5.4 Затраты на производство услуг связи

5.5 Оценка экономической эффективности капитальных вложений на проектируемый объект

6. Техника безопасности и охрана окружающей среды

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложениt

Введение

Железные дороги требуют соответствующих систем связи, которые будут удовлетворять условиям увеличения объема перевозок, усложнения транспортных коммуникаций, ведь масштабы обеспечивающих систем в этой отрасли чрезвычайно велики. Применяемые здесь сети связи простираются на большие расстояния и повсеместно должны иметь высокое качество и надежность.

Возможности резкого увеличения потока информации, наиболее полно реализуются при использовании цифровых систем передачи и оптических кабелей. Волоконно-оптическая технология заняла прочные позиции на российском рынке сетевых услуг.

Волоконно-оптические линии используются для передачи информации по оптическим диэлектрическим волноводам, которые в настоящее время рассматриваются не только как самая совершенная физическая среда передачи данных, но и как самая перспективная среда для передачи большого объёма информации на значительные расстояния. По сравнению с существующими, радиорелейными и радиолиниями, а также проводными, воздушными и кабельными линиями связи, волоконно-оптические линии имеют существенные преимущества. По оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1012 бит/с. Такая скорость не является предельной и может быть увеличена за счет передачи информации сразу на нескольких длинах волн, поскольку световые волны могут распространяться в волноводе независимо друг от друга.

Оптические передающие системы имеют значительные преимущества над металлическими кабельными системами передачи:

- высокая ширина диапазона передачи (свыше 30000 речевых каналов по одному оптическому волокну);

- малое значение коэффициента затухания в широкой полосе частот;

- большие длины регенерационных участков;

- высокая защищённость от внешних электромагнитных полей;

- малая металлоёмкость линий передачи и отсутствие дефицита цветных металлов кабеля;

- отсутствие излучения во внешнюю среду;

- малые габаритные размеры и масса.

Волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП) позволяют значительно уменьшить расход дефицитных металлов (меди, свинца), уменьшить габариты и массу оборудования линейного тракта. По таким параметрам, как скрытность и помехозащищенность, ВОЛП не имеют себе равных. Они превосходят все существующие на сегодняшний день линии связи по ширине полосы пропускаемых частот и другим параметрам. Именно поэтому ВОЛП находят широкое применение в автоматике, телемеханике, связи, вычислительной технике и других отраслях науки и техники.

Исходя из этих требований, целесообразность внедрения волоконно-оптических линий связи, характеризующихся низким затуханием сигналов, становится очевидным.

Безусловным преимуществом ВОЛП применительно к железнодорожному транспорту является их невосприимчивость к помехам электромагнитной индукции, что исключает влияние на качество связи мощными электроустановками поездов.

Таким образом, применение ВОЛП в системах управления движением поездов позволит значительно уменьшить вероятность ошибочного функционирования систем, и увеличит вероятность предотвращения аварий.

Волоконно-оптические системы передачи с использованием цифровых сигналов, наряду со значительным повышением качества и экономичности информационных услуг, позволяют создать единую цифровую сеть с большой информационной ёмкостью.

ОАО «РЖД» имеет достаточно развитую транспортную сеть магистральной связи на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и оборудования SDH по всей территории России. Популярность глобальной сети Интернет, телефонии, с каждым годом растет, поэтому необходимо развитие широкополосного доступа для более эффективного использования существующей телекоммуникационной сети.

Спроектированная система абонентского доступа будет функционировать более эффективно, если ее реализовать в нескольких региональных центрах связи или в пределах всей Юго-Восточной железной дороги.

ОАО «РЖД», имеющему огромные потенциалы вдоль железнодорожного полотна создания конкурентной среды, невозможно на базе устаревшего оборудования, решением которого является - введение ВОЛС.

Строительство ВОЛС на одном из важных железнодорожных направлений дорог (ст. Уфа - ст. Белорецк - ст. Магнитогорск) обеспечит техническую возможность практически безотказного пропуска информационных потоков между центром управления работой транспорта ОАО «РЖД» (г. Уфа) и его региональными подразделениями. 

Наличие высокоскоростной ВОЛС с высокой пропускной способностью позволит осуществить автоматизацию основных рабочих мест и тем самым качественно изменить уровень эксплуатационной деятельности.

1. Аналитические исследования проблем по теме проекта и разработки основных решений по их технической реализации

1.1 Существующая структура сетей и характеристика средств связи на железнодорожном транспорте

Железнодорожная сеть Башкортостана, как и других регионов, представляет собой пространственную систему линий с их перегонами, разъездами, обгонными путями и станциями. Территориальное размещение их в значительной мере определяется существующей в республике структурой и географией хозяйства и населения.

Общая длина железных дорог общего пользования Республики Башкортостан достигла в 2011 г. 1475 км. Кроме того, в Республике имеются многочисленные подъездные пути широкой и узкой колеи (так называемые ж.д. необщего пользования), соединяющие промышленные предприятия с железными дорогами общего пользования.

Железнодорожная сеть республики сочетает все виды рельсовых путей от низших до высших технических классов. Основу сети образуют федеральные (магистральные) линии, предназначенные для дальних, массовых и быстрых перевозок.

Республику Башкортостан обслуживают: Башкирское отделение Куйбышевской железной дороги, Горьковская железная дорога и Южно-Уральская железная дорога.

Башкирское отделение -- структурное подразделение Куйбышевской железной дороги -- филиала ОАО «Российские железные дороги» -- является одним из крупнейших подразделений Куйбышевской магистрали. Географическое положение отделения определяет его характерную особенность: сочетание транзитных грузопотоков с местными перевозками.

Главной железнодорожной артерией РБ служит электрифицированная сверхмагистраль г. Самара - г. Уфа - г. Челябинск с высокой загрузкой грузовым и пассажирским движением, имеющая наилучшую в стране техническую вооруженность. Она представляет собой главное звено в связях г. Москвы с крупными промышленными центрами Поволжья, Южного Урала, Сибири и Дальнего Востока, обеспечивает основной выход из республики, как в восточном, так и в западном направлениях.

В районе г. Уфы к магистрали г. Самара - г.Уфа - г. Челябинск примыкает еще одна широтная электрифицированная дорога с. Карламан - г. Белорецк - г. Магнитогорск.

Все магистральные дороги используются, главным образом, для пропуска транзита. На них преобладает поток с востока к центру РФ, грузонапряженность дорог значительно выше сетевой.

Главные железные дороги дополняются железными дорогами районного и местного значения.

Немногим более 26% общей длины железных дорог относится к числу двухпутных, 2,5% - к числу многопутных, остальная часть (71,5%) - на долю однопутных. Для сравнения отметим, что по стране однопутными являются две трети протяженности всей железнодорожной сети.

Другая региональная особенность железнодорожной сети РБ - широкая охваченность ее электрификацией: около двух третей дорог работает на электрической тяге (по стране - более трети дорог).

Электрифицированный железнодорожный транспорт является наиболее надежным, скоростным, высококомфортабельным, экономически выгодным, экологически чистым.

Важной региональной особенностью конфигурации железнодорожной сети Башкортостана является преобладание широтных и отсутствие сквозных меридиональных направлений.

Основное место среди грузов, перевозимых железнодорожным транспортом, принадлежит продукции нефтепереработки, химии, стройиндустрии, горнорудной и угольной промышленности. Пассажирские перевозки выполняются почти на всех линиях железных дорог республики (кроме подъездных путей предприятий). На них насчитывается более 150 железнодорожных станций, разъездов и других остановочных пунктов пассажирских и пригородных поездов.

Анализ современного состояния железнодорожного транспорта Республики Башкортостан позволяет выявить следующие недостатки:

- неравномерность развития сети железных дорог, северо-восточные районы республики не обслуживаются железнодорожным транспортом;

- низкое техническое состояние отдельных участков, ограничение провозной способности недостаточной длиной станционных путей, низкие скорости сообщения;

- большое количество пересечений железнодорожных путей с автодорогами в одном уровне;

- отсутствие направлений с повышенными скоростями движения;

- отсутствие крупных, перераспределяющих грузы современных транспортных комплексов;

- несоответствие транспортных средств требованиям комплексного использования технических средств подвижного состава, отставание ремонтной базы.

Существующая первичная сеть связи железнодорожного транспорта Республики Башкортостан является полностью аналоговой и еще длительное время аналоговое оборудование будет на ней преобладающим, поэтому она должна быть в работоспособном состоянии, являясь на магистральных направлениях резервом создаваемой цифровой сети связи.

Технической основой улучшения электрических характеристик действующих кабельных линий могут служить новые зарубежные технологии и их восстановления.

В условиях железнодорожных кабельных магистралей цифровые системы передачи подвергаются воздействию импульсных помех. Они создаются цепями - низкочастотными ОТС и линейными СЦБ, поэтому использование цифровой системы передачи на существующих кабелях с цепями СЦБ затруднено. Следовательно, необходима прокладка 3-го содержащего источника импульсных помех или исключение их с переводом помехонесущих цепей в кабель СЦБ.

Система электросвязи железнодорожного транспорта представляет собой комплекс взаимодействующих технических средств, образующих первичную сеть типовых и специальных каналов передачи и групповых трактов и построенные на ее основе вторичные сети различного назначения. Для организации первичной сети электросвязи использованы кабельные и воздушные линии связи, уплотненные различными системами передачи.

Вторичная сеть электросвязи организована на основе каналов передачи первичной сети. оптическое волокно кабель линия связи

В общий комплекс вторичной сети входят отдельные сети: телефонная, передачи данных и телемеханики.

На основе этих функционируют отдельные специализированные системы: оперативно-технологической связи (ОТС); передачи данных.

В зависимости от назначения система ОТС подразделяется на 4 уровня: магистральный; дорожный; отделенческий; станционный.

На железных дорогах Республики Башкортостан функционируют следующие виды ОТС:

- связи совещание (СС);

- дорожно-распорядительной связи (ДРС);

- диспетчерской связи (ДС);

- постанционной связи (ПС);

- комбинированной связи КС (ДС и ПС);

- прямой связи (ЦБ или МБ).

Для оперативного управления на участках железнодорожных линий в пределах отделений дороги организованы следующие виды проводной телефонной связи: ПДС - поездная диспетчерская; МЖС - поездная межстанционная; ЛПС - линейно-путевая; ЭДС - энерго-диспетчерская; ПГС - перегонная связь и другие (всего 15 видов связи).

Для оперативного руководства технологическим процессом работы железнодорожных станций имеются: станционная распорядительная телефонная связь, стрелочная связь, информационная связь сортировочных станций, двухсторонняя парковая радиосвязь и другие.

Для организации всех вышеперечисленных видов связи используются следующие технические средства:

- кабели и провода: магистральные (МКПАБ), распределительные (ТЗПА), местные, (ТПП) телефонные кабели и провода различного назначения;

- аппаратура систем передачи: аналоговая (К-60п, К-12+12 и др.), цифровая (ИКМ-30-4); различные мультиплексоры (зарубежного и российского производства);

- аппаратура автоматических телефонных станций: декадно-шаговой системы (УАТС-49 АТС-54); координатной системы (АТСКУ, АТСК-100/2000, АТСК-50/200,КРЖ и др.); квазиэлектронной системы (Квант и др.); релейной системы (ESK-400 и др.);

- аппаратура избирательной связи различных типов (РСДТ-1, РСДТ-4-61, ПСТ-2-60 с промежуточными пунктами);

- аппаратура связи совещаний различных типов (МСС-12-6-60, ДОСС-58, ОСС-63 и современные);

- аппаратура станционной связи дежурного промежуточной станции различных типов (КАСС-6, КАСС-ДСП), коммутатор технологической связи типа КТС-1-14;

- аппаратура поездной радиосвязи на базе радиостанций ЖР-УК-СП и РС-46м;

- стационарные и переносные радиостанции типа ЖР-У-СС и другие.

Все выше перечисленные системы оборудования связи, кроме цифровых, являются морально и физически устаревшими, в большинстве промышленностью не выпускаются и имеют низкую ремонтопригодность.

Сети ОТС, поездной радиосвязи и другие построены на групповых каналах (один для всех оперативных работников) с использованием физических проводов, подверженных к влиянию атмосферных и индустриальных помех. Кроме того, сети ОТС смонтированы на релейном коммутационном оборудовании с низкой надежностью, требует больших затрат труда на их содержание и по своим функциональным возможностям не удовлетворяет требованиям, возникающим при структурной перестройке управления.

Основной недостаток существующей ОТС - неэффективное использование каналов связи (для каждого вида ОТС свой канал связи), а также аппаратуры связи.

Применение для каждого вида ОТС отделенных устройств, их наращивание по мере появление новых видов связи привели к сосредоточению на рабочих местах большого количества разнотипных пультов и переговорных приборов, создающих сложности в эксплуатации. По этим причинам сети ОТС обладают низким качеством связи и надежности.

Из-за недостаточного количества каналов и их низкого качества вторичные сети телефонной связи, передачи данных, факсимильных сообщений и ОТС не позволяют уже в настоящее время эффективно решать задачи управления железнодорожным транспортом.

1.2 Перспективы развития первичной сети связи на железнодорожном транспорте

Первичная сеть связи ОАО «РЖД» является основой любой системы связи и определяет ее главные качественные характеристики: надежность, управляемость, пропускную способность и технико-экономические показатели. Для железнодорожной отрасли необходимо осуществлять построение первичной сети, в первую очередь, из принципа надежности. Но необходимо, чтобы и экономические показатели были в допустимых пределах. Естественно, что в качестве основы для первичной сети связи необходимо выбрать цифровые технологии. Они существенно превосходят своих аналоговых оппонентов, благодаря высокому уровню унификации, интеграции технических средств и открытости системы.

Одной из основных особенностей построения цифровой первичной сети ОАО «РЖД» является то, что по одной и той же линии передачи, проложенной вдоль полотна железной дороги, одновременно организуются все виды магистральных, региональных и отделенческих связей. Поэтому по сети связи железных дорог первоначально предполагается введение цифровой техники на уровне магистральной связи и последовательное ее внедрение через региональные узлы до отделенческих узлов - стратегия «сверху вниз».

При стратегии «снизу - вверх» цифровизация вводится сначала на отделениях перевозок и постепенно передвигается на более высокие уровни. Есть и промежуточный вариант, при котором цифровизация применяется там, где потребность в ней максимальна, а применение аналогового оборудования минимально, т.е. на участках оборудованных воздушными линиями связи.

Таким образом, из выше сказанного вытекают два метода перехода - метод наложения и метод «цифровых островов».

При методе наложения цифровые системы передачи (ЦСП) вводятся на всех уровнях сети. Сеть расширяется только за счет ввода цифрового оборудования, т.е. аналоговое оборудование постепенно демонтируют, на смену ему устанавливают цифровое, до полной цифровизации сети. 

При методе «цифровых островов» цифровую технику первоначально внедряют на тех участках сети, где по всем показателям полностью возможна организация цифрового участка. В этом случае в аналоговой сети появляются «цифровые острова», которые постепенно соединяются между собой и сливаются в дальнейшем в единую цифровую сеть.

Для обеспечения цифровизации существующей аналоговой первичной сети на всех уровнях должна быть создана наложенная цифровая первичная сеть, являющаяся самостоятельной сетевой структурой. В этом случае резко сокращаются эксплуатационные расходы.

Существующая аналоговая первичная сеть должна развиваться путем реконструкции кабельных линий связи на основе медных жил, с заменой аналоговых систем связи на цифровые, а также путем уплотнения свободных пар симметричных медных кабелей цифровыми системами передачи. По мере цифровизации существующая аналоговая первичная сеть планомерно перерастет в аналого-цифровую, а затем и в цифровую.

Взаимодействие цифровой и аналоговой первичных сетей, до полного образования цифровой, будет основываться на возможности организации цифровых каналов и трактов по аналоговым системам и аналоговых каналов и трактов по цифровым системам передачи. Узлы и станции сети должны быть оснащены цифро-аналоговыми и аналого-цифровым оборудованием для соответствующего преобразования каналов и трактов.

При таком подходе на начальном этапе эксплуатационные расходы растут за счет появления аналогово-цифровой системы, а затем плавно уменьшаются за счет полного перехода на цифровую систему передачи. Однако эксплуатационные расходы на кабельной линии связи, построенной на основе симметричных медных кабелей, сохраняется, а содержание воздушной линии связи увеличивается с каждым годом за счет удорожания материалов и дефицита элементной базы аналоговой аппаратуры системы передачи. Так как элементной базы аналоговой аппаратуры за рубежом производится в ограниченном количестве под «заказ» и не рентабельно.

Построение цифровой сети ОАО «РЖД» с использованием технологии SDH необходимо осуществлять на магистральном уровне, используя стратегию «наложения». Это позволит создать качественно новую сеть, оптимальную по структуре, управлению и возможностям ее дальнейшего развития.

Развитие местных сетей целесообразно осуществлять на базе технологий PDH и SDH на ВОЛС и существующих кабельных линиях связи, используя стратегию «замещения» аналоговых систем на цифровые. Для этого на существующих линиях связи необходимо использовать специальные технологии, например хDSL, Ethernet.

Местная цифровая первичная сеть организуется на волоконно-оптических, медных кабельных, радиорелейных линиях передачи, оборудования HDSL и МП. По каналам передачи и физическим цепям первичной сети с помощью узлов и станций коммутации организуются оперативно - технологическая (ОТС), передачи данных (СПД) и обще- технологическая (ОБТС) связи.

Развитие первичной сети связи ОАО «РЖД» должно основываться на следующих основных принципах:

- первичная сеть должна быть цифровой на всех уровнях (магистральной, региональной, отделенческой и местной);

- необходимо организовывать линии передачи только на основе стандартных цифровых каналов (ОЦК и ПЦК) и групповых трактов;

- первичная сеть должна быть «открытой» системой, чтобы имелась возможность (система доступа) ее использования для любых вторичных сетей;

- топология первичной сети должна быть оптимальной для всех вторичных сетей, в том числе и с точки зрения их постепенной интеграции;

- первичная сеть должна иметь возможность существенного расширения пропускной способности;

- первичная сеть должна иметь систему управления для поддержки заданных показателей надежности и качества функционирования.

Данные принципы необходимы для того, чтобы создать оптимальную топологию первичной сети, потому цикл жизни первичной сети превышает аналогичный период вторичной сети и необходимо учесть будущее развитие вторичных сетей. Строительство ВОЛС на одном из важных железнодорожных направлений дорог, прежде всего, обеспечит техническую возможность практически безотказного пропуска информационных потоков между центром управления работой транспорта ОАО «РЖД» (город Уфа) и его региональными подразделениями. 

Дальнейшее использование существующих устройств связи не только тормозит внедрение прогрессивных автоматизированных технологий, но уже на современной этапе не гарантирует бесперебойное движение поездов из-за участившихся отказов аппаратуры.

Кроме того, низкое качество информации, передаваемой по существующим сетям связи, значительно повышает затраты времени на сбор оперативных и периодических данных, необходимых для управления транспортными потоками и анализа эксплуатационной деятельности отрасли. 

Внедрение автоматизированных систем управления, предпосылки для которого создает строительство ВОЛС, обеспечит снижение текущих затрат по содержанию устройств связи за счет экономии эксплуатационного контингента.

Наличие высокоскоростной ВОЛС с высокой пропускной способностью позволит осуществить автоматизацию основных рабочих мест и тем самым качественно изменить уровень эксплуатационной деятельности.

Одним из главных итогов автоматизации эксплуатационной деятельности следует считать повышение контроля за безопасностью движения поездов и других производственных процессов на транспорте.

Строительство ВОЛС, проходящей на большом протяжении вдоль основных международных транспортных коридоров республики, повысит их информационную обеспеченность и создаст предпосылки для внедрения систем слежения за продвижением грузов - непременного условия современного транспортного сервиса. Это повысит конкурентоспособность маршрутов на мировом рынке транспортных услуг и явится одним из факторов привлечения перевозок на эти направления.Проходя по территории региона с интенсивным развитием промышленности и высокой плотностью городского населения, проектируемая ВОЛС окажет благоприятное влияние на развитие телекоммуникационных систем в зоне ее тяготения, расширяя информационное пространство и обеспечивая высокое качество и надежность средств связи.

Таким образом, строительство ВОЛС на участке ст. Уфа - ст. Белорецк по своей значимости не ограничивается транспортной отраслью, а создает предпосылки для мощного информационного прорыва одного из наиболее развитых регионов Республики, что определяет ее высокую экономическую эффективность не только для железнодорожной отрасли, но и для хозяйственного комплекса Республики в целом. 

Эффективность системы управления многоотраслевым хозяйством ОАО «РЖД» в значительной мере определяется информационными возможностями систем связи. Качественные и количественные характеристики связи существенно влияют на экономические показатели работы отрасли в целом. Связь пронизывает всю отрасль на всех уровнях, включая отдельные предприятия, фактически обеспечивая жизнедеятельность железной дороги. В связи со структурной перестройкой управления железнодорожным транспортом Республики Башкортостан, мировой тенденцией развития средств связи предлагается создание наложенной связи на основе волоконно-оптических, спутниковых линий связи и цифрового коммутационного оборудования.

Телекоммуникационная сеть железной дороги должна обеспечивать поддержку всех вторичных технологических сетей связи, сети «Единый автоматизированный диспетчерский центр управления», ЕАДЦУ сети оперативно-технологической связи (ОТС), общетехнологической связи, транкинговой сети, радионавигационной сети слежения за подвижным составом. Сеть должна обеспечивать эффективное коммерческое использование своей свободной емкости, предоставляя услуги цифровой сети населению и юридическим лицам.

При организации качественной цифровой сети главных направлениях железной дороги можно надеяться на переход банковских других организаций в более привлекательную государственную сеть, телекоммуникационную сеть из аналогичных коммерческих сетей. 

В соответствии с видами услуг, необходимых пользователям, сеть может быть представлена тремя различными уровнями:

- первый (нижний) уровень в архитектуре сети представлен цифровой первичной транспортной сетью. Он будет реализован с использованием оборудования волоконно-оптического кабеля, использующего последние достижения в технологиях SDH и волоконной оптики. Транспортный уровень используется для переноса всех существующих и будущих протоколов независимо от их типа путем

упаковки их в ячейки ATM;

- второй уровень, представляющий голосовую (телефонную) связь будет обеспечиваться цифровыми телефонными станциями городского и учрежденческого типа.

-третий уровень обеспечит передачу данных и мультимедиа. Эти услуги будут обеспечены семейством систем широкополосной пакетной коммутации, таких как ATM коммутаторы и мультипротокольные пакетные коммутаторы.

Услуги связи развиваются в 2-х направлениях:

- услуги сотовой и персональной сетей связи;

- услуги мультимедиа, объединяющие в одном терминале пять видов информации: речь, текст, данные, неподвижное изображение, видео.

Для управления сетью должны быть следующие службы:

- маркетинга;

- управление сервисом;

-управление каналами, и трактами;

-управление комплексом технических средств.

Службы маркетинга и управления сервисом должны быть созданы вновь, а управление каналами, трактами и комплексом технических средств требуют коренной реконструкции.

Кроме того, создание АЦУП (автоматизированный центр управления перевозками), предпосылки для которого определяет строительство ВОЛС, обеспечит снижение текущих затрат по содержанию устройства и систем телекоммуникаций за счет экономии эксплуатационного контингента.

Наличие высокоскоростной волоконно-оптической систем передачи на основе SDH с высокой пропускной способностью позволит осуществить автоматизацию основных рабочих мест транзитных коридоров и тем самым качественно изменить уровень эксплуатационной деятельности. Это не только повысит производительность труда, но и обеспечит более эффективное использование подвижного состава, создаст условия для повышения эффективности маркетинговой деятельности по привлечению на транспорт дополнительных грузопотоков за счет организации непосредственной связи с клиентами по планированию и оформлению перевозок.

Внедрение АЦУП также оптимизирует потребность в материальных и топливно-энергетических ресурсах за счет ускорения их оборота.

Одним из главных итогов автоматизации эксплуатационной деятельности следует считать повышение контроля за безопасностью движения поездов и других производственных процессов на транспорте, что позволит предотвратить возникновение чрезвычайных ситуаций.

Относительно небольшой опыт эксплуатации новых систем связи на железнодорожных магистралях России не позволяет пока разработать систему показателей, количественно оценивающих их влияние на повышение эффективности работы транспортной отрасли. Тем не менее, укрупненный анализ доли новейших средств связи в общем эффекте от совершенствования транспортного процесса на российских дорогах позволяет сделать заключение, что не менее трети его достигается за счет информатизации отрасли.

На пунктах стыковки организованы таможенные, пограничные и другие службы, которые заинтересованы в использовании высоконадежных каналов для связи с центральными органами.

В соответствии с исследованиями возможности использования ВОЛС для нужд телекоммуникационного обслуживания региона определился потенциальный сектор коммерческого использования проектируемой линии, основу которого составляет:

-международный и внутризоновый конечный график для операторов сотовой, транкинговой и Глобальной сети Интернет, которая растет значительно более быстрыми темпами, чем связь по телефонным каналам;

-организация контроля продвижения грузов по автомобильному транспортному коридору, а также информационного обеспечения водителей автотранспортных средств (информация о погодных условиях по трассе, наличие аварийных ситуаций и так далее).

Таким образом, строительство ВОЛС транзитных коридоров Куйбышевской железной дороги по своей значимости не ограничивается транспортной отраслью, а создает предпосылки для мощного информационного прорыва одного из наиболее развитых промышленных регионов республики, что определяет ее высокую экономическую эффективность не только для железнодорожной отрасли, но и для хозяйственного комплекса страны в целом.

Строительство ВОЛС транзитных коридоров предусматривает в первую очередь цифровизацию первичной магистральной сети и должно осуществляться одновременно с внедрением цифрового коммутационного оборудования узел связи крупных железнодорожных станций, обеспечивая на этих уровнях реализацию новой структуры вторичных цифровых сетей. При этом ВОЛС должна использовать сетевые узлы и оборудования существующей первичной сети. Немаловажную роль играет реструктуризация сферы телекоммуникаций в нашей Республике. ОАО «РЖД», имеющему огромные потенциалы вдоль железнодорожного полотна создания конкурентной среды, невозможно на базе устаревшего оборудования, решением которого является - введение ВОЛС.

1.3 Трасса кабельной линии передач

Передача сигналов многоканальных ЦСП может осуществляться по кабельным, радиорелейным и спутниковым линиям связи. В настоящее время кабельным линиям, как правило, отдается предпочтение из-за повышенной живучести и удовлетворенной скрытности связи. Поэтому проектируемая линия связи будет кабельной. Прокладка кабеля требует больших капитальных вложений, поэтому очень важно правильно выбрать трассу прокладки кабеля. Выбор оптимального варианта трассы и его оценку следует осуществлять исходя из основных условий:

1.минимальной длины трассы;

2.наименьшего числа пересечений с автомобильными, железными дорогами, магистральными трубопроводами с подземными сооружениями и водными преградами;

3.выполнением наименьшего объема работ по строительству линейно-кабельных сооружений;

4.возможности максимального применения при строительстве машин, механизмов и кабелеукладочной техники;

5.обеспечение лучших условий эксплуатации линейных сооружений и надежной их работы.



Рисунок 1.3.1 Карта местности прокладки ВОЛС [8]

Обращаясь к карте местности, видно, что возможен только единственный вариант прокладки трассы - вдоль ЛЭП 3 кВ, так как основная часть ВОЛС должна быть проложена в труднодоступных районах.

Волоконно-оптическая линия связи универсального доступа в направлении от ст. Уфа до ст. Магнитогорск составляет 352 км.

Таблица 1.3.1 Расстояния в прямой видимости

Промежуток	Расстояние по прямой, км
ст. Уфа - ст. Приуралье	93
ст. Приуралье - ст. Инзер	87
ст. Инзер - ст. Белорецк	84
ст. Белорецк - ст. Магнитогорск	88
Итого (ст. Уфа - ст. Магнитогорск)	352

1.4 Выбор и характеристика транспортной системы

Для осуществления передачи данных на участке ст. Уфа - ст. Белорецк - ст. Магнитогорск организуются каналы связи по волоконно-оптическому кабелю.

Основные ресурсы, которыми необходимо снабдить проектированную ВОЛС:

- проводная телефонная связь. В нее входят поездная диспетчерская связь; поездная межстанционная связь; линейно-путевая связь; энерго-диспетчерская связь и перегонная связь. На этот ресурс необходимо примерно 10 потоков Е1;

- передача данных видеонаблюдения. На этот ресурс необходимо примерно 40 потоков Е1;

- передача данных телеметрии. На этот ресурс необходимо 20 потоков Е1;

- на резерв необходимо 30 потоков Е1.

Согласно техническому заданию, для обеспечения вышеперечисленных функций необходимо организовать 100 цифровых потоков Е1. Скорость передачи информации в этом случае составит 200,0 Мбит/с.

Трасса волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) разделяется на четыре регенерационных участка (РУ):

- РУ-1 ст. Уфа - ст. Приуралье - 93 км;

- РУ-2 ст. Приуралье - ст. Инзер - 87 км;

- РУ-3 ст. Инзер - ст. Белорецк - 84 км;

- РУ-4 ст. Белорецк - ст. Магнитогорск - 88 км.

Общая протяженность трассы 352 км.

Данным параметрам соответствует оптический мультиплексор FlexGain А2500.

FlexGain A2500 - полнофункциональный мультиплексор выделения/добавления уровня STM-16, который может быть использован для создания сетей кольцевой и линейной топологии с интерфейсами STM-1, STM-4/STM-4c, STM-16/STM-16c и 1000 ВaseSX Gigabit Ethernet.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.4.1 - Мультиплексор типа FlexGain A2500

Применение

Основные преимущества

Реальная интеграция TDM и IP

FlexGain A2500 использует все преимущества технологии SDH, обладает многообразными интерфейсами (включая передачу сигналов на скоростях 155 и 622 Мбит/с, увеличиваемую до 2,48 Гбит/с), позволяет объединять локальные/корпоративные/глобальные сети с обеспечением высокого уровня защиты трафика.

Защита трафика

FlexGain A2500 позволяет использовать все стандартные типы защиты трафика, используемые технологией SDH: защита мультиплексорной секции (MSP), направления (SNC-P) или кольца (MS-Spring). Основные платы мультиплексора - платы агрегатных и компонентных потоков - резервируются на аппаратном уровне, что повышает общую надежность оборудования в сети.

Компактность, низкое энергопотребление, надежность и простота в обслуживании

FlexGain A2500 имеет малые габариты шасси (ШЧГЧВ): 450Ч280Ч270 мм. Высокая степень интеграции элементной базы, используемой при разработке мультиплексора, позволила одновременно с уменьшением габаритов мультиплексора значительно повысить надежность и снизить энергопотребление. Также немаловажным фактором является простота в настройке и обслуживании FlexGain A2500 (мультиплексор имеет гибкую самонастраивающуюся конфигурацию, предустановленную по умолчанию).

Модульность

Оборудование FlexGain A2500 предназначено для использования в различных сетевых конфигурациях: как оконечный мультиплексор, мультиплексор выделения/добавления, регенератор или кроссовый коммутатор. В шасси мультиплексора предусмотрено шесть мест для установки плат компонентных потоков. Ядром системы является неблокируемая переключаемая матрица 64Ч64 VC-4 (Virtual Container) с возможностью переключения на уровне VC12 (VC-4 представляет собой транспортный модуль, содержащий полезную информацию кадра STM-1, VC-12 - контейнер, содержащий полезную информацию потока со скоростью передачи 2 Мбит/с).

Централизованное управление

В мультиплексор FlexGain A2500 встроен HTTP-сервер, который обеспечивает дружественный пользователю графический интерфейс, позволяющий наблюдать за происходящими событиями (авариями) и оперативно изменять конфигурацию любого мультиплексора в сети. Сеть, состоящая из мультиплексоров серии FlexGain T155, A155 и оборудования A2500, может конфигурироваться и контролироваться при помощи единой системы управления FlexGain View, которая поддерживает многопользовательский режим и позволяет назначать различный уровень доступа оператора к узлам сети. FlexGain View работает под управлением операционной системы Windows NT и имеет различные режимы обслуживания узлов (в зависимости от уровня пользовательского доступа).

Волоконно-оптические сети доступа

Мультиплексор A2500 может быть использован для создания SDH-сетей региональных операторов связи, подключаемых к магистральным сетям (например, к сетям ОАО «Ростелеком»), мультиплексор имеет интерфейсы доступа SDH и PDH для передачи трафика TDM и, Gig- и Fast Ethernet для передачи трафика IP. Данное оборудование может использоваться на любых участках ВСС.

Корпоративные сети

FlexGain A2500 представляет собой идеальное решение для построения корпоративных сетей, которые покрывают достаточно большие территории (например, сети связи энергетического и нефтегазового комплексов, а также ведомственные сети железнодорожного транспорта и силовых структур).

Мультиплексор может объединять локальные вычислительные сети, телефонные станции и совместим с разнообразным оконечным оборудованием. Также немаловажным фактором является наличие стандартизованных интерфейсов для подключения к сетям общего пользования различных операторов.

Сети связи общего пользования

При помощи оборудования FlexGain A2500 операторы сетей связи могут строить большие распределенные транспортные сети уровня STM-16 с организацией промежуточных узлов выделения/добавления потоков со скоростями 2,048 Мбит/с, n*64 кбит/с, Fast Ethernet, обеспечивая при этом высокую степень защиты трафика за счет механизмов MSP, SNCP и MS-Spring.

Управление

Управление на элементарном уровне

Оборудование FlexGain A2500 имеет встроенный HTTP сервер, поэтому для управления не требуется специализированных программных средств. Для управления мультиплексором может быть использован любой компьютер с браузером, поддерживающим javascript, при этом обеспечивается возможность наблюдения за авариями, проходящими событиями и счетчиками производительности.

Первоначальная настройка мультиплексора включает в себя установку IP-адреса устройства c консоли терминала типа VT100 (через интерфейс RS232). Параметры обмена с VT100: 19200, 8N1, асинхронная передача.

Пользователь имеет доступ к различным пунктам меню, позволяющим:

- наблюдать список модулей и версию ПО;

- конфигурировать основные функции;

- получать информацию об авариях;

- наблюдать счетчики производительности.

Рисунок 1.4.2 Окно, отображающее HTTP сервер

Загрузка программного обеспечения

Мультиплексор имеет перезаписываемую память (Flash), что позволяет изменять версии программного обеспечения без механического вмешательства обслуживающего персонала. Программное обеспечение может быть загружено в оборудование FlexGain A2500 либо локально, либо через систему сетевого управления. Данная возможность сильно упрощает процедуру модернизации программного обеспечения, например, при добавлении новых функций.

Обслуживание

Аварии

Аварийные сообщения, генерируемые мультиплексором FlexGain A2500, отображаются при помощи светодиодов на лицевых панелях плат и передаются на группу «сухих контактов», выведенных на соответствующий разъем.

Мультиплексор имеет 4 входа для внешних аварийных сигналов, которые задаются замыканием шлейфов и для которых можно использовать внешние источники постоянного тока 48/60 В.

С использованием HTTP сервера можно:

- определить статус аварий;

- просмотреть журнал текущих событий и журнал производительности;определить тип соединения с сетью и получить общий вид оборудования.

Ресурсы оптических приемопередатчиков

Запас приемопередатчиков по мощности (следовательно, и по протяженности линии) измеряется разницей между мощностью лазера и чувствительностью приемника (S и R), при которой значение битовых ошибок BER не превышает 10^-10.

При этом необходимо учитывать изменения параметров оптического кабеля под воздействием температуры и старения.

Таблица 1.4.1 Гарантированные характеристики

	L16.2+	L16.1	U-16.2	4S1.1	S4.1	4L1.1	L4.1
Стандарт	G.957- G.958	G.957- G.958	G.957- G.958	G.957- G.958	G.957- G.958	G.957- G.958	G.957- G.958
Длина волны (нм)	1550	1310	1550	1310	1310	1310	1310
Скорость (Мбит/с)	2488,3 2 ± 20	2488,3 2 ± 20	2488,3 2 ± 20	155,52 ± 20	622,08 ± 20	155,52 ± 20	622,08 ± 20
Код	NRZ	NRZ	NRZ	NRZ	NRZ	NRZ	NRZ
Мощность лазера (S)	+1: +5 дБм	-2: +2 дБм	+13: +16 дБм	-15: -8 дБм	-15: -8 дБм	-5: 0 дБм	-3: +2 дБм
Чувствительность (R)	-28 дБм	-27 дБм	-28 дБм	-28 дБм	-28 дБм	-34 дБм	-28 дБм
Тип соединения	SC	SC	SC	SC	SC	SC	SC

Все представленные в таблице данные верны для одномодового волокна, соответствующего рекомендации G.652. Вместе с тем, оптические приемопередатчики могут работать и на многомодовом волокне, но в этом случае длина линии ограничивается 15 километрами.

Технические характеристики

Электрические и оптические интерфейсы

Интерфейс Gigabit Ethernet

- 1000 BaseSX 802.3z интерфейс;

- длина волны передатчика 850 нм;

- дистанция передачи на многомодовом волокне 55 микрон: от 2 до 550 м;

- дистанция передачи на многомодовом волокне 62,5 микрон: от 2 до 275 м.

Таблица 1.4.2 Габариты, вес

Размеры шасси мультиплексора (ШЧВЧГ)	450Ч280Ч280 мм
Вес шасси 10,0 кг	10,0 кг

Таблица 1.4.3 Электропитание

Входное напряжение	-48 В/-60 В постоянного тока
Диапазон входного напряжения	36 … -72 В
Потребляемая мощность не более	260 Вт

Таблица 1.4.4 Климатические условия

Рабочий температурный диапазон Рабочий максимально допустимый	+5 … +450С -25 … +550С
Температура транспортировки	-40 … +550С
Относительная влажность	<85%

Для организации видеонаблюдения на каждом транзитном пункте будут использоваться уличные всепогодные камеры Ai-IR97 (см. рисунок 1.4.3) в количестве двух штук на каждом пункте, установленные на опорах, за отслеживанием аварийных ситуаций. Всего установлено будет 10 камер.

Рисунок 1.4.3 Всепогодная уличная камера Acumen Ai-IR97

Acumen Ai-IR97 - видеокамера с дальними диапазоном подсветки. Подсветка из двенадцати мощных светодиодов, работающих в инфракрасном диапазоне, обеспечивает освещение, невидимое человеческому глазу, на расстоянии до 110 метров. Таким образом, минимальная чувствительность видеокамеры составляет нуль Люкс. Она способна работать в темноте при любых погодных условиях при рабочих температурах -55^о до +50^оС.

В Acumen Ai-IR97 присутствуют дополнительные регулировки, которые помогают сделать изображение максимально чистым и четким, если условия освещения не позволяют обеспечить приемлемое качество стандартными средствами.

1.5 Обоснование выбора типа оптического волокна

Стремительный рост спроса на телекоммуникационные услуги, а также их конвергенция обуславливают поиск и разработку альтернативных решений не только в области оборудования систем передачи, распределительных и оконечных устройств, но и линейного сегмента линий связи.

Вероятно, весьма скоро из-за всеобщей информатизации общества администрации связи вынуждены будут пересмотреть отношение к существующим ограничениям на типы инсталляции линейной части.

Речь идет о постепенном смягчении нынешних требований с учетом статистики отказов, а также о поэтапном вводе альтернативных решений на более ответственных участках телекоммуникационных сетей. В этой связи необходимо отметить, что вместе с конвергенцией телекоммуникационных услуг неизбежна консолидация усилий нескольких организаций (представляющих различные отрасли), которые будут направлены на взаимное предоставление услуг связи, обмен трафиком, а также организацию обходов в случаях возникновения аварийных ситуаций.

Одним из альтернативных решений в области инсталляции линейного сегмента линий связи является подвес волоконно-оптического кабеля на опоры и столбы. Этот метод позволяет в значительной мере сократить и стоимость, и время, затрачиваемые на инсталляцию кабеля, а также эксплуатационные расходы.

Ведущими производителями аксессуаров для организации подвеса волоконно-оптического кабеля разработана широкая гамма устройств, арматуры и оборудования, позволяющих реализовать как масштабные проекты подвеса кабелей магистральных линий, так и локальные проекты.

Подвес волоконно-оптического кабеля может осуществляться на различных сегментах сети передачи данных.

Наибольшие споры, связанные с данным видом инсталляции волоконно-оптических кабелей, возникают в отношении применения этого метода на магистральных линиях связи. Отмечаются как его явные плюсы, так и минусы.

В настоящее время наиболее часто применяется подвес волоконно-оптического кабеля на существующих опорах, используемых для подвеса металлических силовых кабелей (ЛЭП, контактной сети железнодорожного и другого транспорта). В случае аварии возникает угроза того, что на устранение повреждения потребуется значительное время. Это связано с тем, что первоочередное внимание организаций, осуществляющих техническую эксплуатацию, уделяется линейным сооружениям, необходимым для функционирования профильных служб. Телекоммуникационным кабелям в таких ситуациях отводится, как правило, второстепенная роль.

Однако возможность организации кабельных линий со значительным удешевлением за счет исключения земляных работ (в зонах вечной мерзлоты, на заболоченных участках и участках со сложным рельефом, а также в городских условиях) актуализирует использование методики подвеса на магистральных ВОЛС. Особые преимущества метода подвеса дает при устройстве переходов через глубокие судоходные и сплавные реки, а также морских переходов через судоходные каналы. Эти преимущества позволяют исключить целыйкомплекс подводных работ по подготовке подводных траншей, прокладке и заглублению волоконно-оптического кабеля. Как следствие, упрощается техническая эксплуатация переходов, выполненных подобным образом.

Во многих странах организация абонентских линий методом подвеса стала обычным явлением и уже может считаться традиционной. Такое решение особенно эффективно в районах с низкой плотностью населения - небольших населенных пунктах, где необходимо организовать абонентские линии большой длины. По этим абонентским линиям может быть организована телефония, передача данных и сигналов радио- и телевещания, а также целого ряда других систем (сигнализация, дистанционный климат-контроль и т.д.).

Использование технологии подвеса позволяет избежать влияния фактора роста цен (который в скором времени будет играть немаловажную роль в формировании затрат на строительство телекоммуникационных сетей) или же существенно снизить такое влияние за счет совместного использования земельных ресурсов различными заинтересованными ведомствами.

Необходимость организации подвеса волоконно-оптических кабелей обусловила разработку конструкций, предназначенных именно для этого вида инсталляции. При этом учитывалось разнообразие климатических, природных, техногенных и прочих факторов,сокращающих срок службы кабеля. К таким показателям можно отнести температурные колебания - рабочий диапазон температур для большинства кабелей составляет от -40°С до +70°С, а также длительное воздействие солнечных лучей, соляной туман, загрязнение воздуха выхлопами, длительное воздействие ветровых нагрузок и вибраций. Проводятся исследования с целью создания кабелей, обладающих повышенной устойчивостью к действию радиоактивного излучения.

Рассмотрим основные конструкции подвесных волоконно-оптических кабелей связи.

По типу инсталляции кабеля конструкции можно разделить на три семейства: самонесущие, встроенные в сердечник силового кабеля и навиваемые на трос грозозащиты или фазный провод. В свою очередь, каждое семейство делится на типы в зависимости от конструкции сердечника: со свободно расположенными оптическими модулями (loose tube), с центральным единым модулем, содержащим пучки оптических волокон (monotube, unitube, lightpack) или модули с оптическими волокнами (flextube), а также с профилированным сердечником.

1.6 Требования к подвесным волоконно-оптическим кабелям

Требования к подвесным волоконно-оптическим кабелям определяются условиями их эксплуатации. Принимая во вниманиеприродные условия, следует также учитывать, что кабели, подвешенные на опорах ЛЭП и контактной сети электротранспорта, находятся под воздействием мощных электромагнитных полей, и, кроме того, линии, подвешенные на опорах контактной сети железнодорожного транспорта, находятся под воздействием вибраций.

Конструкция кабеля должна обеспечивать стойкость к механическим, температурным, электромагнитным и прочим влияниям при выполнении строительно-монтажных работ и последующей эксплуатации. Значения передаточных характеристик кабеля под действием упомянутых влияний не должны выходить за установленные пределы на протяжении всего срока службы, а также должны удовлетворять требованиям стандартов ЕС, рекомендаций ITU и нормативной документации на конкретный оптический кабель.

Требования к механическим характеристикам

Базовыми механическими параметрами, в соответствии с которыми определяются условия подвеса волоконно-оптического кабеля, являются:

- допустимое усилие растяжения (Рр);

- стойкость к удару;

- стойкость к вибрациям;

- стойкость к раздавливающим усилиям.

В зависимости от типа и марки кабеля значения величины допустимого растягивающего усилия задаются в диапазоне от 4,0 до 85 кН. Для подвеса на опорах ЛЭП используются оптические кабели с допустимым усилием Рр > 80 кН.

Оптические кабели должны выдерживать однократные удары с энергией удара не менее 30 Дж. Учитывая, что в процессе эксплуатации кабели на опорах находятся под действием вибрации, оптические кабели должны быть стойкими к вибрационным нагрузкам в диапазонах частот от 10 до 200 Гц с ускорением до 40 м/с².

Стойкость к раздавливающим усилиям должна обеспечивать сохранение рабочих параметров кабеля по окончании процесса инсталляции, а также при обледенениях.

...