Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В дипломном проекте рассматривается вопрос модернизации телефонной сети г. Тараз. Взят 1 этап модернизации, на котором организуется основное кольцо транспортной сети и проектируются соединительные линии между АТС 43/45 и концентраторами RSM-1,2,3 с использованием ВОЛС.

Выбирается тип системы передачи и кабеля производится расчет параметров кабеля и системы передачи.

В бизнес-плане проекта проводится расчет экономических показателей проекта. Также рассматриваются вопросы безопасности жизнедеятельности.

Введение

В хозяйственной, технической, научной, политической и культурной жизни общества возрастают потоки различных видов информации, которые необходимо передавать на большие расстояния с большой достоверностью. Важную роль в решении этих вопросов играет электрическая связь.

Развитие сетей электросвязи обусловлено постоянным ростом требований абонентов к качеству связи в целом и отдельных устройств, обеспечивающих её осуществление, а также необходимостью снижения экономических затрат на организацию связи.

Линейные сооружения под влиянием предъявляемых к ним требований развивались от простейших симметричных пар для передачи телеграфных сигналов до волоконно-оптических кабелей, спутниковых систем связи и цифровых систем передачи, способных передавать любой вид информации с высокой скоростью и надёжностью при высокой достоверности.

Интенсивное развитие и внедрение цифровых систем передачи ЦСП объясняется их существенными преимуществами перед аналоговыми системами передачи:

- высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию этих сигналов при передаче их по линиям связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации;

- независимость качества передачи от длины линии связи. Благодаря регенерации передаваемых сигналов искажения в пределах регенерационного участка ничтожны, поэтому качество передачи практически не зависит от длины линии связи;

- стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность параметров каналов (остаточного затухания, частотной характеристики, нелинейных искажений) определяется в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть аппаратурного комплекса ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых;

- эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. Это обеспечивается при вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт. При этом скорость передачи дискретных сигналов может приближаться к скорости передачи группового сигнала;

- высокие технико-экономические показатели. Большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратурном комплексе ЦСП определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем. Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры. Высокая степень унификации узлов упрощает эксплуатацию систем и повышает надёжность оборудования;

- возможность построения цифровой сети связи. ЦСП в сочетании с оборудованием коммутации цифровых сигналов являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме.

Наиболее современной технологией, используемой в настоящее время для построения сетей связи, является синхронная цифровая иерархия СЦИ (SDH), которая является не просто основой для создания новых систем передачи, а несёт принципиальные изменения в сетевой архитектуре и организации управления сетями.

Настоящий дипломный проект посвящён вопросу внедрения аппаратуры волоконно-оптических систем передачи на основе технологии SDH на ГТС г. Тараз. Рассматривается 1 этап модернизации ГТС, на котором проектируются соединительные линии между АТС 43/45 и RSM-1,2,3 с использованием ВОЛС.

1. Организация связи на ГТС и пути ее модернизации

1.1 Анализ существующей сети

Существующая городская телефонная сеть г. Тараз построена по принципу «каждая с каждой». На сети 5 АТС. Общая монтированная ёмкость составляет 52100 номеров. На ГТС принята пятизначная система нумерации абонентских линий. Параметры АТС на существующей ГТС приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Индекс станции	Год ввода в эксплуатацию	Абонентская ёмкость, NN	Тип оборудования
АТС-2	1980	5020	АТСКУ
АТС-3	1971	4140	АТС-54 А
ПСК-36	1982	1000	АТСК-100/2000
ПСК-37	1980	1000	ПСК-1000
ПСК-39	1981	1000	ПСК-1000
АТС-4	1970	10045	АТС-54 А
АТС-5	1974	6070	АТС-54 А
ПСК-54	1980	1000	ПСК-1000
ПСК-57	1979	1000	ПСК-1000
АТС-6	1985	6020	АТСКУ
ПСК-67	1986	1000	ПСК-1000
ПСК-68	1986	1000	ПСК-1000
АТС-7	1988	10020	АТСКУ
АМТС	1998	3000	5 ESS

Существующая сеть города в основном аналоговая, с аналоговыми станциями и с использованием физических соединительных линий. Коммутационные станции координатные, типа АТСКУ (АТС 2, 6, 7) и декадно-шаговые типа АТС-54 А (АТС 3, 4, 5). На отдельных участках соединительные линии организованы по физически и морально устаревшим аналоговым системам передачи ОВ-3-3с, В-2-2.

Исключение составляют лишь немногие ИКМ линии на ИКМ-15, работающие по кабелю КСПП 1х4х0,9, имеется участок с волоконно-оптической линией ИКМ-120. Также на сети имеются две цифровые АТС: АТСЭ 43/45 (DMS-100) и АМТСЭ (5ESS).

Действующая АМТС является цифровой АТС (5ESS) и обеспечивает автоматическую связь с телефонными сетями других городов, входящих в Общегосударственную автоматически коммутируемую сеть страны. А действующая на ГТС УСС является декадно-шаговой станцией и обеспечивает связь со всеми спецслужбами.

На межстанционной сети используются кабели типа ТПП различной ёмкости, подвешанные на опорах. проложенные в телефонной канализации и в земле. Линейные сооружения выполнены по шкафной системе с элементами прямого питания.

1.2 Необходимость модернизации сети

Для включения в мировые системы телекоммуникаций национальная сеть связи должна соответствовать мировым стандартам. Появление таких глобальных информационных сетей как INTERNET, подразумевает передачу больших потоков информации, а это возможно только при соответствующей достоверности и скорости передачи данных. Оборудование, которое работает в настоящие время, не может удовлетворить эти требования, в силу своей физической и моральной изношенности (на сети до сих пор работают декадно-шаговые АТС).

С другой стороны в настоящее время появляется всё большее число операторов предоставляющих услуги связи (сети мобильной связи GSM, DAMPS, пейджинговые компании, провайдеры INTERNET, транкинговые сети). Оборудование, на базе которого предоставляются все эти услуги, являются современными цифровыми средствами связи.

По этому, для того, чтобы в недалёком будущем успешно конкурировать на рынке услуг связи, национальному оператору необходимо производить замену устаревшего оборудования наиболее современными системами.

Ещё одной немаловажной деталью является увеличение стоимости эксплуатации устаревшего оборудования. Происходит это в связи с тем, что предприятия переходят на выпуск цифрового оборудования для отрасли связи и находить элементную базу для ремонта аналоговых средств связи становится всё сложней.

Кабельные линии, по которым работают системы передачи приходят в негодность, благодаря времени и предприимчивым людям, вырезающим кабель ради меди. К тому же системы передачи, работающие в настоящие время, не могут удовлетворять растущую потребность в каналах связи. Не отвечают они и требованиям надёжности, возросшим в последнее время.

Построение сети по принципу «каждая с каждой» и отсутствие обходных путей уменьшает надёжность и в случае аварийной ситуации в каком либо направлении исключает возможность установления соединения.

Также сложилась ситуация, когда абоненты требуют предоставления дополнительных видов услуг, таких как:

- сокращённый набор номера, возможность дополнительного набора;

- уведомление о поступлении нового вызова;

- временный запрет входящей (исходящей) связи;

- переадресация вызова;

- определение номера вызывающего абонента;

конференц-связь.

1.3 Пути модернизация сети

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH, были, по сути, асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синхронизацию от центрального опорного источника. В них потеря бит (или невозможность их точной локализации) приводили не только к потере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимающем конце сети было проще выбросить неверно полученные фреймы, чем инициализировать восстановление синхронизации с повторной передачей потерянного фрагмента, как это делается, например, в локальных сетях. Это значит, что указанная информация будет потеряна безвозвратно. Практика показывает, что местные таймеры могут давать значительное отклонение от точной скорости передачи. Например, указывается, что для сигналов DS3 (44,736 Мбит/с) такое отклонение от различных источников может достигать 1789 бит/с.

Синхронные сети имеют ряд преимуществ перед используемыми асинхронными, основные из них следующие:

- упрощение сети, вызванное тем, что в синхронной сети один мультиплексор ввода-вывода, который заменяет целую «гирлянду» мультиплексоров PDH, давая экономию не только в оборудовании (его цене и номенклатуре), но и в требуемом месте для размещения, питании и обслуживании;

- надёжность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно-оптические кабели (ВОК) передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищённый режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала, с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися;

- гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа широкополосных каналов управления и компьютерной иерархической системой управления с уровнями сетевого элементного менеджмента, а также возможностью автоматического дистанционного управления сетью из одного центра, включая динамическую реконфигурацию каналов и сбор статистики о функционировании сети;

- выделение полосы пропускания по требованию - сервис, который раньше мог быть осуществлен только по заранее (например, за несколько дней) спланированной договоренности (например, вывод требуемого канала при проведении видеоконференции), теперь может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;

- прозрачность для передачи любого трафика - факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика, сформированного другими технологиями, включая самые современные технологии Frame Relay, ISDN и ATM;

- универсальность применения - технология может быть использована как для создания глобальных сетей или глобальной магистрали, передающей из точки в точку тысячи каналов со скоростью до 40 Гбит/с, так и для компактной кольцевой корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей;

- простота наращивания мощности - при наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить просто вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

Таким образом, модернизация сети требует перестройки ее конфигурации и построения синхронной сети на базе оборудования SDH.

На основном кольце предлагается проложить 12-и волоконный кабель, на соединительных линиях к подключаемой к кольцу АТС-5 6-и волоконный кабель. По оптическому кольцу будут организованы СЛ АТСЭ-43/45 с аналоговыми АТС местной сети. ЗСЛ и СИМ АТС-2, 5, 6, 7 будут организованы по многомодовому оптическому кабелю (вне кольца), уплотненному системами передачи «Сопка» и «Соната». МСС между аналоговыми АТС-2, 5, 6, 7 останется существующей по физическому кабелю по схеме «каждая с каждой» Часть оборудования АТС-3 будет обслуживать узел УВТС-9.

Все аналоговые АТС будут подключены к оптической сети через аналого-цифровые преобразователи (АЦП), создающие 2-х мегабитовые цифровые потоки. Цифровые АТС подключаются к оптической сети без АЦП.

1.4 Постановка задания на проектирование

Введение цифровой коммутационной техники на телефонных сетях города была определена как стратегия наложения: электронные АТС вводились в действующую сеть группой, которая образовала цифровую сеть города, имеющую связь с существующей аналоговой станцией по цифровым соединительным линиям. Согласующие устройства аналог-цифра установлены на станции аналогового типа. Цифровые станции связываются между собой только с помощью цифровых СЛ.

Сейчас все станции связаны между собой по принципу «дерево» с помощью физических и ИКМ линий. Сеть имеет следующие недостатки: отсутствие возможности организации обходных трактов, нет резервирования трактов; нерациональное использование каналов в трактах. Сегодня к телекоммуникационным сетям предъявляются повышенные требования. Все больше пользователей стремятся получить увеличение их мощности и разнообразные услуги: расширение видов графика требует более гибких методов передачи. Увеличение качества линий приводит к увеличению объема техобслуживания и повышению накладных расходов. Построение сети SDH дает возможность избежать перечисленных недостатков. Необходимо учесть увеличение телефонной плотности на 100 жителей города т.е. увеличение емкости сети для построения сети SDH:

В дипломном проекте ставится задача проектирования соединительных линий по ВОЛС на участках СЛ-4 и СЛ-5, между АТСЭ-43/45 и RSM-1 (ПСК-39), RSM-2 (ПСК-37), RSM-3 (ПСК-36). Это одна из задач 1-го этапа модернизации телекоммуникационной сети г. Тараз.

В дипломном проекте необходимо:

а) составить схему организации связи;

б) провести расчет межстанционных соединительных линии (МСС);

б) провести расчет нагрузки на сети SDH;

в) провести расчет параметров системы передачи и оптического кабеля;

г) рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности и охраны труда обслуживающего персонала;

д) составить бизнес-план проекта.

2. Характеристика системы передачи и оптического кабеля

2.1 Характеристика системы передачи

При разработке SDH обеспечивалась преемственность европейской иерархии PDH. В том, что терминальные мультиплексоры и мультиплексоры ввода/вывода сетей SONET/SDH, через которые осуществляется доступ в сеть были рассчитаны на поддержку только тех входных каналов, или каналов доступа, скорость передачи которых соответствовала объединённому стандартному ряду американской и европейской иерархии PDH, а именно: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с. Цифровые сигналы каналов доступа, скорость передачи которых соответствует указанному ряду, будем называть трибами PDH (или в терминологии связистов компонентными сигналами), а сигналы, скорость передачи которых соответствует стандартному ряду скоростей SDH -трибами SDH.

Первая особенность - поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов PDH и SDH.

Другая особенность - процедура формирования структуры фрейма.

Для реализации этого метода было предложено использовать понятие контейнер, в который и упаковываются трибы. По типоразмеру контейнеры делятся на 4 уровня, соответствующие уровням PDH. На контейнер наклеивается ярлык, содержащий управляющею информацию для сбора статистики прохождения контейнера. Контейнер с таким ярлыком используется для переноса информации, т.е. является логическим, а не физическим объектом, поэтому его называют виртуальным контейнером.

Вторая особенность иерархии SDH - трибы должны быть упакованы в стандартные помеченные контейнеры, размеры которых определяются уровнем триба в иерархии PDH.

Третья особенность иерархии SDH - положение виртуального контейнера может определятся с помощью указателей, позволяющих устранить противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения контейнера внутри поля полезной нагрузки.

Четвёртая особенность иерархии SDH - несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться как один непрерывный контейнер, используемый для размещения нестандартной полезной нагрузки.

Пятая особенность иерархии SDH состоит в том, что в ней предусмотрено формирование отдельного (нормального для технологий пакетной обработки в локальных сетях) поля заголовка размером 9х9=81 байт.

Самой важной особенностью сети SDH является ее деление на три функциональных слоя, которые подразделяются на подслои (таблица 2.1). Каждый слой обслуживает вышележащий слой и имеет определенные точки доступа. Слои имеют собственные средства контроля и управления, что упрощает операции по ликвидации последствий отказов и снижает их влияние на вышележащие слои. Независимость слоев позволяет внедрять, модернизировать или заменять их, не затрагивая другие слои.

Таблица 2.1 - Деление SDH на функциональные слои.

Слои	Подслои
Каналы
Тракты	низшего порядка
	высшего порядка
Среда передачи	Секции	Мультиплексные, регенерационные
Физическая среда: ВОЛС, РРЛ

Важнейшими для последующего изложения являются сетевые слои: каналов, трактов и секций. Сеть каналов - слой, обслуживающий собственное пользователей. Их терминалы подключаются к комплектам оконечной аппаратуры SDH соединительными линиями. Сеть каналов соединяет различные комплекты оконечной аппаратуры SDH через коммутационные станции.

Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков, образуя сеть трактов. Имеются два сетевых слоя трактов (сверху вниз по иерархии SDH) низшего и высшего порядков. В слое трактов осуществляется программный и дистанционный контроль и управление соединениями. Все тракты оканчиваются в аппаратуре оперативного переключения, входящей в мультиплексоры SDH.

Групповые тракты организуются в линейные, построение которых зависит от среды передачи (оптическое волокно, радиорелейные линии). Это сетевой слой передачи. Он подразделяется на две части: слой секций (верхний) и слой физической среды. Сетевой слой секций разделяется на два. Верхним является слой мультиплексных секций (МС). МС обеспечивает передачу информации между пунктами, где оканчиваются или переключаются тракты. Нижний слой регенерационных секций (РС) - обеспечивает передачу информации между регенераторами или регенераторами и пунктами окончания или переключения трактов.

Сеть SDH строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью:

- сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;

- транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;

- перегрузка виртуальных контейнеров в соответствии со схемой маршрутизации из одного сегмента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросс-коммутации, решаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов - DXC;

- объединение нескольких однотипных потоков в распределительный узел - концентратор (или хаб) - задача концентрации, решаемая концентраторами;

- восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;

- сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих устройств, например, конвертеров, интерфейсов, конвертеров скоростей, конвертеров импедансов и т.д..

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексоры SDH в отличие от обычных мультиплексоров, используемых, например, в сетях PDH, выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются более универсальными и гибкими устройствами, позволяющими решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять еще и задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включенных в спецификацию мультиплексора. Принято выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибам PDH и SDH иерархий (рис.2.1). Терминальный мультиплексор может или вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать их с линейного входа на выход трибного интерфейса. Он может также осуществлять локальную коммутацию входа одного трибного интерфейса на выход другого трибного инерфейса. Как правило эта коммутация ограничена трибами 1.5 и 2 Мбит/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1- Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор (TM) или мультиплексор ввода/вывода(ADM)

Для мультиплексора максимального на данный момент действующего уровня SDH иерархии (STM- 64), имеющего скорость выходного потока 10 Гбит/с, максимально полный набор каналов доступа может включать PDH трибы 1.5, 2, 6, 34, 45, 140 Мбит/с и SDH трибы 155, 622 и 2500 Мбит/с, соответствующие STM-1, 4, 16. Если PDH трибы являются "электрическими", т.е. использующими электрический сигнал для передачи данных, то SDH трибы могут быть как электрическими ( STM-1) так и оптическими ( STM-1, 4, 16). Для мультиплексоров SDH уровня STM-16 из этого набора исключается триб 2500 Мбит/с, для уровня STM-4 исключается триб 622 Мбит/с, а для уровня STM-1 исключается триб 155 Мбит/с. Конкретный мультиплексор может и не иметь полного набора трибов для использования в качестве каналов доступа. Это определяется не только пожеланиями заказчика, но и возможностями фирмы-изготовителя.

Другой важной особенностью SDH мультиплексора является наличие двух оптических линейных входов (каналов приёма/передачи), называемых агрегатными выходами и используемых для создания режима стопроцентного резервирования, или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надёжности. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резервными (линейная топология) или восточными и западными (кольцевая топология). Если резервирование не используется (так называемый незащищённый режим), достаточно только одного выхода (одного канала приёма/передачи). Резервирование 1+1 в сетях SDH является их внутренней особенностью и не имеет ничего общего с так называемым внешним резервированием, когда используется альтернативный (резервный) путь от одного узла сети к другому, как это делается в так называемой ячеистой сети SDH, работающей в незащищённом режиме.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор. Он позволяет вводить/выводить соответствующий им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым TM, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять смыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ("восточной" и "западной") в случае выхода из строя одного из направлений. Он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольцо.

SMA-1 (синхронный мультиплексор, ввод - вывод) представляет собой комбинацию мультиплексора, переключателя и оптической линейной системы 155 Мбит/с для передачи широкополосного трафика, объединенных в едином субблоке. тараз телефонный абонент мультиплексор

Он рассчитан на использование в сетях со стандартом мультиплексирования SDH (синхронная цифровая иерархия), но может быть использован в существующих сетях, базирующихся на PDH (плезиохронная цифровая иерархия). SMA соответствует всем рекомендациям МККТТ.

Устройство может быть скомпановано для различных приложений путем выбора комбинаций плат и программного управления.

Основное назначение состоит в переключении широкополосных сигналов в сетях кольцевой, цепочечной топологии, а также в режиме точка-точка. Устройство может комплектоваться портами 2 Мбит/с (G.703) для компонентных (трибутарных) потоков и портами STM-1 155 Мбит/с (G.709) как для линейных, так и для трибутарных потоков. Возможны варианты оптических или электрических портов.

Предусмотрены интерфейсы для операторного контроля и управления либо с помощью местного терминала (типа PC), либо с помощью удаленного терминала управления элементами сети - ЕМ (терминал типа "рабочая станция").

Местный терминал может быть подключен через интерфейс RS-232 к любому SMA-1 сети.

Соединение производится по принципу "когда требуется", т.е. терминал не является постоянной частью любого конкретного SMA-1. Терминал используется для управления и контроля (например, при пуско-наладочных работах и диагностике неисправностей) SM.A-1, к которому он подключен в данный момент.

ЕМ подключается через порт Q (по МККТТ) к элементу сети SMA-1, выполняющему функции сетевого шлюза. С другими элементами сети он связан с помощью каналов, выделенных в STM-1, что обеспечивает возможности управления всей сетью.

SMA-1 представляет собой субблок с задней панелью, куда вставляются блок синхронизации, блок сетевого фильтра, блок вспомогательных интерфейсов, блок панельного дисплея субблока и линейный оконечный блок аварийных сигналов. В субблок вставляются ряд базовых врубных блоков (плат) и дополнительные блоки, определяемые требованиями пользователя. Термин "дополнительные блоки" включает дублирующие блоки, а также базовые блоки, используемые при резервировании.

Любой SMA-1 может быть сконфигурирован для использования в различных сетевых вариантах, определяемых нуждами пользователя. Существуют две основные конфигурации мультиплексора: мультиплексор ввода-вывода и оконечный мультиплексор.

2.2 Характеристика оптического кабеля

В настоящее время разработана и продолжает разрабатываться широкая номенклатура волоконных световодов и оптических кабелей для ВОЛС различных предназначений и структур. Для широкополосных систем дальней связи, в частности магистральных, изготавливаются кабели с одномодовыми волокнами, т. е. волокнами, в которых распространяется лишь основной тип колебаний. Здесь одновременно предъявляются наиболее высокие требования по снижению затухания и дисперсионных искажений.

В зависимости от скорости передачи информации в различных ВОСП используются различные типы волокон. Волоконный световод (ВС) характеризуется двумя важными параметрами: затуханием и дисперсией.

Затухание предопределяет длину регенерационных участков. Дисперсия приводит к ограничению полосы пропускания по световоду и уменьшению длины регенерационного участка из-за дисперсионных искажений сигнала.

В системах с высокими скоростями передачи и особенно в системах дальней связи целесообразно использование излучения с длинами волн 1,3 и 1,55 мкм. Здесь удается снизить затухание в кабеле до 0,2 - 0,5 дБ/км и увеличить длину регенерационного участка в магистрали до 100 км и выше. Это позволяет исключить потребность в дистанционном электропитании линейных регенераторов и соответственно упростить конструкцию кабеля (не нужны медные жилы для высокого напряжения).

Нужно сказать, что реализация предельных дальностей и скоростей передачи требует использования ОК с одномодовыми волокнами. Вместе с малым затуханием они обладают и весьма малыми дисперсионными искажениями. При скорости передачи выше 1 Мбит/с используют одномодовое волокно.

В дополнение укажем на необходимость малых габаритных размеров и массы ОК. При этом отпадает необходимость использования тяжелой машинной техники, необходимой для земляных и строительных работ при подготовке трасс, для транспортировки и укладки тяжелых кабелей. Появляется новое качество - возможность оперативного развертывания кабельных линий с большой пропускной способностью, в том числе в труднодоступной местности, с преодолением водных и иных преград.

Оптические характеристики одного из типов оптического кабеля приведены в таблице 2.2, технические характеристики кабеля приведены в таблице 2.3. Конструкция кабеля показана на рисунке 2.2.

Таблица 2.2 - Технические характеристики кабеля

Название характеристики	Значение
Число волокон	12
Диаметр приблизительно, мм	11,3
Вес, приблизительно, кг/км	85
Минимальный радиус изгиба, мм Во время монтажа В установленном виде	300 200
Прочность на растяжение, Н/см Короткий срок (во время монтажа) Длительный срок (смонтированный)	2700 1300
Напряжение при сжатии/при раздавливающем напряжении (полностью реверсивное увеличение затухания), Н/10см	2000
Сопротивление удару (полностью реверсивное увеличение затухания), Н/м	30
Диапазон рабочей температуры, 0С	-30...70
Диапазон температуры при монтаже, 0С	-5...50

Таблица 2.3 - Оптические характеристики кабеля

Название характеристики	Значение
Диаметр пятна модового поля (1310 нм), мкм	9,3±0,8
Диаметр пятна модового поля (1550 нм), мкм	10,5±1,5
Диаметр волокна с покрытием, мкм	125±2
Погрешность концентричности пятна модового поля, мкм	1
Некруглость покрытия, %	2,5
Профиль коэффициента преломления	N1 шаговой
Показатель преломления сердцевины для (1310 нм)	1,4675
Показатель преломления сердцевины для (1550 нм)	1,4681
Числовая апертура	0,13
Критическая длина волны волоконного кабеля, нм	1250
Затухание при 1310 нм, дБ/км	0,38
Затухание при 1550 нм, дБ/км	0,22
Удельная дисперсия в диапазоне длин волн 1285-1330 нм, пс/(нмкм)	3,5
Удельная лисперсия при длине волны 1550 нм, пс/(нмкм)	18

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Конструкция оптического кабеля A-DF-2Y 3х4 E 9/125

3. Расчет параметров системы передачи и разработка схемы организации связи

3.1 Расчет параметров оптического волокна

Мы выбираем одномодовые волокна со ступенчатым профилем показателя преломоения (ППП). Для того, чтобы в таком световоде существовал одномодовый режим, необходимо, чтобы нормированная частота (рабочая частота) V была меньше или равна 2,405. Величина V определяется по формуле:

(3.1)

где: d - диаметр сердечника световода, мкм;

- длина волны излучения, мкм;

NA- числовая апертура волоконного световода;

= 3,14.

Числовая апертура NA является важнейшей характеристикой световода, представляющей собой синус максимального угла падения лучей на торец световода, при котором в световоде луч на границу «сердцевина-оболочка» падает под критическим углом _кр. Ее физический смысл состоит в том, что она показывает конус лучей, ось которого лежит на оси световода. Все лучи падающие на торец световода, лежащие в пределах этого конуса, будут распространяться по световоду. Числовую апертуру можно найти следующим образом:

(3.2)

где n_о- показатель преломления среды внешней по отношению к световоду;

- апертурный угол световода;

, (3.3)

где n1- показатель преломления материала сердечника;

_кр- критический угол падения луча на торец световода, рад.

Учитывая, что , получим:

(3.4)

где n2- показатель преломления материала оболочки;

- относительная разность показателей преломления сердцевины и

оболочки.

(3.5)

Согласно рекомендациям ITU-T для одномодовых волокон, величина = 0,0036, а значение NA должно лежать в пределах от 0,1 до 0,12. Наиболее распространенным показателем преломления сердцевины при изготовлении одномодовых волокон является показатель со значением n1=1,468.

Определим числовую апертуру световода по формуле (3.4).

В одномодовом волокне диаметр жилы составляет порядка 8-10мкм, наиболее часто встречающийся диаметр равен 10 мкм.

Определим значение нормированной частоты по формуле (3.1), при =1,55мкм.

Таким образом в волоконно-оптическом световоде со ступенчатым ППП и параметрами: n1=1,468, =0,0036, NА=0,12, диаметром сердцевины а=10 мкм, диаметром оболочки в=125 мкм и рабочей длине волны =1,55 мкм будет существовать одномодовый режим.

Для одномодовой передачи рассчитаем критическую частоту (частоту отсечки) волоконного световода, при которой нарушаются условия одномодовости режима работы световода (максимальная частота).

(3.6)

где Р_nm- коэффициент одномодовой передачи, Р_nm=2,405.

с - скорость света в вакууме, с =3·10⁸ м/с=3·10⁵ км/с.

Критическая (минимальная) длина волны при этом будет равна:

₀= (3.7)

₀=

Чем меньше разность показателей преломления сердцевины и оболочки , тем при большем радиусе световода обеспечивается одномодовый режим передачи. Однако, значительное уменьшение трудно осуществить.

Затухание световодных трактов оптических кабелей б обусловлено собственными потерями в волоконных световодах б_с и дополнительными потерями, так называемыми кабельными б_к, обусловленными скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытия и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля.

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения б_п и потерь рассеяния б_р.

Потери энергии на полощение связаны с потерями на диэлектрическую поляризацию и существенно зависят от свойств материала световода (tg д) и рассчитываются по формуле:

(3.8)

где n₁=- показатель преломления сердцевины;

tg д- тангенс угла диэлектрических потерь в световоде, tg д=2·10^-11;

- длина волны излучения, м.

=0,00035 дБ/м=0,35 дБ/км

Потери энергии на рассеяние обусловлены неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Величина потерь на рассеяние, называемое релеевским, определяется по формуле:

б_р=К_р/л⁴ (3.9)

где К_р- коэффициент рассеяния, для кварца К_р=0,8 мкм⁴·дБ/км;

- длина волны излучения, мкм.

б_р=0,8/1,55⁴=0,13 дБ/км

Общие потери составляют:

б= б_р+ б_п (3.10)

б=0,35+0,13=0,48 дБ/км

При >2 мкм начинают проявляться потери на поглощение передаваемой мощности. Это явление проявляется с ростом длин волн и углублением в инфракрасную область оптпческого спектра. Величина этих потерь б_ик пропорциональна показательной функции и увеличивается с ростом частоты по закону:

б_ик=С·е^-к/ (3.11)

где С и к- постоянные коэффициенты, для кварца С=0,5-1,0, к=(0,7--0,9)·10^-6 м.

При =2 мкм потери равны:

б_ик=0,9·е^{-0,8М10-6/2М10-6}=0,6 дБ/км

При выборе параметров одномодового световода необходимо также учитывать потери из-за появления микроизгибов, появляющихся при сборке световодов в кабель. На основании выполненных исследований установлено, что эти потери минимальны при V=2, и =0,002.

Другим важнейшим параметром оптического волокна является дисперсия. Дисперсия - это зависимость групповой скорости распространения излучения от параметров излучения т.е. явление уширения импульса при распространении по световоду. Различают три вида дисперсии: модовая, материальная и волноводная. Модовая дисперсия возникает при распространении в световоде нескольких мод. В одномодовых световодах модовая дисперсия отсутствует. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления материала сердечника от длины волны (от частоты). Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны, т.к. источник излучения излучает не строго одну длину волны , а некоторый спектр волн, который характеризуется значением спектральной ширины источника .

Материальная дисперсия определяется по следующей формуле:

_МАТ = М, (3.12)

где М- удельная материальная дисперсия, для плавленого кварца

М=0,3098 нс/(нмкм);

- спектральная ширина лазера, = 0,5 нм;

_МАТ нс/км

Волноводная дисперсия для ступенчатого световода определяется по формуле:

(3.13)

с/км=0,017 нс/км

Суммарная дисперсия для одномодового световода является суммой материальной и волноводной дисперсий.

Найдем суммарную дисперсию по формуле:

(3.14)

нс/км

Дисперсия ограничивает пропускную способность (ширину полосы пропускания) световода F. Это ограничение тем сильней, чем длинней линия. F- это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении по оптическому волокну расстояния в 1км.

(3.15)

=5,817 ГГцкм

В результате проведенных расчетов останавливаем свой выбор на оптическом кабеле из одномодовых волокон.

3.2 Расчет максимальной длины регенерационного участка

Длина участка регенерации ВОЛС определяется энергетическим потенциалом аппаратуры и передаточными параметрами кабеля: его коэффициентом затухания и дисперсией . Затухание приводит к ослаблению сигнала и уменьшению дальности передачи l. Дисперсия ограничивает пропускную способность световода F.

Определим длину участка регенерации по дисперсионной характеристике световода. Полоса пропускаемых частот и дальность передачи связаны соотношением:

(3.16)

где значения с индексом х- искомые, а без х- заданные;

- ширина полосы пропускания 1км световода;

-ширина полосы пропускания в конце участка регенерации;

l - строительная длина (l = 2км);

lx - длина участка регенерации

В длинных линиях (свыше 10 км), в которых процесс распространения волны уже установился, действует квадратичный закон соотношения между l и F, т. е.:

(3.17)

Для ГТС, где расстояния между АТС не превышают 10 км используем формулу (3.16). Из нее:

и (3.18)

Увеличение длины линии уменьшает пропускную способность световода. Здесь границей является требуемая полоса частот для используемой системы передачи ?F_доп, равная скорости передачи цифрового потока. Для системы уровня STM-1 со скоростью передачи 155 Мбит/с ?F_доп =155 МГцкм.

Для одномодового световода полоса пропускания является наивысшей среди видов волокон. Для нашего световода она составляет 5,817 ГГцкм (формула (3.9)).

Тогда:

км

Для системы уровня STM-4, которую предполагается использовать на основном кольце, со скоростью передачи 622 Мбит/с ?F_доп =622 МГцкм. Для нее максимальная длина участка регенерации составит:

км

Определим максимально возможную длину участка регенерации по затуханию, при условии, что место стыковки строительных длин не вносит дополнительного затухания. Тогда длина участка регенерации будет определяться энергетическим потенциалом системы передачи и километрическим затуханием кабеля:

(3.19)

где А - энергетический потенциал системы, дБ;

_k - километрическое затухание кабеля, дБ/км.

Энергетический потенциал системы передачи определяется максимально возможными уровнями сигнала на передающем и приемном конце:

А=Р_{пер мах} - Р_{пр мин} (3.20)

где Р_{пер мах} - максимально допустимый уровень передачи сигнала, дБ;

Р_{пр мин} - минимально допустимый уровень сигнала на приеме, дБ.

Для ВОСП эти значения равны: Р_{пер мах}=6 дБ, Р_{пр мин}= -24 дБ.

Тогда А = 6 - (- 24) = 30 дБ

Километрическое затухание одномодового кабеля находится в пределах 0,2-0,5 дБ/км.

Тогда по формуле (3.19) получим:

км

Проведем расчет длины участка регенерации с учетом затухания кабеля, потерями на стыках передатчик- световод, световод- световод, световод- приемник, а также дополнительными потерями за счет старения материала световода, деградации лазера:

(3.21)

где А - энергетический запас системы;

_вв - потери на стыке передатчик- световод, дБ;

_выв - потери на стыке световод - приемник, дБ;

_доп - затухание обусловленное дополнительными потерями, дБ;

_ст - затухание стыка световод - световод, дБ;

N - количество стыков световод - световод, дБ;

_k - километрическое затухание кабеля, дБ/км.

Количество стыков световод - световод можно найти из выражения:

(3.22)

где l - величина строительной длины кабеля.

Кабель поставляется строительными длинами по 2 км, _вв = 0,05 дБ, _выв = 0,05 дБ, _ст = 0,2 дБ, _доп = 5 дБ, _к = 0,35 дБ/км:

Формулу (3.21) можно преобразовать, распределяя затухание на стыке на всю строительную длину кабеля, т. е. получая затухание на стыке, приходящееся на 1 км:

(3.23)

(км)

В качестве окончательного значения длины участка регенерации выбираем наименьшее значение из полученных с учетом дисперсионных свойств волокна (она равна 75 км и 18,7 км ) и с учетом затухания (она равна 55,3 км). Длина участка регенерации будет равна 55,3 км для участка с системой передачи уровня STM-1 и 18,7 км для участка с системой передачи уровня STM-4.

Длина участка регенерации в обоих случаях превышает максимальное расстояния между регенерационными пунктами на проектируемых участках, равном 7,5 км, следовательно дополнительных регенерационных пунктов на трассе ВОЛС не потребуется.

3.3 Расчет помехозащищенности когерентных ВОСП

Помехозащищенность характеризуется отношением сигнал/шум (отношением мощностей сигнала и шума) q_с/ш. Отношение сигнал/шум определяется по формуле:

(3.24)

где Р - уровень чувствительности приемника,Вт;

- квантовая эффективность фотодиода, находится по формуле:

(3.25)

где h - постоянная Планка, ;

f- частота оптического излучения, связана с длиной волны

соотношением

q - заряд электрона, .

Гц=1940 ГГц

q_{с/ ш}

q_с/ш[дБ]=10lg q_с/ш=10lg q_с/ш=10lg 27=14,3 дБм.

3.4 Расчет надежности ВОСП

Надежность - одна из важнейших характеристик современных магистралей и сетей связи общего пользования. Особенно высокие требования по надежности предъявляются к кабельным магистралям с большой пропускной способностью, к которым относятся ВОЛС.

Отказы и неисправности ВОЛС возникают в любой момент, образуя во времени случайный процесс-поток отказов.

Процесс устранения отказов на ВОЛС характеризуется временем восстановления t_В, которое в данном дипломном проекте принимается равным 1 час. Время безотказной работы Т_Б.Р>>t_В и принимается равным Т_Б.Р=810⁴ часа. Тогда интенсивность потока отказов будет равна:

=1/Т_Б.Р (3.26)

=1/(810⁴)=12,510^-6 1/ч

Восстановление исправного состояния ВОЛС происходит в течение случайного времени t_В, распределенного по закону Пуассона с параметром, называемым производительностью подсистемы:

=1/t_В=1/1=1 1/ч (3.27)

Определим интенсивность отказов для ВОЛС с максимальной протяженностью участка l=7,5 км:

=/ l (3.28)

=12,510^-6/7,5=1,710^-6 1/чкм

Одним из основных параметров оценки качества работы ВОЛС является плотность повреждений m, приходящихся на 100 км трассы в год:

m=7,58760, (3.29)

где 8760- число часов в году;

7,5- длина трассы, при которой определяется значение m, км.

Рассчитаем показатели состояния оборудования:

Оборудование СП представляет собой аппаратуру непрерывного применения, для которой характерно чередование времени использования по назначению, технического обслуживания или ремонта, времени восстановления, т.е в процессе эксплуатации оборудование СП пребывает в различных состояниях.

Коэффициент готовности характеризует вероятность исправного состояния оборудования в установившемся режиме эксплуатации.

К_Г=/(+) (3.30)

К_Г =1/(1+1,710^-6)=0,9999983

Коэффициент простоя:

К_П=1-К_Г (3.31)

К_П =1-0,9999983=1,710^-6

Коэффициент технического использования:

К_ТИ=Т₀/(Т₀+Т_Б.Р+Т_В), (3.32)

где Т₀-среднее значение наработки на отказ, 10⁹ ч;

Т_Б.Р-среднее время технического обслуживания, 810⁴ ч;

Т_В-среднее время восстановления оборудования, 1 ч.

К_ТИ==0,99992

В связи с отсутствием экспериментальных данных о длительности эксплуатации ВОЛС можно воспользоваться средними значениями для обычных кабельных магистралей. Данное предположение основано на идентичности основных причин возникновения отказов. На обоих типах магистрали отказы возникают в результате внешних воздействий или из-за внутренних причин, статистика которых характеризуется следующими данными:

- механические повреждения от земляных работ-61%;

- ошибки строительства и эксплуатации-9%;

- грозы-17%;

- сели, землетрясения, обвалы, вибрации грунта-7%;

- прочие причины-6%.

Обеспечение требуемых показателей надежности оборудования систем и линий передачи осуществляется следующими методами:

- непрерывным повышением надежности элементов и узлов СП на этапах ее разработки, изготовление и эксплуатация;

- совершенствованием технической эксплуатации систем и линий передачи при их использовании;

- резервирование трактов и каналов для обеспечения передачи информации между любыми сетевыми узлами.

3.5 Расчет пропускной способности системы передачи

3.5.1 Расчёт возникающей нагрузки

Телефонная нагрузка на приборы АТС создаётся вызовами, поступающими от источников вызовов (абонентов) на телефонную станцию. Число вызовов, поступающих от каждого источника, колеблется в зависимости от времени суток. Час суток, за который поступило наибольшее число вызовов, называется часом наибольшей нагрузки (ЧНН).

Нагрузку, возникающую на станции рассчитывают исходя из числа источников нагрузки N, среднего числа вызовов, поступающих от одного источника в ЧНН- С, среднего времени занятия в ЧНН- t. Тогда средняя нагрузка, создаваемая группой источников одной категории равна:

Y=NCt (3.33)

При проектировании телефонных станций, обычно учитывают наличие различных категорий источников нагрузки (телефонные аппараты квартирные, учрежденческие, таксофоны и т.д.), т.е. учитывают структуру источников нагрузки, поскольку среднее число вызовов и средняя продолжительность занятий бывают различными для различных категорий источников. Количество вызовов, поступающих от одного источника в ЧНН в различные дни месяца и года, не остаются постоянным, а является случайной величиной. Продолжительность занятия станционных приборов каждым вызовом также является случайной величиной, поскольку разговор может иметь разную продолжительность.

Необходимо отметить, что в настоящее время из-за отсутствия повременного учёта стоимости разговоров, и по ряду других причин имеет место использование телефонов не по назначению у всех категорий источников. И если раньше считалось, что пик звонков у квартирного сектора находится в пределах 8-10 часов вечера, то сейчас интенсивность нагрузки не зависит от времени суток, а является следствием какого либо события.

Поэтому, принимая во внимание всё вышесказанное, а так же отсутствие статистических данных учёта телефонного сообщения на действующих АТС г. Тараз, при расчёте нагрузок все показатели будут браться из «Ведомственных норм технологического проектирования. Проводные средства связи. Станции городских и сельских телефонных сетей».

Нагрузка, возникающая на проектируемой АТС, может быть представлена выражением:

Y_ATC=YудNATC, (3.34)

где NATC - общее количество абонентов АТС;

Yуд - удельная нагрузка в ЧНН на одну абонентскую линию, Эрл.

Количеству жителей города от 100 тысяч до 500 тысяч человек соответствует телефонная нагрузка в ЧНН на одну абонентскую линию - 0,1 Эрл (средняя нагрузка).

Нагрузку, поступающую от выносных подстанций, концентраторов можно определить, зная число соединительных линий (СЛ) от выноса к станции. Число СЛ определено техническими особенностями оборудования подстанций. Так, для ёмкости выноса 512 номеров число СЛ равно 60, для ёмкости 1024 номеров 120 СЛ, для ёмкости 2048 номеров 240 СЛ и т.д.

Зная число СЛ по таблице первой формулы Эрланга (зависимость числа СЛ от нагрузки при заданных потерях) находим нагрузку при потерях Р=0,005%.

Рассчитаем нагрузки, возникающие на станциях проектируемой сети. При расчётах будем учитывать технические возможности оборудования подстанций, а также тип коммутационного оборудования (координатный, квазиэлектронный, электронный).

а) В проектируемую АТС 43/45 ёмкостью 15336 номеров включаются три концентратора (RSM): RSM-1 ёмкостью 2048 номеров следовательно, имеет 240 СЛ с центральной АТС, а поступающая по этим СЛ нагрузка на АТС 43/45 будет равна Y₁=212 Эрл.

Аналогично для оставшихся концентраторов:

RSM-2 - 2048 номеров, 240 СЛ , Y₂=212 Эрл.

RSM-3 - 1536 номеров, 180 СЛ , Y₃=155 Эрл.

Нагрузка возникающая на АТС 43/45:

Y43/45 =0,05МNАТС43/45+Y₁+Y₂+Y₃ (3.35)

где N 43/45 - абонентская ёмкость данной АТС- 43/45.

Y43/45 =0,05М15336+212+212+155=1345,8 Эрл.

Аналогичным образом рассчитывается нагрузка на всех АТС сети.

б) АТС 2 ёмкостью 5020 номеров.

Y2 =0,05М5020=251 Эрл.

в) АТС 6 ёмкостью 6020 номеров.

ПСК-67- 1000 №, 120 СЛ , Y₆₇= 99 Эрл.

Y6 =0,05М6020+99=400 Эрл.

г) АТС 7 ёмкостью 10020 номеров.

Y7 =0,05М10020=501 Эрл.

д) АТС 5 ёмкостью 6070 номеров.

ПСК-54- 1000 № , 120 СЛ , Y₅₄= 99 Эрл.

ПСК-57- 1000 № , 120 СЛ , Y₅₇= 99 Эрл.

Y5 =0,05М6070+99+99=501,5 Эрл.

е) АМТСЭ ёмкостью 3000 каналов.

YАМТСЭ=0,05М3000=150 Эрл.

В таблице 3.1 представлены данные по возникающей нагрузке.

Таблица 3.1- Результаты расчёта возникающей нагрузки

	АТС 43/45	АТС 5	АТС 2	АТС 6	АТС 7	АМТС
Возникающая нагрузка Yn, Эрл.	1345,8	501,5	251	400	501	150

3.5.2 Распределение возникающей нагрузки

Распределение возникающей нагрузки по станциям сети имеет случайный характер, зависящий от неподдающейся учёту взаимной заинтересованности абонентов в переговорах. Поэтому точное определение межстанционных потоков нагрузки при проектировании сети невозможно.

Нагрузка к узлу спецслужб принимается равной 3 % от возникающей нагрузки Y_n,УСС=0,03МYn, тогда Y*_n=Y_n- Y_n,УСС =0,97МY_n:

Одна часть нагрузки Y*_n замыкается внутри станции Y*_n,n, а вторая образует потоки к действующим АТС.

Внутристанционная нагрузка определяется по формуле:

...