Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Колледж связи

Допустить к защите

Зав. отделением Ситникова Л.Г.

Дипломная работа

Тема: Проектирование оптической транспортной сети на базе технологии SDH

Форма обучения Очная

Специальность 210709 «Многоканальные телекоммуникационные системы» КС ПГУТИ 210709.036

Руководитель Преподаватель Ермолаева Г.В

Н.контролер Преподаватель Меламуд Е.А.

Рецензент Преподаватель Абалымова Л.П.

Разработал студент 4 МТС-64 Костин В.А.

Самара, 2016 г.



Содержание

• Введение
• 1. Выбор трассы кабельной линии передачи
• 1.1 Характеристика оконечных пунктов
• 2. Анализ СЦИ
• 2.1 Функциональные методы защиты синхронных потоков
• 2.2 Топологии сетей SDH
• 2.3 Типы мультиплексоров, применяемых в SDH
• 3. Выбор оптического кабеля
• 3.1 Выбор транспортной системы
• 4. Анализ оптических интерфейсов
• 4.1 Плата оптического интерфейса STM-16
• 4.2 Плата оптического интерфейса STM-4
• 4.3 Плата оптического интерфейса STM-1
• 5. Расчет предельных длин участков регенерации
• 6. Комплектация оборудования
• 7. Схема организации связи
• Заключение
• Список используемых источников
• Приложение А
• Приложение В
• Приложение С

• Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Колледж связи

Утверждаю Зав.отделением Ситникова Л.Г., 2015г.

Задание по подготовке выпускной квалификационной работы

Студента Костина В.А.

1. Тема ВКР Проектирование оптической сети на базе технологии SDH.

Утверждена приказом по КС ПГУТИ от 01.10.2015 № 70-3

2. Срок сдачи студентом законченной ВКР 09.02.2016

3. Исходные данные и постановка задачи

1) Рассмотреть трассу кабельной линии передачи между городами Уфа-Миасс.

2) Цифровой поток уровня STM-16

3) Анализ технологии СЦИ

4) Нормы технологического проектирования. Городские и сельские телефонные сети. РД 45.120-2000

5) Анализ оптических интерфейсов и типов оптического кабеля

6) Комплектация оборудования

7) Разработать схему организации связи

4. Перечень подлежащих разработке в ВКР вопросов или краткое содержание ВКР. Сроки исполнения 02.02.2016

1) Выбор трассы кабельной линии передачи

2) Анализ технологии СЦИ

3) Выбор типа оптического кабеля и транспортной системы

4) Расчёт предельных длин участков регенерации

5) Комплектация оборудования

6)Схема организации связи

5. Перечень графического материала. Сроки исполнения 02.02.2016

1) Ситуационный план трассы

2) Схема организации связи

3) Оптический кабель в разрезе

6. Задание рассмотрено на заседании П(Ц)К

Протокол от 2015 г.

Председатель П(Ц)К Сироткина О.В.

Дата выдачи задания « 23 « ноября 2015 г.

Руководитель Преподаватель Ермолаева Г.В.23.11.2015

Задание принял к исполнению 4МТС-64 Костин В.А. 23.11.15



Введение

Первые сети SDH (Синхронной цифровой иерархии) в России начали создаваться с 1992г., а эксплуатироваться с 1993г. Первые сети проектировались, как правило, специалистами тех компаний, которые поставляли оборудование SDH. В связи с широким распространением сетей SDH в нашей стране в последнее время проектированием таких сетей стали занимается и отечественные специалисты.

Технология синхронной цифровой иерархии SDH позволяет создавать надежные транспортные сети и гибко формировать цифровые каналы в широком диапазоне скоростей -- от нескольких мегабит до десятков гигабит в секунду. Основная область ее применения -- первичные сети операторов связи.

Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, с помощью которой можно достаточно быстро и гибко организовать постоянный канал с двухточечной топологией между двумя пользовательскими устройствами, подключенными к такой сети. В первичных сетях применяется техника коммутации каналов. На основе каналов, образованных первичными сетями, работают наложенные компьютерные или телефонные сети. Каналы, предоставляемые первичными сетями своим пользователям, отличаются высокой пропускной способностью - обычно от 2 Мбит/с до 10 Гбит/с.

Сети SDH относятся ко второму поколению первичных сетей. Технология SDH пришла на смену устаревшей технологии плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH).

Цифровые сети, разработанные и внедренные до появления синхронных сетевых технологий SONET/SDH, были асинхронными системами, так как не использовали внешнюю синхронизацию от центрального эталонного источника. В них потери бит приводили не только к потере информации, но и к нарушению синхронизации. На принимающем конце сети можно было только выбросить полученные с ошибками кадры, и ждать восстановления синхронизации, а не инициировать повторную передачу потерянного фрагмента, как это делается, например, при использовании технологии Х.25 в локальных сетях. Это означало, что указанная информация будет потеряна безвозвратно.

Целью дипломного проекта является проектирование сети между городами Уфа-Миасс технологии SDH. Необходимо выбрать аппаратуру SDH, составить комплектацию оборудования, разработать схему организации связи с возможностью ввода/вывода цифровых потоков в узлах сети для предоставления различного вида услуг связи. Построить сеть между городами. Передача потока уровня STM-16.



1. Выбор трассы кабельной линии передачи

При выборе трассы кабельной линии передачи я учитывал следующее:

- наикратчайшую протяженность трассы;

-наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих строительство (реки, дороги, карьеры и т. д.);

- максимальное применение механизации при строительстве;

- максимальное удобство при эксплуатации.

Исходя из этих требований, предпочтение отдается прокладке ОК вдоль автомобильных дорог.

На данном этапе я рассматривал трассу Уфа - Миасс. Возможны два варианта прокладки кабеля по короткому маршруту между населенными пунктами Уфа - Юрюзань - Миасс- 331км и по более дальнему маршруту между населенными пунктами Уфа - Златоуст-Миасс - 340 км.

Результаты сравнительного анализа рассматриваемых вариантов трассы я указал в таблице 1.

Таблица 1 - Результат сравнительного анализа вариантов трассы

Характеристика трассы	Единица измерения	Вариант 1	Вариант 2
Общая протяженной трассы	км	331	340
Количество пересечений: - с реками; - с автодорогами; - c железными дорогами	шт	6 11 3	9 13 5
Итого:	шт	20	27

Исходя из сравнительного анализа вариантов трассы я выбрал первый вариант прокладки, так как он короче на 9 километров и прокладка будет проходить вдоль автодорог, что удешевляет стоимость работ по прокладке кабеля.

Схема прокладки кабеля на участке Уфа-Миасс вдоль автомобильных дорог показана в Приложении А.

1.1 Характеристика оконечных пунктов

В соответствии с заданием необходимо организовать связь с использованием оборудования SDH между населенными пунктами Уфа-Миасс.

Город Уфа - один из крупнейших городов Российской Федерации, столица Республики Башкортостан, административный центр городского округа город Уфа и Уфимского муниципального района (в состав которого не входит). Численность населения -- 1 105 667 человек.

Уфа находится в северо-лесостепной зоне умеренного пояса. Климат умеренно континентальный, достаточно влажный, лето тёплое с небольшими изменениями температуры от месяца к месяцу, зима умеренно холодная и продолжительная. Средняя температура января -12,4 °C, минимальная -48,5 °C; средняя температура июля +19,7 °C (1979 год), максимальная +38,6 °C (1952 год). Среднегодовая температура воздуха +3,8 °C. Среднее количество осадков -- 589 мм.

Городские предприятия занимаются нефтепереработкой, химией, машиностроением. Основу экономики Уфы составляют топливно-энергетический и машиностроительный комплексы. В Уфе сосредоточено около 200 крупных и средних промышленных предприятий. В 2013 году Уфа заняла 7 место в рейтинге 250 крупнейших промышленных центров России.

Торговая отрасль Уфы представлена пятью тысячами предприятий торговли и общественного питания. Ежегодно открывается около 100 новых торговых объектов. Оборот розничной торговли в 2008 г. составил 192,9 млрд. рублей -- по этому показателю Уфа вышла на четвёртое место в России после Москвы, Санкт-Петербурга и Екатеринбурга. В городе Уфе функционируют торговые объекты крупных международных, федеральных, а также местных розничных сетей: ИКЕА, Ашан, Castorama, Леруа Мерлен, METRO, О'Кей, Карусель, Лента, Перекрёсток, Магнит, М.видео, Эльдорадо, RBT, Монетка, Техно, Техносила, Полушка, Пятёрочка, Матрица, Байрам, Ярмарка.

Город Миасс - четвёртый по величине город в Челябинской области России (с 1926 г.). Основан в 1773 г. Входит в число исторических городов России. Город расположен на реке Миасс, у подножия Ильменских гор, в 96 км к западу от областного центра Челябинска. В Миасском городском округе расположен Ильменский минералогический заповедник. Численность населения - 150 824 человек.

По данным статистики на начало 2014 года в Миассе насчитывают более 150-х тысяч человек населения: русские, башкиры, татары, казахи. Население медленно уменьшается (в 2001 году было 165 тысяч человек), хотя, начиная с 2005 года, рождаемость вновь стала увеличиваться. Но до сих пор пенсионеров тысячи на две больше, чем жителей в возрасте до 16 лет, рождается чуть меньше, чем умирает, уезжает из города чуть больше, чем приезжает.

Челябинская область расположена почти в центре громадного материка Евразии, к востоку от Уральского хребта, на большом удалении от морей и океанов. По общим характеристикам климат Челябинской области относится к умеренному континентальному. Количество и распределение осадков в течение всего года определяется главным образом прохождением циклонов над территорией области. Ветровой режим зависит от особенностей размещения основных центров действия атмосферы и изменяется под влиянием орографии. В январе - мае, в основном, преобладают ветры южного и юго-западного направления. В июне - августе ветер дует с запада и северо-запада, в сентябре-декабре ветер поворачивает на южный и юго-западный. Среднемесячное значение атмосферного давления в течение года колеблется от 737 до 745 мм рт. ст. Самое низкое давление, зарегистрированное на территории области, составило 651 мм рт. ст., а самое высокое - 773 мм рт. ст. Среднегодовая температура воздуха -- 2,5 C . Относительная влажность воздуха -- 68,0 %. Средняя скорость ветра -- 3,5 м/с.

Крупнейшими отраслями промышленности в городе являются машиностроение и металлургия. В Миассе хорошо развиты пищевая, лесоперерабатывающая и строительная сферы экономики. Машиностроение в основном нацелено на производство вахтовых автобусов и грузовых автомобилей, электродвигателей, зернодробилок, ракетно-космической техники. Металлургия обеспечивает город различными металлоконструкциями, здесь налажена добыча золота, выплавка меди, прокат железа. Предприятия пищевой отрасли производства выпускают мясопродукты, молочные, кондитерские и хлебобулочные изделия. Строительная промышленность культивирует добычу щебня и песка, изготовление бетонных и алюминиевых конструкций, кирпича. В Миассе активно возводятся новые здания и дамбы, прокладываются дороги.



2. Анализ СЦИ

SDH - синхронная цифровая иерархия (СЦИ), это способ организации универсальной цифровой транспортной сети. На базе этого способа в настоящее время организуется первичные цифровые сети с использованием ВОЛС.

Основные достоинства этого способа построения сети:

-Упрощения схемы построения сети, благодаря тому, что SDH мультиплексор заменил собой по функциональным возможностям стойку мультиплексоров PDH. Плезиохронный мультиплексор де мультиплексировал поток для выведения нескольких компонентов сигналов, а затем мультиплексировал весь набор компонентных сигналов снова. SDH мультиплексор выделяет требуемые компонентные сигналы, не разбирая поток. Оборудования нужно меньше, требования к питанию снижаются, площади на установку оборудования уменьшается, затраты на эксплуатацию уменьшаются.

-Высокая надежность сети. Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов. Использование кольцевых топологий предоставляет возможность автоматически пере маршрутизации каналов при любых аварийных ситуациях на резервный маршрут.

-Полный программируемый контроль. Управление конфигурацией сети, отслеживание и регистрация аварийных ситуаций осуществляется программными средствами с единой консоли управления. В функции центральной управляющей системы входят также средства поддержки тестирования каналов и контроль за качеством работы основных блоков мультиплексоров.

-Предоставление услуг по требованию. Создание новых или перемаршрутизация старых каналов пользователя - вопрос малого времени.

Стандартизация SDH технологии позволяет использовать оборудование разных фирм производителей на одной сети.

Основной набор функциональных модулей, на базе которых строятся сети SDH следующий: мультиплексоры, коммутаторы, концентраторы, регенераторы, терминальные устройства. Этот набор модулей определяется следующими основными операциями, выполняемыми при передаче данных по сетям:

- сбор входных потоков с помощью каналов доступа в агрегатный блок, транспортируемый по сети;

- передвижение агрегатных блоков по сети с возможностью ввода-вывода входных потоков;

- передача виртуальных контейнеров из одного сегмента сети в другой с помощью коммутаторов или кросс-коннекторов;

- объединение нескольких однотипных потоков в распределительном узле- концентраторе;

- восстановление формы и амплитуды сигналов, передаваемых на большие расстояния;

- сопряжение с сетями пользователей с помощью согласующих устройств - конвекторов интерфейсов, скоростей, и т.д.

На основе SDH в различных странах были разработаны системы передач, в США и Канаде - это система SONET (Синхронная оптическая сеть - в Европе - SDH). При принятии нового стандарта цифровой связи - SDH, одним из требований к новой системе было обеспечение совместимости с системами PDH. Это относилось прежде всего к цифровому потоку уровня Е4 PDH (140 Мбит/с). Для решения этой задачи в цифровой поток Е4 была введена избыточность в виде дополнительных бит, вследствие чего скорость передачи нового уровня возросла до 155,52 Мбит/с). Такая скорость была принята для основного формата синхронного сигнала, получившего название синхронный транспортный модуль - STM-1. В результате международных соглашений были установлены скорости передачи в виде синхронной цифровой иерархии (СЦИ-SDH), регламентируемые рекомендациями ITU-T (MKKTT) G.707, структура сигнала в интерфейсе сетевого узла - G.708, структура синхронного группообразования - G.709.

Таким образом, была принята следующая градация скоростей для иерархий синхронных сигналов (SDH):

- STM-1 - 155,520 Мбит/с,

- STM-4 - 622,08 Мбит/с,

- STM-16 - 2488,32 Мбит/с (2,488 Гбит/с),

- STM-64 - 9,953 Гбит/с,

- в перспективе - STM-256 - 39,812 Гбит/с.

Необходимо отметить, что за исключением STM-1, скорости STM-4, STM-16 и т.д. применяются исключительно в волоконно - оптических системах передачи.

В отличие от плезиохронных, в сетях синхронной цифровой иерархии используется центральный опорный генератор синхрочастоты (таймер), вследствие чего в СЦИ средняя частота всех местных задающих генераторов синхронна с точностью не хуже 10^-9. Жесткая синхронизация на всех уровнях СЦИ дает возможность введения идентификационных бит, что позволяет получить целый ряд преимуществ синхронных сетей:

- возможность выделения из общего группового потока высокого уровня иерархии цифровых потоков более низкого уровня до Е1 без полного демультиплексирования (или, наоборот, введения такого потока в групповой);

- упрощение общей структурной схемы оборудования СЦИ благодаря тому, что все функции ввода - вывода выполняет один мультиплексор, в том числе он может вывести (ввести) цифровой поток Е1 PDH из потока (фрейма) STM-1;

- возможность выделения (или ввода) цифровых потоков любого уровня из группового потока более высокого уровня позволяет осуществлять оперативное переключение цифровых трактов в сетях, делая их более гибкими в плане конфигурирования;

- скорость передачи групповых сигналов на стыках сетевых узлов совпадает в системах СЦИ с линейными скоростями, благодаря чему отпадает необходимость применения дополнительного преобразователя стыкового кода и линейной.

Гибкость сетей СЦИ, применение их совместно с волоконно-оптическими системами, имеющими очень большую ширину полосы пропускания и высокое быстродействие квантово-электронных модулей, позволяет осуществлять автоматическую коммутацию цифровых потоков, а также компьютерное дистанционное управление сетью из одного центра. При этом процесс реконфигурации сети занимает считанные секунды. Перечисленные преимущества систем СЦИ на основе ВОСП позволяет оптимально использовать емкости каналов, осуществляя оперативную коммутацию цифровых потоков и резервных линий.

Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные PDH так и SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети контейнеры STM-1 передаются в системе SDH разных уровней (STM-n), но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т.е. имеет место мультиплексирование транспортных модулей.

Поскольку низкоскоростные сигналы PDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и определено или, скажем, предсказуемо. Поэтому низкоскоростной сигнал SDH, например 155 Мбит/с (STM-1) может быть напрямую добавлен или выделен из высокоскоростного сигнала, например 2.5 Гбит/с (STM-16). Это упрощает процесс мультиплексирования и демультиплексирования сигнала и делает SDH иерархию особенно подходящей для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи, обладающих большой производительностью.

Поскольку принят метод синхронного мультиплексирования и гибкого отображения структуры, низкоскоростные сигналы PDH (например, 2Мбит/с) также могут быть мультиплексированы в сигнал SDH (STM-N). Их расположение во фрейме STM-N также предсказуемо. Поэтому низкоскоростной трибутарный сигнал (вплоть до сигнала DS-0, то есть одного тайм-слота PDH, 64 кбит/с) может быть напрямую добавлен или извлечен из сигнала STM-N. Заметьте, что это не одно и то же с вышеописанным процессом добавления/выделения низкоскоростного сигнала SDH в/из высокоскоростного сигнала SDH. Здесь это относится к прямому добавлению/выделению низкоскоростного трибутарного сигнала, такого как 2Мбит/с, 34Мбит/с и 140Мбит/с в/из сигнала SDH. Это устраняет необходимость использования большого количества оборудования мультиплексирования/демультиплексирования (взаимосвязанного), повышает надежность и уменьшает вероятность ухудшения качества сигнала, снижает стоимость, потребление мощности и сложность оборудования. Добавление/выделение услуг в дальнейшем упрощается.

Метод мультиплексирования (рисунок 1) помогает выполнять функцию кросс-коммутации и обеспечивает сеть мощной функцией самовосстановления. Абонентов можно динамически соединять в соответствии с потребностями и выполнять отслеживание трафика в реальном времени.



Рисунок 1 Прямое мультиплексирование в системах SDH

2.1 Функциональные методы защиты синхронных потоков

оптический кабель интерфейс связь

Одним из основных преимуществ технологии SDН является возможность такой организации сети, при которой достигается не только высокая надежность ее функционирования, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля.

Существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей, которые могут быть сведены к следующим схемам:

- резервирование участков сети по схемам 1+1 и 1:1 (см. объяснение ниже) по разнесенным трассам;

- организация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервированных по схемам 1+1 и 1:1;

- резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1;

- восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла;

- использование систем оперативного переключения;

Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации.

В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам (стопроцентное резервирование), сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам:

· резервирование по схеме 1+1 - сигналы анализируются, и выбирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;

· резервирование по схеме 1:1 - альтернативным маршрутам назначаются приоритеты - низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.

Во втором случае, наиболее распространенном в сетях SDН, используется топология типа «кольцо», которое может быть организовано с помощью двух волокон (топология «сдвоенное кольцо») или четырех волокон (два сдвоенных кольца).

Защита маршрута в сдвоенном кольце, которая соответствует типу 1+1, может быть организована двумя путями.

Первый путь - используется защита на уровне трибных блоков ТU-n, передаваемых по разным кольцам. Весь основной трафик передается в одном из направлений (например, по часовой стрелке). Если в момент приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит распределенный по кольцу характер, а сам метод носит название метода организации однонаправленного сдвоенного кольца.

Второй путь - защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используется как основное, второе - как защитное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки ТU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основного и защитного колец на границах дефектного участка (рисунок 2а), образующее новое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора. В третьем случае восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов.

Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре SDН для резервирования трибных карт 2 Мбит/с (4:1 или 3:1 для SТМ-1 или 16:1, 12:1, 8:1 для SТМ-4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков, например, блоков кросс-коммутации и систем управления и резервного питания, время переключения которых на запасные не превышает обычно 10 мс.

Рисунок 2 Методы защиты двойного кольца:

а) путём исключения повреждённого участка;

б) путём организации обходного пути.

В четвертом случае резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного узла из схемы функционирования. Так, системы управления SDН мультиплексоров обычно дают возможность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа (рисунок 2б).

В пятом случае, характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс-коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в случае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих или исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков.

2.2 Топологии сетей SDH

Рассмотрим топологии сетей SDH и особенности ее выбора. Для того, чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача, поставленная в ТЗ на стадии проектирования. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности:

Топология «точка-точка»

Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология «точка - точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 3). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).



Рисунок 3 Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ

Топология «последовательная линейная цепь».

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунке 4, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 5. Последний вариант топологии часто называют «упрощённым кольцом».

Рисунок 4 Топология «последовательная линейная цепь», реализованная на ТМ и TDM

Рисунок 5 Топология «последовательная линейная цепь» типа «упрощённое кольцо» с защитой 1+1

Топология «звезда», реализующая функцию концентратора.

В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный с центром коммутации или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удалённым узлам (рисунок 6).

Рисунок 6 Топология «звезда» c мультиплексором в качестве концентратора

Топология «кольцо».

Эта топология (рисунок 7) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.



Рисунок 7 Топология «кольцо» c защитой 1+1.

Из представленных выше топологий для организации связи на проектируемом участке Уфа-Миасс я выбрал топологию «точка-точка» с использованием 2 терминальных мультиплексоров со стопроцентным резервированием, так как выбранная мною аппаратура FG-FOM2.5GL2 обеспечивает резервирование 1+1 с целью повышения надежности. Схема организации связи представлена в приложении B.

2.3 Типы мультиплексоров, применяемых в SDH

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 (рисунок 8). Терминальный мультиплексор может или вводить каналы, т.е. коммутировать их с 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 интерфейса. Как правило, эта коммутация ограничена трибами 1.5 и 2 Мбит/с.

Рисунок 8 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 из него исключается триб 622 Мбит/с, и, наконец, для первого уровня - триб 155 Мбит/с. Ясно, что 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.

Мультиплексор ввода/вывода ADM (рисунок 9) может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 8). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях (например, на уровне контейнеров VC-4 в потоках, поступающих с линейных или агрегатных выходов, т.е. оптических каналов приема/передачи), а также осуществлять замыкание канала приема на канал передачи на обоих сторонах («восточной» и «западной») в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Все это дает возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Рисунок 9 Мультиплексор ввода/вывода



3. Выбор оптического кабеля

На российском рынке представлены волоконно-оптические кабели, которые предназначены для передачи оптических сигналов в линиях связи.

Первое в России совместное предприятие по производству волоконно-оптического кабеля -- ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (ЗАО «СОКК») образовано 17 апреля 1997 года.

ЗАО «СОКК» предлагает потребителям широкий спектр волоконно-оптических кабелей:

· ОКЛ - для прокладки в коллекторах, кабельной канализации, полиэтиленовых трубах, в том числе методом задувки;

· ОКЛм - для прокладки в специальных микротрубках;

· ОКЛСт с броней из гофрированной ленты - для прокладки в грунт, в трубах;

· ОКЛК с броней из оцинкованных стальных проволок - для прокладки в грунтах различной сложности;

· ОКЛЖ - диэлектрический самонесущий кабель для подвески на опорах:

o воздушных линий передачи;

o контактной сети электрифицированных железных дорог;

o линиях электропередачи;

o для воздушной прокладки между зданиями и сооружениями.

· ОКЛЖ-ВС(ВД) - подвесные кабели типа «8»;

· КСППг - комбинированный кабель (оптика+медь) предназначен для применения на единой сети электросвязи Российской Федерации в качестве оптического кабеля, а также в качестве кабеля с металлическими жилами.

При проектировании трассы Уфа-Миасс я учитывал основные требования по выбору оптического кабеля:

1. Должна быть обеспечена высокая экономичность транспортной системы, обусловленная затуханием и дисперсией.

2. Защитное покрытие, силовые элементы ОК должны обеспечивать защиту ОВ от механического повреждения.

3. Кабель должен быть с малым затуханием и с достаточной легкостью за определенный отрезок времени соединяться муфтами, а также с помощью разъемов, соединяемых в станционных условиях.

Из выше представленных оптических кабелей я выбираю кабель типа ОКЛК-02-4-10/125-0,36/0.22-3,5/18-7, так как при проектировании участка Уфа-Миасс я буду использовать именно этот кабель для прокладки в грунт. Данная конструкция кабеля обладает легкостью, так же кабель имеет прочную броню в виде повивов стальных оцинкованных проволок, что позволяет защитить кабель от механических воздействий.

Ниже я описал параметры и особенности кабеля ОКЛК.

Конструкция ОКЛК -02-4-10/125-0,36/0.22-3,5/18-7:

- ОКЛК - оптический линейный кабель, броня из круглых стальных проволок;

-02-ЦСЭ-стальной;

- 4- количество оптических волокон;

- 16 - количество модулей;

- 10 - диаметр сердцевины в мкм;

- 125- диаметр оболочки в мкм;

- 0,36 - километрическое затухание кабеля на длине волны 1,31 мкм, дБ/км;

-0,22-километрическое затухание кабеля на длине волны 1,55 мкм, дБ/км;

- 3,5-хроматическая дисперсия на длине волны 1,31мкм, пс/нм км;

-18 - хроматическая дисперсия на длине волны 1,55мкм, пс/нм км;

- 7- допустимое растягивающие дисперсия, кН.

Оптический кабель типа ОКЛК в разрезе представлен в Приложении C.

Технические характеристики кабеля ОКЛК представлены в таблице 2.



Таблица 2 - Технические параметры кабеля типа ОКЛК

Температура эксплуатации	от -60 С до + 50 С
Минимальный радиус изгиба	не менее 20 диаметров кабеля
Минимальная температура прокладки	-10 С
Температура транспортировки и хранения	от -60 С до + 50 С
Срок службы	30 лет
Срок гарантийной эксплуатации	3 года
Минимальный радиус изгиба оптических волокон	не менее 3 мм (в течение 10 мин)
Строительная длина	до 6 км

Преимущества:

· минимальный вес и диаметр;

· высокая стойкость к воздействию растягивающих и раздавливающих нагрузок;

· высокая молниестойкость;

· высокое электрическое сопротивление защитной оболочки в течение всего срока службы;

· надежная защита от повреждения грызунами;

· низкая температура прокладки и эксплуатации;

· использование материалов лучших зарубежных и отечественных изготовителей;

· удобство прокладки и монтажа;

· большой срок службы.

3.1 Выбор транспортной системы

Аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDH) всех видов должна соответствовать стандартам международного союза Электросвязи (МСЭ).

Для организации связи на участке Уфа-Миасс необходим мультиплексор уровня STM-16 со скоростью передачи 2488 Мбит/с.

Оборудование для систем передачи SDH предлагает известная фирма-изготовитель, такая как ЗАО «Натекс».

Мультиплексор FlexGain FOM2,5GL2 фирмы «Натекс» подходит для построения оптической сети уровня STM-16 SDH-иерархии любой сложности. FlexGain FOM2,5GL2 входит в состав мультисервисной транспортной платформы (MSTP).

Благодаря поддержке механизма GFP FlexGain FOM2,5GL2 легко интегрируется в SDH-сети и мультисервисные транспортные платформы, построенные на оборудовании НАТЕКС и других производителей, а механизм LCAS позволяет оптимизировать пропускную способность мультиплексора.

Для централизованного управления сетью мультиплексоров серии FlexGain и другого оборудования производства НАТЕКС используется система централизованного управления FlexGain View.



4. Анализ оптических интерфейсов

Мультиплексор FG-FOM2,5GL2 поддерживает оптические интерфейсы STM-1/4/16,. Данные оптические интерфейсы полностью соответствуют рекомендациям ITU-T G.707 и G.957, и мультиплексор использует приемопередатчики SFP для осуществления передачи на разные расстояния. Оптические интерфейсы поддерживают функцию аварийного отключения лазера и функцию мониторинга за входной и выходной мощностью лазерного излучения.

4.1 Плата оптического интерфейса STM-16

Модуль может устанавливаться в любой слот LC1-LC8 и LC11.

Основные параметры оптического интерфейса STM-16 приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные параметры оптического интерфейса STM-16

Интерфейс	Описание
STM-16 оптический интерфейс	LC разъем. Модули оптического интерфейса STM-16: STM-16 (L-16.2 до 80 км) STM-16 (L-16.1 до 40 км) STM-16 (SR-16.1 до 15 км)

4.2 Плата оптического интерфейса STM-4

Модуль может устанавливаться в любой слот LC1-LC8. Основные параметры оптического интерфейса STM-4 приведены в таблице 4.



Таблица 4 - Основные параметры оптического интерфейса STM-4

Интерфейс	Описание
STM-4 оптический интерфейс	LC разъем. Модули оптического интерфейса STM-16: -STM-4 (L-4.2 до 80 км) -STM-4 (L-4.1 до 40 км) -STM-4 (S-4.1 до 15 км)

4.3 Плата оптического интерфейса STM-1

Модуль может устанавливаться в любой слот LC1-LC11(исключая слоты LC7 и LC8) . Основные параметры оптического интерфейса STM-1 приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Основные параметры оптического интерфейса STM-1

Интерфейс	Описание
STM-1 оптический интерфейс	LC разъем. Модули оптического интерфейса STM-16: -STM-4 (L-1.2 до 80 км) -STM-4 (L-1.1 до 40 км) -STM-4 (S-1.1 до 15 км)



5. Расчет предельных длин участков регенерации

Известно, что длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ.

Длина РУ с учетом только затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ, устройствах ввода оптического излучения (как правило, потерь в разъемных соединениях), неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) найдем из формулы (1):

=; (1)

где Э_п - энергетический потенциал системы передачи, дБм;

б- коэффициент затухания ОВ на длине волны 1,55мкм- 0.22 дБм/км;

l_ру- длина регенерационного участка, км;

А_р, А_н - затухания оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБм;

n_р,- количество разъемных соединений ОВ на регенерационном участке;

Э_з-запас по энергетическому потенциалу, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Э_з = 6 дБм;

l_с - строительная длина оптического кабеля, 4 км

Современные технологии позволяют получать затухания Ар?0,05 дБм, Ан?0,01 дБм. На данном регенерационном участке количество разъемных соединений n_р=2.

Длина регенерационного участка цифровой волоконно-оптической линии связи зависит от энергетического потенциала. Энергетический потенциал рассчитывается по формуле (2):



; (2)

где р_пер - абсолютный уровень мощности оптического сигнала (излучения), дБм;

р_пр - абсолютный уровень мощности оптического сигнала на входе при?много устройства, при котором коэффициент ошибок или вероятность ошибки Рош не превышает заданного значения, дБм;

Э_п - энергетический потенциал определяет максимально-допустимое затухание оптического сигнала в оптическом волокне (ОВ), разъёмных и неразъёмных соединителях на РУ.

Исходя из полученного значения длины регенерационного участка (формула 1) расположим необслуживаемые регенерационные пункты для их питания в населенных пунктах:

1) Уфа - Миньяр = 73 км

2) Миньяр - Сим = 45 км

3) Сим - Юрюзань= 60 км

4) Юрюзань - Сатка= 60 км

5) Сатка - Златоуст = 53км

6) Златоуст - Миасс = 40 км

Схема размещения НРП представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 Схема размещения НРП.



6. Комплектация оборудования

Мультиплексор FG-FOM2.5GL2 предназначен для построения мультисервисных сетей уровней STM-1/4/16 любой сложности.

Ниже представлены технические параметры и возможности мультиплексора:

- Линейная скорость до 2,5 Гбит/с;

- Поддержка STM-1/4/16;

- Возможность работы в линейных и кольцевых топологиях;

- Полнодоступная матрица кросс-коммутации STM-16;

- Широкий набор SFP оптических интерфейсов;

- MSP, SNCP, MS-SPRING - схемы резервирования трафика;

- 1+1 аппаратное резервирование блоков питания, модулей кросс-коммутации и синхронизации;

- Поддержка механизмов GFP, LCAS, RSTP;

- Поддержка оптических интерфейсов;

- SNMP - управление;

Технические характеристики мультиплексора FG-FOM2.5GL2 представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Технические характеристики

Оптический интерфейс
Уровень SDH	STM-1/4/16
Линейная скорость	155 Мбит/с, 622 Мбит/с и 2,5 Гбит/с
Соответствие	G.707, G.957 МСЭ-Т
Тип оптического приемо-передатчика	SFP
Код применения	S1.1, S4.1, S16.1 (до 15 км) L1.1, L4.1, L16.1 (до 40 км) L1.2, L4.2, L16.2 (до 80 км)
Рабочая длина волны	1310/1550 нм
Функции SDH
Защита трафика	SNCP, MSP, MS-SPRING
Резервирование	1+0, 1+1, N+1
Синхронизация	2 МГц (T3), STM-N (T1), 2 Мбит/с (Т2), Т4, режим Holdover
Матрица кросс-коммутации	полнодоступная 70 Гб (448х448 VC-4) HO и 5 Гб (2016x2016 VC-12) LO
Другие функции	GFP инкапсуляция G.7041/Y1303, G.7042/Y1305, LCAS, VCAT
Интерфейс Е1
Количество интерфейсов	63 на модуле до 189 (3 модуля) без защиты до 126 с защитой 2+1
Тип разъема	SCSI-100
Импеданс	120 Ом
Скорость	2048 кбит/с ±50 ррм
Линейный код	HDB3
Соответствие	G.703 МСЭ-Т
Фазовые флуктуации	G.742 и G.823 МСЭ-Т
Интерфейс Fast Ethernet
Количество интерфейсов	6 на модуле, встроенный switch Layer2 (6xFE/L2) или 8 на модуле без реализации switch Layer2 (8xFE/T)
Тип интерфейса	10/100BaseT в соответствии с 802.3 и 802.3u
Тип разъема	RJ-45 розетка
Поддержка услуг	EPL, EVPL, ESR, CoS, QoS, VLAN, BRL
Поддержка протоколов	RSTP, RPR
Соответствие	802.1q, 802.1p, 802.1w
Интерфейс Gigabit Ethernet
Количество интерфейсов	2 на модуле (прозрачный режим)
Тип интерфейса	1000BaseSX/LX, 1000BaseZX
Тип разъема	оптический SFP
Полоса пропускания в STM	2 ... 7 VC-4
Режим	Half/Full Duplex, Flow control
Соответствие	802.3u
Дополнительные модули и интерфейсы
E3/DS3 (34/45 Мбит/с)	3 интерфейса на модуле
Оптические пост-усилители	EDFA 13, 15 и 18 дБм
Компенсаторы дисперсии	4, 6, 8 и 10 дБ
Электропитание и энергопотребление
Напряжение постоянного тока	-36 ... -72 В
Потребляемая мощность	не более 500 Вт
Условия эксплуатации
Температурный режим	0 ... +60°С
Относительная влажность	5 ... 95%
Габариты
Шасси (ВхШхГ)	610х447х299 мм

Оборудование FG-FOM2,5G.L2 может выполнять функцию мультиплексора, оконечного мультиплексора (TMX). Мультиплексор FG-FOM2,5G.L2 поддерживает оптический интерфейс линейного сигнала STM-16. В зависимости от архитектуры сети и требований сетевого оператора оборудование FG-FOM2,5G.L2 может использоваться в линейных (точка-точка, звезда, последовательная линейная цепь) или кольцевых топологиях (простое, сдвоенное и многоуровневое кольца).

Терминальные мультиплексоры имеют один или два оптических входа/выхода, называемых агрегатными. Два входа/выхода используются для повышения надежности, которая обеспечивается схемой резервирования 1 +. Кроме того, возможно резервирование частичное и стопроцентное отдельных и групповых трактов, представляемых для каналов доступа.

Терминальный мультиплексор может одновременно поддерживать:

? 4Ч STM-64 и 4Ч STM-16 линейных интерфейса;

? 8Ч STM-16 линейных интерфейсов;

? 4Ч STM-16 и 16Ч STM-4 (или 16Ч STM-1) линейных интерфейсов.

Мультиплексор FG-FOM2,5GL2 состоит из шасси, в которое устанавливаются служебные и интерфейсные платы. Шасси имеет размеры (ШхВхГ) мм 442Ч610Ч299 и предназначено для установки в 19'' стативы ETSI. Все внешние интерфейсы расположены на лицевой стороне шасси. Внешний вид мультиплексора FG-FOM2,5GL2 представлен на рисунке 11.



Рисунок 11. Внешний вид мультиплексора FG-FOM2,5GL2

Оборудование FG-FOM2,5GL2 состоит из базового блока, представляющего собой шасси с установленным набором служебных модулей. Служебные модули обеспечивают работоспособность системы, выполняя функции электропитания, вентиляции, синхронизации, кросс-коммутации, конфигурации и управления. Перечень служебных модулей приведен в таблице 7.

В шасси может устанавливаться один модуль системного контроллера, два блока электропитания, два модуля кросс-коммутации и синхронизации, блок вентиляторов, воздушный фильтр и 17 интерфейсных модулей. Необходимое количество и тип интерфейсных модулей определяется оператором сети в зависимости от требований к сетевой конфигурации.

Таблица 7 - Служебные модули мультиплексора FG-FOM2,5GL2

Название платы	Описание
Power supply	Блок питания (диапазон от -36 … -72 В)
Fan tray	Блок вентиляторов
Air filter	Воздушный фильтр
SC	Плата системного контроллера
CC (70G/5G)	Плата кросс коммутатора и синхронизации

Перечень поддерживаемых интерфейсных модулей приведен в таблице 8.



Таблица 8 - Интерфейсные модули мультиплексора FG-FOM2,5GL2

Название платы	Описание
1ЧSTM-16	Плата оптического интерфейса 1ЧSTM-16
4ЧSTM-4	Плата оптических интерфейсов 4ЧSTM-4
2ЧSTM-1	Плата оптических интерфейсов 2ЧSTM-1
6ЧFE/L2	Плата электрических интерфейсов 6ЧFE/L2 с функциями коммутации уровня 2
63ЧE1 (W/P)	Плата адаптера интерфейсов 63ЧE1
63ЧE1 EC (75/120 Oм)	Плата электрических интерфейсов 3х21ЧE1 (импеданс 120 или 75 Ом)

Оборудование поддерживает основные и резервные источники синхронизации. Любому из источников синхронизации может быть присвоен определенный приоритет, на основании которого осуществляется выбор резервного источника при аварии основного.

Мультиплексор также имеет выходной порт (Т4) тактовой сетевой синхронизации для передачи синхросигнала станционному оборудованию, например ведомому задающему генератору (ВЗГ).



7. Схема организации связи

Схема организации связи разрабатывается на основе размещения ОП, ОРП, НРП, технических возможностей аппаратуры и технического задания с целью получить наиболее экономичный вариант организации необходимого числа каналов ТЧ, ОЦК или цифровых потоков более высокого порядка между соответствующими населенными пунктами. Необходимо организовать связь с использованием оборудования SDH между населенными пунктами Уфа-Миасс.

Схема организации связи представлена в приложении А.



Заключение

В дипломной работе рассмотрен метод построения сети SDH, основанный на топологии точка-точка с применением терминальных мультиплексоров (TMX), методы резервирования.

При проектировании трассы Уфа-Миасс мною используется кабель типа ОКЛК-02-4-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7

Были рассмотрены технические параметры аппаратуры FlexGain сети SDH уровня STM-16 мультиплексора FG-FOM2,5GL2

Данные вопросы подкреплены схемой реализации транспортной сети представленной топологии. Кроме выбора оборудования для реализации сети я провел расчет длины регенерационного участка кабельной магистрали.



Список используемых источников

1 Алексеев Е.Б. Транспортные сети СЦИ. Проектирование, техническая эксплуатация и управление. Учебное пособие. 2-е издание. - М: ИПК при МТУСИ, 2003 г.

2 Гроднев И.И. Волоконно-оптические Линии Связи (ВОЛС) [Электронный ресурс] / И.И. Гроднев М. «Радио и связь» 2001.

3 Воронцов А.С Оптические кабели связи Российского производства М.: ЭКО-ТРЕНДЗ,2003.

4 Ким Л.Т. Синхронная цифровая иерархия. «Электросвязь», 1991, №3. с. 2-5.

5 Слепов H.H. Принципы плезиохронной и синхронной цифровых иерархий (PDH и SDH). «Сети», 1995, № 9, с.90-101.

6 Тилеке К. Синхронная цифровая иерархия - новый перспективный стандарт передачи информации. «Электросвязь», № 10, 1994, с.38-40.

7 Атлас автодорог России «От Москвы до окраин». Издательство РУЗ Ко, 2013 год.

8 Методические задания и указания по их выполнению для студентов заочных отделений под редакцией Г.Е Авсеенко М.: Учебно-методический центр, 2010 год, 50-53 с

9 Оформление выпускных квалификационных работ в колледже связи - Самара КС ПГУТИ, 2014.

10 Техническая документация «Магистральная оптическая система передачи FG-FOM2.5GL2, фирмы Nateks».



Приложение А

Схема прокладки кабеля на участке Уфа-Миасс



Приложение В

Оптический кабель типа ОКЛК в разрезе

1 - Оптическое волокно;

2 - Центральный силовой элемент;

3 - Кордель;

4 - Поясная изоляция;

5-Гидрофобный гель;

6-Внутренняя оболочка;

7-Броня;

8-Наружная оболочка;



Приложение С

Схема организации связи

Условные обозначения:

- ОП - оконечный пункт

- НРП - необслуживаемый регенерационный пункт

- S16 - оптический интерфейс уровня STM-16 (2,5 Гбит/с)

- FG-FOM2.5GL2 - мультиплексор уровня STM-16

- R - регенератор

- ТМ - терминальный мультиплексор

- оптическое волокно в разрезе, основной тракт

- оптическое волокно в разрезе, резервный тракт

Размещено на Allbest.ru

...