Проектирование цифровой сети связи на базе волоконно-оптической линии передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время - связь один из наиболее быстро развивающихся элементов инфраструктуры общества. Телекоммуникационные технологии как самостоятельные понятия возникли в середине века, но уже сейчас наблюдается их проникновение во все сферы человеческой деятельности. Не осталась в стороне от этого процесса и транспортная система страны.

Сеть связи железных дорог позволяет решать ряд ключевых задач управления грузовыми и пассажирскими перевозками, обработки статической информации, выполнение финансовых расчетов, бухгалтерского учета, инженерных расчетов и других задач, связанных с хозяйственной деятельностью отрасли. Существующие сети связи построены на кабельных, воздушных линиях и уплотнены аналоговой аппаратурой, которая в основе своей морально, физически устарела и не отвечает объему и качеству передаваемой информации. Это в значительной мере сдерживает процессы информатизации.

Основные цели, задачи и пути развития телекоммуникаций определены программами их развития на железнодорожном транспорте. Для реализации этих программ необходима цифровая сеть связи, обеспечивающая высокие скорости передачи и показатели надежности и качества, широкие функциональные возможности, позволяющие адаптировать сеть связи к структурным перестройкам системы управления.

В данном курсовом проекте рассматриваются вопросы проектирования цифровой сети связи на базе волоконно-оптической линии передачи с использованием аппаратуры синхронной цифровой иерархии.

Цель курсового проекта: получить навыки проектирования цифровой сети связи на ЖД транспорте, ознакомиться с цифровыми системами передачи многоканальной связи; провести теоретические исследования параметров линейных трактов и технико-экономических расчетов.



1. Разработка архитектуры сети

1.1 Организация маршрутов

При проектировании железнодорожной сети связи необходима чёткая организация маршрутов, их положение, направление и архитектура. Организация производится с учётом географического расположения участка, его разветвлённости и протяжённости. Учитывается количество организуемых уровней связи и их резервирование.

С учётом реальной карты заданного участка составим перечень станций проектируемой сети и скелетную схему.

1.2 Определение числа цифровых каналов

Основной сетью связи РЖД является первичная сеть, представляющая собой совокупность сетевых узлов, сетевых станций и линий иерархии, образующих сеть каналов передачи в соответствии с иерархией управления на железнодорожном транспорте. Первичная сеть подразделяется на магистральные, дорожные, отделенческие и станционные сети.

На проектируемом участке необходимо организовать следующие виды связей:

* магистральную - для связи МПС с управлениями железных дорог (МПС - УД), а также управлений между собой (УД-УД);

* дорожную - для связи управления дороги с отделениями (УД - ОД), а также отделений между собой (ОД-ОД);

* отделенческую - для связи отделения дороги с узловыми станциями (ОД - УС), связи узловых станций с линейными (УС - ЛС), а также для связи отделения дороги с линейными станциями (ОД-ЛС) и соседних станций между собой (ЛС - ЛС).

Для связей, приведенных выше, необходимо организовать следующие виды каналов:

* телефонные (скорость передачи 64 Кбит/с);

* телеграфные (скорость передачи 64 Кбит/с);

* факсимильные (скорость передачи 2 Мбит/с);

* передачи данных (скорость передачи 2 Мбит/с);

* видеоконференций (скорость передачи 10 Мбит/с);

* телевидения (скорость передачи 6 Мбит/с).

1.3 Определение топологии сети

На рассматриваемом участке ЖД в курсовом проекте встречаются следующие топологии сети:

- Топология "точка-точка" (рис. 1) на станциях Бугульма - Бугульма 2, Соболеково - Нижнекамск, Ключищи - Белый Ключ, Аксаково - Белебей, Кр. Глинка - Царевщина;

Рис. 1 - Топология «точка-точка», реализованная с использованием ТМ

- Топология "последовательная линейная цепь" (рис. 2);

Рис. 2 - Топология «последовательная линейная цепь» типа «упрощенное кольцо» с защитой 1+1

- Топология "кольцо" (рис. 3) на станциях Рузаевка-Инза-Новообразцовое-Пенза 1, Инза-Ульяновск-Центральный-Сызрань 2-Новообразцовое, Ульяновск-Центральный-Чишмы 1-Давлеканово-Сызрань 2, Сызрань 2-Рязанский-Козелковская-Смышляевка.

Рис. 3 - Топология «кольцо» с защитой 1+1



2. Выбор систем связи

2.1 Расчёт скорости систем передачи

Уровень системы передачи определяется числом основных и резервных каналов трафика.

Для отделенческого уровня сумма каналов ?N = 464+106 = 570. Скорость отделенческого вида связи будет равна 36480 кбит/с = 36,5 Мбит/с, с учетом 20% на развитие скорость составит 43,8 Мбит/с, соответственно выбираем уровень STM-1 (155 Мбит/с).

Сумма каналов для магистрального и дорожного уровней ?N = 2985 + 1932 = 4917. Скорость равна 314688 + 20% = 377626 кбит/с = 378 Мбит/с, соответственно выбираем уровень STM-4 (622 Мбит/с).

2.2 Выбор требуемого числа систем передачи

Исходя из рассчитанного уровня системы выбираем аппаратуру Siemens. Аппаратура SDH представлена:

- SMA-1-R2 - базовый блочный синхронный мультиплексор 2-го поколения уровня STM-1, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор, или мультиплексор ввода/вывода;

- SMA-4-R2 - базовый блочный синхронный мультиплексор 2-го поколения уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как терминальный мультиплексор, локальный кросс-коммутатор, или мультиплексор ввода/вывода;

- SL-1 - линейная SDH система уровня STM-1 (линейные мультиплексоры ввода/вывода, регенераторы - SLR-1), или терминальные мультиплексоры SLT-1;

- SL-4 - синхронный линейный мультиплексор уровня STM-4, который может быть сконфигурирован как регенератор (SLR-4), терминальный мультиплексор (SLT-4), линейный мультиплексор ввода/вывода (SLA-4);

2.3 Выбор передающих и принимающих оптических модулей

Аппаратура SDH Siemens работает по одномодовому кабелю;

Для передачи на малые расстояния (до 60 км.) используется длинна волны л = 1,3 мкм., а на большие расстояния (до 100 км.) используется л = 1,55 мкм;.

В качестве источника излучения на л = 1,3 мкм. используется лазерный диод Фабри - Перо, а на л = 1,55 мкм - лазерный диод с распределенной обратной связью (ЛД с РОС);

Выходная мощность -3…0 дБм;

Чувствительность приемника при коэффициенте ошибок не хуже 10^-10 - 36 дБм;

В качестве фотоприемников используется:

а) для потоков STM-1 - PIN-фотодиоды.

б) для потоков STM-4 (16,64) - лавинные фотодиоды на тройных структурах (In Ga As).

Линейный код - NRZ со скремблированием.

Для увеличения энергетического потенциала системы в аппаратуре предусмотрено применение волоконно-оптических усилителей (OFA). На передающей стороне усилителя мощности (Booster), а на приемной стороне - предварительного усилителя.

Между двумя линейными терминалами могут располагаться до 48 регенераторов SLR.

2.4 Совместимость между аппаратурой разных уровней связи

На заданном участке железной дороге будет использоваться коммутационная станция СМК-30.

Коммутационная станция СМК-30 позволяет осуществлять произвольную коммутацию между любыми канальными интервалами потоков Е1 и абонентских модулей. Типы абонентских окончаний аналоговые и цифровые. Соединительные линии - цифровые потоки Е1. Протоколы межстанционной связи EDSS-1, 2ВСК. Возможно построение сети АТС на оборудовании СМК-30 и их эффективное взаимодействие со станциями большой емкости (АТС ФМ\ФМС\ФММ). Дистанционный доступ к станциям для управления и мониторинга осуществляется через один из 30 КИ потока Е1, назначенного как служебный. Дистанционно доступны функции коммутации, полный контроль состояния системы и каналов КС, модулей, конфигурирование параметров модулей, измерение параметров каналов связи. Конфигурация системы сохраняется при отключении питания. В КС СМК-30 реализована возможность дистанционного обновления версий программного обеспечения всех систем и модулей. Замена программного обеспечения в модулях независимая, не оказывает влияния на соседние модули. Абонентские модули устанавливаются в крейт. Порядок установки произвольный. Допускается «горячая» замена модулей. Тип модуля определяется автоматически. Все модули имеют независимые вторичные источники питания. Управление функциями и параметрами модулей, а также модификация программного обеспечения может осуществляться дистанционно по сети мультиплексоров с помощью АРМ администратора.



Таблица 1 - Технические характеристики СМК-30



3. Выбор среды передачи

3.1 Выбор марки оптического кабеля связи

Общими требованиями, предъявляемыми к физико-механическим характеристикам волоконно-оптического кабеля (ВОК), являются высокая прочность на разрыв; влагонепроницаемость; достаточная буферная защита для уменьшения потерь, вызываемых механическими напряжениями; термостойкость в рабочем диапазоне температуры; гибкость и возможность прокладки по реальным трассам; простота монтажа и прокладки; надежность работы. Главными требованиями к оптическим характеристикам ВОК являются минимальное затухание и широкая полоса пропускания.

В курсовой работе выбираем кабель АО «Москабель-Фуджикура» ОКСМ. Это кабель оптический подвесной, самонесущий, диэлектрический, с центральным силовым элементом из стеклопластикового стержня, в полиэтиленовой оболочке, вокруг которого скручены оптические модули, содержащие до 24 оптических волокон каждый, с промежуточной оболочкой из полиэтилена (или без нее), силовым элементом из арамидных нитей, с внешней оболочкой из полиэтилена.

Кабель предназначен для подвески на опорах линий связи, контактной сети железных дорог и столбах городского освещения. Температура эксплуатации кабеля: от -60 до 70° С. Минимально допустимая температура прокладки -30°С.

Рабочая длина волны 1550 нм;

Коэффициент затухания на опорной длине волны, дБ/км, не более 0,24 - 0,35;

Диаметр модового поля, мкм - 9,6±0,4;

Диаметр оболочки, мкм - 125;

Номинальный расчётный диаметр кабеля, мм - 13,6;

Растягивающее усилие, кН - 6;

Раздавливающее усилие, Н/1см - не менее 300.

3.2 Расчет длин регенерационных секций

Длина регенерационного участка рассчитывается по формуле

,

где l_рег - длина регенерационного участка, км;

Э_П - энергетический потенциал, дБ;

П - суммарные потери, дБ;

б - километрическое затухание кабеля, 0,24 дБ/км.

Энергетический потенциал определяется по формуле

,

где Э_П - энергетический потенциал, дБ;

Р_ПОМ - мощность передающего оптического модуля, дБ;

Р_ПРОМ - чувствительность приемного оптического модуля, дБ.

Суммарные потери определяются потерями на неразъемные соединители, разъемные соединители, старение, а также потерями, возникшими при изменении температуры:

П = А_НС Ч N_НС + А_РС Ч N_РС + А_СТАР + А_ТЕМП,

где П - суммарные потери, дБ;

N_РС - количество разъемных соединителей, принимаем = 4;

N_НС - количество неразъемных соединителей, принимаем = 2;

А_НС - потери на неразъемные соединители, принимаем = 0,2 дБ;

А_РС - потери на разъемные соединители, дБ, принимаем = 0,4 дБ;

А_СТАР - потери на старение кабеля, дБ, принимаем = 4 дБ;

А_ТЕМП - потери на изменение температуры, дБ, принимаем=0,05 дБ.

П = 0,2•2+0,4•4+4+0,05 = 6,05 дБ.

.

км.

Регенерационный участок должен быть меньше 112 км. В случае если он больше, необходимо ставить регенератор.



4. Синхронизации сетей связи SDH

Цель синхронизации - получить наилучший возможный хронирующий источник или генератор тактовых импульсов или таймер для всех узлов сети.

Система базируется на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, где находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов PRC (ПЭГ), или первичный таймер, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники - вторичный или ведомый эталонный генератор тактовых импульсов SRC (ВЭГ), или вторичный таймер, реализуемый либо в виде таймера транзитного узла TNC, либо таймера локального (местного) узла LNC.

Первичный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы) с точностью не хуже 10^-11. Он обычно калибруется вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC. Эти сигналы затем распространяются по наземным линиям связи для реализации того или иного метода синхронизации.

4.1 Методы синхронизации

Существуют два основных метода узловой синхронизации: иерархический метод принудительной синхронизации с парами ведущий - ведомый таймеры и неиерархический метод взаимной синхронизации.

Сети SDH имеют несколько дублирующих источников синхронизации:

- сигнал внешнего сетевого таймера, или первичный эталонный таймер PRC, сигнал с частотой 2048 кГц;

- сигнал с трибного интерфейса канала доступа (аналог таймера транзитного узла TNC), сигнал с частотой 2048 кГц, выделяемый из первичного потока 2048 кбит/с;

- сигнал внутреннего таймера (таймер ведомого локального узла LNC), сигнал 2048 кГц;

- линейный сигнал STM-N, или линейный таймер, сигнал 2048 кГц, выделяемый из линейного сигнала-155,520 Мбит/с или 4nx155,520 Мбит/с.

Учитывая, что трибы 2 Мбит/с, пришедшие из сетей SDH, отображаются в VC-12 и могут плавать в рамках структуры вложенных контейнеров, использующих указатели, их сигналы должны быть исключены из схемы синхронизации сети SDH. Реализуемая точность внутреннего таймера, равная 5х10^-6 - мала, учитывая возможность накапливания ошибки в процессе так называемого "каскадирования сигналов таймеров", когда узел сети восстанавливает сигнал таймера по принятому сигналу и передает его следующему узлу. В этом смысле наиболее надежными источниками синхронизации являются сигнал внешнего сетевого таймера и линейный сигнал STM-N.

4.2 Режимы работы и качество хронирующего источника

Предусматривается четыре стандартных режима работы хронирующих источников узлов синхронизации:

1) режим первичного эталонного таймера PRC, или генератора ПЭГ (мастер узел);

2) режим принудительной синхронизации - режим ведомого задающего таймера SRC, или генератора ВЗГ (транзитный и/или местный узлы);

3) режим удержания с точностью удержания 5х10^-10 для транзитного узла и 1х10^-8 для местного узла и суточным дрейфом 1х10^-9 и 2х10^-8 соответственно; многоканальный связь цифровой

4) свободный режим (для транзитного и местного узлов) - точность поддержания зависит от класса источника и может составлять 1х10'8 для транзитного и 1х10^-6 для местного узлов.

Уровень качества хронирующего источника может быть передан в виде сообщения о статусе синхронизации SSM через заголовок фрейма STM-N, для чего используются биты 5-8 байта синхронизации (например, S1), или последовательностью резервных бит в фрейме Е1 2 Мбит/с. В этом случае при сбое в сети, повлекшем защитное переключение, сетевой элемент имеет возможность послать сообщение таймеру о необходимости использовать сигнал синхронизации, восстановленный из альтернативного маршрута.

4.3 Построение сети синхронизации

Для повышения надежности системы синхронизации число последовательно включенных ГСЭ не должно превышать 40-60, а число ВЗГ 7-8.



Список использованной литературы

1. Дмитриев А.А., Шувалов А.В. Цифровые системы передачи: Методическое пособие. - Иркутск: ИрГУПС, 2003. - 54 с.

2. Курс лекций по дисциплине «Многоканальная связь на ЖД транспорте».

3. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте/Под ред. Г.В. Горелова. М.: УМК МПС, 1999 - 279 с.

4. Электронные ресурсы:

http://poznayka.org/s63240t1.html - Оборудование SDH Siemens

http://www.mkf.mkm.ru/ - Оптический кабель «Москабель-Фуджикура»

Размещено на Allbest.ru

...