Проектирование и эксплуатация систем передачи

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Проектирование и эксплуатация систем передачи



Реферат

Выпускная квалификационная работа (ВКР) содержит 69 страниц текстового документа формата А4, включающего 21 рисунок, 6 таблиц, 12 использованных источника, 1 приложение.

Разработка методических указаний, теория, расчет формул, коэффициенты стабильности, передача данных, способы передачи данных, радиорелейные линии связи, спутниковая связь, мобильная связь, проводные линии связи, коммуникационная сеть.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка методических указаний к курсовому проекту

В данной работе основными объектами исследования были способы и средства организации системы передачи данных между населёнными пунктами.

В процессе работы были исследованы актуальность подбора теоретической части и формул для расчета спроектированной сети и коэффициентов для надёжности системы. Для решения поставленной задачи были изучены различные способы передачи данных, которые могут использоваться в зависимости от конкретных географических условий объектов мониторинга для обеспечения достоверности передаваемой информации. Для каждого из применяемых способов были подобраны технические решения. В рамках системы передачи данных было выбраны и изучены программные обеспечения для компонентов схемы и рассмотрено взаимодействие между ними.

Итогами выполненной работы являются: разработанные методические указания к курсовому проекту с информацией об актуальных способах построения магистральной сети и различных способах передачи данных.



Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Основная теоретическая часть об имеющихся ресурсах

1.2 Разработка схемы организации связи

1.3 Конфигурация сети

2. Обзор технологий в области передачи данных

2.1 Теория об технологиях передачи данных

2.2 Обзор способов передачи данных

2.3 Выбор оптимальных технологий для построения магистральной связи

3. Охрана труда и безопасность

3.1 Общие положения по охране труда при эксплуатации электроустановок

3.2 Требования к работникам, допускаемым к выполнению работ в электроустановках

3.3 Охрана труда при оперативном обслуживании и осмотрах электроустановок

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Диск DVDВ конверте на обороте обложки



Введение

Методические указания обязательны для ознакомления и изучения правил оформления, гостов, материалов для работы и составной части для курсовой работы. Польза методического материала в том, чтобы студенты могли без помощи интернета и иных источников информации изучить цель и задачи работы, понять какие предстоит использовать ресурсы для выполнения, ознакомиться и узнать принцип действия каждого из предложенных материалов, научиться рассчитывать коэффициенты помехозащищённости и синхронизации, применить полученные знания и реализовать их в расчёте при проектировании.

В первой главе будет раскрыта основная теоретическая часть об используемых архитектурах, трассах, топологий, марок оптических кабелей, систем передачи, различных конфигураций сети, варианты схем регенерационных участков, синхронизаций, примеры помехозащищенности цифровых линий передач и их применения в проектировании в современном мире, будут отображены результаты использования данных ресурсов на практике и проектировании в курсовой работе.

Во второй главе будут отображены особенности и важность применения каждого из приведённых ресурсов, их отличие от различного вида и типа, который будет сопоставим с необходимым в выполнении работы, но более доступным в применении.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка методических указаний для изучения, понимания и задания первоначальных шагов к выполнению курсового проекта.

В соответствии с заданной целью были поставлены следующие задачи:

1) изучить материалы для составления методических указаний.

2) найти подходящие для работы схемы и привести к различным вариантам курсового проекта. 3) провести анализ полученных результатов, сравнить их с предыдущими, в случае совпадения - изменить.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Основная теоретическая часть об имеющихся ресурсах

Одним из основных элементов проектирования является правильный выбор трассы оптической линии связи, так как от него зависит стоимость строительства магистрали и надежность ее работы.

Расстояния между пунктами по трассе определяются в процессе изысканий, а в условиях учебного проекта - по картам или атласам железных и автомобильных дорог в соответствии с их масштабами.

Для электрических расчетов расстояние между пунктами определяется также и по кабелю; с учетом неровностей и изгибов длина кабеля превышает длину соответствующего участка трассы. Нормативные запасы составляют в среднем 5-7% длины соответствующих участков.

Одной из основных задач проектирования является правильный выбор топологии сети. Стандартные базовые топологии, получившие наибольшее распространение при организации связи, состоят из следующего набора:

- топология "точка-точка"

- топология "последовательная линейная цепь"

- топология "звезда"

- топология "кольцо"

Аппаратура плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) используется в основном в сетевых структурах типа "точка-точка", поскольку реализация с помощью такой аппаратуры более надежных кольцевых, разветвленных и других сетей оказывалась слишком, дорогой и сложной в управлении. Аппаратура синхронной цифровой иерархии (СЦИ) может применяться во всех структурах, где используется и аппаратура ПЦИ, однако присущие СЦИ особенности делают ее особенно привлекательной при реализации высоконадежных управляемых сетевых структур.

Сеть топологии "точка-точка" наиболее простая и используется при передаче больших цифровых потоков по высокоскоростным магистральным каналам.

Рисунок 1 - Топология «точка-точка»

Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров (ТМ), как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со 100% резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрический или оптический агрегатные выходы (каналы приема/передачи).

При выходе из строя основного канала, сеть в считанные десятки миллисекунд может автоматически перейти на резервный.

Последовательная линейная цепь

Сеть топологии "последовательная линейная цепь используется в тех случаях, когда в ряде пунктов необходимо осуществить ввод-вывод цифровых потоков. Она реализуется с помощью терминальных (оконечных) мультиплексоров и мультиплексоров ввода-вывода. В этом случае мультиплексоры промежуточного пункта снабжаются двумя блоками STM-N, а в мультиплексорах оконечных пунктов устанавливается только по одному такому блоку.

Рисунок 2 - Топология «Последовательная линейная цепь»

Топология "звезда"

Рисунок 3 - Топология «звезда»

В сети топологии "звезда” один из мультиплексоров выполняет функции концентратора, у которого часть трафика передается в магистраль, а другая часть распределена между мультиплексорами удаленных узлов. Такой мультиплексор обладает функциями мультиплексора ввода-вывода и системы кроссовой коммутации.

Топология “кольцо”

Рисунок 4 - Топология «кольцо»

Топология является характерной для сетей СЦИ. Основное преимущество кольцевой топологии состоит в легкости организации защиты 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов: восток-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Определение архитектуры сети SDH

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность самостоятельного использования отдельных элементарных топологий, рассмотрим сети, комбинирующие элементарные топологии. Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной (типа "точка-точка") топологий или топологии последовательной линейной цепи.

Радиально-кольцевая архитектура

Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь". Вместо последней может быть использована более простая топология "точка-точка". Число радиальных ветвей ограничивается из соображений допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на кольцо.

Рисунок 5 - Радиально-кольцевая архитектура SDH

Архитектура типа "кольцо-кольцо"

Рисунок 6 - Архитектура сети SDH типа «кольцо-кольцо»



Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо- кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH.

Выбор марки оптического кабеля

Выбор марки оптического кабеля, типа и числа оптических волокон определяется назначением ОК, способом его прокладки и номенклатурой организуемых по нему связей.

На линиях магистральной связи целесообразно использовать оптические кабели с одномодовыми волокнами, которые на длине волны 1,55 мкм обеспечивают большие дальность и число каналов, примерами кабелей являются:

- ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(2) и ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(5) - самонесущие оптические кабели с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, соответственно с 16 стандартными одномодовыми оптическими волокнами

- ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) аналогичный кабель, сердечник которого содержит в модулях 12 стандартных одномодовых оптических волокон.

- X2327L6-016-CLIE-4/12 - с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 3 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 3,0 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 16 одномодовыми оптическими волокнами, из которых 12 стандартных волокон.

- ДАУ-012Е04/004Н04-05 - оптический кабель с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитным покровом из стальных оцинкованных проволок, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником со связующей алюмополиэтиленовой лентой, состоящим из 4 оптических и одного заполняющего модулей, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 12 стандартными одномодовыми оптическими волокнами

- ОКМС-А-6Сп-24(2) 8кН - круглый кабель с центральным элементом в виде стеклопрутка и силовыми элементами из арамидных нитей, содержащий 24 волокна, 6 оптических модулей в которых 4 оптических волокна в каждом, диаметр кабеля 13,4 мм.

- ОКМС-ПТА-2/4Сп-8(2) 8кН - круглый кабель с центральным элементом в виде стеклопрутка и силовыми элементами из арамидных нитей, содержащий 8 волокна, 2 оптических модулей в которых 4 оптических волокна в каждом, диаметр кабеля 13,4 мм.

Таблица 1

Марки оптических кабелей

Параметры	Марка кабеля
	ОКМС	X2322L6	ДАУ	ОКМС-ПТА-2	ОКМС-А-6Сп
Число волокон	16	16	16	8	24
Наружный диаметр, мм	14,0	14,0	17,9	13,4	13,4
Длительно допустимое растягивающее усилие, кН	10	10	20	55	60
Удельная масса, кг/км	154	154	614	163	163
Строительная длина, м	4000	4000	2000	4000	4000

Выбор типа системы передачи

Выбор типа систем передачи осуществляется на основании рассчитанного общего числа потоков Е1, организуемых на год ввода магистрали в эксплуатацию с учетом перспективы развития (10-15 %).

В настоящее время в волоконно-оптических системах передачи используется каналообразующая аппаратура различных ступеней плезиохронной ПЦИ (Plesiochronous Digital Hierarchy - PDH) и синхронной СЦИ (Synchronous Digital Hierarhy - SDH) цифровых иерархий. Технология ПЦИ использует схему каскадного соединения мультиплексоров

Таблица 2

Уровни иерархий

Уровень иерархий	Скорость передачи, Кбит/с
0	64
1	2048
2	8448
3	34368
4	139264

Особенностями ПЦИ являются жесткий синхроизм, метод мультиплексирования с чередованием бит (а не байт) и применение выравнивающих бит для выравнивания скоростей входных потоков.

Однако ПЦИ обладает рядом существенных недостатков, к которым относятся:

- невозможность идентификации и вывода, например, потока 64 Кбит/c или 2 Мбит/с из потока 140 Мбит/c вследствие использования выравнивающих бит;

- слабые возможности в организации служебных каналов и заголовков;

- неразвитая маршрутизация.

Обладая указанными недостатками, ПЦИ не выдерживают конкуренции с новыми принципами организации цифровых систем передачи информации - принципами СЦИ.

Системы СЦИ используют синхронную схему передачи с побайтным, а не побитным чередованием при мультиплексировании.

В качестве входных сигналов каналов доступа СЦИ поддерживает только трибы ПЦИ и СЦИ (т.е. цифровые сигналы каналов доступа, скорости передачи которых соответствуют стандартному ряду скоростей ПЦИ и СЦИ)

В настоящее время Международный союз электросвязи (ITU-T) принял рекомендации по трем уровням SDH. Для первого уровня установлена скорость передачи 155520 Кбит/с. Скорости высших уровней получаются умножением скорости первого уровня на число, соответствующее наименованию уровня. Кроме первого, стандартизирован четвертый уровень со скоростью передачи 622080 Кбит/с и 16-й - 2488320 Кбит/с.

На основании рассчитанного общего числа потоков Е1 производится выбор типа системы передачи.

Для STM-1 - 63 потока Е1;

для STM-4 - 252 потока Е1;

для STM -16 - 1008 потока Е1.

Определение длины регенерационного участка

Весьма важным разделом проекта является определение длин регенерационных участков волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Из экономических соображений желательно, чтобы длина регенерационного участка (?? р) была максимальной. Величина ?? р в основном определяется двумя факторами: потерями и дисперсией в оптическом волокне.

Длина регенерационного участка, определяемая затуханием линии, рассчитывается по формуле

где П- энергетический потенциал аппаратуры, дБ

- потери в разъемном соединении (коннекторе); используются для подключения приемника и передатчика к оптическому кабелю, дБ (0,3 дБ);

- потери в неразъемных соединениях, дБ (0,1-0,3 дБ);

a - коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км;

- строительная длина оптического кабеля, км.

1.2 Разработка схемы организации связи

Общие требования к цифровой сети

Первичная сеть связи определяет следующие качественные характеристики: надежность, пропускную способность, управляемость, технико-экономические показатели. Критериями оптимального построения первичных сетей являются стоимость и надежность, причем для ж.д. первичных сетей целесообразно исходить из надежности.

Расширение В.О.Л.С. привело к постепенной замене трехуровневого представления первичных сетей (магистральной, зоновой, местной) к двухуровневой (транспортная или абонентская сети).

Принципы построения первичной сети:

- сеть должна быть цифровой на всех уровнях;

- линии передачи необходимо организовывать только на основе стандартных цифровых каналов и трактов;

- необходимо создать такую структуру первичной сети, чтобы имелась возможность использования ее для любых вторичных сетей общего пользования;

- топология первичной сети должна экономично реализовывать структуры всех вторичных сетей и быть оптимальной с точки зрения их интеграции;

-сеть должна обеспечивать возможность существенного расширения пропускной способности для внедрения новых технологий предоставления пользователю новых услуг.

Функциональная сеть строится с использованием следующих модулей сетей СЦИ.

Терминальный мультиплексор (ТМ)

ТМ является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибам PDH и SDH иерархий. 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 интерфейса. Как правило, эта коммутация ограничена трибами 1.5 и 2 Мбит/с.

Рисунок 7 - Терминальный мультиплексор

Мультиплексор ввода/вывода (ADM)

ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор. 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 обеих сторонах ("восточной" и "западной") в случае выхода из строя одного из направлений.

Концентраторы

Концентратор представляет собой мультиплексор, объединяющий несколько, как правило, однотипных (со стороны входных портов) потоков, поступающих от удаленных узлов сети в один распределительный узел сети SDH, не обязательно также удаленный, но связанный с основной транспортной сетью

Рисунок 8.1 - Ответвление от основного потока или кольца

Рисунок 8.2 - Подключение двух внешних ветвей к основному потоку или кольцу

Рисунок 8.3 - Подключение нескольких узлов ячеистой сети к кольцу SDH.

Регенераторы

Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два (при использовании схемы защиты 1 + 1) агрегатных выхода.

Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путем регенерации сигналов полезной нагрузки.

Рисунок 9 - Регенератор



Функциональная сеть связи разрабатывается на основе выбранной топологии сети и технических возможностей аппаратуры с целью получить наиболее экономичный вариант организации нужного числа каналов между соответствующими пунктами.

На схеме должно быть показано размещение пунктов регенерации и выбранных мультиплексоров; количество цифровых потоков Е1, выделяемых на станциях; номера используемых волокон в волоконно-оптическом кабеле

1.3 Конфигурация сети

В конфигурацию сети могут быть включены следующие основные типы сетевых элементов, определяемые рекомендациями ITU-T G.782 и G.958:

- оконечные мультиплексоры;

- мультиплексоры с функцией вставки/выделения;

- локальные блоки кросс-соединений;

- линейные регенераторы.

Система, используемая для обозначения сетевых элементов, основана на использовании следующих атрибутов:

- тип сетевого элемента;

- иерархический уровень SDH;

- внутренняя связность.

Правила маркировки можно объяснить на примере ADM-4/1: Базовый тип:

TM - оконечный мультиплексор;

ADM - мультиплексор с функцией вставки и выделения;

LXC - локальная система кросс соединений;

LR - линейный регенератор. Уровень иерархии SDH:

1 - STM-1;

4 - STM-4;

6 - STM-16.

Внутренняя связность:

1 - до уровня VC-12;

4 - до уровня VC-4.

Синхронизация

Элементы сетей СЦИ требуют синхронизации, так как передаваемый ими оптический сигнал является синхронным. Однако потеря синхронизации сетевыми элементами СЦИ не приводит к возникновению проскальзываний. Это обусловлено тем фактом, что полезная нагрузка в СЦИ передается асинхронно. Для идентификации начала кадра СЦИ используют указатели. Несовпадение скоростей передачи и приема вызывает изменение в указателе.

Допустим, передающий сетевой элемент (C.Э.) работает быстрее приемного, тогда последний создает отрицательное выравнивание указателя и сдвигает полезную нагрузку вперед на один байт (8 бит). Таким образом приемный С.Э. подстраивается под передающий без потери информации. Аналогично, если передающий С.Э. более медленный, чем приемный, вводится положительное выравнивание указателя на один байт.

В настоящее время система передачи сигнала синхронизации базируется на иерархической схеме, при которой каждый уровень задающего генератора синхронизируется по эталону более высокого уровня:

- первый уровень - первичный эталонный генератор (Q2 по G.811);

- второй уровень - ведомый задающий генератор (Q4 по G.812T);

- третий уровень - задающий генератор сетевого элемента (Q11пo G.813). К основным функциям задающих генераторов относятся:

- прием входных сигналов синхронизации от ряда источников внутри данного элемента;

- выбор одного из этих входных сигналов;

- фильтрация тактового сигнала в соответствии со стандартом.

Архитектура системы синхронизации магистральной цифровой сети связи (МЦСС) на участке обеспечивает синхронизацию тактовых сигналов всех задающих генераторов по тактовым сигналам ПЭГ.

Распределение синхросигналов делится на внутриузловое в пределах узлов и внешнее для узла:

- внутриузловое распределение по возможности соответствует логической топологии в форме звезды. Все задающие генераторы сетевого элемента нижнего уровня в пределах границ узла непосредственно получают сигналы ТСС от иерархического задающего генератора наивысшего в узле уровня;

- распределение вне узла соответствует топологии в виде дерева и обеспечивает синхронизацию всех узлов сети МЦСС. Задающие генераторы низшего иерархического уровня принимают сигналы синхронизации от генераторов того же или высшего иерархического уровня и исключают появление петель в цепи передачи синхросигналов;

- информация о фазе эталона передается между узлами при помощи трассы (сети) синхронизации.

Сеть СЦИ обычно проектируется для работы в псевдосинхронном режиме, когда не все задающие генераторы в сети синхронизированы от одного и того же ПЭГа, но каждый ПЭГ должен соответствовать стандарту ЕСЭ 300-462-6.

Для фильтрации (подавления) блужданий (МОВИ) и дрожаний (ДВИ) фазы в линиях связи используется ведомый задающий генератор (ВЗГ). Выходы ВЗГ соединяются непосредственно с входом мультиплексора.

В качестве источников опорных сигналов для мультиплексоров используются следующие источники синхросигналов:

- внешний опорный синхросигнал от ВЗГ на - 2,048 МГц (входной сигнал ТЗ);

- смежный поток данных STM-16 или STM-1 (входной сигнал Т1);

- внутренний кварцевый генератор сетевого элемента (мультиплексора).

В процессе работы синхронный мультиплексор постоянно контролирует каждый сконфигурированный источник синхросигналов. При отказе используемого в данный момент источника синхросигналов синхронный мультиплексор автоматически переключается на следующий источник синхросигналов с меньшим приоритетом.

Если первоначальный источник синхросигналов (с более высоким приоритетом) снова становится доступным, то, в зависимости от предыдущей конфигурации синхронизации синхронного оборудования, может либо сохраняться активный в данный момент источник синхросигналов (нереверсивный режим), либо мультиплексор может автоматически переключиться на первоначальный источник синхросигналов (реверсивный режим). Для предотвращения частых переключений между нестабильными источниками синхросигналов каждое переключение осуществляется только после регулируемого в синхронном мультиплексоре времени ожидания.

Внутренний источник синхронизации

При отказе всех внешних источников синхросигналов синхронный мультиплексор автоматически переключается на внутренний синхрогенератор и продолжает функционировать с использованием опорной частоты, сохраненной последней (режим удержания). Генерируется соответствующий "Аварийный сигнал оборудования". Автоматической реакцией является отключение выходного интерфейса синхронизации Т4, и всем задействованным потокам STM-16 и STM-1 назначается приоритет синхронизации "запрещен для синхронизации".

Если с самого начала отсутствуют все внешние источники синхронизации (для ввода в эксплуатацию и тестирования синхронных мультиплексоров на пусковых участках, где нет источников синхросигналов более высокого иерархического уровня), то внутренний синхрогенератор синхронного мультиплексора может быть сконфигурирован как независимый кварцевый генератор (несинхронизированный режим).

В режиме запоминания или в несинхронизированном режиме адекватная стабильность частоты обеспечивается внутренним кварцевым генератором синхронного мультиплексора. Для увеличения надежности внутренний генератор, как правило, дублируется

Расчёт стабильности генератора

Нарушения синхронизации в системе СЦИ приводят к смещениям указателей. Рассмотрим, как это связано с основным параметром синхросигнала - ошибкой временного интервала и рассчитаем требуемую стабильность генератора по заданному времени возникновения одного смещения указателей.

Время, необходимое для передачи одного бита:

.

Где B - скорость передачи информации, бит/с

Стабильность генератора рассчитывается по формуле:

Tc - время возникновения одного смещения, ч.

Рисунок 10 - Ошибка временного интервала

Система управления ВОЛС

Система управления магистральной цифровой сети связи МПС РФ (МЦСС МПС РФ) на участке представляет собой централизованную систему, построенную в соответствии с существующей иерархической структурой управления железнодорожным транспортом, и состоящей из следующих основных компонентов: регионального (дорожного) центра управления (РЦУ) и распределенных элементов доступа к цифровой сети связи.

Система управления магистральной цифровой сети связи МПС РФ предназначена для обеспечения эффективного функционирования всех участков сетей связи, входящих в состав взаимоувязанной сети связи, рационального использования и развития связных ресурсов в целях наилучшего удовлетворения нужд Федерального железнодорожного транспорта в услугах связи.

При этом должно обеспечиваться скоординированное экономически эффективное управление сетями связи, находящимися в ведении различных операторов в повседневных условиях и централизованное управление всеми связными ресурсами железнодорожного транспорта в чрезвычайных ситуациях.

ITM-SC - это централизованная система управления, способная в различных конфигурациях контролировать работу до 200 сетевых элементов (NE). Система в реальном времени позволяет пользователю обслуживать, конфигурировать и контролировать как сетевые элементы SDH, так и их отдельные компоненты.

Система ITM-SC обеспечивает возможность создания резервных ресурсов в узлах, а также обслуживает структуры базы данных по текущим и предыдущим аварийным сигналам и по конфигурации всех сетевых элементов сети SDH в области ее действия. Система также обеспечивает возможность дозагрузки программного обеспечения новых NE в удаленные сетевые элементы сети SDH с одного центрального процессора. Связь между ITM-SC и элементами сети SDH осуществляется через шлюзовые сетевые элементы



Рисунок 11 - Система управления ВОЛС

Схема подключения оборудования в РЦУ

Система ITM-SC способна выполнять следующие функции:

- обеспечение сетевых элементов данными, необходимыми для надлежащего выполнения работы. Они хранятся в базе данных ITM-SC. Пользователь может изменять их и, используя эти новые данные, вносить изменения в конфигурацию элементов сети;

- регулировка (конфигурация) трафика путем конфигурирования элементов кросс-коммутации внутри управляемых элементов сети SDH (система ITM-SC хранит записи обо всех схемах кросс - коммутации управляемых сетевых элементов);

- обработка аварийных сигналов и событий (для предотвращения снижения качества обслуживания и устранения возможных неисправностей необходимо постоянно наблюдать за состоянием элементов сети, а также всех ее составляющих частей);

- контроль качества предусматривает непрерывное наблюдение за параметрами оборудования SDH;

- возможности тестирования (управление тестированием обеспечивает правильное функционирование как элементов сети SDH в пределах области действия ITM-SC, так и самой системы управления ITM-SC);

- обеспечение безопасности - это защита от несанкционированного доступа (данная функция также предоставляет возможность операторам определить круг своих задач в этой области, т.к. доступ к ITM-SC и рабочим станциям могут получить только авторизированные пользователи посредством кода доступа пароля, а приоритеты определяются администратором системы);

- средства поддержки заказчика (ITM-SC обладает целым рядом функциональных возможностей, которые предусматривают автоматизацию выполнения сложных задач и обычно осуществляются посредством многочисленных однообразных операций);

- услуги на уровне управления сетью для ITM-NM (ITM-SC может осуществлять управление элементами и в автономном режиме, и в качестве промежуточного устройства между элементами сети SDH и системой управления сетью, используя услуги ITM-SC, может автоматически устанавливать соединения «точка- точка» (так называемые «трейлы») и контролировать состояние всей сети, используя информацию о событиях и аварийных сообщениях).

Расчет надежности цифровой системы передачи

Проблема обеспечения надежности весьма актуальна для волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), предназначенных для больших объемов информации и имеющих большую длину участков регенерации, т.е. более протяженные участки обслуживания. Поэтому очень важно предварительно рассчитать их надежность с тем, чтобы обеспечить требуемые показатели в процессе эксплуатации аппаратуры ВОСП, особенно если она отечественная, то есть имеет менее надежную по сравнению с зарубежной элементную базу и, как правило, не предусматривает защитного переключения.

В нашей стране и за рубежом обычно используют ЦСП для уплотнения оптического кабеля. Согласно рекомендациям G.821 и G.921 МСЭ-Т качество ЦСП по критерию ошибок делят на три категории:

связь приемлемая с Кош? ;

связь некачественная 10 ? Кош ? 10^-3 в аппаратуре);

(фиксирование отказового состояния связь неприемлемая с в аппаратуре).

Кош ? (фиксирование отказового состояния, аварии

Существуют различные стратегии технического обслуживания ВОСП, основанные на использовании при восстановлении неисправности тех или иных категорий.

Показатели надежности:

- надежность объекта - его свойство сохранять во времени и устанавливаемых пределах значения всех параметров, характеризующих качество передачи информации в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования;

- комплексный показатель надежности - коэффициент готовности Кг, определяющий вероятность работоспособности объекта в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается);

- безотказность - свойство системы передачи (СП) непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Ее характеризуют два показателя:

а) наработка на отказ - Т0 - среднее время между отказами системы (элемента), ч.;

б) интенсивность отказов - Л - среднее количество отказов в единицу времени, 1/ч.

- для восстановления объектов одним из важнейших свойств, составляющих надежность, является ремонтопригодность - приспособленность СП к предупреждению неисправности, обнаружению ее характера и устранению последствий путем проведения ремонтных работ и технического обслуживания (характеризуется средним временем восстановления V, затрачиваемым на обнаружение, поиск, причины и устранение последствий отказа, ч.);

- для обеспечения высокого коэффициента готовности при расчете надежности ВОСП удобно в качестве комплексного показателя надежности выбрать коэффициент простоя Кп, определяющий вероятность того, что система окажется в неработоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов.

Коэффициент простоя однозначно связан с коэффициентом готовности:

.

Он характеризует безотказность и ремонтопригодность.

Требуемые показатели качества и надежности для магистральной первичной сети (СМП) ВСС РФ с максимальной протяженностью Lm = 12500 км (без резервирования):

Таблица 3

Показатель надёжности

Показатель надежности	Оборудование линейного тракта СМП
Коэффициент готовности, Кг	>0,920
Среднее время между отказами, ч	>40
Время восстановления, ч	Для НРП: < 2,500 ч Для ОРП: < 0,500 ч Для кабеля: < 10,000 ч

Расчет помехозащищенности цифровой линии передачи

Расчет допустимой вероятности ошибки в проектируемом линейном тракте

Переходные помехи и собственные шумы корректирующих усилителей регенераторов приводят к появлению цифровых ошибок в сигнале на входе приемной станции.

Каждая ошибка после декодирования в тракте приема оконечной станции приводит к быстрому изменению величины аналогового сигнала, вызывая неприятный для абонента щелчок в телефоне.

Экспериментально установлено, что заметные щелчки возникают при ошибках в двух старших разрядах кодовой группы ИКМ сигнала (первый разряд определяет знак, второй участвует в выборе первого номера сегмента). Качество связи считается удовлетворительным, если в каждом из каналов ТЧ наблюдается не более одного щелчка в минуту. Если частота дискретизации 8000 Гц, то по линейному тракту передается за 1 минуту 8000*60 = 480000 кодовых групп и опасными в отношении щелчков являются 2*480000 = 960000 старших разрядов. Если считать, что вероятность ошибки для любого символа одинакова, то вероятность ошибки для всего линейного тракта при условии, что за минуту не более одного из 960000 символов будет зарегистрировано ошибочно, должна быть:

,

С целью обеспечения более высокого качества передачи ITU-T рекомендовал при разработке цифровых систем руководствоваться нормой вероятности ошибки на 1 км цифрового линейного тракта 1/км.

В этом случае допустимая вероятность ошибки для проектируемого линейного тракта длиной ?? определяется формулой:

.

Расчет ожидаемой помехоустойчивости проектируемой цифровой линии передачи

Помехоустойчивость цифровой линии передачи оценивается вероятностью возникновения ошибки при прохождении сигнала через все элементы цифрового линейного тракта.

Ошибки в регенераторах возникают практически независимо друг от друга, поэтому вероятность ошибки в цифровом линейном тракте можно определить как сумму вероятностей ошибок по отдельным участкам:

рош.ож = Урош.i ,

где рош.i - вероятность ошибки i - го регенератора

i - номер регенератора.

Для определения вероятности ошибки регенератора необходимо произвести оценку его помехоустойчивости, которая зависит от уровня шумоподобного сигнала на входе аппаратуры.



2. Обзор технологий в области передачи данных

2.1 Теория об технологиях передачи данных

Популярные интерфейсы: RS-232, RS-485, USB, Ethernet.

RS-232 и RS-485 преимущественно используются в двунаправленной связи на малых дистанциях. Использование RS-232 позволит передавать данные на скорости до 115 Кбит/с. Максимальная скорость интерфейса RS-485 достигает до 10 Мбит/с. И для RS-232, и для RS-485 скорость передачи зависит от расстояния между устройствами: чем больше длина линии, тем меньше скорость передачи. У интерфейса USB скорость передачи на практике достигает около 240 Мбит/с, основной недостаток применения данного интерфейса заключается в максимальном расстоянии передачи данных, составляющее 5 м.

Самым распространённым стандартом технологии сети является Ethernet. Его архитектура объединяет набор стандартов, поддерживает следующие среды передачи данных: витая пара, коаксиальный и волоконно-оптический кабеля. Тип стандарта Ethernet определяет возможную дальность связи и скорость передачи данных.

Следует отметить, что использование технологии Ethernet подразумевает под собой богатый выбор оборудования. Она имеет достаточную пропускную способность и скорость передачи информации. И так как эта технология существует давно, с 1973 года, то большинство возможных проблем, например, вероятность возникновения коллизий, имеют известные пути решения. Всё это делает применение Ethernet простым и удобным решением.

Из устройств управления данные измерений направляются в коммутатор, который соединяет информацию и количество ошибок со всех приборов и направляет её на локальный сервер хранения данных. Проблема совместимости интерфейсов, в случае её возникновения, решается конверторами интерфейсов.

Таблица 4

Типы стандартов Ethernet

Стандарт	Скорость передачи данных	Максимальная дальность передачи
Ethernet	10 Мбит/с	2,5 км
Fast Ethernet	100 Мбит/с	0,2 км
Gigabit Ethernet	1000 Мбит/с	0,2 км
10G Ethernet	10 Гбит/с	40 км

Состав подсистемы передачи данных главным образом определяется исходя из расположения населённого пункта относительно ландшафта и окружающих объектов связи.

Для труднодоступных или лишённых связи точек исследования уместна спутниковая линия связи, оборудование которой составляет спутниковый модем и малая земная станция спутниковой связи (МЗССС), также называемая VSAT (Very Small Aperture Terminal). МЗССС через спутник-ретранслятор передаёт данные в центральную земную станцию спутниковой связи (ЦЗССС), откуда посредством сети Интернет они поступают в центр обработки данных (ЦОД).

Главная особенность радиорелейной линии связи (РРЛС) заключается в том, что расстояние между её станциями ограничивается условием прямой видимости. Пока оно соблюдается, организованная данным способом система передачи данных работоспособна, даже если объект исследования находится в сложных географических условиях как в силу ландшафта, так и в силу климата. Такая РРЛС может состоять из двух оконечных станций, расположенных около объекта исследования и около центра экологического мониторинга. Между ними в случае необходимости устанавливается ретрансляционная станция. Комплект оборудования включает в себя основные и резервные радиопередающие и радиоприемные устройства, антенные и фидерные устройств, а также аппаратуру каналообразования. В полевых условиях подвижные радиорелейные станции (РРС) размещается на одной или нескольких транспортных единицах и поддерживают режим автономной работы.

Расположение объекта исследования вблизи базовых станций сотовых операторов открывает возможность реализации связи по GSM технологии. В точке исследование размещается мобильная станция, поддерживающая стандарт сотовой связи GSM. Данные, поступающие с информационно-измерительной части системы экологического мониторинга, передаются посредством передачи коротких текстовых сообщений. Размер сообщения SMS не превышает 160 байтов, однако, учитывая особенности предаваемой информации, подобное ограничение не является проблемой. Применяемое оборудование ограничивается модемом, подключаемом к работающим на заданной территории операторами связи.

Если объект исследования находится в непосредственной близости от существующей инфраструктуры проводных линий связи (ПЛС), целесообразно воспользоваться услугами, предоставляемыми оператором этой сети передачи данных. Организованный таким способом канал связи может быть, как прямым, если в регион оператора входит передача данных, так и сборным, в противном случае, когда маршрут канала связи проходит через сети нескольких операторов.

Энергетический потенциал радиолинии

Энергетический потенциал устройств определяется мощностью передающего устройства, чувствительностью приемного устройства, параметрами антенно-фидерных трактов (АФТ) и выражается в относительных единицах дБ.

Pэ = Рпрд + Pпрм + Gпрд + Gпрм,

Где Pэ-энергетический потенциал, дБ;Рпрд - мощность передатчика, дБ;Pпрм - чувствительность приемника, дБм;Gпрд, Gпрм - коэффициенты усиления передающего и приемного АФТ, дБ.

Ослабление сигнала в свободном пространстве

Ослабление сигнала в свободном пространстве определяется по формуле:

Vo = 33 + 20 lg Lтр + 20 lg F (МГц),

Где Vo - ослабление сигнала, дБ;

Lтр - расстояние между передатчиком и приемником,

F - частота работы системы.

Для характеристики бюджета мощности ВОСП вводят понятие энергетического потенциала (перекрываемого затухания), который определяется как допустимые оптические потери оптического тракта или ЭКУ между точками нормирования, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. Оптические потери обусловлены потерями на затухание и дополнительными потерями мощности, обусловленными влиянием отражений, дисперсии (хроматической и поляризационной модовой), модовых шумов и чирп-эффекта.

Энергетический потенциал рассчитывается как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника

W = Рпер - Рпр,

где W - энергетический потенциал (перекрываемое затухание), дБм;

pпер - уровень мощности оптического излучения передатчика ВОСП, дБм;

pпр - уровень чувствительности приемника, дБм.

Уровень мощности оптического излучения - это средняя мощность оптического излучения, выраженная в дБм. При этом, под средней мощностью оптического излучения понимают среднее значение мощности оптического излучения при модуляции оптической несущей цифровым сигналом. Уровнем чувствительности приемника называют минимальное значение уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала.

Приемник ВОСП характеризуется как уровнем чувствительности, так и уровнем перегрузки - максимальным значением уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. Разность между уровнем перегрузки и уровнем чувствительности приемника ВОСП определяет пределы регулировки АРУ системы - ДA. Типичное значение ДA = 20 дБм.

Затухание из-за препятствий

Если бы сигнал не встречал преград, можно было бы ограничиться расчетом затухания в свободном пространстве. В условиях города расчет существенно сложнее: необходимо учитывать затухания, вносимые рельефом местности и строениями.

Приведем основные этапы вычислений:

1. Нахождение энергетического потенциала устройств.

2. Определение ослабления сигнала в свободном пространстве.

3. Расчет радиуса зоны Френеля.

4. Определение ослабления за счет рельефа

5. Нахождение препятствий в виде построек на пути распространения радиосигнала. Расчет ослабления за счет построек.

6. Определение суммарного ослабления и нахождение энергетического запаса радиолинии.

Для надежного функционирования радиолинии энергетический запас должен составлять 25-30 дБ. Если полученное значение меньше, необходимо изменить условие установки ретранслятора: увеличить высоту подвеса антенны или уменьшить расстояние от пульта до ретранслятора.

Рисунок 12 - Определение зоны Френеля

После изменения условий расчет производится повторно.

Рисунок 13 - Определение значений просвета

цифровой магистральный связь топология архитектура

Свойства электростатического потенциала

Потенциал электростатического поля определяется с точностью до постоянной, физический смысл имеет лишь разность потенциалов. Чтобы определить значение потенциала, требуется выбрать нулевой потенциал (точку отсчета). Договоримся потенциал бесконечно удаленной точки считать равным нулю.

Выделим основные свойства, присущие электростатическому потенциалу:

· Потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность:

· Электростатический потенциал энергетическая характеристика электростатического поля, являющаяся непрерывной функцией. Непрерывность зачастую используется при выводе потенциалов электростатических полей различных заряженных тел.

· Электростатический потенциал спадает по направлению силовых линий электростатического поля.

· Для электростатического поля справедлив принцип наложения потенциалов: в каждой точке пространства потенциал электростатического поля, созданного в этой точке всеми источниками электростатических полей, равен алгебраической сумме потенциалов электростатических полей, созданных в этой точке всеми источниками электростатических полей:

Это следует из принципа суперпозиции напряженностей электрических полей.

2.2 Обзор способов передачи данных

Система передачи данных - это совокупность технических средств, объединенных в единую технологическую цепочку и использующих общий физический принцип обработки и передачи сигналов, а также определенный порядок взаимодействия отдельных элементов между собой, которая предназначена для передачи информации как внутри различных систем инфраструктуры организации, так и между ними, а также с внешними системами.

Независимо от способов организации, системы передачи данных должны обеспечивать достоверность передаваемой информации, к тому же обладая такими свойствами как: помехоустойчивость, эффективность, надёжность и так далее. В задаче построения линии связи от одной вышки до другой, необходимо отметить особенности самих оконечных пунктов. Предполагается, что антенна связи на постоянной основе находится в крупном населённом пункте, а с другой стороны, объекты исследования количеством от одного до множества, каждый из которых обладает своими географическими условиями. Расположение антенных вышек, может быть, в различных местностях: в лесах, на болотах, около рек, на холмистой местности, в горных районах и так далее, причём как вблизи, так и вдали от любых населённых пунктов. Организовать единую систему передачи данных, которая подходила бы каждым географическим условиям объектов и при этом была бы удовлетворительной по критериям качества связи, проблематично и нецелесообразно. Для этого следует рассмотреть несколько способов передачи данных, и применять их в зависимости от обстоятельств каждого частного случая.

Обозреваемые способы передачи данных уже были упомянуты ранее. Всего рассматривается 4 варианта организации передачи данных:

1. Спутниковая линия связи;

2. Радиорелейная линия связи;

3. Мобильная линия связи;

4. Проводная линия связи.

Следует отметить, что радиорелейная и спутниковая линии связи имеют общую основу своего принципа действия - ретрансляцию. Если в роли ретранслятора выступает наземная станция, то линия связи - радиорелейная; если ретранслятором является искусственный спутник Земли, то линия связи - спутниковая. Однако и для радиорелейной, и для спутниковой связи необходимо соблюдение условия прямой видимости станций друг другом.

Структурно радиорелейная линия связи представляет собой ряд взаимосвязанных приёмопередающих станций, каждая из которых последовательно осуществляет приём, преобразование, усиление и передачу сигнала. На рисунке 6 изображена структурная схема радиорелейной линии связи. Указанным источником сообщений является сеть объекта исследования, передающая измерения с датчиков в центр обработки данных, к получателю сообщения. Радиорелейные станции, находящиеся с источником и получателем сообщений, могут квалифицироваться как узловые (УРС) или оконечные (ОРС) станции. На рисунке 14 данные станции указаны оконечными, так как обеспечение возможности введения и выделения передаваемых по линии сообщений является определяющим на станциях, выступающими конечными точками линии связи между объектом исследования и центром экологического мониторинга. К станциям, выполняющим ретрансляционную функцию, относят промежуточные (ПРС) и узловые (УРС) станции. Первые, как правило, устанавливают в местах без потребности в услугах связи, вторые комбинируют функции промежуточных и оконечных станций, при этом предусматривая возможность организации радиорелейных ответвлений. Следует отметить, что при восстановлении сигнала на каждой из ретранслирующих станций, он также переносится на другую частоту.

Рисунок 14 - Структурная схема радиорелейной линии связи

Для возможности передачи сигнала радиорелейные станции должны располагаться в прямой радиовидимости относительно друг друга, что ограничивает область применения данного способа связи. Чтобы компенсировать накладываемое ограничение и увеличить допустимую длину пролёта, станции располагают на высоких мачтах или, по возможности, на естественных возвышенностях. Однако следует помнить про кривизну поверхности Земли, которая обычно не позволяет достигать расстояний между радиорелейными станциями более 50 км. Значение длины пролёта, приведённое на рисунке 14, указано условно, на практике определяется географическими условиями местности прокладывания радиорелейной линии связи.

Кроме того, допустимая протяжённость полёта зависит и от используемой в линии связи частоты. Как правило, в них используется частоты, находящиеся в диапазоне сантиметровых (от 3 ГГц до 30 ГГц) или дециметровых (от 300 МГц до 3 ГГц) волн. И на распространение сигналов этих частот влияют атмосферные явления. Так, атмосферное влияние на качество сигнала до 12 ГГц - слабое, с 15 ГГц становится ощутимым, и с повышением частоты только увеличивается. Также негативно на качестве сигнала отражается осадки: снегопад, дождь, туман и тому подобное. Их влияние можно зафиксировать при частотах больше 6 ГГц, а если атмосфера загрязнена и содержит металлизированную пыль, кислоты, щёлочи и прочее, то и на более низкой частоте. Таким образом, пролёт в радиорелейной системе передачи данных допускается длиннее для частот 3,4 ГГц - 11,7 ГГц из-за меньшего значения атмосферного затухания.

Типовая оконечная станция состоит из внутреннего и внешнего модулей и параболической антенны. На внутреннем модуле лежат следующие задачи:

1. Коммутация и мультиплексирование нескольких сигналов в один;

2. Модуляция сигнала на промежуточную частоту;

3. Управление внешним модулем;

4. Переключение на резерв.

Внутренний модуль подключается к внешнему посредством коаксиального кабеля. Внешний модуль является преобразователем, отвечает за перенос сигнала с промежуточной частоты, полученного от внутреннего модуля на основную частоту. После сигнал излучается через параболическую антенну. Следует отметить, что современные РРЛ, как правило, дуплексные.

...