Проектирование магистрали ВОЛС

2 Специальная часть

При выполнении дипломного проектирования поставлены следующие задачи:

1) изучить основные особенности трассы ВОЛС;

2) подобрать телекоммуникационную технологию, в рамках которой будет работать магистральная система передачи;

3) выбрать оборудование;

4) экспериментально оценить основные параметры созданной линии.

Решение отмеченных выше задач позволяет достичь поставленной цели, а именно, - проектирования магистральной ВОЛС.

2.1 Организации, использующие данную линию связи

Рассматриваемая в данном дипломном проекте магистраль на участке Уфа - Самара будет обеспечивать передачу информации между Самарским информационно-вычислительным центром и его региональным ИВЦ Уфа, а также прилегающие к трассе ВОЛС районные центры.

Самарский информационно-вычислительный центр – структурное подразделение ГВЦ - филиала ОАО «РЖД» - предприятие, осуществляющее свою деятельность в сфере предоставления информационно-вычислительных услуг и обеспечивающее функционирование и дальнейшее развитие сложной компьютерной сети дороги.

Эксплуатируемые информационные технологии обеспечивают в режиме реального времени реализацию задач, связанных с управлением грузовыми и пассажирскими перевозками, продажей билетов на поезда, реализацией финансовых расчетов с клиентами, управления экономикой, материально-техническим снабжением и рядом других задач.

Самарский информационно-вычислительный центр связан прямыми каналами связи с соседними дорогами. Таким образом обеспечивается функционирование единой компьютерной сети в рамках железных дорог России, СНГ и стран Балтии.

Самарский информационно-вычислительный центр и его региональные ИВЦ в городах Пенза, Рузаевка, Уфа, Ульяновск, Сызрань готовы предложить заинтересованным лицам свои услуги в следующих областях:

1) разработка специализированного программного обеспечения по автоматизации взаимодействия заказчика с железной дорогой;

2) техническое обслуживание компьютерных систем;

3) ведение для заказчика автоматизированных расчетов в области бухгалтерского учета;

4) обеспечение информацией о подходе вагонов и грузов для клиента;

5) поиск вагонов на территории дорог России, стран СНГ и Балтии;

6) контроль за дислокацией вагонов клиента;

7) ведение электронного лицевого счета.

Уфимский региональный ИВЦ (РИВЦ) – структурное подразделение Самарского информационно-вычислительного центра, является предприятием железнодорожного транспорта. Основное назначение регионального центра – оказание информационно-вычислительных услуг на базе эксплуатации вычислительно техники, в разработке и реализации программного обеспечения, в обеспечении бесперебойной работы средств вычислительной техники и организация её ремонта.

Уфимский региональный центр состоит из 4-х отделов: отдела внедрения и сопровождения программ, отдела автоматизированного бухгалтерского учета, отдела технического обслуживания и отдела автоматизированных систем управления.

2.2 Проектирование магистрали

2.2.1 Основные особенности трассы ВОЛС

Между городами Уфа и Самара существует крупная автомобильная дорога республиканского значения, проходящая через множество райцентров. Как правило, одним из важнейших критериев выбора трассы ВОЛС является прохождение её вдоль автомобильной дорогой. Этим обеспечиваются подъездные пути техническому персоналу к местам прокладки кабеля и НРП, а в случае повреждения оперативное устранение неисправности на линии. Наличие населённых пунктов на пути прохождения трассы даёт возможность размещения в необслуживаемых регенерационных пунктов (ОРП) и использование уже существующих сооружений районных узлов телекоммуникаций (РУТ), что значительно уменьшает объём строительных работ и способствует снижению затрат на строительство магистрали в целом.

Обращаясь к карте местности (рисунок 4) видно, что очевиден единственный целесообразный вариант трассы. Это вариант прокладки кабеля вдоль автодороги Е-30, соединяющей г.Уфа и г.Самара. Общая длина магистрали составляет 460 км. Трасса магистрали прокладывается на расстоянии 30 – 60м. (в зависимости от конкретных условий местности) от оси автомобильной дороги.

Рисунок 4 – Карта местности

2.2.2 Технология передачи данных

Оценив по достоинствам и недостаткам технологии глобальных сетей, для проектирования ВОСП выбираем технологию SDH.

Сеть SDH строится по функциональным слоям, верхний занимает пользователь. Он является клиентом, которого обслуживает нижележащий сетевой слой. Тот, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего слоя и т.д. деление по слоям позволяет: внедрять и менять независимо друг от друга отдельные сетевые слои, часть которых может сохраняться при смене нескольких поколений технологий; иметь в каждом слое собственные ОАМ - средства для контроля и обслуживания передачи информации клиента и для борьбы с отказами, что повышает качество связи, минимизирует усилия при авариях и снижает влияние аварий на другие слои; выделять соответствующие объекты в системе TMN.

Важнейшими для последующего изложения являются сетевые слои (сверху вниз): каналов, трактов и секций (таблица 1).

Таблица 1 - Послойное строение сети СЦИ

Сеть каналов – слой, обслуживающий собственно пользователей. Их терминалы подключаются к комплектам оконечной аппаратуры SDH соединительными линиями (СЛ). Сеть каналов соединяет различные комплекты оконечной аппаратуры SDH через коммутационные станции (например, ЭАТС).

Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков, образуя сеть трактов. Имеется два сетевых слоя трактов (сверху вниз по иерархии SDH) – низшего и высшего порядков. В каждом слое может осуществляться коммутация – с помощью аппаратуры оперативного переключения (АОП) трактов.

Групповые тракты организуются в линейные, построение которых зависит от среды передачи. Это сетевой слой среды передачи. Он подразделяется на два: слой секций (верхний) и слой физической среды. Линейные тракты SDH выполняют и часть функций аппаратуры группообразования (мультиплекса) – например, ввод и ответвление цифровых потоков. Сетевой слой секций разделяется на два. Верхним является слой мультиплексных секций (MS). Это ЛТ с частью функций мультиплекса. Нижний слой – слой регенерационных секций (RS).

Целостность информации клиента в пределах данного слоя сети обеспечивает "трасса" (trail). Это введённое в SDH понятие обобщает понятие каналов, трактов и секций. Трасса включает средства передачи сигналов и ОАМ – средства. Поступающая в каждый слой информация клиента проходит через точки доступа, лежащие на границах слоя. Сеть внутри слоя образуется звеньями, связывающими точки доступа напрямую или через другие звенья, соединяемые с данным звеном в точках внутри слоя.

Вначале поступающая информация адаптируется, т.е. согласуется с функциями передачи данного слоя. В канальном слое производится аналого-цифровое преобразование или преобразование непрерывно поступающей от пользователя цифровой информации в циклическую форму в канале 64 кбит/с; в слое трактов – группообразование; в слое секций несколько трактов высшего порядка объединяются между собой и с ОАМ – сигналами при вводе в цикле секции.

В каждом слое выполняются соединения звеньев – по принципу 1:1 или 1:N. Вместо громоздких и малооперативных кроссов, к которым подключаются действующие PDH – тракты, трассы SDH заканчиваются комплектами оперативного переключения цифровых трактов и секций, управляемыми в рамках SDH.

Каждый сетевой слой может содержать подсети, соединяемые между собой СЛ, например интернациональные, национальные, областные и т.д. это деление сети SDH по горизонтали дополняет вышеописанное деление по вертикали.

Отдельные элементы сети SDH (линейные тракты, мультиплекс, аппаратура ввода/вывода цифровых потоков и т.д.) оснащаются интерфейсами сетевых узлов (NNI), с помощью которых производятся соединения элементов. Параметры NNI оговариваются в Рек. G.708 (структура циклов), G.703 (электрические характеристики) и G.957 (оптические характеристики).

Для организации соединений в сетевом слое трактов образуются виртуальные контейнеры (Virtual Container, VC). VC — это блочная циклическая структура с периодом повторения 125 или 500 мкс (в зависимости от вида тракта). Различают VC различного порядка — для разных скоростей передачи, имеющие обозначения VC-11, 12, 2, 3, 4: VC содержит также заголовок, называемый "трактовым" (Path ОН, РОН).

Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов. Заголовок создаётся и ликвидируется в пунктах, в которых формируется и расформировывается VC-n (таблица 2), проходя транзитом секции. Он позволяет осуществлять контроль качества трактов "из конца в конец" и передавать аварийную и эксплуатационную информацию.

Таблица 2 - Перечень VC-n

Тракты, соответствующие виртуальным контейнерам 1-го и 2-го уровня VC-11 и VC-12, относятся к трактам низшего порядка, а виртуальным контейнерам 3-его и 4-го уровней VC-3 и VC-4 – высшего.

VC-11, VC-12 и VC-2 относится к нижнему рангу, а VC-3 и VC-4 – к верхнему. Во второй строке таблицы показан их полезный "объём" т.е, предельная скорость нагрузки, а в нижней строке – скорости передачи сигналов ПЦИ (округленно), размещение которых стандартизировано в этих контейнерах.

VC-11, VC-12 и VC-2 относится к нижнему рангу, а VC-3 и VC-4 – к верхнему. Во второй строке таблицы показан их полезный "объём" т.е, предельная скорость нагрузки, а в нижней строке – скорости передачи сигналов ПЦИ (округленно), размещение которых стандартизировано в этих контейнерах.

Информация, определяющая начало цикла VC-n , обеспечивается обслуживающим сетевым слоем. VC-4 – виртуальный контейнер уровня 4 – элемент мультиплексирования СЦИ, который не разбивается по подуровням и представляет собой поле формата 9*261 байтов (содержит 9 рядов и 261 столбец). Первый столбец занимает POH , а остальные 2340 элементов – полезная нагрузка: при прямой схеме мультиплексирования - это контейнер C-4 (скорость передачи 2340 * 64 = 149760 кбит/с.), либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2 и TU-3, а именно: VC-4 формируется как 1*C4 или 4*TU-31, или 3*TU-32, или 21*TUG-21, или 16*TUG-22.

VC-3 – виртуальный контейнер уровня 3 - элемент мультиплексирования СЦИ, который разбивается на два виртуальных контейнера: VC-31 и VC-32 – поля формата 9*65 байтов – для VC-31, и поля формата 9*85 байтов – для VC-32; полезная нагрузка VC-3 формируется либо из одного контейнера С-3 (прямой вариант схемы мультиплексирования), либо путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2, а именно: VC-31 формируется как 1*С31 или 4*TUG-22, или 5*TUG-21; VC-32 формируется как 1*С32 или 7*TUG-22. Контейнер C-3 имеет 84 столбца и выдаёт полезную нагрузку 84 * 9 * 64 = 48384 кбит/с. Виртуальные контейнеры верхних уровней VC-3,4 позволяют сформировать соответствующие административные блоки.

2.2.3 Выбор оборудования

1) Оптический кабель

Для магистральных сетей представляет интерес кабели с длиной волны 1,55 мкм, позволяющие реализовать регенерационные участки длинной до 170 км. Учитывая то что, максимальное расстояние между населёнными пунктами составляет 125 км, необходимо выбрать кабель с такими параметрами, при которых можно было бы обойтись без дорогостоящих необслуживаемых регенерационных пунктов.

Выбираем кабель производства фирмы "Siemens" следующего типа:

A D F (ZN) 2Y 4×24 E 9/125 0,36 F 3,5+0,24 H 18LG. Дадим расшифровку буквенных и цифровых обозначений:

А - линейный кабель;

D - модуль многоволоконный, заполненный;

F - гидрофобное заполнение;

ZN - неметаллический усилительный элемент;

2Y - полиэтиленовая оболочка;

4 - количество модулей;

24 - количество волокон в модуле;

E - одномодовое волокно;

9 - диаметр сердечника, мкм;

125 -диаметр оболочки, мкм;

0,36 - коэффициент затухания на длине волны 1,55 мкм, дБ/км;

F - длина волны 1,3 мкм;

3,5 - удельный коэффициент хроматической дисперсии, пс/нм*км,при длине волны 1,3 мкм;

 0,24 – коэффициент затухания, дБ/ км, на длине волны 1,55 мкм;

H - длина волны 1,55 мкм;

18 - удельная хроматическая дисперсия, на длине волны 1,55 мкм;

LG - повивная скрутка;

Строительную длину кабеля выбираем равной 6км, для обеспечения минимального затухания на линии.

2) Система мониторинга ОК

Автоматизированные системы непрерывного мониторинга ОК сетей связи выпускаются рядом зарубежных компаний. В настоящее время на российском рынке представлены четыре системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования:

- AccessFiber (компания Agilent Technologies, бывшая Hewlett-Packard, HP);

- Atlas (компания Wavetek Wandel&Goltermann);

- FiberVisor (компания EXFO);

- Orion (компания GN Nettest).

Таблица 3

Продолжение таблицы 3

Сравнительный анализ различных систем RFTS (таблица 3) показывает, что для практического применения лучшими в функциональном и техническом плане являются системы FiberVisor (EXFO), Orion (GN Nettest) и Atlas (Wavetek Wandel&Goltermann). С учетом требований расширяемости, масштабируемости и возможности интеграции с различными ГИС предпочтение следует отдать системе FiberVisor (EXFO).

3) Мультиплексор/Демультиплексор

MLink-STM 16/64 – интеллектуальная система оптической передачи данных нового поколения, которая специально разработана для обеспечения связи уровня города (MAN). MLink-STM 16/64 объединяет в себе технологии синхронной цифровой иерархии (SDH), волнового уплотнения (WDM), передачи Ethernet, асинхронной передачи данных (АТМ), плезиохронной цифровой иерархии (PDH).

4) Регенератор

Универсальный регенератор GE31-x.2700F предназначен для переприема и восстановления волоконно-оптических сигналов, таких как: STM-1/4/16/64, Fibre Channel, 2xFibre Channel, Gigabit Ethernet, HD/SD-SDI, ASI. После регенерации сигнала (устранение джиттера фронтов, восстановление амплитуды), цифровой поток может быть передан на расстояние до 200 км. Так же данный регенератор позволяет изменить оптическую длину волны сигнала и тип рабочего волокна (одномодовое / многомодовое) за счет сменного SFP модуля.

5) Оптический кросс

Оптический кросс КР-24. Двухсекционный настенный оптический кросс на 24 портов, используется в телекоммуникационных системах для концевой заделки, распределения и коммутации волокон оптического кабеля на волоконно-оптических линиях связи. Данная модель кросса позволяет устанавливать в нем 48 портов SC, FC, ST. Кабельные вводы располагаются сверху и снизу конструкции, что обеспечивает максимально удобную заводку магистрального кабеля. Места сварки и пигтейлы устанавливаются в сплайс-пластину, которая закрывается прозрачной крышкой для защиты. Коробка выполнена из стали толщиной 1.2 мм., обеспечивая тем самым максимальную жесткость. Как и всех моделях настенных кроссов имеется замок, для предотвращения несанкционированного доступа в кросс.

2.2.4 Параметры созданной линии

Рассмотренная выше технология позволяет предавать данные на большой скорости (таблица 4).

Таблица 4

С учётом выбранного оборудования выбирается  поток STM-64, что позволяет предавать данные со скоростью около 10 Гбит/с. Данная скорость полностью удовлетворяет требованиям организации, что позволяет им в полной мере осуществлять поставленные им задачи.

3 Экспериментальная часть

Оптический мультиплексор MLink-STM16/64 (рисунок 5) способен организовать передачу данных до уровня STM-16/64, и предназначен для обеспечения связи уровня города (MAN) и для работы на центральных и периферийных узлах операторов связи. Система отличается большими возможностями кросс-коммутации, гибким доступом, широкой полосой пропускания и надежностью сети. Благодаря применению ASIC – чипов с высокой степенью интеграции, полной совместимости аппаратного и программного обеспечения, плоскости управления ASON/GMPLS и специальной конструкции для удобства эксплуатации и технического обслуживания, система MLink-STM16/64  даёт возможность операторам сократить капитальные и операционные расходы.

Рисунок 5 - MLink-STM16/64

Основные функциональные возможности:

- Построение волоконно-оптических сетей связи любой топологии: «звезда», «дерево», «кольцо», «смешанные»;

- Создание разветвленных сетей с простым и легким расширением за счет неблокируемых матриц кросс-коммутации высокой емкости;

- Мониторинг оптических приемо-передатчиков в системе управления MLink-Manager-STM;

- Интеграция в действующие кольцевые и магистральные сети и возможность в ряде случаев отказаться от использования первичных мултипле-

ксоров;

- Использование оптических усилителей (EPFA);

- Модуль для передачи двух оптических потоков с длинами волн 1310нм и 1550нм по двум/одному оптическим волокнам.

Поддерживаемые интерфейсы:

1) Линейные интерфейсы: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64.

2) Пользовательские интерфейсы: FXO/FXS;

SDH: STM-1, STM-4, STM-16;

PDH: E1, E3;

IP/Ethernet: FE и GE (режимы transparent/L2), RPR.

Универсальный регенератор GE31-x.2700F.

Рисунок 5 - Вид спереди GE31-1.2700F-AC

Рисунок 6 - Вид сзади GE31-1.2700F-AC

Особенности регенератора:

- Устройство имеет два варианта исполнения - под стойку в виде стандартного 19-дюймового блока с высотой 1U иприборный вариант с фланцем для крепления на стене;

- Регенерация от 1 до 3 дуплексных цифровых потоков (от 10 до 2700 Мбит/с) в одном блоке с размером 1U;

- Дистанционное управление и наблюдение за работой устройства и параметрами SFP модуля осуществляется через интерфейс RS-232 (USB) с помощью программы «Control_GE»;

- Индикация и вывод на внешний разъем состояния входных и выходных цифровых потоков;

- Оптический интерфейс выполнен в виде сменного SFP модуля, что дает возможность пользователю менять как оптическую длину волны, так и протяженность рабочей трассы в зависимости от установленного модуля;

- Регенератор можно перевести в симплексный режим работы передачи или приема;

- Возможно обновление программы управления через интерфейс RS-232 (USB);

- Вариант питания оборудования выбирается при заказе, либо от сети переменного напряжения 220В, 50Гц.

Рисунок 7 – Структурная схема регенератора

Таблица 5 - Технические характеристики регенератора

* - Данные параметры определяются установленным SFP модулем, приведенные значения, являются значениями по умолчанию (при необходимости данные параметры могут меняться при заказе оборудования).

Оптический кросс КР-24.

Рисунок 8 – Настенный кросс

Таблица 6 - Технические характеристики

4 Экономическая часть

4.1 Стоимость оборудования

На основе диалога с Заказчиком при разработке проекта сети согласно его пожеланиям и финансовым возможностям, наличием оборудования в определенном диапазоне цен, составлено техническое задание, спроектирована и смонтирована полноценная сеть офиса. Ниже перечислены компоненты сети с указанием их цены и общей стоимости:

Таблица 7 – Стоимость оборудования

Таким образом, стоимость приобретаемого заказчиком оборудования составила 17318500 рублей.

4.2 Расчет стоимости услуг подрядной организации на создание сети

Расчет стоимости услуг на создание сети проводится методом калькуляции затрат, в основу которого положенная трудоемкость и заработная плата разработчиков, а также материальные затраты на приобретение оборудования и материалов.

Трудоемкость разработки проекта Т рассчитывается по формуле:

Тпроект = То + Тпо + Тпр + Тд,        (1)

Тмонт = Тп + Туст + Ттест,        (2)

где То - затраты труда на описание задачи;

      Тпо - затраты труда на подбор оборудования;

 Тпр - затраты труда на сравнение проектных данных и готовности объекта;

Туст - затраты труда на установку устройств;

Ттест - затраты труда на тестирование сети;

Тп - затраты труда на прокладку кабеля и подключение пользователей;

Тд - затраты труда на подготовку документации по задаче.

Данные трудоемкости проектирования и монтажа представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Трудоемкость проектирования и монтажа

Данные по трудоемкости (час) предоставлены ЗАО ИСК “Инпромстрой”

Таким образом, вычисляется трудоемкость по этапам разработки проекта:

Тп = 12 + 24 + 8 + 6 = 50 час.

Тм = 5 + 2 + 1 = 104 час.

Основной фонд заработной платы разработчиков определяется по формуле:

Зпл = Тп * Чп + Тм,        (3)

где Т - общая (поэтапная) трудоемкость разработки ч.;

      Ч - почасовая тарифная ставка специалиста, руб.

Таблица 9 – Тарифные ставки специалистов

Зпл = 50 * 250 + 104 * 400 = 54100

Для расчёта общих затрат используем формулу:

С= Сс+Зпл,        (4.4)

где Сс- стоимость сети;

 Зпл – заработная плата.

С= 17318500 + 54100 = 17372600

Таким образом, общая стоимость реализованной сети составляет 17372600 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте рассмотрено проектирование волоконно-оптической линии связи на участке Уфа-Самара.

В процессе работы уделяется внимание на выбор типа оптического волокна, расчету длины участка регенерации.

В ходе работы дан обзор существующих волоконно-оптических систем передачи информации на линиях связи, рассмотрены основные принципы построения современных волоконно-оптических линий связи. В работе выбран кабель с возможно низким затуханием и широкой полосой частот в расчёте на возможность его использования при развитии системы. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.  В магистральных ВОЛС расходы на приобретение и прокладку оптического кабеля является основной частью стоимости всей системы. Поэтому целесообразно проложить кабель с возможно низким затуханием и широкой полосой частот в расчёте на возможность его использования при развитии системы.

На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического кабеля, по рассчитанным параметрам выбран тип оптического кабеля и тип аппаратуры.

В заключение дипломного проекта приведена смета на строительство и монтаж ВОЛС.

Таким образом, тема дипломного проекта "Проектирование магистральной ВОЛС" выполнена полностью. Построенная сеть соответствует установленным требованиям и стандартам и является высокопроизводительной и надёжной сетью. 

Тема дипломной работы актуальна, так как сегодня волоконная оптика на-

-ходит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Если на уровне настольного ПК волоконно-оптический интерфейс только начинает единоборство с проводным, то при построении магистральных сетей давно стало фактом безусловное господство оптического волокна.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВОЛС – Волоконно-оптическая линия связи

ОВ – Оптическое волокно

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Убайдуллаев Р. Р. "Волоконно-оптические сет"и – М.: Эко-Тренз,1998 .
2. Иванов А.Б. "Волоконная оптика : компоненты, системы передачи, Измерения".-M.:САЙРУС СИСТЕМС, 1999
3. Гауэр Дж. "Оптические системы связи".-M.: Радио и связь, 1989
4. "Цифровые и аналоговые системы передачи" : Учебное пособие / под ред. Иванова В.И. – М: Горячая линия – Телеком – 2003
5. Гроднев И.И. "Волоконно-оптические линии связи." - М.: Радио и связь, 1990.
6. Гроднев И.И. "Оптоэлектронные системы передачи информации." - М.: Радио и связь, 1991.
7. Мурадян А.Г. "Системы передачи информации по оптическому кабелю". - М.: Радио и связь, 1980.
8. "Волоконно-оптические системы передачи" / Бутусов М.М., Верник С.М. и др. - - М.: Радио и связь, 1992.
9. Гроднев И.И. "Оптические кабели: Конструкции, характеристики, производство и применение." - М.: Радио и связь, 1991.

10. Мурадян А.Г. "Оптические кабели многоканальных линий связи." - М.: Радио и связь, 1987.

11. Н.И. Горлов «Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП» – Новосибирск 2003.-229 с.

12. Н.И. Горлов, Ж.А. Михайловская, Л.В. Первушина «Проектирование магистральных и внутризоновых ВОЛП»

13. Скалин Ю.В. и др. Цифровые системы передач. Москва "Радио и связь", 2008

14. Гроднев И.И. Линейные сооружения связи. - М.: Радио и связь, 2008.