Строительство соединительных линий между узлами коммутации г. Магнитогорска и г. Учалы

Введение

Телекоммуникации – область науки и техники, которая включает совокупность технологий, средств, способов и методов деятельности человека, направленных на создание условий для обмена информацией на расстоянии.

Стремительное развитие в последние десятилетия XX-го века различных систем связи, компьютерных технологий, а также систем, являющихся их синтезом, создали предпосылки для появления глобальной информационной инфраструктуры. Важнейшую роль в этом процессе играют оптико-волоконные системы передачи данных, поднявшие на невиданную раньше высоту скорость, надежность и объемы передаваемых данных. Развитие телекоммуникационных технологий и средств вычислительной техники обуславливает стремительные темпы развития новых связных направлений, в основе которых заложена концепция открытых систем: стандартизуемость, гибкость, масштабируемость, функциональность. Это – концепция интеллектуальной сети, которая объединяет телефонные и компьютерные сети, средства и технологии беспроводного доступа, высокоскоростные транспортные технологии, компьютерную телефонию, имеющую множество приложений, в том числе Internet – телефонию, сотовую телефонию. Идет постоянное развитие и расширение этой области. Поэтому специалисты, работающие в области разработок, проектирования, строительства и эксплуатации оптических линий связи, в настоящее время востребованы на российском и мировом рынке труда.

Мы даже это видим в недавнем Послание президента России Дмитрия Медведева Федеральному Собранию Российской Федерации. Он сказал следующие слова: «На территории всей нашей страны в течение пяти лет необходимо обеспечить широкополосный доступ в Интернет, осуществить переход на цифровое телевидение и мобильную связь четвёртого поколения. Национальная сетевая инфраструктура должна гарантировать доступ к современным средствам связи в любой точке и, конечно, по разумным ценам… На нашей территории будут проложены современные высокоскоростные оптические магистрали, установлено оборудование повышенной производительности и в полной мере задействован потенциал уже построенных линий. Это позволит обеспечить обмен всё возрастающими потоками информации, как между российскими регионами, так и между разными странами. Россия, простирающаяся на 11 часовых поясов, призвана стать ключевым звеном в глобальной информационной инфраструктуре».

1. Постановка задачи и исходные данные

В данном курсовом проекте передо мной была поставлена задача: разработать техническое предложение по строительству соединительных линий (СЛ) между узлами коммутации города Магнитогорск (409,417 тыс. жителей по результатам Всероссийской переписи в 2002 г.) и города Учалы (32,196 тыс. жителей по результатам Всероссийской переписи в 2002 г.), при этом линия должна быть волоконно-оптической.

В ходе решения задачи должны быть выполнены следующие пункты:

Выбрать трассу, описать ее.

Рассчитать число каналов и потоков.

Выбрать схему организации связи.

Выбрать тип ВОСП, привести ее структурную схему и технические характеристики.

Выбрать тип оптического волокна, описать его конструкцию, привести параметры передачи.

Показать, что для выбранного варианта при длине элементарного кабельного участка (ЭКУ), равного заданному расстоянию L, коэффициент ошибок будет в норме. Для этого:

1) рассчитать эксплуатационный запас на ЭКУ;

2) рассчитать максимально допустимую длину ЭКУ;

3) рассчитать допустимое значение дисперсии на ЭКУ;

Выбрать тип оптического кабеля, привести его эксплуатационные характеристики, изобразить поперечный разрез.

Описать основные положения технологии прокладки ОК.

Описать основные требования к устройствам электропитания.

Описать организацию токораспределительной сети ЛАЦ.

Описать технологию защиты ВОЛС от внешних электромагнитных влияний.

1.1 Выбор трассы

Трассу для прокладки оптического кабеля выбирают исходя из следующих условий:

- минимальной длины между оконечными пунктами;

- выполнения наименьшего объема работ при строительстве;

-возможности максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

- удобства эксплуатации сооружений и надежности их работ.

В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть обращено на сложные участки: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных затем выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются вопросы организации служебной связи с помощью радиостанций УКВ диапазона.

Таблица 1 Краткая характеристика каждого из возможных вариантов

В моем курсовом проекте, наиболее удобным для проектируемого направления будет третий вариант – это прокладка в грунт оптического кабеля вдоль автомобильной дороги Магнитогорск – Учалы. Почему?

Во-первых, создание наибольших удобств при эксплуатационном обслуживании;

Во-вторых, максимальное применение средств механизации при строительстве;

В-третьих, наикратчайшее протяжение трассы и наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, карьеры, дороги и прочие препятствия) в сравнение с путями 1 и 2, обозначенных на рисунке 1.

1.2 Расчет числа каналов и потоков

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом районном центре и в районе в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения (город Учалы 32196 чел. на 2002 год; город Магнитогорск 409417 чел. на 2002 год). Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения.

Сначала определим количество людей, проживающих в соответствующих районах к моменту реализации проекта:

Нt= Н0(1 + DH /100)t ,

где DH — коэффициент среднегодового прироста населения, DH = 2 %;

- год ввода в эксплуатацию, где

tn — расчётный год для организации проекта,

to — год, в который производилась перепись.

t = (2009-2002)+5=12

Н0 — количество народонаселения на момент переписи.

Следовательно, получаем:

В городе Учалы

Нt = 32196·(1+ 2/100)12 =40,832 тыс. человек;

В городе Магнитогорск

Нt = 409417·(1 + 2/100)12 = 519,239 тыс. человек.

Число телефонных каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

,

где KT – коэффициент тяготения, который определяет степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи, зависит от различных факторов, KT = 0,05.;

α, β — коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, α= 1,3; β= 5,6.;

у — коэффициент Эрланга, у = 0,05 Эрл.;

mа, mb — количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной телефонной станции определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3, количество абонентов в зоне телефонной станции можно рассчитать по формуле:

m = 0,3Нt , тыс. чел.

ma = 0,3· 40,832 =12249

количество абонентов в городе Учалы.

mb = 0,3·519,239 = 155711

количество абонентов в городе Магнитогорск. Следовательно:

По проектной ВОЛС предполагается организация других видов связи, например, телеграфная связь, передача данных и т.д. Общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

,

где nтф — количество телефонных каналов для двухсторонней связи;

nтв —количество телевизионных каналов;

ncот – число каналов для сотовой связи;

- количество мультимедийных каналов.

Следует учесть, что:

.

Принимая во внимание, что один телевизионный канал составляет 170 каналов тональной частоты, то общее количество каналов рассчитывается по следующей формуле:

nобщ = 4nтф + 2nтв = 4·42 + 2∙170 = 508.

Рассчитаем необходимое число потоков Е1:

.

Так как волоконно-оптические линии связи включены в кольцевую структуру, а все кольца имеют двойное резервирование,

NE1 общ =2·NE1=34

Итак необходимо 32 потоков Е1.

B=NЕ1 общ∙2,048=69,632 Мбит/с.

Таким образом, для организации связи между городом Учалы и городом Магнитогорск необходимо передавать информацию со скоростью 69,632 Мбит/с. То есть необходим поток STM-1 155,52 Мбит/с (63 потока Е1).

1.3 Выбор схемы организации связи

Существует четыре основных схемы организации связи:

Рисунок 1 Схема организации связи №1

В схеме №1 входящие и исходящие соединительные линии организуются по отдельным волокнам и работают на одной длине волны.

Рисунок 2 Схема организации №2

В схеме №2 входящие и исходящие СЛ тоже организуются по отдельным волокнам и работают на сетке длин волн (используется до 80 оптических несущих). То есть здесь применяется технология DWDM (плотное оптическое мультиплексирование).

Рисунок 3 Схема организации №3

В схеме №3 входящие и исходящие СЛ организуются по одному волокну и работают на одной длине волны. Для разделения входящих и исходящих потоков используют ответвители.

Рисунок 4 Схема организации связи №4

В схеме №4 входящие и исходящие СЛ организуются по одному волокну и работают на двух различных длинах волн.

Для выбора схемы организации связи необходимо учитывать расстояние между узлами коммутации и объем передаваемой информации. Например, при небольших расстояниях и маленьком объеме информации выгодно использовать схему №3. А при обратной ситуации - схему №2.

В данном проекте целесообразно использовать схему №1 длиной волны либо 1310 нм, либо 1550 нм, так как передается небольшой объем информации В=155,52 Мбит/c на расстояние L=112 км.

1.4 Выбор типа волоконно-оптической системы передачи

Выбор системы передачи определяется числом каналов, организуемых на данном направлении, видами передаваемой информации, требованиями к качественным показателям каналов передачи и соображениями экономической эффективности. Как правило, существует несколько вариантов выбора системы передачи и предпочтение отдается такой системе, которая обеспечивает возможность качественной передачи требуемого объема информации и одновременно требует меньших затрат на строительство и последующую эксплуатацию. Выбор наиболее рациональной системы определяется технико-экономическим сравнением вариантов. При этом следует также учитывать возможность использования существующих сооружений связи. В данном проекте выбран мультиплексор уровня STM-1 Оптический мультиплексор «Транспорт S1».

«Транспорт-S1» - полнофункциональный SDH-мультиплексор, предназначенный для построения транспортных сетей SDH уровня STM-1. Мультиплексор может работать по одному или двум одномодовым или многомодовым оптическим волокнам.

Состав и назначение оборудования:

Аппаратура стандарта СТМ-1 “Транспорт S1” состоит из 1U базового модуля, в который может быть установлено до 3х модулей расширения. Также может быть установлен один модуль служебной связи. Базовый модуль содержит 2 оптических приёмопередатчика, каждый со скоростью группового потока 155,52 Мбит/с, блок питания AC и DC, обеспечивает подключение хронирующей частоты 2048, аварийной сигнализации, канал управления и предоставление дополнительного канала Fast Ethernet для использования сторонним оборудованием. Модуль расширения подключается к базовому модулю со скоростью передачи данных 51,84 Мбит/с. Модули могут быть разных типов, они обеспечивают подключение к потокам E1 2048кбит/с, Fast Ethernet, V.35 . В настоящее время доступны модули расширения на 21e1, 6FE, 1FE. Модуль служебной связи устанавливается в отведенное для него место и не занимает место модуля расширения. Служебная связь возможна в следующих режимах:

АК - АК (телефонный аппарат - телефонный аппарат );

АК - СК (телефонный аппарат – линия);

СК - СК (линия – линия);

ТЧ - ТЧ.

Отличительные особенности:

- Надежность – средний срок наработки на отказ более 20 лет, гарантия – 3 года.

- Блоки питания и тракты E1 выдерживают разряды статического электричества 50 кВ без изменения параметров.

- Удобство монтажа - все разъемы, включая предохранители и болт заземления, выведены на переднюю панель.

- Реализация трактов E1 обладает пониженным значением джиттера, что обеспечивает соблюдение норм для E1 при дрейфе синхронизации и даже при нарушении синхронизации системы SТМ-1 . Система коммутации сохраняет работоспособность даже при нарушении синхронизации. Например, вполне работоспособным будет вариант из нескольких пунктов связи, в каждом из которых изделие будет работать со своей частотой.

- Возможно конструктивное исполнение мультиплексора для работы по одному волокну.

Таблица 2. Технические характеристики мультиплексора Транспорт S1

Таблица 3 Характеристика оптического интерфейса STM-1 в соответствии с рек. ITU-T G.957 и G.958

Таблица 4. Характеристика оптического интерфейса STM-1 с модулем WDM (работа по одному волокну)

оптический кабель трасса электропитание

1.5 Выбор типа ОВ

Правильный выбор ОВ является ответственной и требующей должного анализа задачей при проектировании ВОЛС. Определяющими параметрами одномодовых волокон являются: тип волокна по дисперсионному параметру, рабочие окна прозрачности, затухание в рабочем диапазоне, прирост затухания и ряд других параметров. В данном курсовом проекте я выбрал одномодовое волокно Corning Inc. SMF 28e.

Характеристики оптического волокна

Волокно Corning Inc. SMF 28e судя по техническим характеристикам, (www.lightwave-russia) является обычным SMF волокном по рекомендации G.652.

Таблица 5 Технические характеристики оптического волокна Corning Inc. SMF 28e

1.6 Расчет эксплуатационного запаса на элементарном кабельном участке

Расчет бюджета мощности производится по следующей формуле:

,

где Э - энергетический потенциал аппаратуры, т.е. разность между уровнем мощности на выходе источника излучения и минимальным уровнем оптической мощности на входе фотоприемника, при котором еще обеспечивается требуемое качество передачи. Э = 34 дБ.

- число разъемных соединений. =4.

- затухание на разъемных соединениях. = 0,5 дБ.

- число неразъемных соединений. Определяется по следующей формуле:

1 ,

где - расстояние между узлами коммутации (=112 км), - строительная длина кабеля (= 5 км).

112/5–1 =22

- затухание на неразъемных соединениях. = 0,1 дБ.

- коэффициент затухания. = 0,19 дБ/км.

- затухание дополнительных пассивных элементов, включенных в линейный тракт. =0, т.к. дополнительных пассивных элементов нет.

Рассчитаем эксплуатационный запас:

= 34 – 4∙0,5 – 22∙0,1 – 0,19∙112 = 8,52 дБ.

Но для корректной работы значение эксплуатационного запаса не должно быть больше 6 дБ. Отсюда берем 6 дБ.

1.6.1 Расчет максимально допустимой длины ЭКУ

Максимально допустимую длину можно рассчитать по следующей формуле:

,

где Э - энергетический потенциал аппаратуры. Э = 34 дБ.

- число разъемных соединений. =4.

- затухание на разъемных соединениях. = 0,5 дБ.

- затухание на неразъемных соединениях = 0,1 дБ.

- эксплуатационный запас. = 6 дБ.

- коэффициент затухания. = 0,19 дБ/км.

- строительная длина кабеля.