Средства связи на железнодорожном транспорте

Курсовая работа

    Средства связи на железнодорожном транспорте широко используются для планирования и управления процессами перевозки грузов и пассажиров, обеспечения их безопасности и хозяйственных нужд структурных подразделений железной дороги. Их развитие связано, прежде всего, интенсивностью перевозок и обеспечением необходимого уровня безопасности движения. Для эффективного решения этих задач на железных дорогах большое значение имеют современные цифровые систем передачи информации и волоконно-оптические сети связи.

    Одним из основных направлений современного научно-технического прогресса является всестороннее развитие волоконно-оптических систем связи, обеспечивающих возможность доставки на значительные расстояния чрезвычайно большого объема информации с наивысшей скоростью. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

    На основе волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) на железных дорогах создаются дорожные и отделенческие цифровые сети связи, по которым осуществляется планирование и оперативное руководство работой железной дороги и ее хозяйственных подразделений. Непрерывно развиваются также сети автоматизированной цифровой общеслужебной телефонной связи (ОбТС), внедряются новые системы железнодорожной автоматики и телемеханики (автоблокировки, электрической и диспетчерской централизаций, автоматической локомотивной сигнализации и др.), обеспечивающих безопасности движения грузовых и пассажирских поездов.

    Целями данного курсового проектирования является построение связи железной дороги, выбор наиболее рациональной архитектуры и технологии передачи информации для планирования и управления перевозочным процессом. Для этого решаются задачи организации волоконно-оптической сети связи на железной дороге, выбор волоконно-оптического кабеля (ВОК) и системы передачи информации, расчет параметров передачи и др.

    Белорусская железная дорога расположена в пределах Республики Беларусь. Управление дороги находится в Минске. В состав дороги входят отделения: Минское, Барановичское, Брестское, Гомельское, Могилевское, Витебское. Дорога граничит с Октябрьской, Московской, Юго-Западной и Львовской железными дорогами, с железными дорогами Прибалтики, Польши. Крупные узловые станции, работающие на 4-6 направлений: Минск, Молодечно, Орша, Барановичи, Гродно, Волковыск, Лида, Лунинец, Брест, Гомель, Жлобин, Калинковичи, Могилев, Осиповичи, Кричев, Витебск, Полоцк.

    8 стр., 3970 слов

    Цифровые транспортные сети SDH

    ... определяющая способы передачи данных по волновым каналам DWDM – оптическая транспортная сеть (OpticalTransportNetwork, ... сетью на основе включаемой в заголовки кадров информации обеспечивают обязательный уровень управляемости сети ... новая среда — волоконно-оптические линии связи. Одновременно с расширением линейки скоростей ... не слишком дорога, но способна усложнить проектирование сети, если требуется ...

    Эксплуатационная длина дороги — 5468,1 км. Протяженность вторых путей и двухпутных вставок составляет 30,3% эксплуатационной длины; рельсы тяжелого типа (Р-65 и более) уложены на 68,6% главных путей, бесстыковой путь составляет 43,4%, на железобетонных шпалах — около 60%. Автоматической блокировкой оборудовано 67%, диспетчерской централизацией 41% эксплуатационной длины пути, электрической централизацией оборудовано более 95,7% стрелочных переводов. Тепловозной тягой выполняется 84%, а электрической — 16% грузооборота дороги. В общем отправлении грузов ведущее место занимают нефтепродукты, минеральные удобрения, строительные, лесные и хлебные грузы. Больший удельный вес, чем грузооборот, занимает пассажирооборот дороги, на увеличение которого оказал влияние перевод пригородного движения Минска на обслуживание электрической тягой.

    Первая железнодорожная линия в Беларуси протяженностью 32 км на участке Гродно-Поречье открыта для эксплуатации в 1862 году, как продолжение Петербург-Варшавской железной дороги. Годом основания дороги считается 1871, когда закончилось сооружение главной магистрали Беларуси от Смоленска через Оршу, Минск, Барановичи до Бреста. В 70-80 годы построены линии, обеспечивающие вывоз товаров из центральных областей России и с Украины к портам Балтийского моря, соединившие российские железные дороги с Польшей. В начале 20 века построено еще 900 км железнодорожных линий. Большие объемы железнодорожного строительства выполнены в 20-30 годы. Проложены и введены в эксплуатацию линии Орша-Кричев и далее на Унечу (1923), Орша-Лепель (1927), Воропаево-Друя (1933), Слуцк-Тимковичи (1936) и др. В годы Великой Отечественной войны почти полностью были выведены из строя крупные узлы: Минск, Барановичи, Гомель, Орша, Витебск, Полоцк и др., уничтожено свыше 4 тыс. км путей, разрушено и вывезено 3,5 тыс. стрелочных переводов. С первых дней войны работники Белорусской железной дороги обеспечивали перевозки боеприпасов, вооружения, продовольствия, эвакуацию населения и оборудования более 100 крупнейших предприятий.

    В этот период применялся метод ступенчатой маршрутизации. В ходе летнего наступления в 1944 по линии Смоленск-Орша-Минск-Молодечно за 1,5 месяца проследовало свыше 45 тыс. вагонов с воинским снаряжением и продовольствием. Железнодорожники активно участвовали в партизанском движении. Работниками Брестского вокзала, подпольщиками и партизанами руководил начальник Оршанского депо Герой Советского Союза К.С. Заслонов. В послевоенные годы наряду с восстановлением разрушенного в годы войны хозяйства работники дороги обеспечивали возрастающие объемы грузовых и пассажирских перевозок. К 1958 году грузооборот увеличился в 1,5 раза по сравнению с 1950, объем пассажирских перевозок в пригородном сообщении — на 70%. В 50-е годы получило дальнейшее развитие движение последователей П.Ф. Кривоноса, машинистов-пятисотников, которые увеличили пробег паровозов до 500 км в сутки и более. Для обеспечения этого начинания был предложен метод комплексного регулирования движения поездов и оборота локомотивов, внедрена система полуавтоматической блокировки с полярной линейной цепью. В 60-70 годы на Белорусской железной дороге разработана система маршрутизации погрузки, которая затем получила распространение на всей сети железных дорог (так называемая белорусская система).

    14 стр., 6633 слов

    Транспорт в годы Великой Отечественной войны

    ... Великой Отечественной войны, и особенно в битве под Москвой. Заслуживает внимания опыт работы автомобильного транспорта Ленинградского фронта в первый период войны. Здесь было осуществлено массовое использование автомобильного транспорта на ледовой трассе Ладожского озера -- Дороге ...

    В конце 80-х — начале 90-х годов большие работы проведены по внедрению вычислительной техники, средств СЦБ и связи для управления перевозочным процессом.

    Карта Белорусской железной дороги представлена на рисунке 1.

    Стилизованная схема Белорусской железной дороги представлена на рисунке 3.

    Рисунок 1 — Схема Белорусской железной дороги

    Многие важнейшие характеристики сетей связи определяются их топологией, характеризующей связность узлов сети линиями связи и позволяющей оценить надежность и пропускную способность сети при повреждениях.

    Выбор топологии основывается на разумном компромиссе между надежностью сети, ее стоимостью и простотой технического обслуживания. При проектировании систем для железнодорожной связи приоритетными являются показатели надежности, которые связаны со способностью восстановления после отказов в сети, включая отказы линий связи, узлов и оконечных устройств. Топология сети должна обеспечивать локализацию неисправностей, возможность отключения отказавшего оборудования, введение обходных маршрутов и изменения конфигурации сети.

    В данном курсовом проекте будем использовать кольцевую топологию, которая является наиболее характерной топологией для сетей SDH/СЦИ. Она характеризуется тем, что узлы сети (пункты выделения каналов) связаны линейно, но последний из них соединен с первым, образуя замкнутую петлю (кольцо).

    В кольце возможна организация однонаправленной и двунаправленной передачи цифрового потока между узлами сети. Основное преимущество этой топологии состоит в легкости организации защиты благодаря двум оптическим входам в мультиплексорах, позволяющих создать двойное кольцо со встречными цифровыми потоками. Система защиты организуется двумя способами. Первый способ защиты позволяет переключать «основное» кольцо на «резервное». В этом варианте блочные виртуальные контейнеры имеют доступ только к основному кольцу. В случае обрыва ВОК происходит замыкание основного и резервного колец на границах поврежденного участка. При этом приемник передатчик выходного блока мультиплексора соединяется с той его стороной, где произошел обрыв кабеля. Это приводит к образованию нового кольца. Второй способ состоит в том, что блочные виртуальные контейнеры передаются одновременно в двух противоположных направлениях по разным кольцам. Если происходит сбой в одном из колец, система управления автоматически выбирает тот же блок из другого кольца. Программы управления мультиплексорами поддерживают либо один из двух, либо оба способа защиты.

    Кольцо, организованное оптическими волокнами внутри одного ВОК называется «плоским». При использовании волокон кабелей, проложенных по разным трассам между узлами сети (пунктами выделения каналов) и двунаправленной передачи цифрового потока, кольцо является «выпуклым» (рисунок 2).

    Наибольшей надежностью обладает кольцевая топология сети с организацией выпуклых колец между узлами и двунаправленной передачей цифрового потока внутри кольца. Очевидно, что наибольшая надежность кольцевых структур достигается тогда, когда кабельные трассы кольца территориально разнесены. В зависимости от назначения ВОЛС можно организовать кольцевые структуры для магистральной и дорожной связи по параллельным железнодорожным направлениям. Если это невозможно, для повышения надежности ВОЛС можно замкнуть кабельное кольцо путем прокладки (подвески) кабеля по разные стороны железной дороги или организовать параллельный радиорелейный тракт SDH/СЦИ. На практике находят применение топология «плоского кольца», когда для замыкания кольца используются оптические волокна внутри одного кабеля.

    17 стр., 8456 слов

    ИСТОРИЯ И РАЗВИТИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В РОССИИ И МИРЕ. Тематический ...

    ... в настоящем реферате является рассматривание в историческом аспекте развитие железных дорог на всех континентах, изменение их роли в различные периоды Новой истории. Основной задачей является рассматривание развития технических средств железных дорог ... транспорта. В течение XIX и первой трети XX века длина сети железных дорог ... стали прокладывать до реки или канала, где груз перекладывался на суда ...

    Рисунок 2 — Кольцевая топология цифровых сетей

    Большое значение для волоконно-оптических сетей связи имеет способ физического доступа к передающей среде — волокну, тип сетевого интерфейса. По этому признаку волоконно-оптические сети связи разделяются на пассивные и активные.

    В пассивных топологиях физический доступ (ввод-вывод сигнала) осуществляется в оптической области (по оптическому сигналу) с помощью пассивных оптических элементов, таких, как оптические ответвители, разветвители, спектральные мультиплексоры-демультиплексоры, переключатели. Узел сети получает в этом случае порцию оптической энергии непосредственно из оптического волокна и вводит оптический сигнал непосредственно в оптическое волокно. Пассивный узел — это простая точка ветвления, которая может только ослабить сигнал, но не изменяет его форму и содержание. Непрерывность оптической среды в точках доступа пассивной сети не нарушается, однако возникающие при вводе-выводе потери сигнала требуют тщательного расчета его энергетического потенциала в сети.

    В активных топологиях доступ к общему цифровому потоку осуществляется в электрической области, для чего оптический сигнал в узле преобразуется в электрический при выводе, а при вводе выполняется обратное преобразование. В узлах (пунктах выделения каналов) сети нарушается непрерывность передающей среды: сетевой интерфейс при выводе оптоэлектронный, а при вводе — электронно-оптический. Активный узел может изменять или переключать цифровые потоки (каналы) и в этом отношении имеет больше функциональных возможностей по обработке сигнала, чем пассивный узел, однако при этом возрастает и вероятность искажения сигнала.

    инфокоммуникационный оптический перевозочный

    Волоконно-оптические сети связи в общем случае являются двухуровневыми и состоят из транспортной или магистральной сети, и сетей абонентского доступа.

    В транспортной сети циркулируют крупные цифровые потоки с максимально высокой скоростью передачи между узлами, в которых осуществляется доступ к этим потокам, их разделение на более мелкие цифровые потоки и распределение последних в сети абонентского доступа.

    Особенностью существующей железнодорожной первичной сети связи является ее иерархическая структура, отражающая структуру управления технологическими процессами на дорожном, отделенческом и местном (включая внутриобъектовый) уровнях.

    Дорожная сеть включает в себя дорожный (ДУ) и отделенческие (ОУ) узлы связи и соединяющие их линии передачи. По каналам и трактам дорожной первичной сети осуществляется передача информации между управлением железной дороги и отделениями дороги, а также между отделениями железной дороги.

    Отделенческая сеть связи имеет ряд специфических особенностей в построении ее первичной и вторичных сетей, которые заставляют считать целесообразным выделение отделенческих связей в отдельный уровень иерархии сети. Отделенческая сеть включает в себя отделенческий узел связи (ОУ), узлы связи участковых (УС), промежуточных (ПС) и оконечных (ОС) станций и линии передачи, их соединяющие. По каналам отделенческой сети осуществляется передача информации между отделением железной дороги и станциями, а также между железнодорожными станциями.

    Местную сеть связи организуют в пределах крупных железнодорожных узлов и станций. Она включает в себя местные узлы, оконечные станции, соединительные и абонентские линии передачи. Местную сеть организуется в пределах крупных железнодорожных узлов и станций, чтобы обеспечить потребности в каналах для оперативного руководства эксплуатационной работой.

    Сеть связи железнодорожного транспорта представляет собой совокупность первичной и вторичных сетей.

    Вторичные сети связи железнодорожного транспорта предназначены для организации процессов управления движением поездов, осуществления эксплуатационной и коммерческой работы структурных подразделений. В зависимости от назначения, вида передаваемой информации и воздействия на управление процессом перевозок организуются вторичные сети оперативно-технологической связи (ОТС), общетехнологической сети связи (ОбТС) и сети передачи данных (СПД).

    Они служат для удовлетворения потребностей подразделений железнодорожного транспорта в передаче различного вида сообщений информации.

    Для расчета количества каналов первичной сети связи построим общую схему сети связи железной дороги, дорожной и отделенческой сетей связи (рисунки 3 — 6).

    Рисунок 3 — Стилизованная схема Белорусской железной дороги

    Рисунок 4 — Стилизованная схема дорожной сети связи

    Рисунок 5 — Стилизованная схема Белорусской железной дороги с сокращенными названиями станций

    Рисунок 6 — Стилизованная схема отделенческой сети связи

    При проектировании магистрали связи используются следующие каналы связи:

    • СПД (E1) — каналы систем передачи данных;
    • ОТС (E0) — каналы оперативно-технической связи;
    • ОбТС (E0) -каналы телефонной сети общего пользования.

    Часть каналов относится к отделенческому уровню: от каждого отделения дороги к каждой станции этого отделения ( k 1 ), а часть — к дорожному уровню: между соседними отделениями дороги (k 1 ) и между дорожным узлом и каждым отделенческим узлом (k 3 ).

    Согласно этому построим структурные схемы с соответствующим количеством каналов на дорожном и отделенческом уровнях (рисунки 7).

    Далее составим сводную таблицу с необходимым количеством каналов на всех участках железной дороги (таблица 1).

    Вначале определим количество каналов для каждого из видов связи:

    • П1 = aK1 E1 (СПД) + bK1 E0 (ОТС) + cK1 E0 (ОбТС);
    • П2 = aK2 E1 (СПД) + bK2 E0 (ОТС) + cK2 E0 (ОбТС);
    • П3 = aK3 E1 (СПД) + bK3 E0 (ОТС) + cK3 E0 (ОбТС).

    где П1 — суммарное количество каналов отделенческой сети (между станциями и отделением дороги) для всех вторичных сетей связи (СПД, ОТС, ОбТС);

    • П2 — суммарное количество каналов дорожной сети (между соседними отделениями дороги) для всех вторичных сетей связи (СПД, ОТС, ОбТС);
    • П3 — суммарное количество каналов дорожной сети (между дорожным узлом и отделениями дороги) для всех вторичных сетей связи (СПД, ОТС, ОбТС);
    • a, b, c — коэффициенты доли каналов отдельных вторичных сетей в общем количестве каналов.

    Рисунок 7 — Схема соединений между станциями на дорожном и отделенческом

    Так, из исходных данных K1 = 85; K2 = 380; K3 = 790; a =1,5; b = 2; c = 0,5.

    П1 = 75•1,5•E1 (СПД) + 75•0,5•E0 (ОТС) + 75•2•E0 (ОбТС);

    • П2 = 260•1,5•E1 (СПД) + 260•0,5•E0 (ОТС) + 260•2•E0 (ОбТС);
    • П3 = 850•1,5•E1 (СПД) + 850•0,5•E0 (ОТС) + 850•2•E0 (ОбТС);

    Пересчет из E0 в E1 и из E1 в STM-1 производится следующим образом:

    • E1 = 30·E0;
    • STM-1 = 63·E1.

    Пример расчета числа каналов для участка ОУ1(ДУ) — ОУ2:

    П2 + 2·П3 = Л 2 ·( 1б5·У1+ 2б5·У0) + 2 ·Л 3 ·(1б5·У1+ 2б5·У0) = 260·(1б5·У1 + + 2б5·У0) + 2·850·(1б5·У1+ 2б5·У0) = 390·У1+ 650·У0 + 2550·У1+ 4250·У0 = 2940·У1 + 4900·У0

    Пример расчета числа каналов E1 для участка ОУ1 — ОУ2:

    4900·E0/30=164·E1

    164·E1+ 2940·E1=3104·E1

    3104·E1/63=50·STM-1

    Таблица 1 — Количество каналов на каждом из участков железной дороги

    Участок

    Каналы

    Суммарное количество

    каналов СПД, ОТС и ОбТС

    Количество Е1

    Количество STM-1

    ДУ-СТ1

    П1

    113Е1+188 Е0

    120

    2

    ДУ-СТ2

    П1+П2+П3

    1778 Е1+2963 Е0

    1877

    30

    ДУ-СТ10

    П2+2П3

    2940 Е1+4900Е0

    3104

    50

    ДУ-ОУ2

    П2+2П3

    2940 Е1+4900Е0

    3104

    50

    СТ3-СТ4

    П1

    113 Е1+188 Е0

    120

    2

    ОУ2-СТ4

    2П1

    225 Е1+375 Е0

    238

    4

    ОУ2-ОУ3

    П2+П3

    1665 Е1+2775 Е0

    1758

    28

    ОУ3-СТ5

    2П1+2П2

    1005 Е1+1675 Е0

    1061

    17

    СТ5-СТ6

    П1+П2

    503 Е1+838 Е0

    531

    9

    СТ6-СТ10

    П2

    390 Е1+650 Е0

    412

    7

    СТ5-СТ7

    П2

    390 Е1+650 Е0

    412

    7

    ОУ4-СТ7

    П1+П2

    503 Е1+838 Е0

    531

    9

    ОУ4-СТ8

    П1+П2+П3

    1778 Е1+2963 Е0

    1877

    30

    СТ8-СТ9

    П2+П3

    1665 Е1+2775 Е0

    1758

    28

    СТ9-СТ10

    П1+П2+П3

    1778Е1+2963 Е0

    1877

    30

    ОУ5-СТ10

    2П1+3П2+П3

    2670 Е1+4450 Е0

    2819

    45

    ОУ5-СТ11

    П2

    390 Е1+650 Е0

    412

    7

    ОУ6-СТ11

    П1+2П2+П3

    2168 Е1+3613 Е0

    2289

    37

    ОУ6-СТ12

    П1

    113 Е1+188 Е0

    120

    2

    СТ2-СТ11

    П2+П3

    1665 Е1+2775 Е0

    1758

    28

    При проектировании сети связи железной дороги приоритетными являются показатели надежности и устойчивости, которые связаны со способностью восстановления после отказов в сети, включая отказы линий связи, узлов и оконечных устройств.

    Для обеспечения надежной передачи будем использовать кольцевую схему резервирования каналов, а на отделенческом уровне — плоское кольцо.

    Для определения количества каналов дорожной сети выбирается первое кольцо, количество каналов во всех участках которого устанавливаются равное сумме количества каналов всех участков кольца. Количество каналов участков следующего кольца также определяется через сумму количества каналов всех участков кольца, но за исключением участков, вошедших в предыдущее кольцо и т.д. Количество каналов участков, по которым проходят несколько колец равно сумме количества каналов этих колец. На рисунке 8 показано число каналов на дорожном уровне без учета резервирования. На рисунке 9 показано то же число каналов, но уже с учетом резервирования. В данном случае было выбрано два кольца.

    Рисунок 8 — Обобщенная схема соединений между станциями на дорожном уровне без резервирования

    Рисунок 9 — Количество каналов между станциями на дорожном уровне с учетом резервирования

    На отделенческом уровне резервирование строится с использованием плоских колец. При этом одним плоским кольцом охватываются все станции, расположенные между отделенческими узлами и входящие в их отделения дороги. Плоское кольцо предполагает использование в качестве резервной пары волокон волокна из того же волоконно-оптического кабеля, в котором расположены основные волокна. Одна пара волокон проходит через все мультиплексоры отделенческой сети станций участка, а вторая проходит транзитом через станции и соединяет только мультиплексоры в отделениях дороги, ограничивающих данный участок.

    Общее количество каналов, передачу которых необходимо организовать в плоском кольце, равно сумме количества каналов между каждой из станций и соответствующим ей отделенческим узлом (рисунок 10).

    Рисунок 10 — Количество каналов между станциями на отделенческом уровне с учетом резервирования

    Составим таблицу с необходимым количеством каналов на всех участках железной дороги с учетом резервирования (таблица 2).

    Пример расчета числа каналов для участка ОУ1(ДУ) — ОУ2:

    5П2+4П3 = 5

    • К 2 ·(1б5·У1+2б5·У0) + 4·К 3 ·(1б5·У1+2б5·У0) = 5·260·(1б5·У1+2б5·У0) + 4·850·(1б5·У1+2б5·У0) = 1950·У1+ 3250·У0 + 5100·У1+ 8500·У0 = 7050·У1+ 11750·У0

    Пример расчета числа каналов E1 для участка ОУ1(ДУ) — ОУ5:

    11750 E0/30 = 392 E1

    392 E1+7050 E1= 7442 E1

    7442 E1/63=119 STM-1

    119 STM-1/64=2 STM64

    Таблица 2 — Количество каналов на каждом из участков железной дороги с учетом резервирования на дорожном уровне

    Участок

    Каналы

    Суммарное количество каналов СПД, ОТС и ОбТС

    Количество

    Е1

    Количество STM-1

    Количество STM-64

    ДУ-ОУ-2

    5П2+4П3

    7050 E1+11750 E0

    7442

    119

    2

    ДУ-СТ10

    10П2+6П3

    11550 E1+19250 E0

    12192

    194

    4

    ДУ-СТ11

    5П2+2П3

    4500 E1+7500 E0

    4750

    76

    2

    ОУ2-ОУ3

    5П2+4П3

    7050 E1+11750 E0

    7442

    119

    2

    ОУ3-СТ5

    5П2+4П3

    7050 E1+11750 E0

    7442

    119

    2

    СТ5-СТ10

    7П2+5П3

    9105 E1+15175 E0

    9611

    153

    3

    ОУ4-СТ5

    2П2+П3

    2055 E1+3425 E0

    2170

    35

    1

    ОУ4-СТ10

    2П2+П3

    2055 E1+3425 E0

    2170

    35

    1

    ОУ5-СТ10

    5П2+2П3

    4500 E1+7500 E0

    4750

    76

    2

    ОУ5-СТ11

    5П2+2П3

    4500 E1+7500 E0

    4750

    76

    2

    ОУ6-СТ11

    4П2+2П3

    4110 E1+6850 E0

    4339

    69

    2

    Таблица 3 — Количество каналов на каждом из участков железной дороги с учетом резервирования на отделенческом уровне

    Участок

    Каналы

    Суммарное количество каналов СПД, ОТС и ОбТС

    Количество Е1

    Количество STM-1

    Количество STM-4

    ДУ-СТ1

    2П1

    225 E1+375 E0

    238

    4

    1

    СТ1-СТ12

    ОУ6-СТ12

    ОУ6-СТ11

    СТ11-СТ2

    ДУ-СТ2

    ДУ-СТ3

    СТ3-СТ4

    ОУ2-СТ4

    ОУ3-СТ5

    СТ5-СТ7

    ОУ4-СТ7

    ОУ3-СТ6

    СТ6-СТ10

    ОУ5-СТ10

    ОУ4-СТ8

    СТ8-СТ9

    ОУ5-СТ9

    В данном курсовом проекте сеть построена на оборудовании SDH уровня STM-4 и STM-64 и оборудовании DWDM.

    Синхронная цифровая иерархия (SDH/СЦИ).

    Таблица 4 ? Общие характеристики ОЦК и сетевых трактов PDH/ПЦИ

    Уровень PDH/ПЦИ

    Номинальная скорость передачи, кбит/с

    Пределы отклонения скорости передачи, кбит/с х 10 -5

    Е0

    64

    ±5

    Е1

    2048

    ±5

    Е2

    8448

    ±3

    ЕЗ

    34368

    ±2

    Е4

    139264

    ±1.5

    Технология SDH/СЦИ основана на полной синхронизации цифровых каналов и сетевых элементов в пределах всей сети, что обеспечивается с помощью соответствующих систем синхронизации и управления транспортной сетью.

    Цифровые каналы PDH/ПЦИ являются входными (полезной нагрузкой) для пользовательских интерфейсов сетей SDH/СЦИ. Применительно к европейскому стандарту интерфейсы передачи уровней E1, ЕЗ, Е4 PDH/ПЦИ (в соответствии с Рекомендацией G.703) являются входными каналами для транспортной сети SDH/СЦИ, в которой они передаются по сетевым трактам в магистралях сети в виде виртуальных контейнеров соответствующего уровня. Цифровая первичная (транспортная) сеть, как правило, строится на основе совокупности аппаратуры PDH/ПЦИ и SDH/СЦИ. Технологии PDH/ПЦИ и SDH/СЦИ взаимодействуют друг с другом через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования цифровых потоков Е1, ЕЗ и Е4 PDH/ПЦИ в аппаратуре SDH/СЦИ.

    Таблица 5 ? Уровни иерархии и скорости передачи SDH/СЦИ

    Уровень SDH/СЦИ

    Номинальная скорость передачи, Мбит/с

    Примечание

    STM-0 (STS-1)

    51.84

    Уровень STS-1 (SONET)

    STM-1

    155.52

    ITU-T Рек. G.707

    STM-4

    622.08

    ITU-T Рек. G.707

    STM-16

    2488.32

    ITU-T Рек. G.707

    STM-64

    9953.28

    ITU-T Рек. G.707

    STM-256

    39813.12

    Применяется «де-факто»

    Технология SDH/СЦИ по сравнению с PDH/ПЦИ имеет следующие особенности и преимущества:

    • предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование, что приводит к необходимости построения систем синхронизации сети;
    • предусматривает прямое мультиплексирование и прямое демультиплексирование (ввод-вывод) цифровых потоков PDH/ПЦИ;
    • основана на стандартных оптических и электрических интерфейсах, что обеспечивает совместимость аппаратуры различных производителей;
    • позволяет объединить системы PDH/ПЦИ европейской и американской иерархии;
    • обеспечивает полную совместимость с аппаратурой PDH/ПЦИ, ATM и IP;
    • обеспечивает многоуровневое управление и самодиагностику транспортной сети.

    Эти преимущества обусловили широкое применение SDH/СЦИ как современной базовой технологии построения цифровых первичных сетей связи.

    Технология WDM/DWDM.

    Технология WDM (WavelengthDivisionMultiplexing) позволяет создавать гибкие разветвленные оптические сети с практически неограниченными возможностями роста полосы пропускания. Ее суть заключается в том, что по одному оптическому волокну одновременно передаются несколько информационных каналов на разных длинах волн, что позволяет максимально эффективно использовать возможности оптического волокна.

    Первые системы WDM имели два канала в окнах 1330 и 1550 нм. Затем появились 4-канальные системы, с расстоянием между каналами 8-10 нм в окне 1550 нм. В последствие появилась технология плотного волнового мультиплексирования DWDM (Dense WDM) с 8, 16, 32, 64 каналами.

    Принцип передачи сигналов нескольких передатчиков по одному волокну с использованием DWDM отражен на рисунке 11. Сигналы разных длин волн, генерируемые несколькими оптическими передатчиками, объединяются мультиплексором в многоканальный составной оптический сигнал, который далее распространяется по оптическому волокну. При необходимости используются транспондеры, которые переносят сигнал передатчика на нужную длину волны. Объединение оптических сигналов происходит в пассивных устройствах. Потому на выходе мультиплексора устанавливается оптический усилитель, чтобы поднять мощность передатчика до нужного уровня. При больших длинах линий связи могут дополнительно устанавливаться промежуточные усилители.

    Рисунок 11 — Типовая транспортная сеть на основе технологии DWDM

    На приемной стороне установлен демультиплексор, который принимает составной сигнал, выделяет из него исходные каналы разных длин волн и направляет их на соответствующие приемники. Возможна также установка мультиплексоров ввода-вывода в промежуточных узлах. В технологии DWDM повышение пропускной способности волоконно-оптической линии связи происходит не путем увеличения скорости передачи в едином составном канале, а путем увеличения числа каналов (длин волн), применяемых в системах передачи.

    Для того чтобы оборудование и компоненты систем DWDM были взаимозаменяемы и могли взаимодействовать между собой, необходимо использовать стандартный набор частот, на которых ведется передача сигналов. Стандартные частоты располагаются выше и ниже этой частоты с частотным интервалом в 50 ГГц. Стандартные длины волн расположены в оптических диапазонах «С» и «L» — по 80 в каждом. Помимо этого, каждый диапазон разделен на два поддиапазона — синий и красный с более высокими и более низкими частотами соответственно.

    Таким образом, стандартная наибольшая скорость передачи по каналу в этом случае должна быть не более 10 Гбит/с (STM-64).

    Можно использовать набор частот с шагом в 100 или 200 ГГц, но с увеличением разноса между частотами уменьшается возможное количество каналов. В таблице 6 показана часть сетки частотного плана С-диапазона для частотного интервала 100 ГГц. В данном курсовом проекте будут использоваться именно эти длины волн.

    Таблица 6 — Используемые длины волн в системе передачи для частотного интервала 100 ГГц

    Частота оптической несущей, ТГц

    Длина волны, нм

    1

    193,6

    1548,51

    2

    193,5

    1549,32

    3

    193,4

    1550,12

    4

    193,3

    1550,92

    Более плотная, пока еще не стандартизированная сетка частотного плана, с интервалом в 50 ГГц позволяет эффективнее использовать спектральный диапазон длин волн 1540…1560 нм, в котором работают стандартные оптические усилители EDFA. Однако, во-первых, с уменьшением межканальных интервалов растет влияние эффекта четырехволнового смешения в волокне оптического усилителя, что ограничивает максимальную длину регенерационного участка линии. Во-вторых, при уменьшении межканального интервала по длине волны до значения примерно 0.4 нм начинают проявляться ограничения по мультиплексированию каналов более высокого уровня, например, STM-64 (рисунок 12).

    Видно, что мультиплексирование каналов уровня STM-64, имеющих частотный интервал 50 ГГц, недопустимо из-за перекрытия спектров соседних каналов. Кроме того, частотный интервал в 50 ГГц накладывает более жесткие требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам и другим компонентам аппаратуры систем DWDM ведет к увеличению ее стоимости.

    Применение технологии DWDM позволяет операторам связи использовать одну волоконно-оптическую линию связи для организации нескольких «виртуальных волокон». Несомненно, намного удобнее использовать одно волокно вместо нескольких, так как не используются лишние оптические усилители, а также проще проводить мониторинг и обслуживание сети. Также операторам выгодно сдавать в аренду не оптические кабели или волокна, а отдельные длины волн. При существовании разветвленной сети DWDM можно при помощи оптических кросс-коннекторов сконфигурировать ее таким образом, чтобы получить прозрачный оптический канал, соединяющий удаленных абонентов. Тем самым решается вопрос организации волоконно-оптической линии связи, ведь платить за аренду такого канала будет намного выгоднее, чем строить новую линию.

    Еще одно преимущество DWDM связано с возможностью передачи по одному волокну на разных длинах волн самых разных видов трафика — кабельное телевидение, телефония, передача данных, «видео по требованию» и т. д. Притом разные виды трафика никак не влияют друг на друга, и теоретически не существует ограничения на их комбинацию.

    Технология DWDM может являться непосредственно физической средой для протоколов передачи данных. Достаточно лишь промодулировать оптическую несущую любым сигналом. Потому возможна передача трафика SDH/СЦИ, ATM/АРП, IP, Ethernet непосредственно поверх.

    В соответствии с этими технологиями выберем необходимое оборудование.

    Оптический DWDM мультиплексор Siemens SURPASS hiT 7550.

    • оптический диспетчерский канал, который реализует возможности управления оптическими элементами всей сети;
    • система аварийного снижения мощности лазера, защищающая персонал от облучения;
    • система управления транспортной сетью TMNS.

    Данная система позволяет использовать до 160 длин волн и осуществлять двунаправленную передачу информации по паре оптических волокон со скоростью до 1,6 ТБит/с. Притом 80 длин волн находятся в «С» диапазоне и еще 80 — в «L» диапазоне с разнесением между ними в 50 ГГц. Причем процедура мультиплексирования является многоуровневой, начиная от 20 каналов с разносом в 100 ГГц и заканчивая объединением «С» и «L» диапазонов по 80 каналов в каждом. Путем установки различных типов и количества карт оптических мультиплексоров, можно добиваться требуемой конфигурации оборудования.

    На рисунке 13 показаны логические соединения между мультиплексорами DWDM Siemens SURPASS hiT 7550. На схеме показаны модули оптических мультиплексоров и демультиплексоров, а также платы интерфейса оптической линии связи.

    Данный рисунок отражает особенность технологии DWDM, которая преимущественно работает по топологии «точка-точка». Платы OLI непосредственно связаны с волоконно-оптической линией связи. Притом плата OLITPNC является предварительным усилителем сигнала в направлении приема, а плата OLITBNC — усилителем в направлении передачи. Основные и резервные сигналы STM-64 от оборудования SDH в направлении передачи поступают на платы оптических мультиплексоров и в направлении приема выводятся с плат оптических демультиплексоров.

    Для каждого направления связи необходима установка по одному комплекту плат OM20 и OD20, а также плат OLITPNC и OLITBNC. Для тех длин волн, которые передаются через узел сети транзитом, осуществляется соединение непосредственно выхода платы оптического демультиплексора одного направления с соответствующим входом платы оптического мультиплексора другого направления. Таким образом, не осуществляется вывод и обработка транзитных сигналов в промежуточных узлах сети.

    Рисунок 13 — Логические связи между мультиплексорами DWDM

    Мультиплексор SDH/СЦИ Siemens SURPASS hiT 7070.

    Основное назначение системы SURPASS hiT 7070 — преобразование пакетов Ethernet с помощью процедуры GFP и последующая их передача поверх технологии SDH с обратным преобразованием и выводом кадров Ethernet на приемной стороне. Притом поверх уровня STM-64 (10 Гбит/с) возможна передача до 2,5 Гбит/с Ethernet трафика.

    Системы DWDM и SDH образуют два различных уровня транспортной сети. Они функционируют и управляются независимо друг от друга, то есть сеть dwdm является прозрачной для всех других технологий передачи информации и, соответственно, может предоставлять оптическую среду для различных технологий в одном волокне. На мультиплексоры SDH возлагаются функции контроля качества передачи данных, а также функции защиты трафика. В случае потери сигнала по основному направлению мультиплексор SDH будет принимать сигнал с резервного направления.

    На рисунке 14 показан пример организации логических соединений между мультиплексорами SDH/СЦИ Siemens SURPASS hiT 7070. Также на рисунке изображены интерфейсные платы мультиплексоров (резервирование организовано по схеме 1+1 или 1:1 по разнесенным трассам, резервные платы показаны на сером фоне).

    Разные цвета логических соединений между мультиплексорами соответствуют различным длинам волн, вводимых в волоконно-оптический кабель. При этом резервное и основное направления передачи информации имеют одну длину волны.

    В мультиплексоре Siemens SURPASS hiT 7070 возможна функция WDM 40 Гбит/с, которая выполняется при помощи оптического мультиплексирования/демультиплексирования MUX/DEMUX. Оптический мультиплексор/демультиплексор 40 Гбит/с объединяет четыре потока со скоростями 10 Гбит/св единый оптический сигнал со скоростью 40 Гбит/с. При использовании функции WDM 40 Гбит/с устройство MUX/DEMUX входит в состав системы SURPASS hiT 7070.

    Рисунок 14 — Логические связи между мультиплексорами SDH/СЦИ

    Мультиплексор SDH/СЦИ SMA4/1.

    Мультиплексор SMA4/1 предлагает гибкое оснащение трибутарных интерфейсов в пределах от 2 Мбит/с PDH до оптических и электрических стыков STM-1 синхронной цифровой иерархии. Оборудование может вмещать ряд трибутарных съемных модулей, обеспечивающих 100-процентную вставку/выделение через неблокирующую матрицу коммутации с эффективной ёмкостью в 16 эквивалентов STM-1 (или 1008 TU-12).

    Возможны выделение и вставка на всех уровнях VC, в частности VC-4, VC-3 и VC-12.

    Одной из основных характеристик SMA4/1 является общая платформа аппаратно-программного обеспечения, позволяющая без ограничений выполнять вставку/выделение сигналов, передаваемые со скоростью 2 Мбит/с (VC-12), непосредственно из линейных сигналов STM-1 или STM-4. В SMA4/1 имеется возможность выделения до 252 портов (по 2 Мбит/с) (42 порта на модуль) с возможностью резервирования трибутарных модулей 1: N .

    Основные характеристики мультиплексора:

    • трибутарные электрические интерфейсы со скоростью передачи 2, 34, 45 и 140 Мбит/с, оптические и электрические интерфейсы STM-1, Ethernet 10/100 base T, Ethernet 100, а также оптические интерфейсы STM-4;
    • емкость матрицы кросс-коммутации 16 х STM-1 эквивалентов на уровне AU-4, TU-3, -2, -12;
    • функция полной вставки/выделения до 8 x STM-1 портов SDH и до 252 x 2 Мбит/с портов PDH;
    • возможность создания неблокируемых соединений линия-линия, линия-триб и триб-триб;
    • кольцевоемежсоединение для колец на стороне линии и триба;
    • встроенные оптические усилители для оптических интерфейсов STM-4;
    • система защиты трафика, включая: 1+1 защиту секции мультиплексора для линейных и оптических трибутарных интерфейсов; 2-волоконное защитное переключение MS-SPRing (BSHR-2) для линейных и

    трибутарных сигналов STM-4 в конфигурациях самовосстанавливающегося кольца; SNC/P (защита тракта передачи), включая «Drop&continue»;

    • защита оборудования: 1:1 защита модулей для всех оптических интерфейсов вместе с защитой секции мультиплексора (переключение

    модулей); 1+1 защита модулей для трибутарных интерфейсов 34 /45 Мбит/с; 1:n ( n ? 3) защита модулей для трибутарных электрических интерфейсов 140 Мбит/с/ STM-1; 1:n (n ? 6) защита модулей для трибутарных интерфейсов 2 Мбит/с; опциональное резервирование модулей коммутации и синхронизации; распределенные встроенные вторичные источники питания;

    • автоматическое выключение лазера в соответствии с рекомендациями МСЭ G.958;
    • возможность загрузки ПОво все соответствующие модули системы;
    • поддержка служебной связи (EOW) и служебных каналов передачи данных (V.11, G.703);
    • управление непрерывным сцеплением сигналов VC-4-4c (с помощью преобразователя);
    • межсетевой обмен синхронных оптических сетей с сигналами STS-3-3c, STS-12-3c, STS-12-12c, STS — 48-3c, STS-48-12c и STS-48-48c;
    • измерение параметров (PM) на ближнем и дальнем конце на всех сигнальных уровнях.

    Оборудование SMA4/1 представляет собой мультиплексор ввода/вывода STM-4, который также может использоваться в сетевых приложениях STM-1, с возможностью осуществлять коммутацию сигналов на уровнях VC-4, VC-3 и VC-12. Матрица коммутации состоит из двух модулей — SN-64 и IPU-16. Для повышения живучести системы применяется дублирование этих модулей. Модуль SN-64, кроме этого, выполняет роль модуля синхронизации и обеспечивает распределение синхросигнала внутри сетевого элемента.

    Модуль контроллера SCU-R2E позволяет осуществлять контроль и мониторинг сетевого элемента SMA4/1. Все данные TMN системы обрабатываются модулем контроллера.

    Линейные оптические модули OIS-4D поддерживают оптико-электрические преобразования линейного сигнала.

    Трибутарные оптические модули уровня STM-1 имеют четыре оптических порта. SMA4/1 поддерживает несколько Ethernet интерфейсов — 4-х портовый модуль base T (2 порта упаковываются в VC-12, два порта в VC-3) и однопортовый модуль Ehternet 100 (порт упаковывается в VC-4).

    Выбор кабеля осуществляется на основании данных по электрификации железной дороги. Для рассматриваемой Белоруской железной дороги электрификация составляет менее 50% (т.к. только 30% линий электрифицировано), поэтому будем использовать бронированный волоконно-оптический кабель для прокладки в грунте типа ОКЛК.

    а)

    б)

    Рисунок 15 — а) поперечный разрез; б) продольный разрез кабеля типа ОКЛК

    1) Центральный силовой элемент — стеклопластиковый стержень

    2) Оптические волокна

    3) Оптический модуль

    4) Кордель (по заказу медные изолированные жилы для дистанционного питания)

    5) Тиксотропный гидрофобный заполнитель

    6) Скрепляющая оболочка из нитей и лент

    7) Оболочка из полиэтилена

    8) Броня из круглых стальных оцинкованных проволок

    9) Защитный шланг из полиэтилена

    Применение: кабель типа ОКЛК предназначен для эксплуатации при повышенных требованиях устойчивости к механическим воздействиям при прокладке ручным и/или механизированным способами непосредственно в грунтах всех категорий, в том числе в районах с высокой коррозийной агрессивностью и территориях, зараженных грызунами, в районах сыпучих грунтов и грунтовых сдвигов, кроме подвергаемых мерзлотным деформациям, через болота, озера, сплавные и судоходные реки глубиной до 50 метров. Как видно из описания дороги выбранный кабель удовлетворяет условиям эксплуатации.

    Таблица 7 — Характеристики оптических волокон

    Характеристики

    Одномодовое волокно

    Многомодовое

    волокно

    стандарт-ное SM

    со смещённой дисперсией DSF

    с миними-зацией затухания

    CSF

    с ненулевой смещённой дисперсией

    NZDSF

    50 / 125

    62,5 / 125

    ITU-T G. 652

    ITU-T G. 653

    ITU-T G. 654

    ITU-T G. 655

    ITU-T G. 651

    IEC 60793-2

    Оптические

    Затухание, дБ/км, при

    длине волны, нм:

    850

    1300

    1310

    1550

    ? 0,36

    ? 0,22

    ? 0,35

    ? 0,22

    ? 0,35

    ? 3,0

    ? 1,0

    ? 3,0

    ? 1,0

    Диаметр модового поля, мкм

    9,3 ± 0,5

    (на 1310 нм)

    7,8 ± 0,8

    (на 1550 нм)

    10,0 ± 0,5 (на 1550 нм)

    9,5 ± 0,5

    (на 1550 нм)

    Полоса пропускания, МГц·км:

    л = 850 нм

    л = 1300 нм

    ? 250

    ? 500

    ?200

    ? 400

    Удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм·км):

    1285-1330 нм

    1550 нм

    1530-1565 нм

    1525-1575 нм

    ? 3,5

    ? 18

    ? 3,5

    ? 20

    1,0-6,0

    Диапазон длин волн при нулевом значении дисперсии, нм

    1300 — 1325

    1525 — 1575

    1260 — 1300

    Максимальный наклон дисперсионной кривой в точке её нулевого значения, пс/(нм2·км)

    ? 0,092

    ? 0,085

    ? 0,095

    Поляризацион-ная модовая дисперсия (ПМД)

    1550 нм, пс·км1/2

    ? 0,2

    ? 0,5

    ? 0,5

    ? 0,2

    Числовая апертура (NA)

    0,21 ± 0,02

    0,275 ± 0,015

    Геометрические

    Некруглость сердцевины, %

    ? 6

    ? 6

    Диаметр сердцевины, мкм

    50 ± 3

    62,5 ± 3

    Диаметр оболочки, мкм

    125 ± 1

    125 ± 1

    125 ± 1

    125 ± 1

    125 ± 3

    125 ± 2

    Некруглость оболочки, %

    ? 1,0 %

    ? 2,0 %

    ? 2,0 %

    ? 1,0 %

    ? 1,0 %

    ? 2,0 %

    Диаметр покрытия, мкм

    245±10

    Неконцент-ричность, мкм:

    — сердцеви-на/оболочка

    — модовое поле/оболочка

    ? 0,5

    ? 1,0

    ? 0,8

    ? 0,6

    ? 1,5

    ? 1,5

    Воздействие окружающей среды

    Зависимость затухания в диапазоне температуры

    (-60…+85) oC, дБ/км, при

    длине волны, нм:

    850

    1300

    1310

    1550

    ? 0,05

    ? 0,05

    ? 0,05

    ? 0,05

    ? 0,05

    ? 0,05

    ? 0,2

    ? 0,2

    ? 0,2

    ? 0,2

    Механические

    Испытание прочности

    ? 1,0 % (0,7ГПа)

    Радиус собственного изгиба, м

    ? 4,0

    Таблица 8 — Используемые длины волн в системе передачи

    Длинна волны, нм

    Частота оптической несущей, ТГц

    1

    1548,51

    193,6

    2

    1549,32

    193,5

    3

    1550,12

    193,4

    4

    1550,92

    193,3

    В курсовом проекте для расчетов примем строительную длину кабеля типа ОКЛК равной 6 км.

    Для борьбы с затуханием оптического сигнала по мере его прохождения по линии связи чаще всего используют оптические усилители на волокне легированном эрбием. Данный вид усилителей имеет ряд преимуществ, которые обусловили их широкое распространение в последнее время. Во-первых, для работы данного класса усилителей не требуется подстройка под частоту передаваемого сигнала. Во-вторых, усиление ведется в довольно широкой полосе частот. Эти преимущества позволяют легко наращивать емкость сети, не изменяя оборудования линий связи. В-третьих, для усиления сигнала не требуется его преобразование в электрическую форму. Также оптические усилители работают с сигналами любой формы и назначения. Эти преимущества делают их просто незаменимыми для работы совместно с системами WDM. Но наряду со своими преимуществами оптические усилители имеют ряд особенностей, которые необходимо обязательно учитывать при проектировании волоконно-оптических линий связи.

    Помимо затухания, вносимого оптическим волокном, его также вносят разъемные и неразъемные соединения волокна. Поэтому необходимо учесть потери мощности сигнала при…