Проектирование инфокоммуникационной оптической сети железной дороги - Курсовая работа

Многие важнейшие характеристики сетей связи определяются их топологией, характеризующей связность узлов сети линиями связи и позволяющей оценить надежность и пропускную способность сети при повреждениях. Звездная топология сети характеризуется тем, что каждый узел сети (пункт выделения каналов) имеет двухстороннюю связь по отдельной линии с центральным узлом - концентратором (обладающего функциями мультиплексора ввода - вывода и системы кроссовой коммутации), благодаря которому и обеспечивается полная физическая связность сети, (рисунок 9, г). При выборе топологии сетей необходимо также учитывать число оконечных устройств (ОУ) и устройств обработки информации (УОИ); территориальное расположение ОУ и УОИ; функциональное назначение и показатели качества сети; надежность сети; стоимость сооружения сети; условия эксплуатации; требования к массе и габаритным размерам элементов сети. Для железнодорожных SDH/СЦИ сетей наиболее целесообразно использовать кольцевые топологии и их варианты, при этом важным является не только правильный выбор оборудования, но и оптимальное расположение узлов в каждом кольце и узлов, где будет организовано их взаимодействие. Самовосстанавливающимися называются сети, имеющие такую организацию, при которой достигается не только высокая надежность функционирования сети, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) ее работоспособности даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля.Ведомость объема работы включает в себя комплекс работ по установке, монтажу, регулировке и настройке проектируемого оборудования, комплекс работ по строительству кабельной линии, прокладке, подвеске, монтажу и измерениям на кабельной линии связи, а также стоимость этих работ. 2 Строительно-монтажные работы: комплекс работ по строительству кабельной линии, прокладке, подвеске, монтажу и измерениям на кабельной линии связи Процент берется от стоимости кабеля В рабочих чертежах на прокладку кабеля на планах расположения трассы кабеля должны указываться опасные места производства работ, пересечения с газопроводами, нефтепроводами и другими продуктопроводами, с силовыми кабелями и магистральными кабелями связи, а также делаются предупреждающие надписи об осторожности проведения работ на пересечениях кабеля связи с этими подземными коммуникациями. При подноске кабеля к траншее на плечах или в руках все работники должны находиться по одну сторону от кабеля. Заходить на заднюю рабочую площадку кабелеукладчика для проверки исправности и соединения концов кабеля можно во время остановки колонны и только работника, руководящего прокладкой кабеля.В ходе выполнения данного курсового проекта была спроектирована инфокоммуникационная оптическая сеть связи Приднепровской железной дороги с применением современных технологий - оптического волокна и системы передачи синхронной иерархии SDH. Также были осуществлены выбор необходимого уровня иерархии системы передачи, выбор типа оптического кабеля, расчет длин усилительных, регенерационных участков и расчет величины хроматической и поляризационно-модовой дисперсии.

Многоканальная связь получила широкое распространение на железнодорожном транспорте. Особенно большое значение эта связь приобретает в связи с разбросанностью подразделений железнодорожного транспорта на большие расстояния.

Управление работой отдельных хозяйственных единиц требует организации между командными пунктами (Министерство путей сообщения, управления дорог и т.п.) и низовыми организациями оперативной (например, телефон) и документальной (телеграф, передача данных, факсимиле) связи.

Обеспечение оперативной отчетности и сбора данных от отдельных подразделений для фиксации проделанной работы и составление оперативных планов возможно только при четко работающей оперативной и документальной связи.

Организация различных видов оперативно-технологической связи требует создания между отдельными станциями, узлами и административными пунктами соответствующего числа каналов связи. Каналы могут быть получены с использованием соответствующей аппаратуры, обеспечивающей ведение нескольких независимых телефонных разговоров по одной линии передачи.

Оперативно-технологическая связь прошла длительный путь развития на основе разработки и последовательной модернизации своей технической базы, а также поисков новых технических решений. Имеющиеся теперь на железнодорожном транспорте устройства оперативно-технологической связи были созданы в результате многолетнего труда большого коллектива транспортных специалистов.

В настоящее время широкое применение получили волоконнооптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

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. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

1. Анализ дорожной сети

1.1 Описание дороги

Приднепровская железная дорога расположена на Юге Украины. Организована в 1958-м году. Эксплуатационная длина (1974 г.) составляет 3275,9 км, или 2,4% от протяженности всей сети железных дорог СССР.

Приднепровская железная дорога связывает Донбасс с Криворожским железорудным бассейном двумя широтными линиями Чаплино - Синельниково - Днепропетровск - Верховцево - Пятихатки и Камыш-Заря - Пологи - Запорожье - Апостолово - Кривой Рог - Тимково. Дорога обслуживает крупные промышленные центры; Днепропетровск, Запорожье, Днепродзержинск, Кривой Рог, Павлоград, Никополь, Новомосковск и др., а также сельскохозяйственные районы. Работа Приднепровской железной дороги характеризуется высоким удельным весом отправлений и прибытий грузов. Однако грузооборот дороги сравнительно невелик изза небольшой дальности перевозок. В 1990 грузооборот дороги составил ок. 88 млрд. т-км. В перевозках грузов преобладают железная и марганцевая руды, каменный уголь, кокс, черные металлы, промышленные товары, машины, оборудование, строит, материалы, флюсы, зерно. Грузонапряженность перевозок 27 млн. т-км/км. В пассажирских перевозках Приднепровской железной дороги значительную долю составляет перемещение пассажиров в Крым и обратно по линии Лозовая - Запорожье - Мелитополь - Джанкой и далее к местам массового отдыха и лечения: Симферополь, Керчь, Евпатория, Феодосия. Интенсивный пассажирообмен существует с Московской, Донецкой, Одесской, Юго-Западной, Северо-Кавказской, Октябрьской, Львовской ж. д. Пассажирооборот составляет (1990) ок. 12 млрд. пасс-км. Развитию перевозок между Крымом и Кавказом на определенном этапе способствовало создание морской паромной переправы между ст. Крым и ст. Кавказ через Керченский пролив. К 1990 паромные перевозки намного сократились изза отсутствия паромов нужного класса.

На Приднепровской железной дороге сильно развито пригородное пассажирское движение (св. 85% всех отправлений пассажиров), но изза небольшой дальности доля пригородных пассажирских перевозок от суммарного пассажирооборота составляет около 25%.

В ходе боев и освобождения территории от противника железнодорожники осуществляли снабжение фронта, обслуживание перевозок, восстановление пути и подвижного состава. Тысячи железнодорожников участвовали в боевых операциях, вели работу в подполье. В послевоенные годы Приднепровская железная дорога была не только восстановлена, но и реконструирована, построены новые вокзалы, железнодорожные станции, искусственные сооружения, в т. ч. крупные мосты через Днепр. Главное меридиональное направление Лозовая - Запорожье - Симферополь - Севастополь переведено на электрическую тягу; электрифицированы основные широтные направления и пригородные участки. Электрической тягой выполняется 77% всего грузооборота, остальное - тепловозной. До 85% участков дороги оборудованы автоматической блокировкой, до 95% - электрической централизацией стрелок и сигналов. Построены крупные сортировочные станции, оборудованные современными техническими средствами механизации и автоматизации. На погрузочно-разгрузочных работах применяются средства механизации. Высокопроизводительные путевые машины используются для текущего содержания и ремонта пути.

Дорога награждена орденом Ленина (1971).

Рисунок 1 - Приднепровская железная дорога

Рисунок 2- Стилизованная схема Приднепровской железной дороги

Рисунок 3- Упрощенная стилизованная схема Приднепровской железной дороги

1.2 Расчет количества каналов

Волоконнооптические 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. Понятие сети абонентского доступа связано с тем, какой цифровой поток требуется абоненту или группе абонентов: 64 кбит/с (nx64 кбит/с; где п - количество потоков), 2 Мбит/с или nx2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 155 Мбит/с или 622 Мбит/с.

Особенностью существующей железнодорожной первичной сети связи является ее иерархическая структура, отражающая структуру управления технологическими процессами на дорожном, отделенческом и местном (включая внутриобъектовый) уровнях (рисунок 4).

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.

Рисунок 4 - Иерархическая структура первичной сети связи железной дороги

Рисунок 5 - Стилизованная схема дорожной сети связи Приднепровской 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.

Рисунок 6 - Стилизованная схема отделенческой сети связи Приднепровской железной дороги

Структура создаваемых волоконнооптических сетей, сохраняя иерархическую преемственность, позволяет более гибко и эффективно решить задачи обмена информации между различными категориями пользователей железнодорожного транспорта благодаря применению ВОСП SDH/СЦИ, встроенной в нее системы управления оборудованием сети, созданию кольцевых топологий.

При проектировании магистрали связи используются следующие каналы: - каналы СПД (E1) - каналы систем передачи данных;

- каналы ОТС (E0) - каналы оперативно-технической связи;

- каналы ОБТС (E0) -каналы телефонной сети общего пользования.

При расчете количества каналов используются следующие коэффициенты: - K1 - коэффициент количества каналов между станцией (ст.) и отделенческим узлом (ОУ);

- K2 - коэффициент количества каналов между двумя ОУ;

- K3 - коэффициент количества каналов между ДУ и ОУ. железный дорога оптический сеть

Рисунок 7 - Схема соединений между отделениями дороги

Рисунок 8 - Схема соединений между станциями дороги

“К1”= К1Е1 2К1Е0

“К2”= К2Е1 2К2Е0

“К3”= К3Е1 2К3Е0

По заданию количество каналов: К1=100, К2=250, К3=500.

Пример расчета числа каналов для участка ст3-ОУ2: 3“К3” “К2” “К1” = 3(К3Е1 2К3Е0) К2Е1 2К2Е0 К1Е1 2К1Е0 = 3(500Е1 2·500Е0) 250Е1 2·250Е0 100Е1 2·Е0 = 1850Е1 3700Е0

Пример расчета числа каналов E1 для участка ст3-ОУ2:

STM-1.

Таблица 1 - Типы и количество каналов на каждом из участков железной дороги

№ Участок Сумма Расчет числа каналов Количество Е1 Количество STM-1

1 ст1-ДУ(ОУ1) “К1” 100Е1 200Е0 107 2

2 ДУ(ОУ1)-ст3 3“К3” “К2” 1750Е1 3500Е0 1867 30

3 ст3-ОУ2 3“К3” “К2” “К1” 1850Е1 3700Е0 1974 32

4 ОУ2-ст4 “К1” 100Е1 200Е0 107 2

5 ОУ3-ОУ2 2“К3” “К2” 1250Е1 2500Е0 1334 22

6 ст5-ОУ3 “К1” 100Е1 200Е0 107 2

7 ОУ3-ст6 “К3” “К2” “К1” 850Е1 1700Е0 907 15

8 ст6-ст11 “К3” “К2” 750Е1 1500Е0 800 13

9 ст11-ОУ6 “К3” “К2” “К1” 850Е1 1700Е0 907 15

10 ОУ6-ст12 “К1” 100Е1 200Е0 107 2

11 ОУ3-ст7 “К3” “К2” 750Е1 1500Е0 800 13

12 ст7-ОУ4 “К3” “К2” “К1” 850Е1 1700Е0 907 15

13 ОУ4-ст8 “К1” 100Е1 200Е0 107 2

14 ОУ4-ДУ(ОУ1) 2“К3” “К2” 1250Е1 2500Е0 1334 22

15 ОУ4-ОУ5 “К2” 250Е1 500Е0 267 5

16 ст10-ОУ5 “К1” 100Е1 200Е0 107 2

17 ОУ5-ст9 “К3” “К2” “К1” 850Е1 1700Е0 907 15

18 ст9-ст2 “К3” “К2” 750Е1 1500Е0 800 13

19 ст2-ДУ(ОУ1) “К3” “К2” “К1” 850Е1 1700Е0 907 15

1.3 Выбор топологии построения волоконнооптической линии связи

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.

Простота технического обслуживания сети определяется тем, насколько выбранная топология позволяет упростить диагностирование, локализацию и устранение неисправностей.

Стоимость сети во многом зависит от числа и сложности узлов и линий связи. Выбранная топология сети должна, по возможности, обеспечивать оптимальное соединение узлов линиями связи так, чтобы общая стоимость передающей, аппаратной сред и программного обеспечения была минимальной.

Линейной топологией, или схемой «точка-точка», принято называть схему, связывающую два узла сети (оконечные станции), на каждом из которых формируются и заканчиваются все информационные потоки, передаваемые между узлами. Для их передачи посредством ВОСП используются два волокна (по одному в каждом направлении передачи), а при резервировании волокон - четыре (резерв 1 1 или 1:1), (рисунок 9, а). Она является наиболее простой и используется при передаче больших цифровых потоков по высокоскоростным магистральным каналам.

Развитием линейной топологии при последовательном соединении узлов сети (или нескольких пунктов выделения каналов) является цепочечная топология с возможностью многократного ввода-вывода в узлах сети (пунктах выделения каналов) одного общего для всех пунктов выделения канала (схема «точка-многоточка») или разных каналов из единого цифрового потока, (рисунок 9, б).

Звездная топология сети характеризуется тем, что каждый узел сети (пункт выделения каналов) имеет двухстороннюю связь по отдельной линии с центральным узлом - концентратором (обладающего функциями мультиплексора ввода - вывода и системы кроссовой коммутации), благодаря которому и обеспечивается полная физическая связность сети, (рисунок 9, г). Необходимо отметить, что при общем стандартном наборе функций оборудования SDH/СЦИ, определяемом рекомендациями МСЭ, мультиплексоры, выпускаемые конкретными производителями оборудования могут не иметь полный набор вышеперечисленных возможностей, либо, наоборот, иметь дополнительные.

Наиболее характерной топологией для сетей SDH/СЦИ является кольцевая.

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 9, в).

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.

Рисунок 9 - Типы базовых топологий цифровых сетей

Сочетания рассмотренных топологий позволяет создавать сети СЦИ с различной архитектурой. Как правило, все мультиплексоры СЦИ имеют возможность оснащения различными платами оптоэлектронных интерфейсов на длинах волн 1310 и 1550 нм, выбор которых позволяет оптимизировать структуру линии в зависимости от соотношения стоимости и длин регенерационных участков.

При выборе топологии сетей необходимо также учитывать число оконечных устройств (ОУ) и устройств обработки информации (УОИ); территориальное расположение ОУ и УОИ; функциональное назначение и показатели качества сети; надежность сети; стоимость сооружения сети; условия эксплуатации; требования к массе и габаритным размерам элементов сети.

Для железнодорожных SDH/СЦИ сетей наиболее целесообразно использовать кольцевые топологии и их варианты, при этом важным является не только правильный выбор оборудования, но и оптимальное расположение узлов в каждом кольце и узлов, где будет организовано их взаимодействие. При этом должны быть обеспечены условия построения системы управления сети с кольцевыми структурами.

Кольцевание сети должно будет осуществляться исходя из следующих принципов. В случае, когда железные дороги проходят параллельно, кольцевание осуществляется с использованием поперечных направлений или с использованием инфраструктуры других ведомственных сетей, например, на опорах линий электропередачи (ЛЭП). На линейной сети связи, проложенной вдоль дороги, будут формироваться плоские кольца. Учитывая взаимное тяготение узлов, расположенных вдоль железнодорожных магистралей, плоские кольца целесообразно организовывать в пределах диспетчерского участка и отделения дороги. Выпуклые кольца большой протяженности организуются на дорожном и магистральном уровнях.

Большое значение для волоконнооптических сетей связи имеет способ физического доступа к передающей среде - волокну, тип сетевого интерфейса. По этому признаку волоконнооптические 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. С точки зрения топологии в пассивных волоконнооптических сетях связи используется так называемая многоточечная пассивная схема той или иной конфигурации с оптико-оптическим сетевым интерфейсом.

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.

Исходя из расположений ОУ и станций, для Приднепровской железной дороги применим кольцевую топологию с двунаправленной передачей цифрового потока между узлами сети.

1.4 Резервирование каналов на участках волоконнооптической линии связи

Самовосстанавливающимися называются сети, имеющие такую организацию, при которой достигается не только высокая надежность функционирования сети, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) ее работоспособности даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля.

В принципе существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей, которые могут быть сведены к следующим схемам: 1 резервирование участков сети по схемам 1 1 и 1:1 по разнесенным трассам;

2 организация самовосстанавливающихся плоских кольцевых сетей, резервированных по схемам 1 1 и 1:1;

3 резервирование терминального оборудования по схемам 1:1 и N:1;

4 восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла;

5 использование систем оперативного переключения.

Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации.

В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам, сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам: - резервирование по схеме 1 1 - сигналы анализируются и выбирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;

- резервирование по схеме 1:1 - альтернативным маршрутам назначаются приоритеты - низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.

Это общие методы восстановления работоспособности, применимые для любых сетей.

Во втором случае используется топология типа "плоское кольцо", которое может быть организовано с помощью двух оптических волокон в одном ВОК. Защита маршрута в плоском кольце, которая соответствует типу 1 1, может быть организована двумя путями.

Первый путь - используется защита на уровне трибных блоков TU-n, передаваемых по разным кольцам (основному и резервному). Весь основной трафик передается в одном из направлений (например, по часовой стрелке). Если в момент приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит распределенный по кольцу характер, а сам метод носит название метода организации однонаправленного сдвоенного кольца.

Второй путь - защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используются как основное, второе - как резервное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки TU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основного и защитного колец на границах дефектного участка, образующее новое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора (восточной или западной). Современные схемы управления мультиплексорами могут поддерживать оба эти метода защиты.

В третьем случае восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Схема резервирования в общем случае М:1, что допускает различную степень резервирования: от 1:1 (100%) до меньшей степени, например, 4:1 (25%), когда на 4 основных трибных интерфейсных карты используется одна резервная, которая автоматически выбирается системой кросс-коммутации при отказе одной из основных. Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре SDH/СЦИ для резервирования трибных карт 2 Мбит/с (4:1 или 3:1 для STM-1 или 16:1, 12:1, 8:1 для STM-4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков, например, блоков кросс-коммутации и систем управления и резервного питания, время переключения которых на запасные не превышает обычно 10 мс.

В четвертом случае резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного узла из схемы функционирования. Так, системы управления SDH/СЦИ мультиплексоров обычно дают возможность организовывать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа.

В пятом случае, характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс-коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в случае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих или исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков. Процедура такой реконфигурации может быть централизованной или распределенной.

Использование систем оперативного переключения по принципу организации защиты напоминает схему резервирования 1:1 метода резервирования по разнесенным трассам. Разница, однако, состоит в том, что в последнем случае физический или виртуальный канал уже существует, тогда как в первом он формируется в момент оперативного переключения (действие более характерное для коммутатора/маршрутизатора в сетях пакетной коммутации).

Для повышения надежности функционирования дорожной сети используют резервирование по схеме 1 1 или 1:1 по разнесенным трассам, которые формируются в процессе использовании кольцевой топологии данной сети, и аналогичное резервирование терминального оборудования. В сетях отделений дороги используются плоские кольцевые сети.

Для кольцевой топологии Приднепровской железной дороги используется резервирование по схеме 1 1, при этом работоспособность системы будет восстанавливаться за счет исключения поврежденного узла из схемы функционирования и создания обходного пути.

Для организации отделенческой связи используется топология "плоское кольцо" с помощью двух оптических волокон в одном ВОК, при этом применяется оборудование STM-4. Для резервирования необходимо использовать второй такой же кабель с уровнем иерархии STM-4, т.е. организовать второе плоское кольцо.

Рисунок 10 - Схема соединений между станциями на дорожном уровне с учетом резервирования

Рисунок 11 - Схема соединений между станциями на отделенческом уровне с учетом резервирования

Пример расчета числа каналов для участка ОУ2-ОУ3: 8“К3” 4“К2” = 8(К3Е1 2К3Е0) 4(К2Е1 2К2Е0) = 8(500Е1 2·500Е0) 4(250Е1 2·250Е0) = 5000Е1 10000Е0

Пример расчета числа каналов E1 для участка ОУ2-ОУ3:

STM-1.

Таблица 2 - Типы и количество каналов на каждом из участков железной дороги с учетом резервирования

№ Участок Сумма Расчет числа каналов Количество Е1 Количество STM-1

1 ДУ(ОУ1)-ОУ2 8“К3” 4“К2” 5000Е1 10000Е0 5334 85

2 ОУ2-ОУ3 8“К3” 4“К2” 5000Е1 10000Е0 5334 85

3 ОУ3-ОУ4 8“К3” 4“К2” 5000Е1 10000Е0 5334 85

4 ОУ4- ДУ(ОУ1) 9“К3” 6“К2” 6000Е1 12000Е0 6400 102

5 ОУ4-ОУ5 3“К3” 3“К2” 2250Е1 4500Е0 2400 38

6 ОУ5- ДУ(ОУ1) 3“К3” 3“К2” 2250Е1 4500Е0 2400 38

7 ОУ3-ОУ6 2“К3” 2“К2” 1500Е1 3000Е0 1600 26

Таблица 3 - Типы и количество каналов для отделенческой сети связи железной дороги с учетом резервирования

№ Участок Сумма Расчет числа каналов Количество Е1 Количество STM-1

1 ст1-ДУ(ОУ1) 2“К1” 200Е1 400Е0 214 4

2 ст3-ОУ2

3 ОУ2-ст4

4 ст5-ОУ3

5 ОУ3-ст6

6 ст11-ОУ6

7 ОУ6-ст12

8 ст7-ОУ4

9 ОУ4-ст8

10 ст10-ОУ5

11 ОУ5-ст9

12 ст2-ДУ(ОУ1)

1.5 Выбор системы передачи и ее характеристика

Синхронная цифровая иерархия (SDH/СЦИ). Основным отличием технологии SDH/СЦИ от PDH/ПЦИ является переход на новый принцип мультиплексирования. Технология SDH/СЦИ является базовой сетевой технологией и представляет собой современную концепцию построения цифровой первичной (транспортной) сети.

Технология SDH/СЦИ в окончательной версии поддерживает уровни иерархии каналов со скоростями передачи 155,52; 622,08; 2488,32; 9953,28; и 39813,12 Мбит/с (таблица 4). В транспортной сети пользовательские интерфейсы, соответствующие синхронным транспортным модулям STM-N более низкого уровня иерархии, могут служить полезной нагрузкой для сетевых элементов более высокого уровня. 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.

Таблица 4 ? 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”

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.

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.

Выберем оборудование передачи данных. Для обеспечения связи на Приднепровской железной дороге необходимы оптические мультиплексоры, обеспечивающие обмен информации по протоколам STM-4 и STM-64. Выберем мультиплексоры SDH/СЦИ - Siemens SURPASS HIT 7070 и SMA4/1.

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. Перечень используемых модулей в системе SURPASS HIT 7070, а также их назначение приведено в таблице 5.

Таблица 5 - Перечень используемых модулей SURPASS HIT 7070

№ Название Назначение

1. IFS10G-R - одиночный оптический интерфейс STM-64 Является оптическим интерфейсом для трафика системы. Осуществляет преобразование трафика из оптического в электрический, осуществляет восстановление данных. Также данная плата осуществляет генерацию оптического сигнала на требуемой длине волны.

2. IFQGBE - квадратичный оптический Gigabit Ethernet Осуществляет преобразование до четырех оптических сигналов Gigabit Ethernet в сигнал SDH. Также осуществляет функции контроля потока и ограничения битовой скорости, чтобы не допустить потерю пакетов. Поддерживает интерфейсы Ethernet 1000BASESX (850 нм) и 1000BASELX (1310нм).

3. IFQGBE-E - квадратичный электрический Gigabit Ethernet Осуществляет преобразование до четырех электрических сигналов Gigabit Ethernet в сигнал SDH. Также осуществляет функции контроля потока и ограничения битовой скорости, чтобы не допустить потерю пакетов. Вход и выход электрических сигналов реализован через разъемы RJ-45 на плате.

4. SF160G - коммутационная матрица высшего разряда Осуществляет переключения между всеми гнездами интерфейса. Реализует функции коммутации, ввода-вывода, защиты трафика. Общая мощность составляет 1024?1024 эквивалентов STM-1 (160 Гбит/с).

5. SF10G - коммутационная матрица младшего разряда Обеспечивает общую мощность 10 Гбит/с (64?64 эквивалентов STM-1). На нее возложены функции сборки виртуальных контейнеров.

6. PF2G5 - пакетная коммутационная матрица RPR. Обеспечивает защиту пакетного трафика на упругом пакетном кольце. Функционирует в рамках протокола инкапсуляции GFP.

7. CLU - центральный тактовый генератор Обеспечивает синхронизацию всего сетевого элемента путем получения внешнего сигнала синхронизации и подстройки собственного тактового генератора.

8. SCOH - системный контроллер Является основным контроллером системы и осуществляет управление всеми компонентами системы. Возможно удаленное управление системой с использованием служебных каналов связи.

9. Статив с полками для оборудования Служит для установки системы и обеспечения ее работы.

На рисунке 12 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 волоконнооптический кабель. При этом резервное и основное направления передачи информации имеют одну длину волны. Выбор длин волн для организации связи осуществляется соответствии с рекомендацией ITU-T G.692 из стандартного перечня частот.

Рисунок 12 - Логические связи между мультиплексорами SDH/СЦИ

Мультиплексор SMA4/1 является новым поколением синхронного мультиплексора стандарта SDH, выполняющим мультиплексирование трибутарных сигналов PDH и SDH в агрегатный сигнал уровня STM-4. Продукт состоит из общей модулейформы аппаратно-программного обеспечения для сетевых приложений STM-1 и STM-4. Мультиплексор SMA4/1 обладает высокой степенью гибкости: он может использоваться как мультиплексор вставки/выделения, как местный кросс-коннектор или как обычный линейный терминал.

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 емкостью 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;

- кольцевое межсоединение 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 рекомендациям

В ходе выполнения данного курсового проекта была спроектирована инфокоммуникационная оптическая сеть связи Приднепровской железной дороги с применением современных технологий - оптического волокна и системы передачи синхронной иерархии SDH.

Также были осуществлены выбор необходимого уровня иерархии системы передачи, выбор типа оптического кабеля, расчет длин усилительных, регенерационных участков и расчет величины хроматической и поляризационно-модовой дисперсии. В разделе охраны труда описаны способы строительства кабельной линии передачи. Был разработан структурный план трассы кабельной линии на Приднепровской железной дороге.

Рассмотрены основные принципы построения ведомостей объема работы, материалов и оборудования.

Таким образом, в результате выполнения данного курсового проекта получены необходимые навыки проектирования ВОЛС с применением современных систем передачи.

1. Виноградов В.В. Волоконнооптические линии связи /В.В. Виноградов, В.К. Котов, В.Н. Нуприк //Учебное пособие для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. - М.: ИПК «Желдориздат», 2002. - 278с.

2. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи /В.И. Кириллов //Учебник для ВУЗОВ - М.: Новое знание, 2002. - 751с.

3. Ракк М.А. Измерения в технике связи /М.А. Ракк //Учебник. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. - 312с

4. Фриман Р. Волоконнооптические системы связи /Р. Фриман //Пер. с англ. Изд. 4, доп. (Мир связи) - М.: Техносфера, 2007. - 512с.

5. Гордиенко В.Н. Многоканальные телекоммуникационные системы /В.Н. Гордиенко, М.С. Тверецкий //Учебник для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 416с

6. Ресурсы сети INTERNET.