Общие сведения о существующем тракте связи. Техническое обоснование реконструкции. Основные виды и типы оптических волокон. Создание сверхплотных систем DWDM. Расчёт числа каналов и пропускной способности. Применение оборудования OptiX OSN 8800.
Аннотация к работе
Такой технологией является DWDM уплотнения волнового мультиплексирования причиной появления данной технологии это невозможность повысить скорость передачи потока STM по причине проскальзывания битов в среде передачи поэтому используется цифровой поток STM-64 со скоростью 9953,28 Мбит/с и STM-256 со скоростью 39813,12 Мбит/с также ведется разработка цифрового потока STM-1024, но он еще не совершенен изза высокой дисперсии. Запас производительности сети DWDM ПАО «Ростелеком» - до 40 Гбит/с по одной длине волны, максимальное количество длин волн в системе DWDM - 40 и ограниченная полосой пропускания 400 Гбит/с. G.654_-_одномодовое оптическое волокно, которое имеет нулевую дисперсию при длине волны около 1300 нанометров с минимальным уровнем потерь, и одномодовое волокна со смещенной дисперсией и отсечкой при длине волны вблизи 1550 нанометров, оптимизированы для использования в диапазоне длин волн 1530-1625 нанометров. Определены две частотные границы в C диапазоне от 1528,77 (196,1 ТГЦ) до 1560,61 нанометров (192,1 ТГЦ) нанометров применяется 41 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГЦ или до 82 оптических каналов при его ширине 50 Гигагерц, а также возможен шаг в 200 и 400 ГГЦ, в этом случае емкость одного оптического канала составляет 9953,28 Мбит/с (уровень STM-64). В результате получаем, что для голосовой связи нам необходимо 6026 каналов со скоростью 64 Кбит/с, для передачи данных нам потребуется 9038 каналов со скоростью 200 Мбит/с, а для цифрового телевиденья 3752 канала со скоростью 24 Мбит/с.В данной выпускной квалификационной работе разработаны основные системотехнические и технологические решения по реконструкции участка сети ПАО «Ростелеком» для предоставления клиентам как уже существующих услуг VPN, пакетной телефонии, широкополосного доступа так и вновь вводимых услуг, в соответствии с запланированным увеличением клиентской базы.
Введение
В 1966 году были представлены оптические нити из обычного стекла с затуханием в 1000 ДБ/км. В 1970 году был представлен качественный оптический кабель с затуханием в 20 ДБ/км этого было достаточно для реализации в телекоммуникационных сетях.
Несомненно, это время было обусловлено прогрессом средств связи. Телеграфы, телефоны и радио позволили передавать необходимую информацию на любые расстояния. Необходимый прогресс средств связи повлиял и на развитие науки и техники, нуждающихся в надежных каналах связи.
На сегодняшний день Информационные сети начали проникать в образование, науку, производственную деятельность. С изменением расстояния между людьми, создавая новые информационные общества, сети связи начали изменять представление о мире в головах каждого человека.
Это и является одной из основных причин в повышении пропускной способности. На сегодняшний день удовлетворить потребность абонентов в передачи данных можно только с помощью технологии волоконнооптических систем связи (ВОСП).
Система ВОСП лидирует среди остальных средств связи. Ее отличием является высокая скорость передачи данных и защитой от не санкционированного доступа. Ведется разработка и испытания новых ВОСП нового поколения с пропускной способностью несколько Тбит/с. Данные системы использую спектральное разделения каналов, а также новую элементную базу, основанную на современных технологиях.
Нынешний этап разработки ВОСП характеризуется серьезным технологическим прорывом в области элементной базы позволяющая совершить скачок в области пропускной способности до Тбит/с и более. Такой технологией является DWDM уплотнения волнового мультиплексирования причиной появления данной технологии это невозможность повысить скорость передачи потока STM по причине проскальзывания битов в среде передачи поэтому используется цифровой поток STM-64 со скоростью 9953,28 Мбит/с и STM-256 со скоростью 39813,12 Мбит/с также ведется разработка цифрового потока STM-1024, но он еще не совершенен изза высокой дисперсии. Но благодаря технологии DWDM сигнал можно уплотнить и тем самым увеличить его скорость до нескольких Тбит/с так же существует технология, позволяющая увеличить скорость канала без проскальзывания битов если перед мультиплексором DWDM.
Целью выпускной квалификационной работы, которая заключается в реконструкции участка сети для увеличения пропускной способности с применением DWDM технологии.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач: - реконструировать систему связи;
- подобрать телекоммуникационную технологию, в рамках которой будет работать магистральная система передачи;
- выбрать оборудование для среды передачи;
- рассчитать уровни оптических каналов и коэффициенты усиления систем передачи.
Решение отмеченных выше задач позволяет достичь поставленной цели, а именно, реконструкцию участка сети с применением DWDM технологии что позволит предоставить услуги: - скорость передачи данных для домашнего интернета до 200 Мбит/с;
- предоставление интерактивного телевидения с качество HD и full HD;
Актуальность темы выпускной квалификационной работы может быть обоснована следующими фактами. Во-первых, материалы, опубликованные в учебниках, носят разрозненный характер, и его систематизация и унификация является актуальной задачей. Во-вторых, как известно, предполагается развитие сетей следующего поколения. В-третьих, в соответствии со стратегией развития информационного общества, утвержденной указом Президента РФ номер 203 необходимо развитие отрасли связи, для реализации права граждан на доступ к информации, а также обеспечение свободы выбора средств получения знаний при работе с информацией. В соответствии с данной стратегией постоянно проводится внедрение новых информационных и коммуникационных технологий. Целью стратегии развития является создание условий для формирования в России общества знаний. В целях развития информационного общества, государством создаются условия для предоставления доступа к пространству знаний. Данная работа является актуальной, так как соответствует этим положениям стратегии развития, утвержденным приказом Президента РФ [14].
Таким образом, тема выпускной квалификационной, заключающаяся в реконструкции оптического тракта и увеличение пропускной способности.
1. Обоснование необходимости реконструкции
1.1 Общие сведения существующего тракта связи
В 2013 году было произведено строительство линии связи Красноярск-Абакан до этого года связь между городами осуществлялась по кабельной линии связи, проложенной вдоль железной дороги. Оптическая связь осуществлялась по тракту Красноярск-Тайшет-Абакан. На оптической магистрали проложен кабель с волокном стандарта G 652 и G 655. Оптические тракты между городами Красноярск-Абакан указаны в таблице 1.1. Карта оптических трактов изображена на рисунке 1.1 [10].
Таблица 1.1 - Технические характеристики участков
№ Сегмент DWDM Магистраль Тип волокна Оптическая длина км.
1 Красноярск-Абакан ОК-259 G 652, G 655 402,3
2 Красноярск-Абакан ОК-257 G 652, G 655 435,74
Рисунок 1.1 - Оптические тракты ОК-259 и ОК-257 ПАО «Ростелеком
1.2 Действующая схема DWDM
Оптическая сеть спектрального уплотнения DWDM ПАО «Ростелеком» построена на базе оборудования OPTIX BWS 1600G-III производства Huawei Technologies.
В 2013 году были спроектированы и развернуты основные магистральные линии на участках Красноярск-Абакан, Абакан-Новокузнецк. В указанных городах были установлены оконечные оптические мультиплексоры ОТМ DWDM. Запас производительности сети DWDM ПАО «Ростелеком» - до 40 Гбит/с по одной длине волны, максимальное количество длин волн в системе DWDM - 40 и ограниченная полосой пропускания 400 Гбит/с.
Все транспондеры обеспечивают передачу данных без потерь и в случае повреждения канала связи в некритических ситуациях восстанавливают данные при помощи усилителей так как расстояние между городами не большое нет необходимости использовать алгоритм исправления ошибок которая заключается в использование электрического сигнала для восстановления трафика.
За все время эксплуатации оборудование OPTIX BWS 1600G-III показало свою эксплуатационную надежность и удобство организации новых каналов. Схема организации сети оптического тракта ОК-257 изображена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Схема организации связи на участке Красноярск-Абакан
1.3 Техническое обоснование реконструкции
Город Абакан столица республики Хакасия, город расположен на устье реки Енисей и располагается в 270 километрах (по прямой) от города Красноярск. В городе Абакан развито тяжелое машиностроение, действует опытно механический завод. Работает также сталелитейный завод. Имеется производство стройматериалов. В Абакане ведут деятельность восьми интернет провайдеров и пятью операторов сотовой связи сети [2].
Город Красноярск центр Восточносибирского экономического района. Крупный транспортно-логический центр. Основные экономические отрасли - цветная металлургия, гидроэнергетика, космическая промышленность. Город расположен на обоих берегах Енисея на стыке западносибирской равнины и среднесибирского плоскогорья. В Красноярске ведут деятельность пяти операторов сотовой связи и девяти интернет провайдеров [3].
Основной причиной улучшений магистральной сети является: - рост числа абонентских подключений;
- рост потребности в пропускной способности;
- предоставление новых услуг на сети.
Каждый год растет потребление трафика на 40% и междугородний трафик передачи данных вырос со 120 Мбит/с до 200 Мбит/с поэтому необходимо заменить оборудование, отвечающее запросам в пропускной способности и реконструировать участок сети с целью снижения затрат на обслуживания.
В данной работе будет реконструирован оптический тракт ОК-257 по причине не эффективного использования, в результате устаревшего оборудования и большого количество усилительных участков. Данная работа предлагает замену оборудования на более эффективное, а также реконструкцию участка сети на данном тракте, что позволит разгрузить трафик на оптическом тракте ОК-259.
2. Классификация оптических волокон
2.1 Виды и типы оптических волокон
Существует два вида оптических волокон многомодовые и одномодовое. Многомодовое волокно имеет диаметр сердцевины 50-62,5 микрометров. Данное волокно на сегодняшний день малоиспользуемое по причине большого затухания и применяется на коротких расстояниях, например, в пределах одного здания или иногда группы зданий. Одномодовое волокно используется повсеместно имеющееся диаметр сердцевины 6-9 микрометров и низкое кило метрическое затухание, но оно на 70% процентов дороже чем многомодовое. Волокна описываются стандартами. Сравнение одномодовых и многомодовых технологий занесено в таблице 2.1.
Используемые длины волн, мкм 1310 и 1550 850 и 1310
Затухание, ДБ/км 0,4-0,5 1,0-3,0
Тип передатчика Лазер, иногда светодиод Светодиод
Толщина сердечника мкм 8-9 50 или 62,5
Скорость передачи 10 Гб и более До 1 Гб
Дальность передачи Fast Ethernet, км 20 2
Дальность передачи разработанное для устройств Fast Ethernet, км более 100 До 5
G.651_-_стандартное многомодовое волокно было исключено из рекомендаций в 2008 году.
G.651.1_-_многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления и диаметром сердцевины 50 микрометров.
G.652_-_стандартное одномодовое оптическое волокно оптимизированы для передачи на длине волны 1310 нанометров.
G.653_-_одномодовое оптическое волокно со сдвигом дисперсии. Оптическое волокно данного типа имеет нулевую дисперсию на длине волны 1550 нанометров.
G.654_-_одномодовое оптическое волокно, которое имеет нулевую дисперсию при длине волны около 1300 нанометров с минимальным уровнем потерь, и одномодовое волокна со смещенной дисперсией и отсечкой при длине волны вблизи 1550 нанометров, оптимизированы для использования в диапазоне длин волн 1530-1625 нанометров. Используемое для передач на большие расстояния.
G.655_-_одномодовое оптическое волокно, имеющие смещенную ненулевую дисперсию работающие на длине волны 1550 микрометров. Данное волокно, используемое при построении магистралей где, применяется технология DWDM.
Внешнее покрытие может достигать 250 микрометров с возможным отклонением от нормы в 15 микрометров.
G.656_-_одномодовое оптическое волокно имеющие ненулевую дисперсию в зоне 1550 микрометров. Используется при построении широкополосных линий связи.
G.657_-_оптическое волокно характеризуемое уменьшенным коэффициентом потерь при незначительных изгибах. Оптимально подходят для применения во внутренних помещениях. Длинна волны 1310 микрометров [12]. Типы оптических волокон изображены на рисунке 2.1.
Рисунок - 2.1 Типы оптических волокон
2.2 Окна прозрачности
В оптической среде передачи используется три окна прозрачности 850, 1310, 1550 микрометров. График зависимости затухания от длины волны изображен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - График зависимости затухания от длины волны
Синхронная цифровая иерархия имеет уровни со скоростями передачи, соответствующими STM-N в таблице 2.2.
Значения километрического затухания при различных длинах волн занесено в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 - Значения затуханий на различных длинах волн
Длина волны Типичные значения погонного затухания
850 нм 3 ДБ/км
1300 нм 0,75 ДБ/км
1310 нм 0,33 ДБ/км
1380 нм 0,50 ДБ/км
1490 нм 0,24 ДБ/км
1550 нм 0,22 ДБ/км
1625 нм 0,23 ДБ/км
3. Общие сведения технологии DWDM
Технология DWDM - уплотнения волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing) используется при создании оптических магистралей нового поколения, работающих на терабитных скоростях. Особенностью данной технологии является возможность передавать большие объемы информации с помощью разделения спектрального разделения каналов где каждый канал несет собственную информацию [4].
Попытки использовать спектральное уплотнение началось довольно давно. Сперва попыткой объединения были диапазоны 850 и 1310 нанометров позже 1310 и 1550 нанометров при использовании этих диапазонов используют стандарты системы синхронной цифровой иерархии [4].
DWDM оборудование позволяющие мультиплексировать в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.692 разработаны только для третьего окна передач 1550 нанометров в соответствии с рекомендациями G.652, G.655, G.653. Определены две частотные границы в C диапазоне от 1528,77 (196,1 ТГЦ) до 1560,61 нанометров (192,1 ТГЦ) нанометров применяется 41 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГЦ или до 82 оптических каналов при его ширине 50 Гигагерц, а также возможен шаг в 200 и 400 ГГЦ, в этом случае емкость одного оптического канала составляет 9953,28 Мбит/с (уровень STM-64). В L диапазоне 1570-1605 нанометров максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГЦ. Скорость каждого канала может достигать 39813,12 Мбит/с (STM-256) [5].
До технологии DWDM использовалась технология волнового мультиплексирования WDM (Wave Division Multiplexing) в которой используется лишь четыре канала в окнах прозрачности 1310 нанометров и 1550 нанометров с интервалом шага от 400 до 800 Гигагерц. Мультиплексирование DWDM называется «уплотненным» по причине того, что в нем используется маленькое дистанция между длинами волн чем в WDM.
Так же существует технология высоко уплотненного волнового мультиплексирования HDWDM (High Dense Wave Division Multiplexing) способная функционировать с частотным планом с шагом 25 ГГЦ.
Основной проблемой при создании сверхплотных систем DWDM является то, что со снижением длинны шага частот происходит наложение каналов друг на друга. В результате чего увеличивается количество ошибок и невозможность передачи данных, на рисунке 3.1 изображен пример наложения каналов.
Также следует при применении оптического уплотнения по длинам волн в оптическом мультиплексоре случаются существенные оптические потери. Так, оптического уплотнения по длинам волн в оптическом мультиплексоре случаются существенные оптические потери.
Рисунок 3.1 - Вид спектра волн для двух частотных планов
При учете потерь на обеих сторонах общая величина составит 18 децибел. Изза таких потерь сокращаются возможность передачи на более дальние расстояния передачи, поэтому без применения оптических усилителей система не способна работать. Что бы уровнять оптические потери в оптическом мультиплексоре применяется волокно оптический усилитель мощности (BOOSTER). В случаи нехватки данной мощности применяется оптический усилитель на приемном конце [6].
Технология DWDM наиболее распространена в соединенных штатах Америки так как там хорошо развит рынок волокно оптических систем. Так же используется в других регионах мира таких как Европа и Азии. По мимо этого данная технология анализируется не только как средство с высокой пропускной способностью, но также как наиболее надежная система, применяемая для мультисервисных и мобильных сетей. Предоставляющая очень высокое повышение пропускной способности сети и предоставляющая новые услуги связи [6].
На сегодняшний день применяются частотные планы для различных разновидностей систем DWDM, CWDM, HDWDM, WDM. При использовании DWDM оборудование на 160 каналов одновременно использовать в диапазонах C и L появляются требования к оптическим кабелям, то есть характеристики затухания в данных диапазонах должны быть одинаковы. Поэтому необходимо использовать оптических кабель с симметричными свойствами в С и L диапазонах. Для кабелей, отвечающих требованиям рекомендации G.652, разница затухания в указанных диапазонах может достигать 0,02 ДБ/км, что в пересчете на один усиливающий участок составляет до 2 ДБ. На рисунке 3.2 изображено распределение длин волн по диапазонам [5].
Рисунок 3.2 - Распределение длин волн по диапазонам связь оптический канал пропускной
Коллективное использования оборудования SDH и DWDM широко применяется на существующих сетях стандарта PDH что обеспечивает гибкий переход к целиком IP-совместимым сетям. Данный способ развития полностью согласует требования, как в функциональности, так и к пропускной способности сетей [7].
Использование технологии DWDM используется для передачи больших объемов данных. С ростом числа оптических каналов, применяющихся в одном волокне, стоимость передачи информации снижается.
Технология DWDM позволила соединить передачу смешанного трафика. Для этого каждому виду трафика выделяются оптический канал или длина волны [7].
Главными преимуществами сетей DWDM являются: - высокие скорости передачи;
- высокая утилизация оптических волокон;
- возможность обеспечить защиту на основе кольцевой топологии;
- позволяет использование любых технологий канального уровня благодаря прозрачности каналов оптических волокон;
- возможность простого наращивания каналов в оптической магистрали.
Особенность технологии DWDW это в отсутствии регенераторов применяемые в сетях SDH. Недостаток систем электрической регенерации сигналов в том, что они должны воспринимать определенный вид кодирования, что делает их весьма дорогими. Оптические усилители, «прозрачно» передающие информацию, позволяют наращивать скорость магистрали без необходимости модернизировать усилительные блоки. Протяженность участка между оптическими усилителями может достигать 150 километров и более, что обеспечивает экономичность создаваемых магистралей DWDM, в которых длина мультиплексной секции составляет на сегодня 600-3000 км при применении от одного до семи промежуточных оптических усилителей [8].
Ограничения на количество пассивных участков и их длину связаны с деградацией оптического сигнала при оптическом усилении. Хотя оптический усилитель восстанавливает мощность сигнала, он не полностью компенсирует эффект хроматической дисперсии, изображено на рисунке 3.3, а также другие нелинейные эффекты.
Рисунок 3.3 - Результат воздействия хроматической дисперсии
Поэтому для построения более протяженных магистралей необходимо между усилительными участками устанавливать мультиплексоры DWDM, выполняющие регенерацию сигнала путем его преобразования в электрическую форму. Для уменьшения нелинейных эффектов в системах DWDM применяется также ограничение мощности сигнала [9]. Существуют различные типовые топологии DWDM. Сверхдальняя двухточечная связь на основе терминальных мультиплексоров DWDM основанная на топологии синхронной цифровой иерархии «точка-точка». При организации данной магистрали устанавливаются на двух концах мультиплексоры DWDM, а в промежутках оптические усилители. Топология сверхдальней точечной связи изображена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Сверхдальняя двухточечная связь на основе терминальных мультиплексоров DWDM
Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах основанная на топологии синхронной цифровой иерархии по типу «Последовательная линейная цепь» Оптические мультиплексоры способны вывести из общего оптического сигнала вывести волну определенной длины и ввести сигнал аналогичной длины, при этом спектр сигнала не поменяется, а в соединение будет выполнено подключение одним из абонентов, подключенных к промежуточному мультиплексору. Топология цепи с вводом выводом изображена на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 - Цепь DWDM с вводом-выводом в промежуточных узлах
Кольцевая топология обеспечивает надежность сети DWDM за счет запасных путей. Методы защиты трафика, применяемые в DWDM, аналогичны методам в синхронной цифровой иерархии. Для того чтобы какое-либо соединение было защищено, между его конечными точками устанавливаются два пути: основной и резервный. Мультиплексор конечной точки сравнивает два сигнала и выбирает лучший. Кольцевая топология изображена на рисунке 3.6[6].
Ячеистая топология применяться по мере развития сетей DWDM обеспечивает лучшие показатели в плане гибкости, производительности и отказоустойчивости, чем остальные топологии. Однако для реализации ячеистой топологии необходимо наличие оптических кросс-коннекторов, которые не только добавляют волны в общий транзитный сигнал и выводят их оттуда, как это делают мультиплексоры ввода-вывода, но и поддерживают произвольную коммутацию между оптическими сигналами, передаваемыми волнами разной длины ячеистая топология изображена на рисунке 3.7 [7].
Рисунок 3.7 - Ячеистая топология DWDM
Оптические кросс-коннекторы применяются в сетях с ячеистой топологией для обеспечения гибких возможностей для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы, позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов [5].
Хроматическая дисперсия влияет на импульсы составляющие оптический сигнал в результате импульсы становятся шире по мере распространения по волокну, при передаче сигналов на большие расстояния импульсы могут накладываться на соседние, затрудняя точное их восстановление. С увеличением скорости передачи и длины оптического волокна влияние хроматической дисперсии возрастает. Для уменьшения влияния хроматической дисперсии на передаваемые сигналы, применяются компенсаторы дисперсии. На рисунке 3.8 изображена поляризационная модовая дисперсия [5].
Поляризационная модовая дисперсия, возникает в оптическом волокне изза разности скоростей распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды, что приводит к искажению формы передаваемых импульсов. Причиной этого явления является неоднородность геометрической формы оптического волокна. Влияние поляризационной модовой дисперсии на передаваемые оптические сигналы возрастает с увеличением скорости передачи, с увеличением числа каналов системы уплотнения и с увеличением длины волокна [5].
Рисунок 3.8 - Поляризационная модовая дисперсия
Поляризационная модовая дисперсия, возникает в оптическом волокне изза разности скоростей распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды, что приводит к искажению формы передаваемых импульсов. Причиной этого явления является неоднородность геометрической формы оптического волокна. Влияние поляризационной модовой дисперсии на передаваемые оптические сигналы возрастает с увеличением скорости передачи, с увеличением числа каналов системы уплотнения и с увеличением длины волокна [5].
В соответствии с рекомендацией ITU-T G.692 определено три типа усилительных участков: - L (Long) - участок состоит не более восьми пролетов и семи оптических усилителей допустимое расстояние не более 80 километров при общей длине не более 640 километров;
- V (Very long) - участок состоит максимум из пяти пролетов и четырех оптических усилителей с допустимым расстоянием не более 120 километров при общей длине не более 600 километров;
- U (Ultra long) - участок без промежуточных усилителей длиной до 160 км [6].
4. Расчет уровней оптических каналов
4.1 Расчет числа каналов и пропускной способности
Число потребного длин волн, связывающих оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле (4.1),
(4.1) где Н0 - число жителей по переписи 2010 года;
?H - среднегодовой прирост населения;
t - период, определяемый как разность между начальным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.
Число жителей города Красноярск: тысяч человек
Число жителей города Абакан: тысяч человек
Количество абонентов определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания АМТС. Исходя из статистических данных, которые показывают, что в настоящее время стационарным телефоном пользуется 70% всего населения России, получаем коэффициент оснащенности mt = 0,7. Количество абонентов АМТС определяется по формуле (4.2):
(4.2) где Н(t) - количество жителей на момент окончания строительства ВОЛС.
Красноярск: абонентов
Абакан: абонентов
Расчет количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами по формуле (4.3): 5,6 (4.3) где k=0,7 - коэффициент, исходящей нагрузки;
=5,6 - коэффициент тяготения между городами;
b=5,6_-_постоянный коэффициент, соответствующий фиксированной доступности и заданным. y - удельная нагрузка, создаваемая одним абонентом ma mb - количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б.
В таблице 4.1 приведены параметры трафика широкополосных интерактивных служб.
Служба Пиковая скорость передачи, Мбит/с Средняя скорость передачи, Мбит/с Входящая нагрузка в ЧНН, Эрл Коэффициент тяготения
Телефония 0,064 0,064 0,1 0,8
Передача данных 200 20 0,2 0,6
Цифровое телевиденье 24 0,2 0,2 0,5
В результате получаем, что для голосовой связи нам необходимо 6026 каналов со скоростью 64 Кбит/с, для передачи данных нам потребуется 9038 каналов со скоростью 200 Мбит/с, а для цифрового телевиденья 3752 канала со скоростью 24 Мбит/с.
Суммарная пропускная способность необходимая для передачи пользовательской информации рассчитывается по формуле (4.4): (4.4) где - пропускная способность передачи данных;
- пропускная способность телефонного канала;
- пропускная способность телевизионного канала.
Данные параметры рассчитываются формулой (4.5): (4.5) где - средняя скорость передачи телефонных каналов.
По этой же формуле рассчитываем остальные данные.
Пропускная способность канала связи с учетом магистрального транзита рассчитывается по формуле (4.6): (4.6) где - пропускная способность транзитных каналов определяется как 10 процентов от
4.2 Расчет числа потоков STM-64
Общее число каналов рассчитывается по упрощенной формуле (4.7): , (4.7) где 11 - множитель развития связи.
132572 каналов
Расчет число цифровых потоков Е1 по формуле (4.8):
(4.8) где En - знак целой части. потоков E1
Расчет количество требуемое число потоков с учетом коэффициента развития Кр=1,5, рассчитывается по формуле (4.9):
(4.9)
потоков
Число STM-64 определяется формулой (4.10): (4.10) где 63 - число потоков STM-1.
= 2 STM-64
4.3 Расчет пропускной способности проектируемой системы
Пропускная способность DWDM системы определяется формулой (4.11): (4.11) где Bi - скорость интерфейсного потока, скорость STM-64
Пропускная способность В0 системы DWDM определяется по формуле (4.12): 167,77= 187,67 Гбит/с
Для расчета числа длин волн используется формула (4.13):
(4.13) длин волн
Таким образом, для организации связи необходимо выделить 19 длин волн.
4.4 Разработка канального частотного плана
Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Согласно рекомендациям, в DWDM системах используются «L» (1577.03 - 1565.5 нм), «C» (1564,64 - 1530,33 нм), «S» (1529,55 - 1520,25 нм) окна прозрачности. Все диапазоны имеют в сумме 80 каналов с шагом 50ГГЦ. Необходимо выделить один канал для управления и служебной связи и два канала для междугородного транзита. Значения длин волн представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Распределение каналов
Направление Номер оптического канала Длина волны, нм
Междугородный транзит 1-2 1577,03-1576,20
Красноярск-Абакан 3-21 1575,37-1560,61
Канал управления и служебной связи 22 1559,79
5. Применение оборудования OPTIX OSN 8800
5.1 Характеристика платформы OPTIX OSN 8800
Согласно техническому заданию необходимо установить оборудование OPTIX OSN 8800, данное оборудование полностью совместимо на уровне физической среды и обладает расширенным функционалом по сравнению с платформой OPTIX BWS 1600G-III. Регенерация на платформе OPTIX OSN 8800 может быть организована применением штатных линейных плат без выгрузки на сервисные интерфейсы [9].
Система DWDM OPTIX OSN 8800 включает 40 - канальную систему и 80 - канальную систему. Оборудование Optix OSN 8800 способно вести передачу со скоростью 10 Гбит/с на расстояние 5000 км, а 40 Гбит/с на расстояние 2000 км без регенерации. В будущем каждый спектральный канал будет поддерживать максимальную скорость 100 Гбит/с и выше. Также оборудование OPTIX OSN 8800 способно работать с волокнами стандартов G.652, G.653, G655. В таблице 5.1 спецификация оптической платформы Optix OSN 8800.
Таблица 5.1 - Спецификация интеллектуальной оптической платформы передачи Optix OSN 8800
Характеристики Optix OSN 8800 T16 Optix OSN 8800 T32 Optix OSN 8800 T64
Размеры 847мм x 442мм x x 295 мм 900мм x 498мм x 250 мм 900мм x 498мм x 580 мм
Разнос каналов 50/100 ГГЦ фиксированная сетка для длин волн 40/80 37,5 ГГЦ ~ 400 ГГЦ гибкая сетка
Скорость на канал 100G, 200G, 400G
Диапазон длины волны DWDM: 1529,16 нанометров ~ 1560,61 нанометров
Электропитание -48 B DC/-60 B DC
Оборудование OPTIX OSN 8800 поддерживает следующие режимы организации сети: «точка - точка», цепь, кольцо и смешанная топология. OPTIX OSN 8800 может также применяться в сетях с другим оборудованием WDM, SDH/SONET для осуществления полного и гибкого решения по передаче, в общегородском масштабе.
5.2 Комплектация оборудования OPTIX OSN 8800
Для проектируемого тракта выбраны три типа оборудования: оптический терминальный мультиплексор OTM, оптический мультиплексор ввода/вывода (OADM) и оптический линейный усилитель (OLA). В ОП (OTM) и ОУП (OADM) используется статив OPTIXOSN 8800 T32, а в не обслуживающих регинирацинных пунктах (OLA) - OPTIXOSN 8800 T16 исходя из количества необходимых плат. Комплектация ОТМ расположенного в ОП показана на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Комплектация подстативов на оконечных станциях
Комплектация OLA расположенного в показана на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 - Комплектация подстатива OLA
Комплектация OADM расположенного в ОУПЕ показана на рисунке 5.3.
Рисунок 5.3 - Комплектация подстатива OADM
Перечень оборудования, входящего в комплектацию стативов OLA приведен в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Перечень оборудования, входящего в комплектацию стативов OLA
Оптический линейный усилитель OLA
Наименование Количество, шт. Наименование Количество, шт.
OBU 2 FIU 2
SCC 1 OLP 2
SC2 1 XCM 2
Перечень оборудования, входящего в комплектацию стативов ОТМ приведен в таблице 5.3.
Таблица 5.3 - Перечень оборудования, входящего в комплектацию стативов ОТМ
OTM
Наименования Количество, шт. Наименование Количество, шт.
M40 2 SCC 2
D40 2 XCM 2
FIU 2 NS3 11
OBU 2 TQX 11
SC1 1 OLP 1
PIU 4 EFI1 1
ATE 1 EFI2 1
AUX 1 STG 2
Перечень оборудования, входящего в комплектацию стативов OADM приведен в таблице 5.4.
Таблица 5.4 - Перечень оборудования, входящего в комплектацию стативов OADM.
Оптический мультиплексор ввода/вывода OADM
Наименование Количество, шт. Наименование Количество, шт.
MR2 2 OBU 4
XCM 2 OLP 2
SCC 1 PIU 4
SC2 1 ATE 1
NS3 4 EFI1 1
FIU 2 EFI2 1
TQX 4 STG 2
AUX 1 - -
Ниже приведены описание типы плат 80 - канальной системы OPTIX OSN 8800.
MR2 - Блок оптического мультиплексирования ввода/вывода двух каналов.
OLP - Блок резервирования оптической лини.
SCC - Блок системного контроля и связи.
SC1/SC2 - Блок кросс-коммутации. Обеспечивает интегрированный груминг сигналов ODU1/ODU2 и максимальную емкость кросс-коммутации и груминга 1,28 Тбит/с для сигналов.
ODU1/ODU2.
M40 - Блок оптического мультиплексирования 40 длин волн.
D40 - Блок оптического демультиплексирования 40 длин волн.
FIU - Блок интерфейса оптического волокна.
XCM - Блок кросс-коммутации. Обеспечивает интегрированный. груминг сигналов ODU1/ODU2 и максимальную емкость кросс-коммутации.
NS3 - Блок обработки линейных услуг 40GE.
OBU - Блок оптического усилителя большой мощности.
ATE - Интерфейсная плата аварийной сигнализации/тактовой.
EFI1/EFI2 - Блоки EFI1, EFI2 выполняют такие функции как подачи аварийных сигналов, вывод аварийных сигналов и функции каскадирования аварийных сигналов, а также управления подстативом.
AUX - Блок вспомогательных интерфейсов системы. Обеспечивает связь между платами и полками. AUX не предоставляет внешних интерфейсов, а имеет только четыре индикатора.
Плата OBU. Плата усилителя мощности оптического сигнала. Основные функции и возможности OBU: онлайн - мониторинг оптической производительности, усиление сигнала и прозрачное управление оптические спецификации платы OBU представлены в таблице 5.5. Плата OBU выполняет функцию бустера.
Таблица 5.5 Оптические спецификации платы OBU
Пункт Единица измерения Значение
OBU 103
Диапазон длин волн нм 1529-1561
Диапазон номинальной входной мощности ДБМ -32 -3
Диапазон входной мощности на канал 40 каналов ДБМ -32 -19
80 каналов -32 -22
Типовое значение входной мощности отдельной длины волны 40 каналов ДБМ -19
80 каналов -22
Коэффициент шума (NF) ДБ ?6.0
Отражение на входе ДБ <-40
Отражение на выходе ДБ <-40
Утечка накачки на входе ДБМ <-30
Максимальное допустимое отражение на входе ДБ -27
Максимальное допустимое отражение на выходе ДБ -27
Максимальная суммарная оптическая мощность на выходе ДБМ 17
Номинальное усиление ДБ 23
Время реагирования усиления при добавлении/сбросе каналов мс <10
Усиление канала ДБ 23±1.5
Неравномерность усиления ДБ ?2.0
Отклонение многоканального усиления ДБ ?2.0
Потери, зависящие от поляризации ДБ ?0.5
Внешний вид постатива изображено на рисунке 5.4
Рисунок 5.4 - Структура и внешний вид подстатива OPTIX OSN 8800 Т32
На рисунке 5.4 приняты следующие обозначения: 1 - область индикаторов;
2 - область интерфейсов;
3 - область плат;
4 - область укладки оптических кабелей;
5 - блок вентиляторов;
6 - воздушный фильтр;
7 - катушка оптического кабеля;
8 - монтажная скоба.
6. Расчет бюджета времени нарастания системы DWDM
Время нарастания - это время, требуемое для роста интенсивности света от 0,1 до 0,9 номинального значения [4].
Время спада - это время, требуемое для спада интенсивности света от 0,9 до 0,1 номинального значения [4].
Для расчета значения времени нарастания используется формула (6.1): , (6.1) где = 0,1 нс - время нарастания в передатчике.
- время нарастания в приемнике;
Tfiber - время нарастания в оптоволокне.
Время нарастания в приемнике вычисляется по формуле (6.2): , (6.2) где ?F = 10 ГГЦ - ширина полосы пропускания фотодиода. нс
Время нарастания в оптоволокне Tfiber определяется по формуле (6.3) [4]:
(6.3) где TGVD - время нарастания, определяемое дисперсией групповых скоростей;
Tmod - время нарастания, определяемое модовой дисперсией.
Для одномодового волокна Tmodal равно нулю и Tfiber = TGVD, а TGVD можно вычислить из следующего соотношения (6.4): , (6.4) где D - коэффициент хроматической дисперсии оптоволокна G.655;
??0,5 - ширина спектра оптического источника излучения на уровне половины от максимума;
L - длина линии передачи.
Поскольку при уменьшении длины волны, коэффициент хроматической дисперсии возрастает по линейному закону, тогда, при передаче максимально возможного количества каналов системой «Optix OSN 8800» в 80 длин волн, расчет произведем для самой короткой длины волны 1560.61 нм при D = 11,2 пс/км.
Для участка между городами Красноярск и Абакан: Время нарастания системы, с учетом коэффициента ухудшения (10%) вычисляется по формуле (6.5) [6]: (6.5)
Максимальное значение времени нарастания Tr зависит от ширины излучения лазерного диода, от типа линейного кода. В данном случае используется линейный код типа NRZ (NRZ-DPSK), тогда Tr должно быть меньше следующего максимального значения (6.6): , (6.6) где Bi - скорость интерфейсного потока (9953,28 МБИТ/с).
Для участка между городами Красноярск и Абакан: 0,34 нс ? 0,7 мс
Данное неравенство выполняется, следовательно, нет необходимости в установке компенсатора дисперсии.
7. Расчет энергетического бюджета системы DWDM
Расчет энергетического бюджета системы DWDM сводится к построению диаграммы уровней оптического канала, которая покажет проблемные участки ВОЛС, позволит определить запас по мощности и излишки запаса по мощности.
Поскольку энергетический потенциал системы определяется как разность между мощностью сигнала лазерного диода передающего транспондера (Тр. Tx) и чувствительностью фотоприемника приемного транспондера (Тр. Rx), а перед вводом группового оптического сигнала DWDM в оптоволокно линейного тракта, его усиливают мощным оптически усилителем - бустером (Б). Тогда, энергетический потенциал будет рассчитываться как разность между уровнем сигнала на выходе бустера и чувствительностью фотоприемника приемного транспондера (Тр. Rx). Уравнение энергетического баланса для всего участка ВОСП примет вид (7.1)
(7.1) где Э = - энергетический потенциал системы значение из таблицы (5.5);
L - длина трассы между пунктами;
lctp -
Вывод
В данной выпускной квалификационной работе разработаны основные системотехнические и технологические решения по реконструкции участка сети ПАО «Ростелеком» для предоставления клиентам как уже существующих услуг VPN, пакетной телефонии, широкополосного доступа так и вновь вводимых услуг, в соответствии с запланированным увеличением клиентской базы.
Предусмотрено расширение волоконнооптических систем передачи данных с применением аппаратуры спектрального уплотнения DWDM и использованием задействованной емкости существующих волоконнооптических кабелей ПАО «Ростелеком».
Охарактеризована транспортная система, а также произведен расчет основных параметров линейного тракта на участке Красноярск - Абакан, по результатам расчета произведен подбор оборудования. Рассмотрены вопросы организации эксплуатации и управления на участке сети филиала. Произведен так же расчет надежности волоконнооптической линии связи.
Список литературы
1. Выпускная квалификационная работа: Методические указания по оформлению. /Гниломедов Е.И., Букрина Е.В. - Екатеринбург: УРТИСИ ФГОБУ ВО «СИБГУТИ», 2013. - 35 с.
2. Красноярск - о городе Красноярск. [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.metaprom.ru/regions/Krasnoyarsk.html.
3. Абакан - о городе Абакан [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.metaprom.ru/regions/Abakan.html.
4. DWDM системы: информация о DWDM системе. /Листвин.В.Н., Трещиков В.Н - Москва: Техносфера, 2015. - 296с.
5. Компьютерные сети. принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. /Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Питер, 2010 - 944 с.
8. DWDM технология - плотные WDM. [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/4599854/page:21/
9. Интеллектуальная оптическая платформа передачи OPTIX OSN 8800. [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://e.huawei.com/ru/products/fixed-network/transport/wdm/osn-8800.
10. Официальный информационный сайт ПАО «Ростелеком» [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.company.rt.ru.
11. Многоволновая система OPTIX BWS 1600G [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://medlec.org/lek2-100495.html.
12. Типы и стандарты оптических волокон [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://izmer-ls.ru/sov.html.
13. Указ Президента РФ от 9 мая 2017 г. № 203 «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017 - 2030 годы» [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.garant.ru/
14. Охрана труда и электробезопасность [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - Режим доступа: http://ohrana-bgd.ru/elektro/elektro.html.
15. Руководящий документ отрасли линии передачи волоконнооптических на магистральной и внутризоновой сетях ВСС России. / Руководящий технический материал. Книга. 1, 2. М..