Проектирование магистральной связи на основе DWDM. 2

Содержание

 

Содержание 1

Введение 2

Предлагаемые технические решения 4

Технология волнового мультиплексирования 4

DWDM Мультиплексор/Демультиплексор 5

1. Проектирование магистральной сети 6

1.1 Оборудование магистральной сети 6

1.2 Архитектура магистральной сети 8

1.3 Конфигурация оборудования 9

2. Проектирование местной сети 12

2.1 Оборудование местной сети 12

2.2  Конфигурация оборудования и архитектура сети 13

3. Проектирование сети передачи данных 15

4. Выбор кабеля 16

5. Расчет затухания кабеля 18

6. Расчет экономических показателей 19

6.1 Расчет капитальных вложений 19

6.2 Расчет эксплуатационных расходов 21

6.3 Расчет экономической эффективности 22

Заключение 23

 

 

 

 

 

Введение

В курсовом проекте необходимо организовать магистральную сеть связи на участке  Калининградской железной дороги (рис. 2), учитывая, что необходимо обеспечить транзит трафика через Калининградскую область по трем направлениям на запад и двум на восток, используя оборудование Cisco Systems ONS 15xxx серий. Узлами-концентраторами являются Калининград и Черняховск, точками доступа – Мамоново, Багратионовск, Железнодорожный, Советск и Нестеров.

Также необходимо на участке Калининградского кольца организовать местную связь (также необходимо выбрать оборудование производства Cisco Systems) и предложить решение по организации сети до конечного абонента (телефония, СПД или видеосвязь). На всем протяжении сети должен быть обеспечен резерв. Необходимо выбрать трассу прокладки магистрали, тип кабеля и способ его прокладки.

Вариант трафика:

Рабочие каналы – 3 STM-64, 3 10G;

Резервные каналы – 1 STM-64, 2 10G;

Транзитные каналы – 1 STM-64, 4 10G.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Схема проектируемого участка

Рис. 2 Карта Калининградской железной дороги

 

 

 

 

 

 

Предлагаемые  технические решения

 

В данном курсовом проекте представлено сетевое решение, оборудование и  услуги, предлагаемые для построения оптической транспортной магистральной  сети на основе технологии DWDM для участка  Калининградской железной дороги.

Предложено  использовать технологию DWDM. Так это  широко используемая и перспективная  технология спектрального мультиплексирования. С помощью нее появилась возможность  передавать огромные потоки информации на большие расстояния. В данном курсовом проекте будем использовать устройства ввода/вывода фирмы Cisco.

Технология волнового  мультиплексирования

 

   DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing – плотное волновое мультиплексирование) заключается в том, что независимые оптические информационные потоки объединяются (мультиплексируются) и передаются по одному волокну на разных длинах волн.

Рис. 3 Схематическое изображение DWDM системы

Это значит, что операторы связи могут  увеличить пропускную способность  своих волокон без серьезных  капиталовложений, связанных со строительством или арендой (лизингом) новых волокон. Передавая сигналы на n длинах волн (т.е. по n каналам), можно увеличить  пропускную способность сети в n раз  и, таким образом, повысить возможный  доход в n раз.

 

DWDM Мультиплексор/Демультиплексор

 

DWDM-мультиплексор  (Mux) пространственно объединяет  различные оптические сигналы,  пришедшие по разным волокнам, в один суммарный информационный  поток для передачи по одному  оптическому волокну.

Рис.4 Схема мультиплексирования/демультиплексирования каналов в DWDM системе

    Обычно DWDM мультиплексоры поддерживают  частотный план ITU с расстоянием  между каналами 100 ГГц и 50 ГГц. 

   Технологии, применяемые при создании Mux/Demux:

• тонкие пленочные  светофильтры;

• волоконные брэгговские решетки;

• дифракционные  решетки;

• решетки  на основе массива волноводов (AWG – Arrayed Waveguide Gratings);

• сварные  биконические разветвители.

 

 

 

1. Проектирование  магистральной сети

1.1 Оборудование магистральной сети

На проектируемой  сети DWDM, согласно заданию, используется оборудование Cisco Systems – ONS 15xxx серий. Исходя из требований, предъявляемых к проектируемой магистральной сети, выбираем  мультисервисную платформу Cisco ONS 15454, т.к. на ее основе можно построить сеть транспорта потоков 10Гбит/с (STM-64 и 10G), используя технологию DWDM, а модульная структура позволяет легко масштабировать и модернизировать сеть в будущем.

Платформа Cisco ONS 15454 MSTP поддерживает функциональность нескольких коммутаторов SDH и системы городского/регионального DWDM в одном устройстве, что обеспечивает беспрецедентные возможности масштабирования и построения мультисервисных сетей нового поколения. Использование единой платформы позволяет сократить расходы на эксплуатацию сети за счет сокращения времени инсталляции, использования единой системы управления и мониторинга.

Особенности платформы:

• Масштабируемость, поддержка от 1 до 64 оптических каналов в одной  оптической сети.

• Транспорт оптических каналов, работающих на различных скоростях (от 155 Мбит/c до 40 Гбит/c), и агрегированного трафика TDM и данных в единой системе.

• Использование новейших оптических усилителей, модулей компенсации  дисперсии и технологии упреждающей  коррекции ошибок позволяет использовать систему на расстояниях от десятков до сотен (до 2000) км.

• Поддержка оптическими картами  технологии ≪Plug-and-Play≫ обеспечивает максимальную гибкость конфигурации и автоматической настройки элементов сети – терминальных узлов, узлов ввода/вывода, линейных усилителей и узлов компенсации дисперсии.

• Возможность гибкого выделения  каналов на оптических мультиплексорах  ввода/вывода (от 1 до 32 каналов), поддерживающих работу с каналами и диапазонами (полосами) спектра, позволяет упростить  планирование и развитие сети.

• Программно управляемый контроль мощности оптических сигналов в системе  обеспечивает полностью автоматическое управление системой при добавлении оптических каналов или узлов  и быструю компенсацию переходных процессов и перенастройку системы в случае обрыва оптического кабеля.

• Использование программно настраиваемых  компактных интерфейсных модулей (SFP) для  клиентских подключений и возможность настройки рабочей длины волны на транспондерных картах позволяют упростить планирование сети и сократить склад необходимых запасных частей.

• Использование сквозных оптических каналов позволяет сократить  потребность в персонале на транзитных узлах.

Наиболее  существенной особенностью системы Cisco ONS 15454MSTP является автоматическое управление мощностью оптических сигналов. Традиционное решение DWDM требует ручной настройки компонент при запуске, сопровождении и модернизации системы. Используя мониторинг оптических сигналов и управляемые оптические аттенюаторы (VOA), программное обеспечение системы Cisco ONS 15454 MSTP имеет возможность динамически отслеживать и управлять состоянием системы, автоматизируя наиболее сложный процесс в эксплуатации системы DWDM. Программное обеспечение платформы рассчитывает модель настроенной сети DWDM и с помощью специальных алгоритмов автоматически выравнивает уровни оптических сигналов, компенсируя маршруты с различными уровнями потерь. Это позволяет адаптировать ее к различным процессам (старение оптического кабеля, обрывы кабеля), упростить эксплуатацию и развитие сети.

Для построения системы DWDM в платформе Cisco ONS 15454 используются следующие компоненты:

• общие системные компоненты (шасси, процессорные модули и контроллер сигнализации);

• модули оптического сервисного канала (OSC);

• оптические усилители;

• оптические фильтры (мультиплексорные карты);

• транспортные карты (транспондеры);

• модули компенсации дисперсии.

 Также в узлах концентрации траффика будет использоваться панель PP-Mesh-4 для организации сети по топологии Mesh.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5 Пример построения узла сети DWDM с использованием выбранной аппаратуры.

1.2 Архитектура магистральной сети

Согласно  исходным данным, построим схему, поясняющую распределение трафика магистральной  сети (рис. 6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6

1.3 Конфигурация оборудования

 

Согласно  схеме, представленной на рис. 6 узлы Мамоново, Багратионовск, Железнодорожный и Нестеров являются узлами ввода/вывода и транзита оптических каналов. В этих узлах будем ставить по 2 платформы Cisco ONS 15454:

1) представляет собой типовое решение Cisco по построению узлов R-OADM на основе плат WSS и DMX, представляющих вместе настраиваемый оптический мультиплексор ввода/вывода и транзита каналов, а также плат предусилителей OPT-PRE и выходных усилителей OPT-BST.

Рис. 7 Платформа Cisco ONS 15454 №1

 

2) представляет собой набор  из 9 транспондерных плат 15454E-10T, которые поддерживают транспорт потоков STM-64 и 10G Ethernet.

 

 

 

Узлы Калининград и Черняховск представляют собой узлы концентрации трафика, в каждой из которых необходимо поставить 8 платформ, объединенных между собой патч-панелью PP-Mesh-4, как это показано на рис. 8

Рис. 8 Конфигурация оборудования в  узлах концентрации трафика

Здесь также  используется 2 конфигурации платформ MSTP - TXP для транпондерных плат и MSTP – DWDM для плат мультиплексора MUX и демультиплексора DMX, а также, в отличие от предыдущий конфигурации платой WXC – оптического кросс-коннектора. В узле Советск, будет использоваться 4 платформы – 2 MSTP – TXP и 2 MSTP – DWDM, отличительной особенностью которой будет наличие платы WSS для обеспечения транзита каналов. Схема магистральной сети представлена на рис. 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9 Схема проектируемой магистральной  сети

2. Проектирование  местной сети

2.1 Оборудование местной сети

На участке  проектируемой местной сети, согласно заданию, необходимо использовать аппаратуру Cisco. Транспорт трафика будет осуществляться на скоростях STM-4 и STM-1, а в узлах ввода/вывода выделяться потоки E1 и Ethernet. Для этих целей подходят мультисервисные платформы Cisco ONS 15305 и Cisco ONS 15302, которые обеспечивают решение по концентрации услуг Ethernet и TDM для офисных зданий и узлов операторов связи.

 

Cisco ONS 15302 и 15305 – компактные универсальные   агрегирующие  мультисервисные  платформы,  применяемые для подключения сетей заказчиков  к SDH-сети оператора,  а также в качестве  устройств агреграции.

Cisco ONS 15302  представляет собой недорогое устройство доступа,  оптимизированное  для подключения к сетям SDH, и позволяет гибко и удобно агрегировать трафик TDM и IP. Платформа сочетает функциональность TDM мультиплексора,  коммутационной матрицы с портами E1 (12 портов),  Ethernet (4 порта 10/100TX) и поддерживает  подключение к сети SDH на скорости до STM-1 (155 Мбит/с).

Cisco ONS 15305  является мультиплексором SDH для использования в сетях доступа и для агрегирования TDM и IP трафика. Устройство предназначено для агрегирования линий доступа к городским  сетям SDH,  а также для  непосредственного  предоставления услуг связи средним и крупным заказчикам. Отличительными особенностями  Cisco ONS 15305 являются мультиплексор ввода/вывода SDH, неблокирующая матрица  кросс-коммутации (4032x4032 VC-12 [E1] или 192x192 VC-3, или 64x64 VC-4 [STM-1]) и 4 слота для установки модулей. В настоящее время доступны следующие модули:

 

• 8 портов E1
• 63 порта E1
• 6 портов E3/T3
• 2 порта STM-1
• 8 портов STM-1
• 2 порта STM-4
• 1 порт STM-16
• 8 портов Fast Ethernet (10/100TX)
• 2 порта Gigabit Ethernet (каждый порт имеет 2 типа интерфейсов на выбор-1000Base-T
• и 1000Base-LX).

 

 

 

 

  Устройства  ONS 15302 и ONS 15305 управляются  с помощью централизованной системы   управления Cisco Transport Manager.

 

Рис. 10  Пример использования оборудования Cisco ONS 15305

2.   Конфигурация оборудования и архитектура сети

Согласно  скелетной схеме проектируемого участка (рис. 1) разобьем местную сеть на элементарные топологии:

1. Кольцо Калининград - Кутузово – Рябиновка – Муромское – Зеленоградск – Пионерский Курорт – Светлогорск – Янтарный – Дорожное – Пост - 26 км. – Шиповка – Лесное – Западный – Калининград.
2. Последовательная цепь Калининград – Чкаловск – Дружное –Колосовка – Романово – Переславское – Пионерский Курорт
3. Точка-точка Пост 26 км. – Балтийский лес, Дорожное – Балтийск, Светлогорск I – Светлогорск II.

На узлах первой топологии, кроме  тех, которые являются пограничными с другой сетью устанавливаем мультиплексоры Cisco ONS 15305 с модулями S4. и модулями интерфейсов E1 и Ethernet 10/100G.

На узлах второй топологии устанавливаем  мультиплексоры Cisco ONS 15305 с модулями S1 и модулями интерфейсов E1 и Ethernet 10/100G.

В конечных точках устанавливаем терминальный мультиплексор Cisco ONS 15302.

На рис. 11 представлена схема проектируемой местной сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11 Схема местной сети

3. Проектирование сети передачи данных

 

Построим  сеть передачи данных на станции Светлогорск II.

Используется  архитектура, включающую уровень агрегации, уровень распределения и уровень доступа. В качестве коммутаторов распределения агрегации целесообразно использовать терминальный мультиплексор Cisco ONS 15302, установленный в виде мультиплексора местной сети и применить его в качестве узла агрегации трафика Ethernet.

В качестве коммутатора  распределения предлагаем использовать коммутатор WS-C4507R-E с супервизором, резервным супервизором, резервным блоком питания, с 2-мя модулями WS-X4306-GB для подключения этажных коммутаторов.

Коммутаторы уровня доступа. Целесообразно будет использовать по 2 коммутатора доступа WS-C3560G-24PS-S (24 10/100/1000 PoE ) на этаж.

 

Рис. 12 Пример построения СПД

4. Выбор кабеля

 

Самонесущий, на основе центральной трубки ИКА–Т–А24–4.0

 

ИК	– оптический кабель марки «Интегра-Кабель»
А	– повив из арамидных упрочняющих нитей
Т	– тип сердечника (центральная трубка)
А	– тип оптического волокна (одномодовое, ITU-T G.652С(D))
12	– количество оптических волокон в кабеле
4.0	– максимально допустимое растягивающее усилие кабеля, в кН

 

Оптические кабели марки  ИКА–Т–А24–4.0 предназначены для подвески на опорах линий связи, контактной сети железных дорог, опорах линий электропередач в точках с максимальной величиной потенциала электрического поля до 12 кВ, между зданиями и сооружениями. Допускается подвешивать кабель в точках с максимальной величиной потенциала электрического поля до 25 кВ

Технические характеристики:

Параметр	ИКА...–Т...
Конструкция	На основе центр. трубки
Количество оптических волокон в кабеле	24
Количество элементов  повива сердечника	1
Номинальный наружный диаметр кабеля от, мм	9,5
Масса кабеля, кг/км, от	75
Длительно допустимая растягивающая нагрузка, кН	1,0 – 54,0
Допустимая раздавливающая нагрузка, кН/см	0,3
Допустимое ударное  воздействие, не менее, Дж	5
Минимальный радиус изгиба	20 ø кабеля
Рабочий диапазон температур, °C	от –60°С до +70°С
Температура прокладки  и монтажа, не менее, °C	–10°С

 

Рис. 12 Кабель типа ИКА…Т

Характеристики  оптического волокна (выбираем одномодовое, тип H)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет затухания  кабеля

 

Произведем  расчет затухания кабеля на проектируемом участке сети. Через каждые 10 км будет происходить сварка кабеля, отсюда следует, что количество муфт (N) равно произведению длины участка на длину кабеля в катушке то есть 10 км.  
Магистральная связь рассчитывается по формуле:

В_i=L_i*A_ok+N*Ac+2*Ak

L_i – длина рассматриваемого участка;

A_ok =0,22 дБ/км – затухание в кабеле;

N – кол-во сварных соединений катушек;

Ac = 0,03 дБ

Ak = 0,3 дБ

Магистральная сеть

Калининград - Советск

Калининград – Мамоново

Советск –  Черняховск

Черняховск  – Нестеров

Калининград – Черняховск

Черняховск  – Железнодорожный 

Калининград – Багратионовск 

 

28.592 дБ

11.632 дБ

13.554 дБ

11.874 дБ

20.508 дБ

11.632 дБ

8.786 дБ Местная сеть

Кольцо Калининград – Кутузово Кутузово - Рябиновка Рябиновка – Муромское Муромское – Зеленоградск Зеленоградск –  Пионерский Курорт Пионерский Курорт – Светлогорск I Светлогорск I –Янтарный Янтарный – Дорожное Дорожное – Пост 26 км. Пост 26 км.  –  Шиповка Шиповка – Лесное Лесное – Западный Западный - Калининград

Калининград - Чкаловск Чкаловск - Дружное Дружное - Колосовка Колосовка - Романово Романово - Переславское Переславское – Пион. Курорт Дорожное – Балтийск Пост 26 км. - Балтийский Лес Светлогорск I – Светлогорск II

2.118 дБ 2.052 дБ 1.494 дБ 1.766 дБ 2.58 дБ 1.142 дБ 11.038 дБ 2.514 дБ 1.142 дБ

 

6. Расчет экономических показателей

 

Цель технико-экономического обоснования проекта – доказать экономическую целесообразность организации магистральной волоконно-оптической сети на проектируемом участке. Экономическая эффективность оценивается системой показателей абсолютной экономической эффективности.

 В качестве исходных данных используется стоимость оборудования разработанное компанией  Cisco по оптическому кабелю ИКА–Т–А24–4.0. Для разводки кабеля использовались муфты МТОК-В3/216-1КТ3645-К. Длина всей сети 688 км. В каждом узле доступа проектируемой магистральной сети предусматривается установка оборудования на существующих площадях серверных.

Определение экономической эффективности производится по формуле:                                                                                  где К – капитальные вложения;

Э – эксплуатационные расходы;

         Ц – цена за аренду.

6.1 Расчет капитальных вложений

 

Капитальные вложения – это затраты на расширение воспроизводства основных производственных фондов. Капитальные вложения являются важнейшим экономическим показателем, так как непосредственно характеризуют, во что обходится создание новых  сооружений техники связи.

Сметная стоимость оборудования определяется с учетом затрат на тару и упаковку оборудования, транспортных затрат и  заготовительно-складских расходов, которые рассчитываются укрупнено в процентах от стоимости оборудования. В расчете использованы цены текущего года.

Проведем  расчет капитальных вложений в организацию  волоконно-оптической сети связи, результаты расчетов сведены в таблицу.

 

Таблица 1 Смета капитальных затрат

Устройства и услуги	Коли-чество	Цена единицы, руб.		Общая стоимость, руб.
1	2	3		4
А. Капитальные вложения в устройства связи
Оборудование: Cisco ONS 15454 Cisco ONS 15305 Cisco ONS 15302	28 шт. 18 шт. 3 шт.	1 500 000 350 000 280 000		42 000 000 6 300 000 840 000
Итого				49 140 000
Неучтенного оборудования	10 %			4 914 000
Итого				54 054 000
Тара и упаковка	0,3 %			162 162
Транспортные расходы	13,1 %			7 081 074
Итого				61 297 236
Заготовительно-складские расходы	5,5 %			3 371 347
Всего по пункту А				64 668 583
Б. Капитальные вложения в контрольно-измерительную  аппаратуру и  аппаратуру кондиционирования
Контрольно-измерительная аппаратура	1,7 %			1 099 365
Аппаратура кондиционирования	0,7 %			452 680
Всего по пункту Б				1 552 045
В. капитальные вложения в волоконно-оптический кабель
Кабель ИКА–Т–А24–4.0.	688 км		21 720	14 943 360
Муфта МТОК-В3/216-1КТ3645-К	69 шт.		2 644	182 436
Неучтенного оборудования	10 %			151 257
Итого				16 638 375
Тара и упаковка	0,3 %			49 915
Транспортные расходы	18 %			299 490
Итого				349 405
Заготовительно-складские расходы	5,5 %			934 327
Всего по пункту В				17 922 107
Капитальные вложения в проект				84 142 735

6.2 Расчет эксплуатационных  расходов

Эксплуатационные  расходы – экономически оправданные  затраты (обоснованные и документально  подтвержденные) предприятия, связанные  с производством, реализацией, рекламой всего объема продукции и работы за определенный период времени в  соответствии с нормативными документами  о составе затрат, включаемых в  себестоимость. Часть издержек не входит в эксплуатационные расходы, а покрывается  за счет прибыли.

Эксплуатационные  расходы рассчитываются по формуле:

Э = Э_м + Э_ам

где Э_м - материальные затраты;

Э_ам - амортизационные отчисления от стоимости устройств автоматики и связи;

Материальные затраты складываются из расходов на материалы и запасные части, расходов на электроэнергию и прочих материальных затрат.

Расходы на материалы и запасные части в курсовой работе принимаем в размере 1,5 % от стоимости вводимых устройств:

Э_зип=0,015∙К_уст      

Расходы на электроэнергию определяются по формуле:

,

где Ц_э/э - цена 1 кВт*ч силовой электроэнергии, Ц_э/э = 0,40;

      1,2 - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети;

      Ксп - средний коэффициент спроса, К_сп = 0,3;

      Р_уст - суммарная установленная мощность оборудования, Р_уст = 200 кВт;

      F_об - годовой фонд рабочего времени оборудования в одну смену, F_об = 1998;

      М_см - число смен работы оборудования; М_см = 3

      К₃ - коэффициент загрузки оборудования, К₃ = 0,8.

 

Материальные затраты:

Э_м= Э_зип+ Э_э/э =1 262 141 + 138 101=1 400 242 (руб.)

 

Расходы на амортизационные отчисления рассчитываются как произведение стоимости  вводимых устройств на установленную  норму амортизации n_ам:

 

 руб,

где n_ам=5 %.

 

Эксплуатационные расходы:

Э = 1 400 242 + 4 207 136 = 5 607 378 руб.

6.3 Расчет экономической  эффективности

 

Срок окупаемости вложений рассчитывается по формуле:

лет

Проведенные расчеты показали, что  с экономической точки зрения построение волоконно-оптической сети с использованием аппаратуры магистрального и местного уровней отвечает всем необходимым параметрам и является разумным сочетанием цены и качества. Срок окупаемости проекта составляет 1,14 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В работе произведен расчет внедрения  технологии спектрального уплотнения DWDM на участке Калининградской железной дороги, а также организована мультисервисная система передачи данных на базе оптических мультиплексоров. В процессе проектирования решены следующие задачи:

1) Выбрана трасса прокладки кабеля  вдоль железной дороги с подвесом  на опорах контактной сети.

2) Определены основные и резервные  маршруты, распределены оптические  каналы системы DWDM.

3) В качестве среды передачи  выбран оптический кабель типа  ИКА–Т–А24–4.0. и его поставщик «Интегра Кабель»;

4) Магистральная сеть DWDM оборудована аппаратурой Cisco ONS 15454;

5) Местная сеть связи реализована на основе оптических мультиплексоров Cisco ONS 15305 и Cisco ONS 15302;

6) Рассмотрена архитектура сети передачи данных, основанная на коммутаторах Cisco - Catalyst WS-C4507R-E и WS-C3560G-24PS-S, агрегируемых мультиплексорами местной сети Cisco ONS 15305 или Cisco ONS 15302;

7) Рассчитана экономическая эффективность инвестиций, из чего видно что проект является рентабельным и окупится за 1,14 года.

 

 

 

 

ТС 210700

Изм.

Лист

№ Документа

 

Подпись

Дата

 

Лист

1

Разработал

Кнаус А. О.

Руковод.

 Козиенко Л. В.

Н.Контр.

 

Зав. Каф.

 

 

 

Курсовая работа

Лит.

Листов

23

АТС-08-3

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_