Проектирование магистральной связи на основе DWDM

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..................................................................................................................

1 Исходные данные................................................................................................... 2 Разработка архитектуры сети............................................................................. 2.1 Выбор трассы......................................................................................................

2.2 Выбор оптического кабеля................................................................................

2.3 Расчет параметров регенерационного  участка................................................

3 Оборудование магистральной  сети связи......................................................... 3.1 Конструкция и архитектура системы DWDM OptiX BWS 1600G..................

3.2 Структура системы..............................................................................................

3.3 Оптический оконечный  мультиплексор (OTM) ..............................................

3.4 Оптический линейный  усилитель (OLA) .........................................................

3.5 Оптический мультиплексор  с функцией вставки/выделения (OADM).........

3.6 Регенератор..........................................................................................................

3.7 Оптический корректор........................................................................................

4 Оборудование местной  сети связи....................................................................

4.1 Технические характеристики  оптических мультиплексоров Т501.118.........

4.2 Функциональные особенности  мультиплексоров Т501.118............................

4.3 Типовые схемы включения  мультиплексоров Т501.118.................................

5 Расчет показателей надежности............................................................................

6 Расчет экономической  эффективности проекта................................................

6.1 Расчет капитальных  вложений..........................................................................

6.2 Расчет эксплуатационных  расходов.................................................................

6.3 Расчет экономической  эффективности капитальных вложений...................

Заключение............................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В курсовой работе рассматриваются вопросы организации волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) с использованием аппаратуры спектрального уплотнения DWDM, а также организация мультисервисной системы передачи данных на базе современных оптических мультиплексоров.

В курсовой работе необходимо:

1. Произвести обоснование  и выбор трассы проектируемой  линии связи;

2. Построить граф (схему) основных и резервных маршрутов;

3. Распределить необходимое  число оптических каналов DWDM;

4. Выбрать оптический  кабель (ОК) и способ его прокладки;

5. Рассчитать длину регенерационного  участка;

6. Выбрать (изучить) систему  передачи и определить требуемое  число ОВ в кабеле;

7. Разработать схему организации  связи на основе выбранной  системы передачи;

8. Рассчитать параметры  надежности ВОЛП;

9. Составить смету на  строительство линейных сооружений  по укрупненным показателям и  определить экономическую эффективность  проекта.

 

 

 

1  ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

В соответствии с заданием необходимо организовать магистральную сеть на участке Красноярск – Чита, а так же спроектировать местную сеть связи на этом же участке. Магистральная сеть связи организуется на основе системы DWDM OptiX BWS 1600G (КНР), местная сеть связи - на базе оптических мультиплексоров фирмы LOFIS (Россия).

Система DWDM предусматривает передачу следующих видов трафика:

Число каналов Тип трафика	STM-16	STM-64	2.5G	10G
Рабочий	2	2	1	1
Резервный	–	–	–	–
Транзитный	3	4	3	4

 

 

 

 

 

 

 

 

2  РАЗРАБОТКА  АРХИТЕКТУРЫ СЕТИ

2.1  Выбор трассы 

Проектируемая сеть DWDM будет проходить на восток от г.Красноярск до г.Чита вдоль железной дороги. 

Трасса прокладки ОК выбирается исходя из условий:

- минимальной длины между  оконечными пунктами;

- выполнения наименьшего  объема работ при строительстве;

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

- удобства обслуживания.

При разработке проекта линии связи Красноярск–Чита целесообразно для сравнения рассмотреть следующие варианты прокладки кабеля:

- прокладка в грунт;

- подвес по опорам контактной  сети.

Вместе с тем, опыт развитых стран, таких как США, Япония и др., показывает, что второй вариант является наиболее предпочтительным с экономической, технической и экологической точек зрения.

Недостатком метода прокладки в грунт является быстрый износ рабочих деталей и механизмов оборудования и, соответственно, необходимость их частичной замены. При втором методе протяжка кабеля осуществляется по опорам, что не требует строительства новой линии и разработки специального оборудования, т.е. монтаж осуществляется обычным оборудованием. При прокладке кабеля в грунт большую сложность представляют пересечения трассы с реками.

 При протяжке кабеля  по опорам эти проблемы отпадают, что приводит к значительному  снижению трудоемкости работ. При  протяжке кабеля по опорам  экологические последствия минимальны, так как линия электропередач  уже действует и необходимо  лишь произвести монтаж кабеля. При прокладке кабеля в грунт  возможен значительный экологический  ущерб в связи с тем, что возникает необходимость дополнительной вырубки лесов, загрязняются водоемы, наносится урон сельскохозяйственным угодьям.

Неудачным оказался опыт эксплуатации кабеля, проложенного в пластмассовой трубе. В наших условиях трубы оказываются негерметичными, в них проникает вода, они промерзают, а ремонт или замена поврежденного участка порой весьма затруднены. В результате время восстановления поврежденного участка оказывается существенно больше, в сравнении с восстановлением подвесной линии и значительно дороже. Несколько лучше показали себя бронированные кабели для прокладки в грунт. Однако и в этом случае восстановление аварийного участка осложняется необходимостью точной локализации места повреждения.

Общая протяженность трассы Красноярск–Чита составляет 2099 км с учетом норм расхода волоконно-оптического кабеля на один километр трассы:

- по опорам контактной сети 2099 км;

.

 Исходя из вышеперечисленных условий трасса проектируемой ВОЛС проходит вдоль железной дороги по опорам контактной сети (см. рис.1).

 

 

 

 

Рис. 1 – Схема трассы прокладки ВОК

 

В приложении 1 приведена карта проектируемого участка, а так же структурная схема основных и резервных маршрутов.

Согласно исходным данным необходимо обеспечить суммарную передачу 20 каналов DWDM, включая транзит 14 и выделение 6 каналов на соответствующих пунктах. Схема распределения оптических каналов DWDM на участке Красноярск-Чита приведена в приложении 2.

 

 

 

 

 

 

 

2.2  Выбор оптического кабеля

Выбор типа оптического кабеля определяется пропускной способностью линейного тракта ВОСП, также учитываются условия и место его прокладки, наличие на трассе источников электромагнитных полей, опасность повреждения.

При выборе конструкции кабеля для определённого назначения учитывается ряд аспектов, таких как:

соответствие кабеля ГОСТ, ТУ, которые разрабатываются в соответствии с требованиями ITU-T (Международный союз электросвязи - сектор стандартизации телекоммуникации), IEC (Международная электротехническая комиссия), и CECC (комитет по электронным компонентам в составе CENELEC);

- соответствие ОК необходимым эксплуатационным характеристикам. При определении пропускной способности волокна следует учитывать потери волокна и требования по их изменению. Эти характеристики должны удовлетворять самым жестким условиям, которые наблюдаются при эксплуатации;

- кабель должен быть  удобным в работе и при монтаже. Он должен иметь гибкость, цветовое  кодирование, малый вес, сопротивление  изгибам, раздавливанию и растяжению, создавать условия для быстрого  монтажа и надёжной эксплуатации;

- кабель должен быть  удобным в сварке и заделке  в концевые устройства. Удобная  идентификация кабеля и волокна  облегчает сварку и делает  её более точной. Внешние защитные  оболочки и покрытия должны  легко сниматься. Важным моментом  является скол волокон и подгонка  волокна и кабеля, а, также предохранение  места сварки;

 

- кабель должен иметь  удобную маркировку, которая способствует  быстрому ремонту и сокращает  время простоя кабельных магистралей;

- кабель должен соответствовать  предъявляемым требованиям с  учётом специфических климатических  условий на месте эксплуатации.

В работе предлагается использовать кабель типа ДПТ для подвески на опорах контактной сети железных дорог. Конструктивные особенности кабеля показаны на рис.2, а его основные характеристики приведены в таблице 1 и в таблице 2.

 

 

 

 

 

 

Рис.2 – Оптический кабель марки ДПТа-Н

Маркировка:

Наносится на каждый метр кабеля.

 

 

Рис.3-Пример маркировки кабеля

 

Таблица 1 - Характеристики кабеля.

Количество оптических волокон в кабеле	48
Количество оптических волокон в модуле	6
Количество модулей в кабеле	8
Диаметр кабеля, мм	12,6
Масса кабеля, кг/км	121,2
Минимальный радиус изгиба, мм	230
Стойкость к продольному растяжению, кН	4
Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см	0,3
Стойкость к удару, Дж	30
Температурный диапазон эксплуатации, оС Температурный диапазон при прокладке, оС	-60…+70 -10…+50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 - Характеристики оптического волокна.

Тип волокон	Н-Одномодовое ОВ со смещенной нулевой дисперсией (ITU-T G.655)
Рабочая длина волны волокна, нм	1310-1625
Коэффициент затухания, дБ/км, не более:	0,19
Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм.км), в интервале длин волн (1530-1565) нм, по абсолютной величине	2,0..6,0
Поляризационная модовая дисперсия (ПМД), пс/км, не более	0,1
Длина волны отсечки, нм, не более	1480
Диаметр модового поля, мкм, на длине волны 1550 нм	9,6 0,4
Неконцентричность сердцевины относительно оболочки, мкм, не более	0,5
Диаметр оболочки, мкм	125 1,0
Некруглость оболочки, %, не более	0,7
Диаметр защитного покрытия, мкм	245 10

 

 

 

 

 

 

2.3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГЕНИРАЦИОННОГО УЧАСТКА

Линейный тракт ЦСП содержит передающее и приемное оборудование линейного тракта, регенерационные участки линии и регенерационные пункты, предназначенные для восстановления первоначальной формы, амплитуды и временных положений импульсов. 
 Большинство промежуточных регенерационных пунктов являются необслуживаемыми (НРП) и только часть этих пунктов является обслуживаемыми (ОРП). Необслуживаемые пункты питаются по тем же цепям, по которым передаются линейные сигналы. 
 НРП размещаются на трассе через участки с примерно равным затуханием с таким расчетом, чтобы в любой точке тракта передачи разность между уровнем сигнала и помех не превышала допустимого значения.

Расчет регенерационных участков состоит в определении затухания сигнала на определенном участке магистрали по формуле:

 

где,    -потери в оптическом кабеле (затухание кабеля)

- длинна участка, км

-потери сварного  соединения (0,01- 0,02), Дб

-количество сварных  соединений

-потери на  коннекторах(0,1- 0,2), Дб

-количество коннекторов

 – требуется установка усилителя

 

Рассчитаем два примера: 1- когда требуется установка НРП , 2- когда установка НРК не требуется.

Участок Ангарск-Иркутск (расстояние 40 км. )

 

 

Участок Красноярск-Тайшет (расстояние 417 км.)

 

 – требуется установка усилителя

 

В результате расчета аналогичным образом , мы выявили потребность в четырех НРП, на протяжении магистральной сети Красноярск – Чита.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  ОБОРУДОВАНИЕ  МАГИСТРАЛЬНОЙ СЕТИ СВЯЗИ

 

3.1  Конструкция  и архитектура системы DWDM OptiX BWS 1600G

На проектируемой сети DWDM согласно заданию используется оборудование компании Huawei Technologies (КНР). Разработанная Huawei магистральная оптическая система передачи DWDM OptiX BWS 1600G, является магистральным оптическим оборудованием передачи нового поколения большой ёмкости.

Модульная конструкция, поддержка разнообразных конфигураций и гибкие возможности резервирования позволяют системе OptiX BWS 1600G играть ведущую роль в оптической сети передачи. Ёмкость доступа оптических волокон может быть плавно увеличена от 10 Гбит/с до 1600 Гбит/с. При расширении системы отсутствует необходимость отключать оборудование или прерывать предоставление услуг. Необходимо всего лишь установить новые аппаратные средства или новый узел. В типичной конфигурации с резервированием даже добавление узла OADM не окажет влияние на работу системы.

Система может быть развернута с использованием топологии "точка-точка", линейной и кольцевой сети. Являясь магистральным уровнем сети, она используется для соединения сетей крупных городов и пропуска большого объёма трафика оптической коммутационной аппаратуры, оборудования DWDM городской сети (MAN, metropolitan area network), оборудования SDH или маршрутизаторов.

 

 

 

Система OptiX BWS 1600G передает однонаправленные сервисные сигналы по одному оптическому кабелю, то есть двунаправленная передача осуществляется двум оптическим волокнам, одно оптоволокно используется для передачи, а другое для приема. Использование мультиплексоров/демультиплексоров AWG-типа, эрбиевых волоконно-оптических усилителей, рамановских усилителей, источников сигналов со стабильными длинами волн, функции балансировки мощности каналов, устранение "чирпирования" (pre-chirp), компенсации дисперсии, универсальной и централизованной системы управления сетью делает OptiX BWS 1600G высоконадежной с точки зрения рабочих характеристик и гибкой с точки зрения организации сети.

Система управления сетью передачи, разработанная компанией Huawei (сокращенно NMS - network management system), не только поддерживает управление оборудованием DWDM, но также поддерживает и управление всей серией оборудования OptiX, включая оборудование SDH и METRO. Согласно Рекомендациям ITU-T NMS поддерживает большой набор функций технического обслуживания сети. Она позволяет осуществлять обработку отказов, управление рабочими характеристиками, конфигурацией, резервированием, техническим обслуживанием и тестированием всей сети OptiX. NMS также поддерживает функцию сквозного управления согласно требованиям пользователей. Она повышает качество сетевых услуг, снижает эксплуатационные расходы и гарантирует рациональное использование сетевых ресурсов.

 

 

 

 

Используемая в системе OptiX BWS 1600G NMS обладает мощными и современными функциональными возможностями и предоставляет дружественные пользователю интерфейсы “человек-машина”. Используемый в её конструкции объектно-ориентированный подход позволяет пользователю активизировать или деактивизировать любую услугу в соответствии с возможностями физической сети. В сети OptiX BWS 1600G NMS поддерживает сквозное управление каналами (длинами волн), статистический анализ ресурсов длин волн, управление аварийной сигнализацией, управление рабочими характеристиками, управление системой, управление и техническое обслуживание оборудования и т.д.

Схема организации системы передачи DWDM на участке Красноярск – Чита с использованием аппаратуры OptiX BWS 1600G приведена в приложении 3. Технические характеристики системы представлены в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Технические характеристики системы OptiX BWS 1600G

Модель	OptiX BWS 1600G
Диапазон длин волн	C,L
Количество длин волн в базовой системе	40
Тип используемого волокна	Одномодовое в соответствии с G.652, G.655, G. 653
Расширение количества длин волн	До 192
Наличие служебной связи	Да, аналоговые телефоны
Система управления	T2000
Интерфейсы	Fibre Channel 1 Gbps,Gigabit Ethernet, SDH (STM-16/64), SONET: OC-48c/192c,   10 Gigabit Ethernet
Разнос несущих, ГГц	50/100
Транспондеры	На фиксированную длину волны перестраиваемые
Построение OADM	С выделением 2хN оптических каналов или 40 каналов
Режим работы	3R восст.вх.сигнала 3R+инкапсуляция клиентского графика G.709 FEC функция коррекция ошибок,AFEC(усовершенствованный
Базовый мультиплексор/демультиплексор	На 40 длин волн
Сервисные интерфейсы	RS-232/422, сухие контакты 16 входов, вывод сигнализации 8 портов
Предельный OSNR  на участке усиления	17дБ
Компенсаторы дисперсии	L,C на 10,40,60,80 км
Оптические усилители	Автоматическая регулировка
Канал управления	OSC управляющий оптический канал
Резервирование	Без резервирования; 1+1 два транспондера и  два клиентских интерфейса (маршрут); Y-кабель 2 транспондера один интерфейс

 

 

 

 

 

 

 

Оптическая система передачи DWDM OptiX BWS 1600G включает статив, подстатив, блок питания, блок вентиляторов (включая воздушный фильтр), полку модуля компенсации дисперсии (Dispersion Compensation Module, DCM) и полку концентраторов. В стативе крепятся подстативы с различными комбинациями плат Основной полкой является статив с закрепленной задней панелью и съемными боковыми панелями с обеих сторон. Блок питания установлен сверху. Полка модуля компенсации дисперсии DCM и полка концентраторов установлены в основании статива. В одном стативе может быть смонтировано до трех подстативов в верхней, средней и нижней частях статива. Для каждого подстатива имеется блок вентиляторов и воздушный фильтр. Подстатив OptiX BWS 1600G разделен на четыре части: верхняя часть – это область выхода интерфейсных кабелей или, проще говоря, область  интерфейсов. Здесь подключаются все внешние электрические интерфейсы, принадлежащие подстативу. Средняя часть предназначена для установки плат и называется областью установки плат. В нижней части помещаются область для прокладки оптоволоконных кабелей и блок вентиляторов.

Всего в стативе находится 13 разъемов (IU1-IU13), которые пронумерованы слева направо как IU1, IU2, IU3 … IU13. Разъем IU7 имеет ширину 24 мм. и зарезервирован для SCC/SCE (Платы: управления системой и связи). Остальные разъемы IU (блоков интерфейсов) имеют ширину 38 мм. Все оптические интерфейсы выводятся на передние панели плат.

На рис. 3 представлен фасад DWDM-оборудования с расположением используемых плат.

V40 – блок мультиплексирования на 40 каналов,  FIU – блок интерфейса оптоволоконного кабеля,  SCC и SCE – блок связи и управления системой,  MCA – многоканальный блок анализатора спектра,  D40 – блок демультиплексирования на 40 каналов,  OPU – блок оптического предварительного усилителя, LWFS – блок преобразования длины волны линии приема-передачи STM64 с функцией FEC, OAE – блок оптического усилителя

Рис. 3 – Фасад DWDM оборудования OptiX BWS 1600G

По мере роста трафика пропускная способность может быть увеличена, причем наращивание каналов будет проходить без прерывания работы сети. С введением в эксплуатацию DWDM-сети оператор сможет предлагать каналы большой емкости, что позволит воспользоваться услугами новым клиентам, которым требуется оперативно передавать очень большие объемы информации.

Преимущества DWDM очевидны. Эта технология позволяет получить наиболее масштабный и рентабельный способ расширения полосы пропускания волоконно-оптических каналов в сотни раз. Пропускную способность оптических линий на основе систем DWDM можно наращивать, постепенно добавляя по мере развития сети в уже существующее оборудование новые оптические каналы. 

 

3.2  Структура системы

Механическая структура системы DWDM OptiX BWS 1600G включает в себя шкаф, подстатив, платы, блок вентиляторов, блок питания и т.д.. В шкаф могут устанавливаться подстативы с различными конфигурациями плат для формирования различных типов оборудования. Компактное и изящное конструктивное исполнение позволяет более эффективно использовать пространство для установки оборудования. Конфигурация OTM с пропускной способностью 400 Гбит/с может быть реализована с использованием двух шкафов, а одиночный шкаф обеспечивает реализацию конфигурации OLA.

Один шкаф позволяет установить три подстатива, блок питания, полку DCM и полку HUB. В одной полке HUB можно установить максимум два концентратора (HUB), и в полке DCM также устанавливаются максимум две DCM.

В системе имеется пять типов оборудования:

- Оптический оконечный  мультиплексор (OTM, Optical terminal multiplexer);

- Оптический линейный  усилитель (OLA, Optical line amplifier);

- Оптический мультиплексор  вставки/выделения (OADM, Optical Add/Drop Multiplexer);

- Регенератор (REG);

- Оптический корректор (OEQ, Optical equalizer).

В каждом типе оборудования могут быть сконфигурированы до 40 каналов.

 

 

3.3  Оптический  оконечный мультиплексор (OTM)

OTM является оконечной  станцией сети DWDM, то есть в  этой станции для услуг внешнего  оборудования реализуется доступ  к сети DWDM.

На стороне передачи он осуществляет преобразование и мультиплексирование оптических сигналов, поступающих из различного оборудования на стороне клиента, например из оборудования SDH, в одну волоконно-оптическую линию для их усиления и последующей передачи. На стороне приема происходит демультиплексирование всех каналов и их транспортировка к соответствующему клиентскому оборудованию.

OTM системы состоит из  следующих основных компонентов:

- Блок оптического ретранслятора (OTU, Optical transponder unit);

- Оптический блок мультиплексирования (M40);

- 40-канальный оптический  блок мультиплексирования с VOA (V40);

- Блок оптического усилителя (OAU/OBU/OPU);

- Оптический блок демультиплексирования (D40);

- Блок интерфейса оптического  волокна (FIU, Fiber interface unit);

- Блок однонаправленного  оптического контрольного канала (SC1)/блок однонаправленного оптического  контрольного канала и передачи  синхронизации (TC1);

- Модуль компенсации дисперсии (DCM, Dispersion compensation module);

- Блок многоканального анализатора спектра (MCA, Multi-channel spectrum analyzer unit);

- Блок связи и управления  системой (SCC, System control & Communication unit).

 

Рис. 4 – Блок-схема принимающей стороны OTM

 

 

 

3.4  Оптический  линейный усилитель (OLA)

 

Блок OLA обеспечивает усиление двунаправленных оптических сигналов и компенсацию дисперсии. Блок OLA увеличивает дальность передачи без регенерации, то есть обеспечивает передачу без использования 3R-функции.

Как показано на рисунке 5, модуль OLA состоит из блока оптического усилителя, усилителя Рамана (комбинированное использование усилителей Рамана и EDFA обеспечивает усиление оптических сигналов с низким уровнем собственных шумов усилителей, что позволяет увеличить протяженность участка передачи), блоков DCM, FIU, SC2, SCC и т.д.

 

Рис. 5 – Блок-схема OLA

 

Как и OTM, Рамановские усилители используются на приемной стороне OLA, как показано на рисунке 5. Они выполняют усиление (с низким уровнем собственных шумов) оптических линейных сигналов, а затем посылают эти сигналы в блок FIU.

FIU выделяет оптический  контрольный сигнал из основного  тракта, для того чтобы система  могла извлечь из него контрольную  информацию. В то же время, сигналы C-диапазона, содержащиеся в основном  тракте, передаются в блок OAU (блок  эрбиевого оптического усилителя), где они усиливаются.

Блок DCM обеспечивает компенсацию дисперсии сигналов основного тракта.

 

3.5  Оптический  мультиплексор с функцией вставки/выделения (OADM)

 

В системе предусмотрено два типа мультиплексоров OADM: последовательный OADM и параллельный OADM.

Последовательный OADM используется для локальных операций вставки/выделения до 16 каналов в/из основного тракта путем каскадирования плат MR2. Это основной тип OADM. Он гарантирует баланс оптической мощности для локально вставляемых и транзитных каналов, выравнивая, таким образом, суммарную оптическую мощность.

Последовательный OADM состоит из блока оптического усилителя (OAU/OBU), модуля оптического мультиплексора с функцией вставки/выделения (MR2), блоков DCM, OTU, FIU, SC2/TC2, SCC и т.д. Блок-схема последовательного OADM показана на рисунке 6.

 

Рис. 6 – Блок-схема последовательного OADM

 

Главным функциональным блоком OADM является MR2. Каждая плата MR2 поддерживает вставку/выделение двух каналов услуг. Возможно каскадное включение восьми плат MR2, в результате чего обеспечивается вставка/выделение 16 каналов, как показано на рисунке 6.

На стороне приема блок FIU разделяет основной тракт на сигналы C-диапазона и оптический контрольный сигнал. Затем сигнал контрольного канала передается в SC2/TC2 для дальнейшей обработки. Сигналы C-диапазона передаются на платы MR2, на которой осуществляется вставка или выделение каналов услуг. Доступ к этим локальным вставляемым/выделяемым каналам осуществляется через OTU.