Проектирование первичной сети связи

ВВЕДЕНИЕ

   Первичная сеть связи (ПСС) представляет собой совокупность сетевых узлов (СУ), сетевых станций (СС), и линий передачи (ЛП), образующих сеть типовых каналов и групповых трактов.          В сетевых уздах располагается оборудование систем передачи (СП) и аппаратура транзита и переключения (в процессе управления первичной сетью) каналов и трактов. 

    На сетевых станциях, как правило, не производится  маршрутизация каналов первичной  сети.  Основное назначение ПСС  – организация типовых каналов  и групповых трактов  и предоставление  их вторичным сетям. Сеть связи   ОАО РЖД, как ведомственная  сеть, является составной частью  ВСС РФ и охватывает всю  сеть железных дорог страны. Особенности построения первичной сети связи железнодорожного транспорта определяются в основном его административной структурой и спецификой управления грузо- и пассажиропотоками, так как по своей сущности транспортная связь является технологической.

     Технологическая сеть  связи ОАО  РЖД, являясь одним из компонентов  отрасли, обеспечивает передачу  и распределение всевозможных  информационных потоков, необходимых  для нормального функционирования  производственных процессов всех  подразделений железнодорожного  транспорта и удовлетворения  населения в услугах связи.  Технологическая связь не просто  обслуживает то или иное производство  железнодорожного транспорта, а,  непосредственно проникая в него, является одним из важнейших  звеньев единого процесса управления  производством.

     Структура первичной сети связи  на железных дорогах соответствует  иерархии управления отраслью  и включает в себя четыре  уровня сетей: Магистральная – Дорожная – Отделенческая – Местная.

     В Концепции создания цифровой  сети связи МПС России в  качестве генерального направления  принято развитие магистральных  и дорожных сетей на основе  цифровых систем передачи информации  с применением волоконно-оптических  кабелей (ВОК).

     Применение ВОК решает проблемы  организации высококачественных  каналов магистральной и дорожной  связи на грузонапряженных участках, но является достаточно дорогостоящим способом на местном уровне, особенно при доведении волокна до абонента. Поэтому актуальность вопросов использования существующих кабельных линий передачи для работы ЦСП будет сохраняться еще довольно  долгое время. Эта проблема является общей как в нашей стране, так и за рубежом.

    Правовой статус железнодорожной  сети связи определяется отношением  оборудования и средств связи ОАО РЖД к федеральной собственности и регулируется   системой   законодательных,   правовых  и  нормативно-технических актов  Российской  Федерации,  которые включают в себя акты  общего характера и специальное законодательство в области связи.

     В конце 20 столетия первичная сеть связи была в основном аналоговой. Аналоговая сеть имеет следующие недостатки:

     1) низкая пропускная  способность, потребность в каналах  удовлетворялась на  35%;

    2) низкая скорость передачи  по каналам (8-9Кбит∕с), что не  позволяло внедрять новые информационные  технологии;

    3) низкое качество передачи (организация каналов).

Поэтому в  1997 году была принята  «Концепция создания цифровой сети связи  МПС», согласно которой создаваемая  сеть будет двухуровневой:

    1 Уровень: Транспортная сеть (первичная сеть), основная задача которой перенос больших потоков информации любых протоколов на большие расстояния. Эта сеть строится с использованием ВОК и цифровых систем передачи.

    2 Уровень: Широкополосная сеть абонентского доступа, которая включает вторичные и местные сети связи и должна обеспечивать мобильный доступ абоненту железнодорожного транспорта в глобальную мировую сеть связи.

    Требования к  ЦПСС:

    - первичная  сеть  связи  должна  быть  цифровой  на  всех  уровнях  (на магистральном, дорожном и отделенческом);

    - структура  первичной   сети  связи  должна  быть  такой,  чтобы  можно  было  построить любые вторичные сети;

    - для построения линейных  трактов должны быть использованы  только типовые цифровые каналы;

    - создаваемая  первичная   сеть  связи  должна  иметь   систему  управления, предназначенная  обеспечивать эффективное функционирование  сетей и рациональное использование  ее ресурсов.

В настоящем курсовом проекте рассматриваются  вопросы проектирования  цифровой ПСС на участке А- С железной дороги на дорожном и отделенческом уровнях.

1 ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

      1.1 Обоснование темы проекта

По заданию на курсовое проектирование на участке А-С железной дороги строится волоконно-оптическая линия связи, по которой необходимо организовать дорожную и отделенческую связи. Основной функцией первичной сети связи является транспортная функция, то есть перенос информации из одного пункта в другой. В соответствии с «Концепцией создания цифровой сети связи МПС» первичная сеть связи должна быть цифровой на магистральном, дорожном и отделенческом уровнях.

В качестве систем передачи на создаваемой  цифровой первичной сети связи (ЦПСС) могут использоваться цифровые системы  плезиохронной (PDH) или синхронной (SDH) цифровых иерархий.

Цифровые системы передачи обеспечивают более высокое качество, большую  скорость и достоверность передачи  информации и большее количество каналов по сравнению с аналоговыми системами передачи.

В качестве направляющей среды используется волоконно-оптический кабель (ВОК). На проектируемом участке применяется  ВОК отечественного производства фирмы  «ТрансВок» ОКМТ-А-4/2(2,4)-Сп-12(2)/4(5). Это кабель оптический, магистральный, предназначенный для прокладки в грунт в пластмассовом трубопроводе.

Основные технические данные  кабеля:

Количество оптических модулей                                                                     6

Количество оптических волокон  в модуле                                                     4

Километрическое затухание, α, дБ/км, при длине волны:                    

 λ=1,31 мкм                                                                                                   0,36

 λ=1,35 мкм                                                                                                   0,22

Хроматическая дисперсия, пс/Нм*км, не более                 

 λ=1,31 мкм                                                                                                      3,5

 λ=1,55 мкм                                                                                                      1.8

Температура эксплуатации, Сº                                               минус 60 … +70

Строительная длина кабеля, км                                                                       4

Данный кабель по сравнению с  кабелями зарубежных фирм отличается низкой стоимостью и имеет полностью  отвечающие современным требованиям  электрические характеристики, малые  габариты и вес, может использоваться в любых районах России. Кабель не содержит металлических элементов, что позволяет повысить его помехозащищенность от внешних электрических полей.

На первичных сетях связи, организуемых по волоконно-оптической  линии передачи (ВОЛП), применяют цифровые системы  передачи  плезиохронной  PDH  и синхронной SDH цифровых иерархий.

Основными    недостатками   систем  передачи   PDH  «Сопка-3М»,  «Сопка-4М», «Сопка-6М», применяемых на сетях связи общего пользования, являются:

- сложность выделения цифровых каналов на промежуточных пунктах, связанная с необходимостью согласования скоростей обработки сигналов путем добавления или убавления выравнивающих символов (бит);

- отсутствие  средств маршрутизации цифровых  потоков, что не позволяет применять  новейшие технологии передачи  сигналов;

- малое количество служебных каналов для целей контроля состояния сетей связи и управления ими.

Все эти  недостатки устранены в синхронной цифровой иерархии SDH, оборудование  которой   рассчитано   на  скорости    передачи   155 Мбит/с  (STM-1), 622 Мбит/с (STM-4), 2488 Мбит/с (STM-16), 9953 Мбит/с (STM-64), разрабатывается система передачи  STM-256 со  скоростью передачи  порядка 40 Гбит/с.

На проектируемом  участке по заданию должны применяться  системы передачи STM-1 и STM-4. Входными сигналами для STM-1 могут быть стандартные цифровые каналы американской (каналы Т) и европейской (каналы Е) систем PDH, называемые трибами PDH:

- первичные  цифровые каналы Т1 (1,5 Мбит/с) и Е1 (2 Мбит/с);

- третичные  цифровые каналы Е3 (34 Мбит/с) и Т3 (45 Мбит/с);

- четверичный  цифровой каналы Е4 (140 Мбит/c).

Входными  сигналами для STM-4 могут быть как вышеуказанные трибы PDH, так   и   трибы   SDH  первого уровня,  соответствующие скорости  передачи  155 Мбит/c.

Применяемая в SDH система заголовков позволяет определить положение любого входного цифрового потока, погруженного в соответствующий виртуальный контейнер, и осуществлять его ввод-вывод из синхронного транспортного модуля STM-1(N). Размер поля заголовков позволяет ввести все данные, необходимые для маршрутизации цифровых потоков, а также создать необходимое количество служебных каналов для контроля и управления сетями связи.

Оборудование  SDH выпускает целый ряд зарубежных и российских фирм. Основным элементом сетей SDH являются синхронные мультиплексоры, которые, благодаря модульной конструкции, могут использоваться на сетях связи для работы в качестве:

- оконечного (терминального) мультиплексора  ТМ;

- промежуточного мультиплексора  ввода-вывода ADM;

- регенератора;

- концентратора (хаба);

- кросс-коммутатора.

Для проектируемого участка выбираются мультиплексоры SMS-150V  (STM-1) и SMS-600V (STM-4), выпускаемые экспериментальным заводом научного приборостроения Академии наук России совместно с фирмой NEC.

Основные технические данные мультиплексоров  приведены  в таблице 1.

Таблица 1 – основные технические данные систем передачи

Применение  аппаратуры SDH российского производства позволяет:

- уменьшить  расходы на транспортировку;

-более оперативно и экономично решать вопросы по производству пусконаладочных работ,  по обучению обслуживающего персонала, по организации консультаций в период эксплуатации и послегарантийного обслуживания

1.2 Размещение регенерационных  пунктов

Регенерационные пункты (РП) предназначены для увеличения дальности передачи путем восстановления амплитуды, формы, длительности и временного положения импульсов цифрового  сигнала. В технологии SDH все функциональные модули обладают функцией регенерации. Основными функциональными модулями являются  мультиплексоры.

Терминальные  мультиплексоры  ТМ  устанавливаются на оконечных  пунктах при управлении или отделении железной дороги и на крупных участковых и узловых станциях. Участок  трассы  между ТМ называется    маршрутом, длина маршрута может составлять сотни километров для отделенческой ПСС и тысячи километров – для дорожной ПСС.

Длина проектируемого участка составляет 222 километров. Для дорожной ПСС мультиплексор ТМ устанавливается при управлении дороги, то есть на станции А,  на станциях Б, Д, М, С устанавливаются мультиплексоры ввода-вывода ADM, так как на этих станциях требуется выделение каналов дорожной связи.

Участок, расположенный между двумя  соседними функциональными модулями, называется оптической секцией. Оптические секции нормируются по длине и  делятся на три категории:

I – внутристанционная секция длиной до 2 километров;

S – короткая межстанционная длиной до 15 километров;

  L – длинная   межстанционная   секция: до  40  километров  при длине волны светового излучения λ = 1,31 мкм и до 80 километров при λ=1,55 мкм.

Размещении регенерационных пунктов на участке дорожной  ПСС, не предусматривается так как длины оптических секции оказалась меньше 80 километров, поэтому на станциях  установка регенератора R не нужна. я А-Б.  Размещение пунктов показано  на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема размещения дорожной ЦПСС

Для отделенческой  ПСС мультиплексор ТМ устанавливается  при отделении дороги на станции Б, а на станциях В, Г, Д, К, Л, М, Н, С устанавливаются мультиплексоры ввода-вывода.

Схема размещения РП для отделенческой ПСС приведена на рисунке 2.

             Рисунок 2 – Схема размещения РП отделенческой ЦПСС

Расчет выполняется с целью  проверки правильности размещения регенерационных  пунктов на участках дорожной и отделенческой  первичной сети связи и включает расчет затухания на участках регенерации  и построение диаграмм уровней.

     1.3.Расчет качества  передачи

Регенерационным участком (РУ) называется часть тракта, расположенная между  соседними РП. На сетях связи SDH участок регенерации совпадает с оптической секцией, следовательно, для дорожной ПСС организованы 5 РУ, а для отделенческой ПСС – 8 РУ.

Затухание участка регенерации  а_ру, дБ определяется по формуле:

                                          а_ру=α·l_ру+m·a_рс+n·a_нс                                                                                   

где α – километрическое затухание ВОК, дБ/км;

      l_ру –длина участка регенерации, км;

      m– количество разъемных соединений; на каждом участке регенерации m=2;

a_рс–затухание разъемного соединителя, организуемого при вводе ВОК в здание   узла связи, дБ;

      n – количество неразъемных соединений;

     a_нс– затухание неразъемного (сварного) соединения, организуемого на стыке  строительных длин кабеля, дБ.

Для кабеля ЗАО «ТрансВок» ОКМТ

       α = 0,36 дБ/км при λ = 1,31 мкм;

       α = 0,22 дБ/км при λ = 1,55 мкм;

       a_рс = 0,3 дБ;  a_нс = 0,1 дБ.

Количество неразъемных соединений на каждом РУ определяется по формуле:

                                                   n =( l_ру/l_сд) – 1                             

  где l_ру – длина участка регенерации;

   l_сд – строительная длина кабеля, км. Для ОКМТ  l_сд = 4 км.

Расчет затуханий участков регенерации  для ПСС дорожного и отделенческого приведен соответственно в таблицах 2 и 3, при этом длина волны светового  излучения λ = 1,55 мкм  выбрана  только  для  оптических  секций с длиной более 40 км.

Таблица 2 – расчет затуханий РУ дорожной ПСС

  Таблица 3 – расчет затуханий  РУ отделенческой ПСС

1.3.2 Построение диаграмм уровней

Диаграмма уровней отражает графически изменение уровней передачи вдоль  магистрали связи  и позволяет  проверить правильность выбора типов  оптических интерфейсов и мощности оптических передатчиков.

Оптические интерфейсы предназначены  для сопряжения оборудования STM  с ВОК и состоят из оптического передатчика и оптического приёмника. Тип оптического интерфейса определяется в зависимости от категории оптической секции, её длины, длины волны светового излучения и уровня STM.

Типы  оптических  интерфейсов  для  дорожной  (STM-4) и отделенческой (STM-1) ПСС указаны в таблицах соответствующих диаграмм уровней, приведенных на рисунках 3 и 4 соответственно.

Уровень мощности оптического сигнала  на выходе передатчика (р_пер, дБ) определяется в зависимости от типа оптического интерфейса. Уровень сигнала на входе оптического приемника (уровень приема р_пр, дБ) определяется по формуле:

                р_пр=р_перn-1-a_ру                                                                                         (3)

где р_{пер n-1} – уровень на выходе передающего РП, дБ.

      a_ру – затухание прилагающего участка регенерации.

Вывод: Из диаграмм  видно, что уровни на входе всех регенерационных пунктов выше минимально допустимого уровня приема, следовательно, РП размещены правильно, качество передачи по каналам дорожной и отделенческой ПСС будет обеспечиваться при минимальной мощности оптических передатчиков.

Примечание: Если на проектируемом участке имеются внутристанционные и короткие межстанционные оптические секции категорий I и S, то уровень приема на входе пункта, к которому прилегает такая секция, может оказаться выше, чем минимальный уровень на выходе  оптического передатчика этого пункта. В этих случаях на выходе предыдущего регенерационного пункта необходимо включить оптический аттенюатор для снижения уровня мощности передаваемого сигнала и отразить это в выводе.

                          Рисунок 3 – Диаграмма уровней дорожной связи

                              Рисунок 4 – Диаграмма уровней отделенческой связи

1.4 Описание  проектируемой схемы  ПСС

Проектируемая схема ПСС приведена  на листе 1 графической части проекта, Приложение А. Сеть связи концентрируется  вдоль железной дороги, полностью  отражая её конфигурацию.

На проектируемом участке в  качестве направляющей системы используется волоконно-оптический кабель ОКМТ, предназначенный  для  прокладки в грунт в  пластмассовом трубопроводе.

Кабель имеет 16 одномодовых оптических волокон (ОВ), сертифицированных для  длин волн 1,31 и 1,55 мкм. По четыре ОВ используется для построения магистральной  и  дорожной ПСС для обеспечения  резервирования и защиты цифровых потоков; два или четыре ОВ используют для построения отделенческой ПСС. Остальные ОВ могут быть сданы в аренду другим ведомствам и фирмам с целью получения доходов.

Основной функцией ПСС является формирование единого информационного  потока, проходящего через последовательно  расположенные пункты выделения, где  часть потока выделяется для обслуживания абонентов местных сетей связи.

Дорожная ПСС на заданном участке  организуется с использованием системы  передачи  STM-4,  которая формирует цифровой поток со скоростью 622 Мбит/с. Входными компонентными сигналами  (составляющими сигналами) являются стандартные  цифровые  каналы PDH (трибы PDH: Е1 (2 Мбит/с), Е3 (34 Мбит/с), Е4 (140 Мбит/с) или трибы SDH 155 Мбит/с (STM-1). На станции А при управлении дороги устанавливается терминальный мультиплексор ТМ типа SMS-600V. На крупных и средних станциях  Б, Д, М, С организуются сетевые узлы связи с синхронными мультиплексорами ввода-вывода ADM с функцией кросс – коммутатора, обеспечивающими:

- ответвление высокоскоростных  потоков (155, 140 Мбит/с);

- распределение компонентных потоков  (2, 34, 140 Мбит/с);

- взаимодействие STM-4 с STM-1 нижнего уровня;

- выделение    необходимого   количества  первичных  цифровых  каналов  Е1  (2 Мбит/с).

На уровне отделенческой ПСС  используется система передачи STM-1, формирующая синхронный цифровой поток со скоростью 155 Мбит/с. Входными компонентными сигналами являются трибы PDH: Е1 (2 Мбит/с) и Е3 (34 Мбит/с). На станции Б при отделении дороги устанавливается терминальный мультиплексор SMS-150V, а на всех остальных станциях В, Г, Д, К, Л, М, Н, С мультиплексоры ввода-вывода, обеспечивающие сквозную коммутацию основного цифрового потока и ответвление определенного количества каналов Е1 к абонентам местных сетей связи.

Терминалы абонентов местной сети связи  включаются в цифровое коммутационное оборудование вторичных сетей связи, которое через интерфейсы     Е1   (2М)   подключаются   к   первичной   сети   SDH.  При таком построении сети сглаживаются традиционные понятия магистрального, дорожного и отделенческого уровней сети и цифровая  сеть отражает двухуровневую структуру, имеющую уровень транспортной сети и уровень абонентского доступа. Абоненты ОбТС получают доступ в транспортную сеть по каналам Е1 через цифровые автоматические телефонные станции АТСЦ или узлы автоматической коммутации каналов УАКЦ, абоненты ОТС – через цифровые коммутаторы технологической связи ЦКТС, абоненты СПД – через соответствующее цифровое коммутационное оборудование (ЦКС, ЦКК). Количество каналов Е1, выделяемых на станциях, зависит от количества терминалов местной сети, которым необходим доступ в транспортную сеть.