Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проект сегмента волоконно-оптической транспортной сети

ВВЕДЕНИЕ

Хотя и существуют сети, которые для передачи данных применяют радиопередачу и другие виды беспроводных технологий, но подавляющее большинство ЛВС в качестве передающей среды используют кабель. Чаще всего это кабель с медной жилой для переноса электрических сигналов, но оптоволоконный кабель со стеклянным сердечником, по которому передаются световые импульсы, начинает приобретать все большую популярность. В силу того, что оптоволоконный кабель использует свет (фотоны) вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются.

Передача информации по оптическим линиям связи имеет всего лишь 50-летнюю, но весьма бурную историю. В основе оптической передачи лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего на границу двух сред с различными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двухслойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя больше, чем наружного. Световод, управляемый источник света и фотодетектор образуют канал оптической передачи информации, протяженность которого может достигать десятков километров. Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм (400-3000 нм), но пока практически используется только диапазон 600-1600 нм (часть видимого спектра и инфракрасного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковолновых (около 800 нм) систем. По мере совершенствования технологий производства излучателей и приемников уходят в сторону более длинных волн — через 1300 и 1500 к 2800 нм, передача которых может быть эффективнее. Высокая частота электромагнитных колебаний этого диапазона (1013-1014 Гц) дает потенциальную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется существующими источниками и приемниками сигналов — в настоящее время освоены скорости до нескольких гигабит в секунду.

РАЗДЕЛ 1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Определение уровня передаваемого транспортного модуля

Для определения уровня передаваемого транспортного модуля произведу расчет емкости цифровых линейных трактов между пунктами (таблица 1.1).

Согласно заданию на курсовое проектирование из узла A в узлы B, C и D раздаётся по 2 Гбит/с Ethernet трафика.

Таблица 1.1 – Расчет количества первичных цифровых потоков

Направление	AB	BC	CD
АВ	25	-	-
АС	35	35	-
AD	17	17	17
Сумма потоков Е1 между пунктами	77	52	17
Скорость без учёта трафика Ethernet, Мбит/с	157,7	106,5	34,8
Объём трафика Ethernet, Мбит/с	6000	4000	2000
Скорость с учётом трафика Ethernet, Мбит/с	6158	4107	2035

Результаты расчёта объёма трафика на отдельных участках проектируемой сети отражены на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – Определение уровня передаваемого транспортного модуля

1.2 Выбор типа системы передачи и ее характеристики

В настоящее время различная аппаратура SDH выпускается целым рядом зарубежных фирм: Alcatel, Siemens, Huawei, ECI Telecom, NEC и т.д. и Российскими фирмами: Морион, Натекс, Ротек, ЭЗАН и др.

В Хабаровском, Приморском крае, на Сахалине на многих участках сети связи оператором Ростелеком используются универсальные синхронные мультиплексоры израильской фирмы ECI Telecom: XDM-100, XDM-500, XDM-1000.

XDM располагает целым рядом очевидных достоинств, в том числе:

1) XDM упрощает переход от сетей с ориентацией на речь на сети с ориентацией на данные, сочетая экономичность и универсальность сети Ethernet с качеством услуг, наращиваемостью и гибкостью сетей SDH/SONET.

2) C помощью аппаратуры XDM реализуются недорогие полностью оптические сети путем объединения в канал DWDM потоков SDH, IP, ATM и GbE.

3) XDM отлично уживается с оборудованием других поставщиков.

Модификации мультиплексоров XDM, выпускаемых фирмой ECI Telecom, представлены в таблице 1.2.

Из линейки синхронных мультиплексоров, выпускаемых компанией ECI, исходя из объёма передаваемого трафика, для проектируемой мультисервисной сети подойдёт полка XDM – 1000.

XDM-1000 - многосервисный коммутатор волоконно-оптической сети, будучи рассчитанным на высокопроизводительные АТС, XDM-1000 отличается беспрецедентной плотностью портов. Функционально полка XDM-1000 аналогична полке XDM-500 и включает те же функциональные подсистемы, типы плат и модулей. Полки отличаются только физическими размерами и увеличенным в XDM-1000 числом поддерживаемых слотов.

Из рисунка 1.1 видно,что максимальный объём трафика 6,2 Гбит/с передаётся на участке между узлами А и В.Для передачи такого объёма трафика необходимо использовать мультиплексоры уровня STM-64,необходимо также, чтобы выбранные мультиплексоры кроссы позволяли выделять на любом узле сети трафик Gigabit Ethernet.Данным требованиям отвечают мультиплексоры XDM-1000 и XDM-500.Мультиплексооры XDM-100 не подходят для данного примера, т.к не имеют интерфейсов STM-64 учитывая будущие перспективы развития проектируемой сети, вполне подойдут мультиплексоры XDM-1000.

Таблица 1.2 – Семейство мультиплексоров XDM компании ECI Telecom

Наименова-ние полок XDM

Входные(Трибутарные интерфейсы)

Выходные (Агрегатные интерфейсы)

E3/T3

STM-1

STM-4

STM-16

STM-1

STM-4

STM-16

STM-64

CWDM/DWDM

XDM-50

XDM-100

XDM-200

CWDM - 16 λ

XDM-400

XDM-500

DWDM-16/32/64 λ

DWDM - 40/80 λ

XDM-1000

DWDM-16/32/64 λ

DWDM - 40/80 λ

XDM-2000

DWDM

DWDM-16/32/64 λ

DWDM - 40/80 λ

Таблица 1.3 – Характеристики оптического интерфейса STM-64 для XDM-1000

Название приёмопередатчика SFP	SIO64 1ALSxx	SIO64 1PLSxx	SIO64 1PSS3	SIO64 1PIS3
Код оптического интерфейса	L-64.2a	L-64.2b	S-64.1	I-64.1
Рабочая длина волны, нм	1550	1550	1310	1310
Максимальная ширина спектра излучения ППЛ при -20дБ, , нм	0,01	0,01	0,01	0,1
Минимальная мощность сигнала на выходе ППЛ, p_пер.min, дБ	- 2	-2	-4	-6
Максимальная мощность сигнала на выходе ППЛ, p_пер.max, дБ	+3	+3	+1	-1
Тип фотодиода	ЛФД	Pin-ФД	Pin-ФД	Pin-ФД
Минимальная чувствительность фотоприёмника, p_пр.min, дБ	-19	-14	-15	-11
Уровень перегрузки фотоприёмника, p_{перегр.max}, дБ	-8	-1	-1	-1
Максимальная дальность, км	60	50	20	2

1.3 Структурная схема выбранного мультиплексора и её описание

Функциональная схема мультиплексора XDM – 1000 приведена на рисунке 1.2. В составе мультиплексора имеется 2 матрицы кросс-коммутации (основная и резервная) – HLXC (High Level/Low Level Cross Connect – кросс-соединение высокого уровня / низкого уровня). Матрицы обеспечивают подключение различных блоков мультиплексора друг к другу.

Плата центрального процессора управления xMCP (XDM Main Control Processor) обеспечивает контроль работы всех узлов мультиплексора. Выходы этой платы подключены к главной панели управления оборудованием MECP (рисунок 1.3). В панели MECP размещено также оборудование служебной связи. У платы MECP имеются: интерфейс доступа к заголовку OHA, интерфейс служебной связи AUX (рисунок 1.2), а также интерфейсы для удалённого и локального мониторинга. MECP поддерживает также специальный речевой канал по DCC с использованием VoIP и специального маршрутизатора. С помощью этой функции внешние вызовы извне сети подаются в конкретный узел. Кроме того, MECP вырабатывает аварийные сообщения системы и активирует индикаторы, например, загрузки ПО, перезапуска или настройки и т.п.

Мультиплексор XDM питается только от постоянного тока. Для резервирования на каждой полке есть два блока фильтров питания, каждый из которых подключается к своему источнику питания. Номинальное напряжение питания составляет -48 или -60 В постоянного тока (заземлен положительный проводник); а допустимый диапазон питания составляет от -40 до -75 В постоянного тока.

По причине резервирования должно быть два отдельных источника питания постоянного тока. В нижней части стойки находятся три блока xFCU – блоки управления вентиляторами XDM (XDM Fan Control Unit).

Внешний вид мультиплексора XDM-1000 приведён на рисунке 1.3. Два слота, обозначенных X1 и X2, предназначены для матричных плат HLXC. Два слота С1 и С2 служат для установки плат центрального процессора управления xMCP. Двенадцать слотов обозначенных как I1 по I12 используются для установки следующих основных типов плат: плат PIO, плат SIO, плат для передачи данных DIO и EIS, а также платы коммутатора АТМ трафика ATS.

Платы PIO (PDH Input/Output – ввод/вывод PDH) выполняют подключение сигналов PDH: Е1, Е3, Т3 на вход центральной матрицы кросс-коммутации XDM, размещенной в платах HLXC.

Например, плата PIO2-21 рассчитана на ввод 21 потока Е1, а плата PIO2-84 рассчитана на ввод 84 потоков Е1 и т.д.

Платы SIO (SDH Input/Output – ввод/вывод SDH) выполняют подключение сигналов SDH: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64 на вход центральной матрицы кросс-коммутации XDM.

Например, на вход плат SIO1&4 могут поступать потоки уровня STM-1 и/или потоки STM-4.

С помощью плат DIO (Data I/O card – плата ввод/вывода данных) осуществляется транспортировка потоков данных GbE по сетям SDH. EIS – коммутационно-интерфейсная плата сети Ethernet обеспечивает услуги уровня 2 Ethernet. Каждая плата EIS располагает несколькими портами Ethernet для прямого подключения к узлам заказчика и работает как встроенный коммутатор Ethernet, в результате чего отпадает необходимость во внешнем коммутаторе Ethernet. Платы EIS поддерживают следующие интерфейсы Ethernet:1000SX/LX, 100FX, 100BaseT.

Кроме того, в слотах с I1 по I12 могут быть установлены транспондеры DWDM. Эти блоки служат для преобразования сигналов, поступающих на типовой длине волны (1,3 или 1,55 мкм) в оптические сигналы с другой длиной волны (соответствующей конкретному оптическому каналу DWDM). XDM располагает несколькими транспондерами с перестраиваемыми лазерами. Перестраиваемые лазеры обеспечивают идеальное и экономичное решение в плане снижения числа запасных транспондерных плат. Транспондеры с перестраиваемыми лазерами можно настраивать на любой из 40 оптических каналов DWDM. Требуемый канал устанавливается с помощью системы управления.

Кассета модулей с одиннадцатью слотами, обозначенными с М1 по М11 используется для следующих целей: во-первых для монтажа модулей обеспечивающих функцию резервирования плат PIO; во-вторых для монтажа модулей DWDM, например, оптических усилителей, модулей OADM (ввода–вывода оптических каналов на промежуточных станциях), модулей мультиплексирования /демультиплексирования и т.д.

Рисунок 1.2 – Функциональная схема XDM-1000

Рисунок 1.3 – Внешний вид XDM-1000

1.4 Выбор типа оптического кабеля для каждого участка сети и его характеристики

Российскими кабельными заводами оптические кабели (ОК) производятся в основном двух типов: с модульной конструкцией сердечника (сердечник с центральным силовым элементом, преимущественно из стеклопластикового стержня, вокруг которого находятся трубки-модули с расположенными в них оптическими волокнами (ОВ)), емкостью до 288 ОВ, и трубчатой конструкции (в виде центрального модуля-трубки), емкостью до 24 ОВ.

Оптические кабели производятся с различными типами оптических волокон - многомодовыми с размерами 50/125 мкм (сердцевина/оболочка) и 62,5/125 мкм (рекомендация MC3-TG.651), одномодовыми (рекомендации MC3-TG.652, G.653, G.654, G.655), оптическими волокнами с расширенным диапазоном рабочих длин волн.

Основной тип ОВ, используемых в современных конструкциях ОК - одномодовые ОВ, характеризующиеся низкими потерями (так, километрическое затухание на длине волны 1,55 мкм у ОВ по рекомендации G.652 составляет 0,22 дБ/км). Многомодовые ОВ применяются практически только в ОК для локальных сетей, в частности, в структурированных кабельных системах, что определяется в основном технико-экономическими причинами.

Прокладка ОК производится с использованием технологий, виды которых определяются проектом, условиями прокладки, типами используемых ОК, используемым оборудованием и др.

Во всех случаях при прокладке не должны превышаться нормируемые нормативно-технической документацией на кабели механические воздействия (в первую очередь усилия растяжения и сжатия), климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет минус 10 °С), допустимые радиусы изгиба ОК (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров ОК) и т.д.

При выборе типа кабеля было учтено, что согласно заданию на курсовой проект, между узлами А и В оптический кабель прокладывается в грунт, между узлами B и C оптический кабель подвешивается на опорах ЛЭП, а между узлами C и D оптический кабель проходит по территории города, а значит, прокладывается в кабельной телефонной канализации (КТК). Согласно заданию были выбраны кабели завода «Севкабель»

Основные технические характеристики выбранных кабелей приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Основные технические характеристики кабелей

Марка оптического кабеля для прокладки	В грунт	Для подвески	в кана-лизации
Параметры для указанной марки кабеля	ДПС-020D-4	ДПВ-040А-15	ДОЛ-080А-12
Конструкция (На основе центральной трубки или на основе модульной конструкции)	На основе центральной трубки	На основе центральной трубки	На основе центральной трубки
Количество оптических волокон в кабеле	от 2-288	от 2 до 216	от 2 до 288
Номинальный наружный диаметр кабеля, мм, от	13,7-26,0	8,5-17,2	12,0-22,7
Масса кабеля, кг/км, от	300-1186	115-250	140-465
Длительно допустимая растягивающая нагрузка, кН	4-20	4-18	1,5-5,0
Допустимая раздавливающая нагрузка, кН/см	0,4-1	Не менее 0,4	0,4
Минимальный радиус изгиба	20 ø кабеля	20 ø кабеля	20 ø кабеля
Коэффициент затухания, дБ/км на λ=1,55 мкм	0,22	0,22	0,22
Коэффициент затухания, дБ/км на λ=1,31 мкм	0,35	0,35	0,35
Коэффициент хроматической дисперсии на λ=1,31мкм, пс/(нм×км)	3,5	3,5	3,5
Коэффициент хроматической дисперсии на λ=1,55 мкм, пс/(нм×км)	18	18	18

Для каждого из выбранных кабелей необходимо привести подробную расшифровку марки ОК (марко образование).

ДПС-020D-4

ДПС-Оптический кабельдля прокладки в грунт на основе центрального оптического модуля.

02-количество оптических волокон в кабеле.

D- Тип оптического волокна.

4-Длительно-допустимая растягивающая нагрузка кабеля в Кн

ДПВ-040А-15

ДПВ –Оптический кабель для подвески, с несущим силовым элементом в виде стального троса с полиэтиленовым покрытием, на основе центрального оптического модуля.

04-количество оптических волокон в кабеле.

А-Тип оптического волокна.

15-Длительно-допустимая растягивающая нагрузка кабеля в Кн

ДОЛ-080А-12

ДОЛ –Оптический кабель для прокладки в канализацию на основе центрального оптического модуля.

08-количество оптических волокон в кабеле.

А-Тип оптического волокна.

12-Длительно-допустимая растягивающая нагрузка кабеля в Кн

На рисунке 1.4 приведена конструкция кабеля ДПС-020D-4. Условные обозначения:

Рисунок 1.4 - Конструкция кабеля ДПС-020D-4

1 - Оптические волокна - свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных тиксотропным гелем по всей длине.

2 - Центральный силовой элемент (ЦСЭ), диэлектрический стеклопластиковый пруток, вокруг которого скручены модули.

3 - Кордели - сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции.

4 - Поясная изоляция в виде лавсановой ленты, наложенная поверх скрутки.

5 - Гидрофобный гель, заполняющий пустоты скрутки по всей длине.

6 - Внутренняя оболочка выполнена из композиции ПЭ низкой и высокой плотности.

7 - Броня в виде одного повива оцинкованных проволок или диэлектрических высокопрочных стержней.

8 - Наружная оболочка выполнена из композиции средней или высокой плотности.

1.5 Разработка проектируемой схемы организации связи

Схема организации связи является самым важным документом при проектировании сети связи. При проектировании синхронной сети основными элементами схемы являются мультиплексоры SDH, соединённые в сеть оптическим кабелем. Существует несколько конфигураций синхронных мультиплексоров.

Терминальный мультиплексор (оконечный) - (terminal multiplexer-TM) это оконечное устройство сети с некоторым числом каналов доступа (электрических и оптических). Терминальные мультиплексоры имеют один или два оптических входа/выхода, называемых агрегатными. Два входа/выхода используются для повышения надёжности, которая обеспечивается схемой резервирования на 100% линии и групповой части аппаратуры. Это схема резервирования 1+1. Условное обозначение терминального мультиплексора приведено на рисунке 1.5.

Мультиплексор ввода-вывода (Add/Drop Multiplexer) отличается от ТМ наличием 2-х или 4-х оптических агрегатных входов/выходов при том же числе каналов доступа, что и в ТМ. При этом у ADM различают западный и восточный агрегатные порты (интерфейсы). Мультиплексор ADM может выполнять функции кроссового коммутатора для цифровых потоков определённых ступеней мультиплексирования (VC12, VC3, VC4).

Условное обозначение мультиплексора ввода/вывода приведено на рисунке 4.7.

Регенератор – мультиплексор, в котором применяются два или четыре агрегатных входа/выхода и специальные каналы доступа, которые предназначены для обслуживания. Регенератор применяется для увеличения расстояния между узлами сети. Условное обозначение мультиплексора в режиме регенератора приведено на рисунке 4.9.

Кроссовый коммутатор – (Digital Cross Connects – DXC) это устройство, позволяющее связывать различные каналы, закреплённые за пользователями, путем организации постоянных или временных (полупостоянных) перекрестных соединений между ними. Кроссовые коммутаторы применяются в узлах большой пропускной способности, где необходимо гибкое управление нагрузкой различных направлений. Условное обозначение DXC приведено на рисунке 4.10.

В некоторых случаях мультиплексоры могут использоваться для объединения однотипных потоков нескольких удаленных узлов сети в одном распределительном узле, связанном с главной транспортной магистралью. Такое устройство называют концентратором. Он даёт возможность удаленным узлам обмениваться информацией между собой, не загружая основной тракт транспортной сети.

Архитектура проектируемой транспортной сети может быть выполнена на основе различных топологий, которые могут быть сегментами (участками) всей сети.

Чаще всего для разработки архитектуры сети используют радиально-кольцевые, кольцевые, ячеистые и линейные топологии.

Архитектура проектируемой транспортной сети может быть выполнена на основе различных топологий, которые могут быть сегментами (участками) всей сети. Чаще всего для разработки архитектуры сети используют радиально-кольцевые, кольцевые, ячеистые и линейные топологии. В данном проекте выбрана топология «линейная цепь».

Линейная цепь – эта конфигурация применяется, если интенсивность нагрузки в сети невелика, и в ряде точек линии необходимо сделать ответвления для ввода и вывода каналов доступа. Она реализуется использованием как терминальных (ТМ), так и мультиплексоров ввода-вывода (ADM). Эта топология напоминает линейную цепь, состоящую из отдельных звеньев мультиплексоров ввода/вывода. Для неё возможно соединение без резервирования (рисунок 4.12) и с резервированием типа 1+1.

При проектировании синхронной сети обязательным является рассмотрение вопросов синхронизации всех узлов проектируемой сети. Синхронизация в транспортной сети необходима для устранения потерь информации из-за проскальзываний, которые возникают из-за колебаний тактовых частот генераторов цифрового оборудования.

Синхронизация транспортных сетей производится от первичного эталонного генератора со стабильностью частоты не хуже 10^-11. Для устранения накопления фазовых дрожаний в транспортных сетях применяют вторичные задающие генераторы со стабильностью частот для транзитного не хуже 10^-9 в сутки, для линейного не хуже 2*10^-8 в сутки.

ВЗГ подключён к пункту А. Из того же пункта будет осуществляться управление сетью через интерфейс Q3.

Согласно заданию узел А находится в краевом (областном или районном центре). Абоненты узлов B, C и D связываются с другими краями (областями) через узел А. Из узла А раздаётся узлам B, C и D трафик данных (Интернет и IPTV). Согласно заданию варианта 0 из узла А в каждый из узлов B, C и D поступает трафик Гигабит Ethernet по 2 Гбит/с. Таким образом, через входные интерфейсы Гигабит Ethernet (GE) мультиплексора А в проектируемую сеть связи должен поступать суммарный трафик 6 GE (3 по 2GE).

Согласно заданию варианта 2 из узла А в узел B для обеспечения услугами речи абонентов передаётся 25 потоков Е1, из узла А в узел C передаётся 35 потоков Е1 и в узел D поступает 17 потока Е1. Таким образом из узла А в линию поступает суммарный трафик 77 потока Е1

Рисунок 4.7 – Терминальный мультиплексор

Рисунок 4.8 – Мультиплексор ввода/вывода (ADM)

Рисунок 4.9 – Мультиплексор в режиме регенератора

Рисунок 4.10 – Мультиплексор в режиме кроссового коммутатора

Рисунок 4.12 – Топология «Линейная цепь» без резервирования

1.6 Расчет комплектации проектируемого оборудования

Проект сегмента волоконно-оптической транспортной сети 📙 Реферат → 🆔 223894