Проектування первинної мережі зв"язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії

Вступ У зв’язку з розвитком сучасних цифрових технологій, на залізничному транспорті, вимагається організація цифрових мереж зв’язку з використанням волоконно-оптичних ліній «ВОЛЗ». Вибір семи цього типу ліній обумовлений тим, що вони мають велику пропускну здатність, значну довжину регенераційних ділянок, нечутливість до електромагнітних впливів та великі будівельні довжини.

На даний момент найпоширенішою технологією для побудови транспортних мереж на основі ВОЛЗ є технологія Синхронної Цифрової Ієрархії, (СЦІ) тому що вона дозволяє будувати мережі з високими показниками надійності, малим часом відновлення та великими можливостями по резервуванню. Мережі СЦІ можуть бути також використані для організації транспортного рівня мультисервісних мереж на основі технологій пакетної комутації, наприклад таких як ATM, які дозволяють передавати різнорідний трафік.

Це вимагає вирішення питань будівництва волоконно-оптичних ліній зв’язку, впровадження систем передачі синхронної цифрової ієрархії, впровадження пакетних технологій, побудови мереж передачі даних, що відповідають міжнародним стандартам.

Реферат Курсова робота на тему «Проектування первинної мережі зв’язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії» складається з 3 розділів.

У першому розділі був здійснений вибір топології проектованої мережі зв’язку. Дана характеристика обраної мережі.

У другому розділі був здійснений вибір типу оптичного волокна. На основі цього було виконано розрахунок довжини ділянок регенерації й кількості регенераторів.

У третьому розділі була здійснена синхронізація мережі SDH з чарунковою топологією. Досліджені режими її роботи в нормальному та в аварійному станах.

Вихідні дані

Таблиця 1 — Відстань між вузлами проектованої мережі, км

Таблиця 2 — Розподіл цифрових потоків 2 Мбіт/с по напрямках зв’язку

1. Будівельна довжина волоконно-оптичного кабелю — 2 км.

2. Ширина спектра джерела випромінювання: 0,5 нм.

3. Експлуатаційний запас — 6 дБ.

4. Втрати в рознімних з'єднаннях — 0,69 дБ.

5. Кількість рознімних з'єднань — 2.

6. Втрати в нероз'ємних з'єднаннях — 0,032 дБ.

7. Наробіток на відмову мультиплексорів 62 500 годин.

8. Наробіток на відмову регенераторів — 85 700 годин.

9. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю — .

1. Вибір топології проектованої первинної мережі

1.1 Синтез кінцевої топології проектованої мережі з мінімальною сумарною довжино ребер На основі заданих значень відстаней між кожним з вузлів мережі, які зведені в таблиці 1.1, будується повнозв’язна (чарункова) топологія (рисунок 1.1). Відстані в таблиці 1.1 дані в кілометрах. Вузли на рисунку 1.1 позначені відповідно до таблиці 1.1.

цифровий зв’язок оптичний мережа Таблиця 1.1 — Відстань між вузлами проектованої мережі, км

Рисунок 1.1 — Повнозв’язна (чарункова) топологія

Далі здійснюємо перетворення повнозв’язної топології, що показана на рисунку 1.1, у кільцеву топологію таким чином, щоб сума відстаней між вузлами отриманої кільцевої топології була мінімальною із всіх можливих варіантів кільцевих топологій, які можуть бути виділені як складова частина чарункової топології.). Синтезуємо кільцеву топологію мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер за допомогою алгоритму Дейкстри.

Результати розрахунку топології з найменшим коротким маршрутом занесені до таблиці 1.2

В результаті одержуємо 7 варіантів кільцевих топологій, з яких вибраємо стартовою точкою D з мінімальною сумарною довжиною ребер.

Рисунок 1.2 — Оптимізована мережа з топологією Для зручності проведення подальшого аналізу рисунок 1.2 перетворюємо (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 — Оптимізована мережа з топологією «кільце»

1.2 Вибір топології проектованої мережі на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі

Для вибору топології проектованої мережі спочатку необхідно визначити кількість вводимих та виводимих цифрових потоків (2 Мбіт/с) для кожного вузла. Це можна зробити на основі аналізу вихідних даних для курсового проектування (таблиця 1.3).

Таблиця 1.3 — Розподіл цифрових потоків по напрямках зв’язку

Перетворимо отриману в підрозділі 1.1 кільцеву топологію в чарункову шляхом додавання сегмента В-E (рисунок 1.4).

Чарункова мережа складається із двох чарунок і містить шість вузлів з мультиплексорами рівня STM-N. У розглянутому прикладі у вузлах A, B, C, D, E мережі знаходяться мультиплексори рівня STM-4, а у вузлол Fрівня STM-1.

Розраховуємо кількості потоків, що проходять по сегментах шляху, вибираємо основні й резервні шляхи проходження цифрових потоків у проектованій мережі. Обрані шляхи наведені в таблиці 2.3.

Рисунок 1.4 Чарункова топологія Таблиця 1.4 — Основні й резервні шляхи проходження цифрових потоків

Розрахунок кількості потоків, що проходять по сегментах шляху, наводимо у таблиці 2.4, де введені такі позначення: «Х» — основні канали; «Р» — резервні канали; «-» — потоки, що не проходять по сегментах мережі.

Таблиця 1.5 Розрахунок кількості потоків, що проходять по сегментах шляху

Отримавши результати, приведені в таблиці 1.4 підтверджує правильність вибору рівнів мультиплексорів у вузлах мережі. Таким чином,, вибираємо мережу з чарунковою топологією, тому що вона при мінімальній кількості мультиплексорів (п'ять мультиплексори рівня STM-4 і один — рівні STM-1 задовольняє умові по резервуванню первинних цифрових потоків.

2 Розрахунок довжини ділянок регенерації й кількості регенераторів

2.1 Рекомендації з вибору типу оптичного волокна При виборі типу оптичного волокна керуємося таблицею А.1 (ITU-T G.957), що визначає відповідний інтерфейс мультиплексора (код застосування) залежно від орієнтовної довжини регенераційної секції. В даному випадку вибираємо тип волокна G.653.

Для волокна, що відповідає рекомендаціям ITU-T G.653 (волокно зі зсувом дисперсії в область довжин хвиль 1,55 — DSSMF — Dispersion Shifted Single Mode Fiber), припустимий діапазон довжин хвиль, що відповідають нульової дисперсії волокна, находиться в межах 1500 нм й 1600 нм, так що волокно є оптимізованим в області 1550 нм.

Рівень мультиплексування вибираємо L-4.3, де

— L — тип з'єднання (довге міжстанційне з'єднання довжиною від 15 до 40 км, або від 40 до 80км);

— 4 — рівень мультиплексування;

— 1 — тип джерела випромінювання з номінальною довжиною хвилі 1550 нм для одномодових оптичних волокон зі зсунутою дисперсією (G.653).

Обраний тип оптичного волокна має наступні параметри:

1) Робоча довжина хвилі - 1550нм;

2) Коефіцієнт згасання — не більше 0,22дБ/км;

3) Коефіцієнт хроматичної дисперсії - не більше 3,5пс/нм· км;

4) Нахил дисперсійної характеристики в області довжини хвилі нульової дисперсії - не більше 0,085пс/нм2· км;

5) Довжина хвилі відсічення — не більше 1270нм;

6) Діаметр модового поля — 7−8,3мкм (±10%).

2.2 Рекомендації з розрахунку довжини ділянок регенерації й кількості регенераторів При проектуванні лінії зв’язку на основі волоконно-оптичного кабелю повинні розраховуватися окремо довжина ділянки регенерації по загасанню () і довжина ділянки регенерації по широкосмужності (), тому що причини, що обмежують граничні значення й незалежні.

У загальному випадку необхідно розраховувати дві величини довжини ділянки регенерації по загасанню:

максимальна проектна довжина ділянки регенерації;

мінімальна проектна довжина ділянки регенерації.

Максимальна довжина ділянки регенерації. Для оцінки величини максимальної довжини ділянки регенерації й можуть бути використані наступні вирази:

;

де aок (дБ/км) — кілометричне загасання в оптичному волокні;

aнз (дБ) — загасання потужності оптичного випромінювання нероз'ємного оптичного з'єднувача на стику між будівельними довжинами кабелю (втрати в нерознімному з'єднанні);

(км) — значення будівельної довжини кабелю;

apз (дБ) — загасання потужності оптичного випромінювання рознімного оптичного з'єднувача (втрати в рознімному з'єднанні);

nкількість роз'ємних оптичних з'єднувачів;

(пс/(нм· км)) — сумарна дисперсія одномодового оптичного волокна;

(нм) — ширина спектра джерела випромінювання;

В (МГц) — швидкість передачі цифрових сигналів в оптичному тракті;

М (дБ) — експлуатаційний запас (2−6 дБ); - енергетичний потенціал.

Енергетичний потенціал розраховується по формулі

дБм, де — рівень потужності оптичного випромінювання на передачі, дБм;

— мінімальна чутливість приймача — мінімальне значення рівня потужності оптичного випромінювання на вході приймача, при якому забезпечується коефіцієнт помилок не більше 1· 10−10 к кінцю терміну служби апаратури.

Визначення рівня потужності оптичного випромінювання, тобто, здійснюють по формулі

дБм, де — середня потужність випромінювання — рівень середньої потужності оптичного сигналу на виході джерела випромінювання;

— зниження рівня середньої потужності, що залежить від характеру сигналу (для коду NRZ, що застосовується в апаратурі SDH, 3 дБ).

Мінімальна довжина ділянки регенерації. Для оцінки величини мінімальної довжини ділянки регенерації може бути використаний вираз:

де — мінімальне перевантаження — максимальний рівень потужності оптичного випромінювання на вході приймача, при якому забезпечується коефіцієнт помилок не більше 1· 10−10 до кінця терміну служби апаратури.

При проектуванні бажано обирати апаратуру або кабель з такими технічними даними (,—), що забезпечують виконання співвідношення

. (3.3)

Це забезпечує запас по широкосмужності на ділянці регенерації на перспективу розвитку.

Кількість регенераційних пунктів, що не обслуговуються (НРП):

де — відстань між вузлами мережі - регенераційними пунктами, що обслуговуються, — ОРП). Зворотні дужки в (3.4) означають закруглення до меншого цілого.

Проведемо розрахунок довжини ділянки регенерації й кількості регенераторів для всих шести ліній звязку між вузлами.

Використовується одномодове оптичне волокно із таким параметрами: =0,22дБ/км, на довжині хвилі 1550 нм, будівельна довжина — 2 км (обраний код застосування L-4.3 по таблиці А.1 і оптичне волокно, що відповідає рекомендаціям G.653).

Рівень SDH мультиплексорів — STM-4 (622,08 Мбіт/с). Параметри оптичного передавача й приймача SDH мультиплексора STM-4 (для курсового проектування можуть бути обрані по таблицях А.3):

середня потужність передачі: +2 дБ;

чутливість приймача при коефіцієнті помилок 10−10: 28 дБ;

максимальний припустимий рівень на вході: 8 дБ;

ширина спектра джерела випромінювання: 0,5 нм;

експлуатаційний запас — 6 дБ;

втрати в рознімних з'єднаннях — 0,69 дБ;

кількість рознімних з'єднань — 2;

втратив нероз'ємних з'єднаннях — 0,032 дБ.

1. Розраховуємо енергетичний потенціал:

;

.

2. Розраховуємо максимальну довжину ділянки регенерації по загасанню й широкосмужністю:

Для розглянутого прикладу умова виконується, тому ми можемо використовувати обране оптичне волокно.

3. Розраховуємо мінімальну довжину ділянки регенерації:

4. Розраховуємо кількість регенераційних пунктів, що не обслуговуються:

Далі потрібно розрахувати довжину ділянок регенерації й кількість регенераторів для рівня мультиплексування STM-1. Нехай використовується одномодове оптичне волокно із таким параметрами:, на довжині хвилі 1550 нм, будівельна довжина — 2 км (обраний код застосування L-1.3 по таблиці А.1 і оптичне волокно, що відповідає рекомендаціям G.653).

Рівень SDH мультиплексорів — STM-1 (155,52 Мбіт/с). Параметри оптичного передавача й приймача SDHмультиплексора STM-1 (для курсового проектування можуть бути обрані по таблицях А.2):

середня потужність передачі: 0 дБ;

чутливість приймача при коефіцієнті помилок 10−10: 34 дБ;

максимальний припустимий рівень на вході: 10 дБ;

ширина спектра джерела випромінювання: 0,5 нм;

експлуатаційний запас — 6 дБ;

втрати в рознімних з'єднаннях — 0,69 дБ;

кількість рознімних з'єднань — 2;

втратив нероз'ємних з'єднаннях — 0,032 дБ.

5. Розраховуємо енергетичний потенціал:

;

.

6. Розраховуємо максимальну довжину ділянки регенерації по загасанню й широкосмужністю:

Для розглянутого прикладу умова виконується, тому ми можемо використовувати обране оптичне волокно.

7. Розраховуємо мінімальну довжину ділянки регенерації:

8. Розраховуємо кількість регенераційних пунктів, що не обслуговуються:

Після проведення розрахунку кількості регенераторів для кожного сегмента мережі складається загальна схема проектованої первинної мережі (рисунок 2.1).

3 Синхронізація мережі SDH з кільцевою топологією Розглянемо приклад синхронізації мережі SDH з чарунковою топологією. Мережевий елемент NE 1 (рисунок 3.1) синхронізує всі мережеві елементи з використанням ведучого генератора тактових сигналів PRC (пріоритет 1).

Рисунок 3.1 — Приклад синхронізації мережі SDH з чарунковою топологією (нормальний стан) У мережевому елементі NE 4 джерело опорних тактових сигналів TNC сконфігурований із пріоритетом 2. Джерело опорних тактових сигналів на лінії «ЗАХІД» має пріоритет 1. Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі наведено в таблиці 3.1

Таблиця 3.1 Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі

При виникненні відмови NE 1 мережеві елементи NE 2, й NE 6, (рисунок 3.2) більше не приймають сигнали від NE 1. Ця ситуація не робить впливу на мережевий елемент NE 6, оскільки цей мережевий елемент синхронізується елементом NE 4. При прийомі байта S1 D hex мережевий елементNE 2, NE 3 перемикається в режим утримання. Тепер мережевий елемент NE 4 також приймає байт S1 D hex і перемикається до свого джерела тактових сигналів із пріоритетом 2 (TNC). Байт S1 4 hex, що відповідає джерелу тактових сигналів (рівень якості Q2), вводиться у вихідний сигнал на лінії «СХІД» і лінії «ЗАХІД».

Рисунок 3.2- Приклад синхронізації мережі SDH з чарунковою топологією (відмова NE 1)

Мережевий елемент NE 3 (рисунок 3.3) приймає припустимий опорний тактовий сигнал по лінії «СХІД» і перемикається до цього тактового сигналу. Значення байта S1 у напрямку до NE 2 змінюється з С hex на 4 hex. Елемент NE 2реагує на це в такий же спосіб, як й NE 3. Тепер всі мережеві елементи в цій кільцевій мережі синхронізуються опорним тактовим генератором TNC.

Рисунок 3.3- Приклад синхронізації мережі SDH з чарунковою топологією (відмова NE 1, синхронізація від TNC)

Тільки тоді, коли знову стає доступним опорний тактовий генератор PRC (рівень якості Q1) мережевого елемента NE 1, відновлюється вихідний стан (рисунок 3.1).

Висновок В курсовій роботі було проведено проектування первинної мережі зв’язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії. В ході виконання роботи на основі заданих значень відстаней між кожним вузлом мережі була побудована чарункова топологія, розрахована мінімальна сумарна довжина з кожного вузла для побудови оптимізованої кільцевої топології.

Зроблено розрахунок кількості вводимих та виводимих цифрових потоків для кожного вузла мережі для остаточного вибору типу топології. Розрахована кількість основних та резервних потоків, що приходять на кожен сегмент мережі для вибору рівня мультиплексорів.

Було обрано тип та визначено основні параметри оптичного волокна в залежності від рівня мультиплексування.

З врахуванням типу оптичного волокна та відстані між вузлами мережі розраховано довжину ділянки регенерації та кількість регенераторів для кожної з сьоми ліній зв’язку між вузлами для проектування первинної мережі.

Був розглянутий приклад синхронізації мережі SDH з кільцевою топологією, її робота в нормальному стані та при відмові елементів.

Отже, в ході виконання курсової роботи були закріплені та поглиблені знання з дисципліни «Теорія і системи телекомунікації на залізничному транспорті», отримані навички з проектування первинної мережі зв’язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії.

Перелік використаних джерел

1. Є.В. Коновалов, Л. М. Козар Методичний посібник з додержання вимог нормоконтролю у студентській навчальній звітності / УкрДАЗТ, 2004, 38 с.

2. Рекомендация ITU-TG.957 Оптические интерфейсы для оборудования и систем синхроннойцифровойиерархии.

3. Рекомендация ITU-T G.652 Характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля.

4. Рекомендация ITU-T G.653 Характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля со сдвигом дисперсии.

5. Рекомендация ITU-T G.654 Характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля с затуханием, минимизированным на волне 1550 мкм.

6. Рекомендация ITU-T G.655 Характеристики одномодового волоконно-оптического кабеля с ненулевой дисперсией.

7. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи / Н. Н. Слепов. М.: Радио и связь, 2000. 468 с.

8. СлеповН.Н.Синхронные цифровые сети SDH. М, ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999. 148 с.

9. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. — М.: Эко-Трендз, 2000. 486 с.

10. Методичні вказівки до курсового та дипломного проектування з дисципліни «Системи передачі в електрозв’язку », Харків: УкрДАЗТ, 2009. (№ 298)