Розрахунок цифрового лінійного тракту

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка Кафедра комп’ютерної інженерії

Розрахунково-графічна робота Розрахунок цифрового лінійного тракту Виконав:

студент 302-ТТ групи Казидуб О.О.

Варіант№ 33

Перевірив:

к.т.н., доцент Слюсар І.І.

Полтава 2013

Зміст

Індивідуальне завдання Перелік скорочень Вступ

1. Визначення місць розташування вузлів зв’язку та передбачуваних трас прокладки кабельних ліній

2. Розрахунок необхідних еквівалентних ресурсів транспортної мережі

3. Представлення варіантів топології транспортної мережі

4. Представлення на схемах розглянутих варіантів топології

5. Підсумкові розрахунки ресурсів на кожній з ділянок мережі (ОВ, стандартні цифрові потоки)

6. Визначення необхідних видів мультиплексорів і їхньої кількості

7. Обґрунтований вибір способів захисту: ліній зв’язку, секцій передачі, з'єднань трактів, апаратури

8. Розрахунок ділянок передачі одноканальних оптичних сигналів Висновок Список використаної літератури кабельний тракт мультиплексор зв’язок

Індивідуальне завдання На РГР з навчальної дисципліни «Системи передачі в електрозв’язку»

на тему: «Розрахунок цифрового лінійного тракту»

Студенту Казидубу О. О. навч. групи 302-ТТ Варіант № 33

1. Розробити ділянку оптичної мультисервісної транспортної мережі за технологією SDH між пунктами А, Б, В, Г,…, вибрати структуру мережі з врахуванням можливості захисту інформації. Вибрати оптичний кабель, системи передачі та обладнання. Розрахувати ділянки передачі. Розробити схеми: варіантів топології транспортної мережі з урахуванням еквівалентних ресурсів і ресурсів для захисту ліній та з'єднань та організації зв’язку.

Виробник обладнання — любий.

Підключення до джерел синхросигналів в пункті - А.

Вузол керування мережею знаходиться в пункті - А.

Наявність електрифікованої залізниці - визначається за картою.

На ділянках відсутні вільні оптичні волокна в оптичних кабелях, що прокладені, а також відсутні цифрові радіорелейні лінії.

Допущення: можливо не приводити комплектацію обладнання та розробку схем синхронізації, керування та проходження оптичних и електричних кіл в ЛАЦ.

ОБОВ’ЯЗКОВИЙ ГРАФІЧНИЙ МАТЕРІАЛ:

1. Схеми всіх розглянутих варіантів топології транспортної мережі з урахуванням еквівалентних ресурсів і ресурсів для захисту ліній та з'єднань.

2. Схема організації зв’язку.

Завдання отримав Казидуб О.О.

Перелік скорочень ОВ — Оптичне волокно ОК — Оптичний кабель ЦЛТ — Цифровий лінійний тракт ЦСП — Цифрова система передачі

SDH — Синхронна цифрова ієрархія ТМ — Мультиплексор термінальний

ADM — Мультиплексор вводу/виводу

DXC — Кросовий комутатор Вступ На сьогоднішній день світ вже досить стійко стоїть на шляху інформатизації. Комп’ютерні технології стали невід'ємною частиною життя сучасної людини, сучасної держави і сучасного світу взагалі. Кількість користувачів глобальних інформаційних мереж таких як Internet збільшується з кожним днем, тому обладнання вже ледь — ледь виконує свої функції. Тому для побудови сучасних телекомунікаційних мереж використовується нове середовище розповсюдження інформації та нові технології передачі даних.

На даний час найбільш ефективним фізичним середовищем передачі є волоконно-оптичний кабель. Найширокомасштабніші телекомунікаційні мережі сучасності будуються з використанням саме ОВ. Що стосується технології передачі даних, то найбільш розповсюдженими технологіями, реалізованими на ОВ є системи синхронної та плезіохронної цифрової ієрархії. Але зрештою серед цих двох мереж більше використання здобула технологія SDH. Завданням цієї роботи є побудова цифрового лінійного тракту між деякими населеними пунктами полтавської області з використанням сучасної цифрової технології SDH.

1. Визначення місць розташування вузлів зв’язку та передбачуваних трас прокладки кабельних ліній Виконаємо карту де буде проектуватися мережа SDH (рис. 1.1). Карта містить масштабні мітки, а саме на ній відзначено такі населені пункти, як Полтава, Чутово, Опішня, Шишаки, Решетилівка, Нові Санжари та оцінка відстаней по автомобільних дорогах.

Траса прокладки кабельної лінії вибирається з урахуванням додаткових вказівок ТЗ. Перевага віддається напрямку уздовж автодоріг, або уздовж залізниць (на відстані не менш 20 м від них). Це обумовлено необхідністю обслуговування кабельної лінії цілий рік. Оптичний кабель (ОК) може також бути підвішений на опорах ЛЕП, на опорах контактної або сигнальної мережі залізниць. У містах ОК прокладається в підземну кабельну каналізацію, у колекторах, у метрополітені, підвішується на опори ЛЕП, на опори міського освітлення, на опори контактних мереж електротранспорту та на стояки радіофікації. Будівельні довжини кабелю (4−6 км) зрощуються в оптичних муфтах. Муфти повинні захистити зростки на тривалий термін від усіх несприятливих факторів (механічних ушкоджень, вологи, деформації від температурних перепадів і т. ін.)

Рис. 1.1. Карта автодоріг району проектування мережі SDH.

2. Розрахунок необхідних еквівалентних ресурсів транспортної мережі

Розраховуємо необхідні еквівалентні ресурси SDH мережі (швидкості цифрових потоків, числа оптичних каналів, числа ОВ у ОК) у напрямках згідно ТЗ.

1. Еквівалентне число потоків 2,048 Мбіт/с у ЦСП SDH з урахуванням схеми мультиплексування цих потоків у VC-12 (1 потік), VC-3 (21 потік через VC-12 або 16 потоків через мультиплексування PDH у 34,368 Мбіт/с), VC-4 (63 потоку через VC-12 або 64 потоку через мультиплексування PDH у 139,264 Мбіт/с). Визначення еквівалента потоків на швидкості 2,048 Мбіт/с необхідно для визначення рівня ієрархії STM-N (N=1, 4, 16, 64, 256) на ділянці між вузлами мережі. Еквівалентні ресурси мережі SDH представив кількістю STM-1 по кожному напрямку (таблиця 1: сумарний еквівалент).

2. Еквівалентне число віртуально зчеплених контейнерів у мережі SDH, тобто VC-m/n-Xv (наприклад, VC-12-Xv, де X=1…63, див. табл. В.5). Визначення цього виду еквівалента також необхідно в мережі SDH для визначення рівня ієрархії STM-N, однак для навантажень зі швидкісними режимами, що не вписуються оптимально у швидкісні режими VC-12, VC-3 і VC-4. У цьому визначенні еквівалента швидкості передачі зчеплених контейнерів необхідно враховую ту максимальну швидкість для користувальницького навантаження, що здатні забезпечити віртуальні контейнери. Наприклад, реально VC-12 при синхронному побайтовому розміщенні дані навантаження підтримує максимальну швидкість 2,176 Мбит/с. Еквівалентні ресурси мережі SDH зі зчіпкою віртуальних контейнерів представив еквівалентною кількістю STM-1 по кожному напрямку.

3. Еквівалентне число ОВ в ОК визначаю по ТЗ (п.3). Мінімальне число ОВ, яке необхідне для організації зв’язку дорівнює 2, їм повинне відповідати мінімальне число в %, яке представлене у вигляді: 10/10 (в %). Це означає: (2 ОВ з характеристиками G.652)/(2 ОВ з характеристиками G.655). Тоді повна ємність ОК складе 20 ОВ, з яких 10 ОВ G.652 і 10 ОВ G.655. Звертаю увагу на те, що можлива організація ЦСП по одному ОВ з використанням різних довжин хвиль для зустрічної передачі (наприклад, на хвилях 1310 нм і 1550 нм). Така можливість зазвичай указується виробником обладнання. З таблиці видно, що окремі напрямки передачі в мережі можна організувати через STM-4 та/або STM-16.

Таблиця 2.1

Визначення сумарного еквівалента навантаження по напрямках для транспортної мережі SDH.

3. Представлення варіантів топології транспортної мережі

Розглядаємо 2 варіанти топології мережі, а саме «точка-точка» та «кільце». Дані топології зображено на рис. 3.1 і 3.2. Також розраховуємо число еквівалентних ресурсів на кожній ділянці мережі та тим самим визначаємо ємності лінійних трактів між вузлами мережі у відповідних еквівалентах SDH.

При визначенні топології магістральної транспортної мережі необхідно враховувати, що магістральні ОК прокладаються в обхід великих міст. Поблизу цих міст (на відстані 60−100 км) будуються мережні вузли, де розміщається обладнання СП і комутатори. Від мережних вузлів прокладаються окремі захищені кабельні лінії до вузлів зв’язку великих міст (обласних центрів).

Рис. 3.1. Топологія мережі з окремими кабельними лініями (точка-точка).

Таблиця 3.1

Еквівалентна ємність в мережі зі з'єднанням «точка-точка» .

Для захисту секції мультиплексування в мережі зі з'єднанням «точка-точка» обираємо захист виду 1+1 за рахунок резервного кабелю й обладнання. При цьому одна робоча секція мультиплексування безперервно дублюється однією резервною секцією мультиплексування (рис. 3.2). При аварії робочої секції селектор прийомної сторони підключить резервну секцію.

Ознаками для виконання захисного переключення в секції мультиплексування можуть бути наступні сигнали:

a) втрата сигналу на прийомі (LOS);

b) втрата циклу (LOF);

c) надлишковий коефіцієнт помилок по бітах (BER>10−10).

Рис. 3.2. Принцип резервування секції 1+1.

Керування процесами переключення з робочої секції мультиплексування на резервну відбувається в службових байтах (наприклад, у STM-N байти К1, К2 заголовків MSOH резервної секції).

При 2-спрямованій передачі в робочій секції переключення на резерв виробляється в двосторонньому режимі, тобто передавач і приймач синхронно переключаються на резерв.

При односпрямованій передачі в робочій та резервній секціях переключення на резерв виконується в однобічному режимі, тобто приймач вибирає кращий по якості сигнал. Це може привести до ситуації, коли по робочій секції відбувається передача тільки в одному напрямку, наприклад, ліворуч — праворуч, а передача в іншому напрямку ведеться в резервній секції. Захист секції мультиплексування може реалізовуватися в оборотному та необоротному режимах. Оборотний режим передбачений з поверненням з резервної секції на робочу, як тільки на цій секції відновлюється відповідна якість передачі, і цей стан зберігається протягом визначеного періоду часу, називаного «очікування перед відновленням» .

Необоротний режим передбачений без автоматичного повернення на робочу секцію, однак це повернення можливе при зниженні якості передачі в резервній секції нижче якості робочої секції. Крім того, передбачається примусове (ручне) переключення на резервну секцію та назад на робочу.

Рис. 3.3. Топологія мережі з замкнутим в кільце колом кабельних ліній.

Таблиця 3.2

Еквівалентна ємність у мережі з з'єднанням «кільце» .

Для захисту секції мультиплексування в мережі зі з'єднанням «кільце» обираємо захист виду 2 °F MS-SPRing. При такому захисті незалежно від організації кільця (одноабо 2-спрямоване) усі тракти переключаються на резервні ресурси одночасно.

Для кільцевих мереж середньої ємності може бути застосований захист у 2-спрямованому кільці при роботі кожної секції в 2- волоконному режимі (рис. 3.4.а, б). Кожна секція MS містить 2 волокна, у кожному з який ведеться передача STM-N. При такій організації передачі необхідно мати половину ємності STM-N вільної від з'єднань користувачів. Ця вільна ємність буде використовуватися в якості захисної (рис. 3.4.б).

Після усунення ушкодження в кільці відбувається відновлення робочого стану. Норматив часу на захист складає 50 мс. Однак при великому числі мережних елементів виконання цього нормативу може бути ускладнено тривалим процесом обміну інформацією між взаємодіючими мультиплексорами за допомогою байтів К1, К2 у заголовках MSOH.

Рис. 3.4. 2-спрямоване кільце з захистом секції MS: а) — в робочому режимі: б) — при ушкодженні лінії.

4. Представлення на схемах розглянутих варіантів топології

У даному розділі представлено схеми 2-ох розглянутих варіантів топології транспортної мережі з врахуванням еквівалентних ресурсів і ресурсів для захисту ліній та з'єднань. На схемах зображено окремо відзначені робочі та захисні з'єднання (кабельні лінії, оптичні канали, цифрові тракти). Пунктирними лініями показані резервні ресурси (ОК, оптичні канали та цифрові тракти).

Необхідно звернути увагу на рішення по захисту в кільцевій топології. На рис. 4.2 пунктиром відзначені резервні ресурси окремих з'єднань (цифрові тракти), що рівні по своїй ємності робочим ресурсам. Ці ресурси можна вважати резервними для кільцевої топології з організацією односпрямованої передачі. Однак у нашому випадку при організації 2-спрямованої передачі на кожній з ділянок (у секціях мультиплексування) кільцевої мережі для гарантованого захисту всіх з'єднань мережі необхідне подвоєння загальної ємності ресурсів на кожній з секцій мультиплексування.

Рис. 4.1. Розподіл ресурсів транспортної мережі в з'єднаннях «точка-точка» при використанні технології SDH.

Рис. 4.2. Розподіл еквівалентних ресурсів транспортної мережі «кільце» при використанні технології SDH.

5. Підсумкові розрахунки ресурсів на кожній з ділянок мережі (ОВ, стандартні цифрові потоки) Представлення підсумкових розрахунків ресурсів на кожній з ділянок мережі виконуємо у вигляді таблиць. Для кожного варіанта топології мережі та на кожній ділянці вказується число використовуваних кабельних ліній, число робочих і резервних ОВ, рівень і число стандартних цифрових потоків і рівень цифрової системи передачі (STM-N).

З табл. 3.1 і 5.1 можна побачити, що можливо використання з'єднань «точка-точка» із ЦСП SDH. Однак для високої надійності з'єднань потрібно використання додатковий ОК, подвоєної кількості агрегатних інтерфейсів SDH і разом з цими системами потрібно використання апаратури цифрової передачі. Ці рішення можуть виявитися економічно невигідними, насамперед, через велику вартість лінійно-кабельних споруд. У рішенні для топології «кільце» може використовуватися тільки одна кабельна лінія, однак це не впливає на якість захисту секцій передачі та з'єднань (цифрових і оптичних). Тому потрібна інша організація з'єднань, що може призвести до збільшення ресурсів за рахунок резервних з'єднань у 2-спрямованому кільці (табл. 3.2 і 5.2). Остаточний вибір одного варіанта топології буде виконано після порівняння видів і кількості мультиплексорів (розділ 6).

Таблиця 5.1

Підсумкові розрахунки еквівалентної ємності в з'єднаннях «точка-точка» .

Таблиця 5.2

Підсумкові розрахунки еквівалентної ємності в з'єднаннях «2-направленного кільця» .

6. Визначення необхідних видів мультиплексорів і їхньої кількості

У транспортній мережі, побудованої на з'єднаннях типу «точка-точка» потрібні тільки термінальні мультиплексори (ТМ) і, можливо, різних ієрархічних рівнів. При цьому число мультиплексорів дорівнює подвоєній кількості зв’язків типу «точка-точка» .

У транспортній мережі типу «кільце» використовуються тільки мультиплексори вводу/виводу (ADM) одного ієрархічного рівня, наприклад, ADM STM-64 у мережі SDH (табл. 5.2). Їхня загальна кількість дорівнює кількості вузлів зв’язку.

У транспортних мережах змішаних конфігурацій можливе використання усіх відомих видів обладнання, включаючи кросові комутатори, оптичні підсилювачі, оптичні й електричні регенератори і т. ін.

Таблиця 6.1

Визначення кількості і видів мультиплексорів.

Виходячи із таблиці 6.1, можна зробити висновок, що доцільніше у даному випадку використовувати топологію мережі «кільце». Тому, що структура «кільце» відрізняється високою «живучістю. У топології «2-волоконне кільце» захист реалізується за рахунок використання внутрішньої ємності передачі в кільці, тобто ємності STM-N. Для побудови і реалізації мережі топології «кільце» необхідно 5 мультиплексорів вводу-виводу ADM STM-64 а в топології «точка-точка» потрібно 8 термінальних мультиплексорів. Тобто, менші апаратні затрати. Причому потрібно звернути увагу на те, що при топології «кільце» використовуються мультиплексори одного ієрархічного рівня, а при «точка-точка» — різні.

Але все ж є одна причина, яка ускладнює вибір топології це загальна довжина кабелю, яка в топології «точка-точка» складає 218 км, а в топології «кільце» — 390 км.

Якщо добре проаналізувати всі аспекти даних мереж можна прийти до висновку, що дешевша буде топологію «точка-точка», оскільки вона має меншу довжину кабельної траси на 172 км, а ефективніша і «живучішою» буде топологія «кільце» .

7. Обґрунтований вибір способів захисту: ліній зв’язку, секцій передачі, з'єднань трактів, апаратури В попередньому розділі я обрав топологію «точка-точка». В цьому розділі описано спосіб захисту лінії зв’язку.

Захист лінії зв’язку даної мережі можна забезпечити використанням волокон уже існуючих кабельних ліній. У цьому є низка переваг: по-перше, менші затрати, не потрібно прокладати окрему резервну кабельну лінію, яка повинна функціонувати лише для захисту основної лінії; по-друге, як приклад можна використовувати ОВ певних альтернативних операторів зв’язку на цій ділянці. Це забезпечить тісну співпрацю з іншими компаніями, що надають подібні телекомунікаційні послуги.

Для захисту секції мультиплексування в мережі зі з'єднанням «точка-точка» обираємо захист виду 1+1 за рахунок резервного кабелю й обладнання. При цьому одна робоча секція мультиплексування безперервно дублюється однією резервною секцією мультиплексування (рис. 3.2). При аварії робочої секції селектор прийомної сторони підключить резервну секцію.

Щодо захисту з'єднань тракту транспортної мережі, то функції захисту трактів високого та низького рівнів підтримуються закінченими (термінальними) і проміжними мультиплексорами. Крім того, підтримка функцій захисту програмується в матрицях комутації, а проміжний контроль якості трактів виконується блоками функцій тандемного контролю. Тракт, організований у складній розгалуженій мережі розбивається на ділянки (підмережі), де може бути реалізований захист з'єднання SNC/P (Sub Network Connection Protection).

Захист SNC/P проводиться за схемою 1+1, тобто на робочий тракт повинний бути передбачений вільний резервний. Захист SNC/P можливий і в змішаних мережах (кільцевих і лінійних).

Для захисту апаратури повинні передбачено резервні блоки в складі апаратури та у складі ЗІП.

Захист найбільш відповідальних вузлів апаратури виконується за схемою 1+1 (кросові комутатори, тактові генератори, агрегатні інтерфейси), тобто на кожен робочий блок приходиться резервний блок, що функціонально дублює робочий блок.

Інші блоки апаратури мають резерв не завжди доступний.

У цьому випадку можливе використання пріоритетів захисту.

8. Розрахунок ділянок передачі одноканальних оптичних сигналів Оцінка характеристик оптичних трактів. Використання характеристик одноканальних (однохвильових) оптичних інтерфейсів при проектуванні лінійних трактів визначено рекомендаціями МСЕ-T G.655.

Довжина регенераційної ділянки з погляду енергетичного потенціалу знаходиться через співвідношення:

де PS — рівень потужності передавача в точці підключення апаратури і лінії; PR — рівень потужності приймача в точці підключення апаратури і лінії; PD — потужність (у дБм) дисперсійних утрат; Me — енергетичний запас на старіння обладнання (різниця рівня потужності передачі максимального і мінімального); N — число будівельних довжин кабелю; lст — утрати потужності на нероз'ємних стиках кабелю; Nс — число рознімних стиків (2 чи 4 стики на ділянці секції регенерації); lстр — утрати потужності на рознімних стиках; - кілометричне загасання кабелю на заданій довжині хвилі; - запас на ушкодження (дБ/км). Обраний інтерфейс V-16.2, згідно якого проводжу розрахунки. Вихідні дані для розрахунків: PS = 13 дБм; PR = -25 дБм; PD = 1 дБ; Мe = 3 дБ; lст = 0,05 дБ; lстр = 0,1 дБ; бс = 0,2 дБ/км; бm = 0,05 дБ/км; будівельна довжина кабелю становить 6 км.

км.

Число будівельних довжин на ділянці довжиною 132 км складатиме

N = 136/6 = 23.

З урахуванням втрат на стиках довжина ділянки передачі складе

км.

Таким чином, довжина ділянки складе 130 км із погляду припустимих втрат оптичної потужності. На довжині хвилі 1550 нм величина дисперсії не повинна перевищувати 2400 пс/нм. Для стандартного ОМ ОВ (рекомендація МСЕ-Т G.652) на хвилі 1550 нм значення хроматичної дисперсії складає 18 пс/нм*км, а на довжині 130 км буде:

пс/нм.

Таким чином, норматив на хроматичну дисперсію виконується при ширині спектральної лінії джерела випромінювання (лазер типу DFB) 1 нм. Однак на швидкості передачі 10Гбіт/с необхідно враховувати і поляризаційну модову дисперсію (ПМД),

де упмд нормовано стосовно довжини волокна .

пс.

пс.

Також визначаю необхідне значення дисперсії на 1 км лінії і порівнюю з нормованим стандартним значенням 18пс/нм*км:

.

Оскільки, припустимий норматив перевищує нормований, що вказує на допустимість використання інтерфейсу V-16.2 на ділянці довжиною 130 км.

Таблиця 8.1

Результат розрахунку ділянок передачі одноканальних оптичних сигналів.

Висновок В цій розрахунково-графічній роботі я розробив побудову мережі для таких міст: Полтава, Чутово, Опішня, Шишаки, Решетилівка та Нові Санжари. У ході виконання роботи я розраховував ресурси мережі, види МUX, була обрана топологія мережі, яку я обирав з двох «кільце» та «точка — точка». Вході роботи я прийшов до думки, з огляду на види мультиплексорів, їх кількості, а також (що вплинуло на мій вибір) це довжина кабельної траси, я обрав топологію «точка — точка». В кінці роботи перевірив відповідність інтерфейсу для даної ділянки, що при виборі інтерфейсу V-16.2 сукупна величина хроматичної та поляризаційної дисперсії не перевищує нормативне значення. Розроблена мережа може ефективно працювати, якщо її втілити в життя.

Список використаної літератури

1. Слепов Н. Н. Синхронные цифровые сети SDH. — М.: Эко-Трендз, 1997. — 143 с.

2. Бакланов И. Г. Технологии измерений первичной сети. Ч. 1. — М.: Эко-Трендз, 2002. — 140 с.

3. Иванов В. И. Цифровые и аналоговые системы передачи. — М.: Горячая линия. Телеком, 2003. — 229 с.

4. Кирилов В. И. Многоканальные системы передачи.