beka_wres Дипломная работа Бизнес центр в городе Шахтинск. 2. 3 Конфигурация оборудования системы dwdm

• Название: 2. 3 Конфигурация оборудования системы dwdm
• Дата: 12.05.2023
• Размер: 1.03 Mb.
• Имя файла: beka_wres Дипломная работа Бизнес центр в городе Шахтинск.docx
• Тип: Документы; #1123937
• страница: 2 из 4

3. Проектные расчеты и схема организации связи

3.1 Расчёт пропускной способности ВОЛП

Требуемая пропускная способность может быть определена при следующих исходных данных:

• 
  виды служб: телефония (в том числе аудиоконференции), доступ в Интернет, передача данных (факс, факс-модемы);
  
• 
  глубина прогноза – 5 лет;
  
• 
  население (N) и телефонная плотность в 2017 г.;
  
• 
  междугородная и международная нагрузка (Э) в час наибольшей нагрузки (ЧНН) от одного телефонного аппарата составляет 0, 01 Эрл;
  
• 
  коэффициент увеличения общего количества телефонов за счет мобильных телефонов равен 1, 55;
  
• 
  эквивалентная скорость передачи (V_тлф) речевого сообщения 64кбит/с;
  
• 
  доля «обычных» пользователей сети Интернет при нагрузке 0, 2 Эрл в ЧНН и скорости 10 Мбит/с;
  
• 
  доля «продвинутых» пользователей сети Интернет при нагрузке 0, 3 Эрл в ЧНН и скорости в 30 Мбит/с.
  

Подробно выполним расчёт для города Абай.
Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета нагрузки для города Абай.

Население, человек	26 249
Телефонная плотность на одного жителя, %	30
Число обычных пользователей сети Интернет, %	15
Число «продвинутых» пользователей сети Интернет, %	5
Передача данных в процентах от телефонной нагрузки	5

Расчёт нагрузки пунктов производится по формуле:
бит/с. (3.1)
При расчете учитываем нагрузку от поселений вне районного центра, как 20% (1, 2 раза) от общей нагрузки.

Нагрузка от телефонных пользователей и передачи данных посредством факсов:

Гбит/с

Нагрузка от «обычных» пользователей доступа в Интернет:

Гбит/с

Нагрузка от «продвинутых» пользователей доступа в Интернет:

Гбит/с

Общую нагрузку Р находим суммированием:

Гбит/с.
Аналогично проведём расчёты для других населённых пунктов, результаты расчётов сведём в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 – Расчёт абонентской нагрузки

№ п/п	Отрезок	Население, чел	РТР, Гбит/с	РОП, Гбит/с	РПП, Гбит/с	Р, Гбит/с
1	Караганда – Сарань	50611	0, 019	18, 220	27, 330	45, 569
2	Сарань – Абай	26249	0, 010	9, 450	14, 174	23, 634
3	Абай – Шахтинск	37899	0, 014	13, 644	20, 465	34, 123
4	Шахтинск – Темиртау	185082	0, 069	66, 630	99, 944	166, 643
Итого:							269, 969

В таблице 3.2 приведён эквивалент необходимой пропускной способности в потоках уровня STM-64. Суммарная абонентская нагрузка составляет 270 Гбит/с. Пропускная способность используемой системы передачи составляет 400 Гбит/с, следовательно, есть возможность сдачи мощностей в аренду.
Таблица 3.3 – Расчёт абонентской нагрузки

№ п/п	Отрезок	Потоки STM-16, шт.
1	Сарань	5 + 1 резерв
2	Абай	3 + 1 резерв
3	Шахтинск	4 + 1 резерв
4	Темиртау	17 + 1 резерв

Современные ВОСП-WDM рассчитаны для работы в 3 и 4 окнах прозрачности спектра ОВ. Весь спектр разбит на два диапазона C и L, ширина спектра С-диапазона – 40, 8 нм, L-диапазона – 43, 1 нм. Частотное разнесение каналов определяется следующими факторами:

• 
  линейными переходами между каналами, возникающими в мультиплексорах, демодуляторах и между оптическими фильтрами;
  
• 
  нелинейными переходами между каналами, возникающими в ОВ.
  

Наиболее опасными являются переходы из-за четырехволнового смешивания (FWM). Так как для ОВ различных типов мощности помех от этих переходов разные, то частотные планы разрабатываются отдельно для каждого типа ОВ. В рекомендации ITU-Т G.692 разработаны частотные планы только для третьего окна прозрачности и для волокон G.652, G.655, G.653.

Для сдачи в аренду корпоративным заказчикам и сотовым операторам (в том числе для нужд инфраструктуры строящегося трубопровода «Сила Сибири») предусмотрены «тёмные» волокна и каналы 10 Гбит/с. План частот по передача каналов 1 Гбит/с аналогичен таблице 3.4.
Таблица 3.4 – Расчёт абонентской нагрузки

№ п/п	Населённый пункт	Кол-во волокон в аренду, шт.	Кол-во каналов 10 Гбит/с в аренду, шт.
1	Сарань	2	2
2	Абай	2	1
3	Шахтинск	2	2
4	Темиртау	6	6

3.2 Расчет дальности связи

Для расчёта длины регенерационного участка используем формулу:
(3.2)
где А – энергетический потенциал системы передачи или интерфейса (общее затухание секции при максимальной дисперсии):
А = Р_пер – Р_пр;(3.3)
где Э₁ – запас эксплуатации на аппаратуру (значение Э1 заложено в Р_пер);

Э₂ – запас эксплуатации на кабель 0, 2 дБ на 100 км (с учетом, что на 100км случится не более 5 повреждений в год за 20 лет эксплуатации);

α_ст – потери на разъемных и неразъемных соединениях, α_ст=0, 03 дБ/стык;

α_мки + α_мк = 1 дБ/100 км – потери на макро- и микроизгибах;

F(δα) – разброс затухания строительных длин (не учитывается);

α_К – среднее километрическое затухание кабеля, α_К =0, 22 дБ/км;

l_стр – строительная длина кабеля, l_стр = 4 км.

Минимально допустимая L_ру определяется, по этой же формуле, но при уменьшении энергетического потенциала системы на 20–26дБ.

Данные для расчёта:

Интерфейс уровня 10GE или STM-64 (согласно паспортных данных на оборудование).

Р_пер = 3 дБм, Р_пр = - 25 дБм;

А = 3 – (-25) = 28 дБ;

А_min = 28 – 26 = 2 дБ.

Вычисляем:

Э₂ = 0, 20, 934 = 0, 187 дБ;

α_мки + α_мк =10, 934=0, 934 дБ.

L_руmax = = 125, 2 км.

Минимальная длина участка регенерации L_ру определяют также по формуле (3.2), уменьшая в ней энергетический потенциал на величину D = 20 дБ – динамический диапазон регенератора:

L_руmin = = 32, 13 км.

Следовательно, на участках «Караганда – Сарань» и «Сарань – Абай» следует установить аттенюаторы оптического сигнала.

Количество оптических усилителей и аттенюаторов представлено в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Количество оптических усилителей

Отрезок	Протяженность, км	Оптические усилители, шт.	Оптические аттенюаторы, шт.
Караганда – Сарань	25, 9	0	1
Сарань – Абай	22, 0	0	1
Абай – Шахтинск	35, 9	0	0
Шахтинск – Темиртау	75, 9	0	0
Темиртау – Караганда	32, 2	0	0

3.3 Расчет диаграммы уровней оптического тракта

Произведем расчёт уровней мощности в точках стыка оптического тракта и на выходе последнего усилителя.

Километрическое затухание на участках сети представлено в таблице 3.3.

Уровень максимально допустимой мощности одного канала в точке MPI-S рассчитывается по формуле
, (3.4)
где –уровень максимальной мощности группового сигнала в интерфейсе MPI-S, определяется параметрами аппаратуры, в данном случае ;

N–количество каналов;

–уменьшение мощности канала, учитывающее нестабильность выходной мощности лазера, изменение величины потерь в неразъёмных соединениях и др., равное 2 дБм.
Таблица 3.3 – Километрическое затухание участков сети

Отрезок	Протяженность, км	Километрическое затухание, дБ
Караганда – Сарань	25, 9	5, 44
Сарань – Абай	22, 0	4, 62
Абай – Шахтинск	35, 9	7, 54
Шахтинск – Темиртау	75, 9	15, 94
Темиртау – Караганда	32, 2	6, 76

Вычисляем по (3.4):



Тогда мощность сигнала в точках R_i и S_i равны:

дБ;

дБ;

дБ;

дБ;

дБ;

Из технического описания предварительного усилителя и бустера известно, что:

P_{ch max S} = 36 дБ, а

P_{ch min R} = –36 дБ для .

Таким образом, по критерию допустимой мощности, усилители размещены верно.

Произведем расчёт мощностей помех в точках стыка оптического тракта и на выходе последнего усилителя.

Основным источником помех в рассматриваемом оптическом тракте является оптический усилитель EDFA, характеризующийся помехой на его выходе за счёт, в основном, усиленного спонтанного излучения (ASE).

Рассчитываем мощность помехи вносимой усилителем по формуле
, (3.5)
Где h–постоянная Планка, h=6, 63∙10^-34Дж∙с;

f–частота канала, f=193, 1∙10¹²Гц;

–коэффициент спонтанного излучения, =1;

–внешняя квантовая эффективность, =1;

–коэффициент усиления, g =22 дБ, =158, 49 раз

–оптическая полоса канала, Гц.

мкВт.

Перейдём к уровню мощности в этой точке:



Тогда:

;

;

;

;

;



Вычислим мощность шумов нулевых флуктуаций вакуума:

;

.

Определим OSNR:

;

;



Представленные выше расчеты поясняют идею расчета OSNR, который определяется как разность между уровнями полезного сигнала и помехой на выходе усилителя. Результаты расчета сведены в таблицу 3.4. Полученные результаты показывают, что норматив OSNR=20дБ, принятый на территории РФ соблюдается.
Таблица 3.4 – Сводная таблица расчета параметров главного оптического тракта

УС	g, дБ	G	PASE, дБ	A, дБ	PR, дБ	PS, дБ	PASE R, дБ	PASE S, дБ	L, км	OSNR
Караганда	22	158, 49
Сарань	22	158, 49	-30, 9	11, 76	–	11, 97	–	-30, 9	22, 0
Абай	22	158, 49	-30, 9		-0, 21	21, 76	-42, 66	-20, 2		42, 45
				7, 14					35, 9
Шахтинск	22	158, 49	-30, 9		14, 62	32, 62	-27, 34	-5, 29		41, 96
				22, 68					75, 9
Темиртау	22	158, 49			13, 94		-27, 97			41, 91

На рисунке 3.1 показана диаграмма уровней.


Рисунок 3.1 – Диаграмма уровней главного оптического тракта

3.4 Расчёт надёжности ВОЛП

Все факторы, влияющие на надежность ВОЛП, можно разделить на две основные группы: внутренние и внешние. Внутренние факторы зависят от процесса производства, проектирования, прокладки, монтажа и эксплуатации. Внешние не зависят от процесса изготовления кабеля, но могут закладываться на стадии проектирования и проявляться при эксплуатации ВОЛП.

Среди всех внутренних факторов доминируют микротрещины на поверхности оптического волокна (ОВ), именно они могут существенно ограничить ресурс ОК, повлечь их растрескивание. К внутренним факторам относится также качество конструкции ОК. Резко уменьшают надежность ВОЛС и дефекты при монтаже соединительных муфт.

Внешние факторы, снижающие надежность ВОЛП, проявляются при эксплуатации.

Надежность ВОЛП зависит не только от качества ОК, но и от качества других устройств и элементов, входящих в состав линий кабельной связи.

Для оценки надежности междугородних кабельных линий используются следующие основные характеристики:

К_Г (коэффициент готовности) – это вероятность того, что объект технической эксплуатации (ОТЭ) окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается ;

К_П (коэффициент простоя) – это вероятность того, что в произвольный момент времени система окажется в неработоспособном состоянии, кроме планируемых периодов ;

Т_В (время восстановления) – это математическое ожидание времени восстановления работоспособности состояния ОТЭ после отказа;

_ОК (интенсивность отказов) – это условная плотность вероятности возникновения отказа ОТЭ при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возникал.

В таблице 3.5 приведены требуемые показатели надёжности для внутризоновой первичной сети длиной L_М = 12500 км, в соответствии с РД 45.047-99.
Таблица 3.5 – Показатели надежности для внутризоновой первичной сети

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Аппаратура линейного тракта
Коэффициент готовности	>0, 92	>0, 982	0, 92
Среднее время между отказами, час	>12, 54	>230	>40
Время восстановления, час	<1, 1	<4, 24	см. примечание
Примечание – для оборудования линейных трактов ВзПС должно быть: время восстановления ОРП ТВ(ОЗП) < 0, 5 часа; время восстановления ОК ТВ(ОК) < 10 часов (в том числе время подъезда – 3, 5 часа); среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км в год равно

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине L проектируемой трассы ВОЛП определяется как:
(3.6)
Учитывая высокую надёжность современной аппаратуры ЦСП, целесообразно принять значение коэффициента готовности кабельной линии 0, 985, а аппаратуры 0, 995. Тогда на кабельной линии должны обеспечиваться следующие показатели:

• 
  коэффициент готовности – не менее 0, 985;среднее время между отказами не менее 340, 5 часов;
  
• 
  среднее время восстановления – не более 9 часов;
  
• 
  плотность повреждений – не более 0, 34.
  

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя определяется по формуле:
(3.7)
Где Т_В – время восстановления (из таблицы 3.5), час;

Т_О – среднее время между отказами, час.

Для вычисления коэффициента готовности используется формула:
(3.8)
В нашем проекте длина проектируемой ВОЛП L не равна L_М, значит среднее время между отказами определяется как:
(3.9)
Для случаев эксплуатации ВОЛП на основе оптимальной стратегии восстановления, начинающегося с обнаружения предотказного состояния ОТЭ, т.е. повреждения, необходимо для инженерных расчетов показателей надежности использовать выражение:
(3.10)
Где t_п – время подъезда ремонтной бригады.

Общая протяженность кольцевой сети составляет 191, 9 км.

Определим плотность повреждений по формуле (3.6):



Коэффициент простоя определим по формуле (3.7):



Отсюда коэффициент готовности по формуле (3.8):



Вычислим по формуле (3.10) среднее время наработки между отказами:

часов.

Полученные результаты сведем в таблицу 3.6. Результаты не превышают нормативные.
Таблица 3.6 – Результаты расчета показателей надежности

Показатель	Значение показателя
Плотность повреждений	0, 00103
Коэффициент простоя	0, 00103
Коэффициент готовности	0, 9987
Время восстановления, не более, часов	9
Среднее время между отказами, часов	1648

На повышение надежности кабельных линий связи влияет:

• 
  правильный выбор кабеля;
  
• 
  применение защитных устройств, защищающих от механических повреждений линии;
  
• 
  повышение квалификации обслуживающего персонала;
  
• 
  оснащение измерительной техникой;
  
• 
  проведение технического надзора за состоянием трассы кабеля;
  
• 
  анализ и выявление причин повреждений.
  

Аварийные ситуации на ВОЛП всегда приводят к значительному ущербу для оператора связи. Ведь восстановление поврежденного волоконно-оптического кабеля значительно сложнее, чем электрического, а пропускная способность выше, что ведет к существенной потере тарифных доходов.

Аварийно-восстановительные работы представляют ряд мероприятий для восстановления связи в кратчайшее время, как правило, по следующим этапам:

• 
  определение места повреждения, уточнение характера и объема повреждений;
  
• 
  установка временной оптической кабельной вставки (ВОКВ);
  
• 
  проведение ремонта ВОЛС-ВЛ и снятие ВОКВ с восстановлением связи на постоянной основе.
  

Все работы, связанные с восстановлением и заменой ОК, должны проводиться по технологическим картам, учитывающим конструкции опор ВЛ, место повреждения ОК, класс напряжения ВЛ, условия прохождения трассы ВЛ и т.п.

Аварийно-восстановительные работы производятся предприятиями, обслуживающими линии, а также специализированными организациями. Работы производятся комплексной бригадой. Списочный состав бригады определяется приказом по предприятию. В приказе приводится перечень транспортных средств, используемых при аварийно-восстановительных работах.

Ответственный руководитель составляет график ежегодного проведения практических занятий (тренировок) со всеми членами комплексной бригады по проведению восстановительных работ с учетом конкретных условий прохождения трассы ВЛ и требований по монтажу ОК.

Ответственный руководитель совместно с производителем работ составляет перечень обязанностей и действий конкретно для каждого члена бригады при возникновении аварийной ситуации.

Ответственный руководитель работ должен предусмотреть и разработать схему оповещения и сбора всех членов бригады в момент аварийной ситуации.

В случаях выхода из состава бригады ее члена в результате увольнения, болезни, отпуска и т.п. ответственный руководитель должен предусматривать замену.

Все транспортные средства, предусмотренные к использованию в восстановительных работах, должны быть всегда в технически исправном состоянии. В случаях вывода их в ремонт должна быть предусмотрена замена.

Восстановление связи по временной схеме требует выполнения следующих операций:

• 
  проверки отсутствия заметных деформаций ОК у ближайших к месту обрыва опор, особенно в его подвесках на опорах; если деформации на кабеле имеют место, переходить на следующую от места обрыва опору; при отсутствии заметных деформаций на оптическом кабеле отрезать его на расстоянии 10 - 15 м от опоры;
  
• 
  разделать концы кабеля у опор; оптическим рефлектометром проверить состояние волокон кабеля у обеих опор; при наличии дефекта разделать его у следующей опоры;
  
• 
  прокладки временного ОК между концами оборванного ОК или от одной соединительной муфты до другой, между которыми поврежден кабель; желательно концы временного кабеля разделать заранее во временных муфтах, защищающих место соединения оптических волокон;
  
• 
  соединить оптические волокна временного оптического кабеля с волокнами кабеля на ВЛ; соединение волокон производится сваркой или с помощью механических соединителей; смонтировать временные муфты, защищающие место соединения оптических волокон.
  

Конечной целью техниеского обслуживания внутризоновой сети связи является достижение заданного уровня ее качественных показателей и устойчивого функционирования в течение всего срока (больше 35 лет) ее эксплуатации.

3.5 Схема организации связи

Применяемый тип защиты линейного тракта (секции мультиплексирования): (1+1) – одна рабочая секция мультиплексирования непрерывно дублируется одной резервной секцией мультиплексирования (рисунок 3.2). При аварии рабочей секции селектор приёмной стороны подключит резервную секцию.



Рисунок 3.2 – Принцип резервирования секции 1+1
Синхронизация сети

В качестве методов синхронизации используются взаимная синхронизация по принципу «каждый с каждым» и метод «ведущий-ведомый». Применим последний упомянутый метод синхронизации. При этом на самом высоком уровне располагается первичный эталонный генератор, ПЭГ (Primary Reference Clock, PRC), в данном проекте он существующий и установлен в г.Караганде, требования к ПЭГ приведены в рекомендации G.811, в РФ. Относительная долговременная нестабильность частоты ПЭГ должна быть менее чем 10^-11, что соответствует одному проскальзыванию в 70 суток. Частота ПЭГ подстраивается по Всемирному координированному времени (Universal Time Coordinated, UTC), вырабатываемому службами точного времени различных стран. ПЭГ может работать автономно с периодическими подстройками, либо получать эталонный сигнал через спутниковые (Global Posistional System, GPS и Глонасс) или радиосистемы.

Управление оборудованием осуществляется следующим образом:

Система OptiX BWS 1600G-III. обеспечивает передачу информации управления оптическими сигналами по оптическому каналу управления с длиной волны 1510 нм и скоростью передачи 4, 096 Мбит/с (после CMI-кодирования). По этому оптическому каналу управления передается в основном информация, связанная с управлением сетью и со служебным каналом.

Структурная схема проектируемой ВОЛП представлена на рисунке 3.3.

Для организации связи на проектируемом тракте использована топология сети «двунаправленное кольцо» с пятью секциями.

Под резервированием по схеме «1+1» понимается резервирование линии с помощью двух волокон. В качестве оборудования спектрального уплотнения на проектируемой сети предполагается использовать OptiXOSN 8800. В качестве среды распространения оптического сигнала выбран кабель ОКЛ–01–6–24–10/125–0, 36/0, 22–3, 5/18–20.

Согласно частотному плану аппаратуры OptiXOSN 8800 будут задействованы следующие частоты: 196, 00 ТГц – 195, 00 ТГц, с разнесением в 50 ГГц, это 80 частот и 80 соответствующих им длин волн. Каждая длина волны характеризуется уровнем 10GЕ (с учётом развития транспортной сети Казахстана).


Рисунок 3.3 – Структурная схема ВОЛП