Диплом по Слитонам. диплом. 8 1 Теоритическая часть 9 1 Цель и задачи дипломной работы
 Скачать 1.41 Mb.
|
7 Содержание Введение 8 1 Теоритическая часть 9 1.1 Цель и задачи дипломной работы 9 1.2 Солитон и его определение 9 1.3 Применение оптических солитонов в волоконной оптике 10 1.4 Выбор трассы ВОЛС 13 2 Оборудование 13 2.1 Выбор системы передачи и её характеристика 13 2.2 Анализ и методы защиты информации передаваемой по ВОЛС 21 2. 3 Криптографические методы защиты 23 2.4 Протокол L2TP 34 2.5 Соображения безопасности 36 2.6 Компоненты IPSec 38 3 Расчетная часть 39 3.1 Расчет регенерационного участка солитонной системы 39 3.2 Расчет длины регенерационного участка 42 3.3 Определение отношения сигнал/шум или вероятности ошибки, отводимой на длину регенерационного участка. 44 3.4 Расчет надежности 44 3.5 Определение пропускной способности проектируемой ВОЛС 46 3.6 Расчет защищенности от взаимных помех в ВОЛС 46 4 Безопасность жизнедеятельности 50 4.1 Анализ условия труда 40 4.2 Расчет естественного освещения 51 4.3 Анализ искусственного освещения 54 4.4 Расчет системы кондиционирования 56 5 Бизнес – план 59 5.1 Характеристика проекта 59 5.2 Организационный план 59 5.4 Финансовый план 60 5.5 Маркетинговый план 62 5.6 Годовые эксплуатационные расходы 65 5.7 Доходы и экономическая эффективность 70 5.8 Оценка результата 72 Заключение 72 Список литературы Приложение А Общий план расположения трассы линии связи и расчеты 73 75 8 Введение В нынешнее время, слово "информация" очень важна. Существует огромное количество путей передачи информации. Люди в течение длительного времени обмена различной информации, и от древних времен скорость передачи была одним из важных элементов. Занимаясь способами увеличения скорости передачи данных, человечество развивается очень быстро. Сначала были письма, телеграф кабеля сделанные из меди, волоконно-оптические кабели передачи пакетов данных с быстро возрастающей скоростью. И хотя любое небольшое нововведение в области передачи информации может стать одним из самых важных технологических скачков, на которое люди не перестанут обращать своё внимание.В дипломном проекте рассмотрена такая технология, как солитоны в оптоволокне. Ключевые слова "Солитон", многие могут услышать в первый раз, но известно что более ста лет, внимание было уделено солитонам с первой половины двадцатого века. Благодаря своим уникальным возможностям, солитоны изучались в различных науках, математике, физике, радиофизике, гидродинамики, акустике, биологии, астрофизики, оптической технологии. Но все это объединяет то, что рассматривается процесс волн . Волна - это распространение возмущения физической величины, являющаяся веществом или полем. Это распространение часто происходит в какой-то среде - воздухе, воде, твердых телах. Солитоны тоже являются волнами. "Солитоном" называют весьма интересное образование - структурно-устойчивую, "уединенную" волну (solitary wave). В оптической системе связи, спустя длительные иследования, солитону уделяется очень важное значение, благодаря которому, передача информации данных может передаваться на дальние расстояние без усилителей. Для обеспечения передачи требуемой информации с высоким качеством в течении длительного промежутка времени необходимо обеспечить высокую надежность работы ВОЛС. В данном дипломном проекте будут рассмотрены различные методы защиты и надежности волоконно – оптической линии связи с использованием солитонов на участке Алматы – Кызылорда. 9 1 Теоритическая часть 1.1 Цель и задачи дипломной работы Целью дипломной работы является анализ надежности ВОЛС на солитонах, а так же расчет пропускной способности передачи данных с применением технологии солитонов, проектирование участка и вычисление длины регенерационного участка. 1.2 Солитон и его определение Что такое "оптические солитоны". Это волна или волна импульса, определенная форма возбуждения лазерного источника света в оптическом волокне при совместном действии дисперсии и нелинейного эффекта в области аномальной (отрицательного) дисперсии. Солитоны могут распространяться в волокне на большие расстояния (несколько тысяч километров) практически без изменения формы и не будут искажены при столкновении друг с другом (восстанавливая скорость, направление и амплитуду, используя свойства, аналогичные свойствам частиц). Солитон — структурно устойчивая "уединённая" волна, распространяющаяся в нелинейной среде, показана на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 - Устойчивая уединенная волна 10 Рисунок 1.2 – солитона уединенная волна (3D модель) Солитоны ведут себя как частицы (частицеподобная волна): при столкновение друг с другом или с любыми другими возмущениями, они сохраняют свою структуру и двигаются дальше без изменений. Имея такое своеобразное свойство, которое может использоваться для передачи данных на большие расстояния без искажений. Солитоны имеют разную природу: - Гравитационный солитон в густой жидкости; - На поверхности жидкости (ранние солитоны в природе) - Солитоны в виде коротких световых импульсов в активной среде лазера; - Солитоны в нелинейных оптических материалах. 1.3 Применение оптических солитонов в волоконной оптике Режим солитонный распространение импульса в волоконной оптики интересен не только как фундаментальное явление, но и с точки зрения практического использования солитонов в волоконно-оптических линий связи. Оптический Солитон - это импульс, который представляет собой единый волновой пакет колокольчиковидные в оптическом диапазоне длин волн и характеризуется устойчивым режимом распространения. В этом случае группа дисперсия групповой скорости, которая определяется длительностью оптического импульса, показатель преломления полностью уравновешивается нелинейным изменением. Для формирования оптического солитона в оптоволокне необходимы эти два условия: – наличие аномальной (отрицательной) дисперсии, математически выражаемой неравенством; 11 – наличие определенной нелинейной зависимости коэффициента преломления от интенсивности лазерного излучения, при которой рефракционный индекс n2 положителен, т.е. коэффициент преломления должен возрастать с ростом интенсивности. Тогда высокочастотные составляющие импульса как бы сдвигаются к его «хвосту», а низкочастотные составляющие – к его «голове», чем подавляется действие хроматической и поляризационной дисперсии (рисунок 1.3). Такой импульс может сохранять форму и ширину по всей длине волоконной линии. Рисунок 1.3 - Формирование оптического солитона Оптические солитоны в высокоскоростных линиях связи можно двуми способами. В первом случае, достаточно "умеренной": солитон эффект используется для увеличения относительного расстояния между повторителями по сравнению с длиной линии, таким образом, уменьшая количество этих самых ретрансляторов. В этом случае, с использованием первого режима распространения импульса. Она характеризуется низким энергопотреблением и практически полное отсутствие нелинейных эффектов. Во втором случае, солитоны используются для передачи информации на расстояние около 1000 км без использования электронных повторителей. Для того, чтобы избежать последствий потерь в оптическом волокне должны быть своевременно усиливаться солитоны в для того, чтобы восстанавливать свою первоначальную форму и значение пиковой мощности, для этого необходимо установить оптические усилители или ВКР усилители на линии связи. В этом случае солитонные линии связи способны передавать информацию со 12 скоростью, приближающейся к В = 100 Гбит/с при условии компенсации потерь в оптоволокне. Солитоны вводятся в «цепочку» световодов, состоящую из многих сегментов длиной L. На конце каждого сегмента через частотно- зависимый направленный ответвитель в обоих направлениях вводится излучение накачки от непрерывного лазера на длине волны 1,46 мкм. Передача информации осуществляется вблизи длины волны минимальных потерь в световоде (≈ 1,56 мкм). Полная длина линии связи LТ определяется числом каскадов усиления, при превышении которогораспространение солитонов становится неустойчивым. [3] Рисунок 1.4 - Схема солитонной линии связи с ВКР-усилением Рисунок 1.5 - Схема солитонной линии связи с различными оптическими волокнами Структурная схема солитонной линии связи, приведенная на рисунке 1.5, соответствует случаю построения системы без усилителей. В ней протяженный участок существования солитонов достигается благодаря использованию в линейном тракте дискретной последовательности одномодовых оптических волокон с постоянной дисперсией в пределах каждого i-го участка с последовательным убыванием по заданному закону от участка к участку. Последовательность солитонов, генерируемая на выходе лазера, проходит через изолятор и модулятор, в котором импульсная 13 последовательность модулируется. На выходе линии сигналы регистрируются фотоприемным устройством (ФПУ). [3] 1.4 Выбор трассы ВОЛС В данном дипломном проекте мы проводим кабельную линию на участке Алматы – Кызылорда. Рисунок 1. 3 – Карта магистрали Алматы – Кызылорда Расположения маршрута соединительный кабель рисунке 1.4. Видно, что дорога имеет достаточную длину (1179 км) 2 Оборудование 2.1 Выбор системы передачи и её характеристика [18] Терминальный мультиплексор Рисунок 2.1 - Мультиплексор HUAWEI OptiX OSN 3500 Аппаратура и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные компании-производители, такие как «Alcatel», «Siemens», 14 «Nortel», «Huawei» и другие. Так как в нашем случае количество потоков E1=118 (2,5 Гб/с), то была выбрана система передачи компании HUAWEI OptiX OSN 3500B. Рассматриваемый мультиплексор (рисунок 2.1) это оборудование с поддержкой скорости передачи на уровне STM-4 (622 Мбит/с) и до STM-16 (2,5 Гбит/с). OptiX OSN 3500 является оборудованием следующего поколения, разработанным фирмой Huawei. это оборудование интегрирует в себе. [18] 2.1.1 Высокая степень интеграции Функции линейного блока, блока кросс-коммутации, блока синхронизации, блока SCC (System Control and Communication, Управление системой и связь) интегрированы на одной плате, что в значительной степени высвобождает ресурсы слотов. Габаритные размеры подстатива OptiX OSN 3500 составляют 730 мм (высота) х 496 мм (ширина) х 295 мм (глубина). В подстативе OptiX OSN 3500 имеется пятнадцать слотов для плат обработкию, шестнадцать слотов для плат интерфейсов, один слот для платы вспомогательного интерфейса и три модуля вентиляторов. [18] 2.1.2 Гибкое конфигурирование для применения в качестве системы STM-1/STM-4, STM-16 или STM-64 Оборудование OptiX OSN 3500 может быть сконфигурировано как система STM-1/STM-4, STM-16 или мощная система STM-64 для работы на транспортном и магистральном уровнях. Существует возможность плавного повышения производительности путем добавления или замены плат кросс- коммутации и модулей оптического интерфейса. [18] 2.1.3 Передача Ethernet-трафика В системе OptiX OSN 3500 осуществлена интеграция функций Ethernet- доступа с той же платформой SDH, которая обеспечивает передачу голосового трафика. Таким образом, в сетях, построенных на устройствах OptiX OSN 3500, обеспечивается динамическое распределение полосы пропускания пользователям в соответствии с объемами проходящего трафика. Система OptiX OSN 3500 поддерживает: – трафик Ethernet 10/100/1000 Мбит/с; – протоколы инкапсуляции, такие как высокоуровневый протокол управления каналом передачи данных (HDLC - High-level Data Link Control), процедура доступа к каналу - SDH (LAPS - Link Access Procedure-SDH), обобщенная процедура формирования кадров (GFP - Generic Framing Procedure); – коммутацию на уровне 2, а также возможность классификации Ethernet-трафика в соответствии с определениями стандарта IEEE 802.1Q-tag; – прозрачную передачу и конвергенцию Ethernet-трафика; – схему регулировки пропускной способности канала (LCAS - Link Capacity Adjustment Scheme), с помощью которой обеспечиваются 15 динамическая регулировка пропускной способности при передаче и резервирование конкатенированной группы; – функцию VPN уровня 2 – услуги EPL (Ethernet Private Line, частная линия Ethernet), EVPL (Ethernet Virtual Private Line, Виртуальная частная линия Ethernet), EPLn/EPLAN (Ethernet Private LAN, Частная локальная сеть Ethernet) и EVPLn/EVPLAN (Ethernet Virtual Private LAN, Виртуальная частная локальная сеть Ethernet). [18] 2.1.4 Кросс-коммутация Емкость кросс-коммутации в системе OptiX OSN 3500: – высокий порядок - 58,75 Гбит/с; – низкий порядок - 5 Гбит/с (с возможностью расширения до 20 Гбит/с); – емкость подстатива расширения - 1,25 Гбит/с. Таблица 2.1 - Широкий набор интерфейсов [18] Доступные интерфейсы Максимальное количество портов в одном подстативе STM-64 4 STM-16 8 STM-4 46 STM-1 оптический 92 STM-1 электрический 78 E3 48 E1 504 Fast Ethernet 92 Gigabit Ethernet 30 2.1.5 Гибкая организация сети OptiX OSN 3500 поддерживает все виды топологии: смешанная, цепь, звезда, двух волоконное / четырех волоконное кольцо, кольцо с цепью, соприкасающиеся кольца, пересекающиеся кольца. Таблица 2.2 - Разнообразные механизмы защиты [18] Защищаемые узлы Механизм защиты 1 2 E1 платы 1:N (N <= 8) TPS E3 платы 1:N (N <= 3) TPS Платы кросс соединения и синхронизации 1+1 горячее резервирование 16 Продолжение таблицы 2.2 Защищаемые узлы Механизм защиты SCC плата 1+1 горячее резервирование -48V плата распределения питания 1+1 горячее резервирование 3.3V плата источника питания 1:N централизованное горячее резервирование 2.1.6 Интеллектуальные особенности Система обеспечивает возможность контроля за автоматическим балансом трафика в широкополосной сети и позволяет повысить пропускную способность. [18] Таблица 2.3 - Технические характеристики [18] Вид Параметры Интерфейсы SDH - STM-1 электрический интерфейс - STM-1 оптические интерфейсы: Ie-1, I-1, S-1.1, L-1.1, L-1.2 и Ve-1.2 - STM-4 оптические интерфейсы: I-4, S-4.1, L-4.1, L-4.2 и Ve-4.2 - STM-16 оптические интерфейсы: I-16, S-16.1, L-16.1, L-16.2, L- 16.2Je, V-16.2Je, U-16.2Je и G.692 (окрашенный оптический интерфейс) - STM-64 оптические интерфейсы: I-64.2, S-64.2b, L-64.2b, Le-64.2, V- 64.2b, Ue-64.2, LUe-64.2 и G.692 (окрашенный оптический интерфейс) Интерфейсы PDH E1, E3 электрические интерфейсы Интерфейсы Ethernet 10Base-T, 100Base-TX, 100Base- FX, 1000Base-SX, 1000Base-LX Интерфейсы синхронизации 2048 кбит/с (75 Вт и 120 Вт), 2048 кГц(75Вт и 120 Вт) 17 Продолжение таблицы 2.3 Вид Параметры Интерфейсы аварийной сигнализации - Шестнадцать входных уровней сигнала; - Четыре выходных уровней сигнала; - Четыре индикатора на стативе; - Связь сигнализации между стативами. Административные интерфейсы - RS-232; - четыре последовательных интерфейса данных (Ряд 1 4) для прозрачной передачи; - сонаправленный интерфейс передачи данных 64 кбит/с; - Ethernet-интерфейс управления сетью; - один административный последовательный интерфейс Опциональный интерфейс Один интерфейс служебной телефонии и два SDH голосовых интерфейса (NNI) Оптический мультиплексор ввода-вывода Рисунок 2.2 - Оптический мультиплексор ввода-вывода FRM220 CWDM 18 Оптический мультиплексор ввода-вывода FRM220 CWDM Optical Add/Drop Multiplexer – это платы с модульной конструкцией, которые по стандарту G.694.2 от ITU-T поддерживают световой сигнал от 1270 до 1610 нанометров с приростом в 20 нанометров. Оптический мультиплексор ввода- вывода FRM220-OADM выводит из магистрали оптический сигнал определенной волны и позволяет ввести новый сигнал с той же длиной волны, приблизительно на то же место магистрали. Все световые сигналы проходят оптический мультиплексор ввода-вывода с незначительными энергопотерями (обычно < 2,5 дБ, включая разъемы и адаптеры). Оптический мультиплексор ввода-вывода (Optical Add/Drop Multiplexer, OADM) позволяет выводить, или вводить отдельный световой сигнал в определенных местах линейной топологии ввода-вывода. Модули FRM220 OADM являются устройствами пассивного действия и не нуждаются во внешнем источнике питания. Также модули можно монтировать на платформу FRM220 с источником питания, модулем управления – центром управления сетью (NMC); управление модулями можно осуществлять с помощью ПО управления сетью – SmartView EMS, Telnet или консолью на последовательном порту. Для воссоздания многофункциональной платформы, предоставляющей Ethernet, временное мультиплексирование, речевые и прочие сервисы по общему оптоволоконному каналу грубого спектрального уплотнения CWDM, модули FRM220 OADM можно монтировать на любую платформу FRM220, оснащенную другими конвертерами среды и транспондерами Особенности: – Оптический мультиплексор ввода-вывода – Рабочие каналы: 1311,1471,1491,1511,1531,1551,1571,1591,1611nm – Пассивный оптический модуль, не требуется никакой силы – Прозрачный протокол, никаких ограничений – Использует промышленные стандарты для ITU CWDM длин волн – Оптические разъемы: LC Таблица 2.4 Технические спецификации Номера каналов CWDM: 1 add/drop channel, 2 add/drop channels Операционный канал CWDM добавить/исключить канал Any channels out of 1471, 1491, 1511, 1531, 1551, 1571, 1591, 1611 nm (to be defined via order information) Ширина канала: CWDM каналов >=13nm (around center wavelength) Вносимые потери IN-OUT >= 2.5 dB Add to Drop < 2.0 dB 19 Продолжение таблицы 2.4 Number of channels CWDM: 1 add/drop channel, 2 add/drop channels Изоляция CWDM adjacent channel Isolation >= 30dB CWDM non-adjacent ch’s at CWDM drop port >= 35dB Оптические потери >= 50dB PDL >= 0.1dB Температура Temperature : 0 50°C (Operating), -20 70°C (Storage) Тип волокна 9 / 125 / 250um Габаритные размеры 162 x 220 x 25mm Вес 0.9kg Интерфейс FCC part 15 class A, CE Mark |