Скачать

ВВЕДЕНИЕ

В последние 10 лет тенденция развития современных систем телекоммуникаций связана с широкомасштабным внедрением оптических технологий для передачи сообщений и поддержке бурного роста трафика. Эффективное использование ресурсов, имеющихся магистральных транспортных оптических сетей, и дальнейшее их развитие не имеют смысла без адекватного развития оптических сетей доступа. Решение задач телекоммуникаций на базе электронных компонентов не только ограничивает быстродействие системы в целом, но в ряде случаев требует дополнительной инженерной проработки для обеспечения надежности и отказоустойчивости системы.

Повышаются требования к качеству наложенного сервиса и общей пропускной способности сетей, а с другой, денежные вложения в их развитие идут на убыль. В такой ситуации операторам необходимо разумно использовать свои сети, чтобы соответствовать требованиям рынка. Исторически сложилось так, что технология СЦИ (Синхронно Цифровая Иерархия) наиболее полно отвечала запросам операторов.

Синхронная цифровая иерархия (СЦИ: англ. SDH — Synchronous Digital Hierarchy) – это международный стандарт высокоскоростных синхронных сетей связи, обеспечивающий прогрессивный подход к построению транспортных сетей и организации сетевого управления.

Технология SDH обеспечивает технические возможности построения транспортных сетей и позволяет оператору быстро реагировать на изменение требований пользователей и пропускной способности. Сети СЦИ могут иметь конфигурации, обеспечивающие возможности автоматического восстановления для повышения надежности сетевой инфраструктуры. Принцип мультиплексирования СЦИ позволяет осуществлять коммутацию (оперативное переключение) низкоскоростных потоков в составе высокоскоростных без необходимости полного демультиплексирования последних, что является одним из самых важных преимуществ синхронной цифровой иерархии по сравнению с принципами, принятыми в плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ).

Появление оптических транспортных сетей (англ. OTN - Optical Transport Network) позволяет применять лучшие черты технологии SDH, такие как управляемость, расширяемость и надежность. Технология OTN стандартизирована сектором телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-T) в декабре 2009 года, см. «ITU-T Recommendation G.709 «Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)»».

Несмотря на то, что технология OTN относительно новая, на сегодняшний день уже все основные производители телекоммуникационного оптического оборудования предлагают решения на ее базе. В Международном союзе электросвязи (МСЭ-Т) принято уже более пятнадцати рекомендаций, которые относятся к оптическим сетям. И это лишний раз доказывает ее высокую эффективность и востребованность

• 1.Выбор сетевой структуры сети
  • 1.1Основные топологии сети
• 2.Выбор системы резервирования и определения уровней
• Расчет нагрузки
• 4.Определение интерфейсов и типа кабеля
• 5.Разработка схем управления и синхронизации
• 6.Выбор оборудования
• 7.Разработка параметров качества
• 8.Надежность

Для того чтобы построить транспортную сеть, следует понимать, по какому способу соединять узлы сети. Способы соединения узлов сети называются топологией данной сети.

Различают:

1. «Точка – точка» - данный способ применяется, если сеть состоит из двух узлов, соединение этих двух узлов происходит «напрямую». Является наиболее простым способом соединения. Основной минус заключается в том, что необходимо вести отдельный ВОК (Волоконно-оптический кабель) из центрального узла в каждое здание или каждому абоненту.
2. «Каждый с каждым» или полносвязная топология – способ, в котором каждый узел непосредственно связан со всеми остальными узлами сети.
3. «Дерево» - топология, в которой центральный узел подключен к коммутатору либо разветвителю, а к каждому коммутатору/ разветвителю уже подключено несколько абонентов
4. «Звезда» - способ, при котором все узлы подключены к центральному узлу и не соединены между собой. Информация идет строго через центральный узел, на который таким образом возлагается очень большая нагрузка.
5. «Кольцо» - топология, при которой подразумевается последовательное соединение узлов, при этом последний узел соединен с первым, образуя тем самым замкнутую кольцевую структуру. Данная топологию используют для построения SDH сетей. Преимуществом этого способа соединения узлов является простота организации защиты сети.
   • 1.2Выбор трассы

Липецкая область – субъект в составе Российской Федерации.

Административный центр – город Липецк.

Липецкая область граничит на севере с Рязанской и Тульской областями, на западе — с Орловской областью, на юге — с Воронежской и Курской областями, на востоке — с Тамбовской областью.

Липецкая область расположена в центральной части европейской части России.

Площадь территории области — 24,047 тыс. км²

Климат умеренно континентальный с четко выраженными сезонами. Зима — умеренно холодная, с устойчивым снежным покровом. Средняя температура января −10 °C, в последние годы тенденция к более теплым зимам. Лето теплое, продолжительное, средняя температура июля +20-21 °C. Среднегодовые суммы осадков 450—550 мм, ¾ выпадает в теплую половину года (с апреля по октябрь). Устойчивый снежный покров образуется в первой половине декабря, сходит в конце марта (средняя высота 25-35см). Продолжительность вегетационного периода — более 180 дней в году.

Липецкая область расположена в зоне лесостепи. Почвы — типичные черноземы на юго-востоке, выщелоченные черноземы, серые и темно-серые на северо-западе, по долинам и балкам — лугово-черноземные. Дубравы и сосново-дубовые леса занимают 7% территории. Численность населения области по данным Госкомстата России составляет 1 144 035 чел. на 1 января 2019г. Плотность населения — 47,58 чел./км² на 2019г. Городское население — 63,87 % на 2019г.

На рисунке 1.2.1 приведена карта Липецкой области с отмеченными на ней узлами.

Рис. 1.2.1 – Карта Липецкой области

В данной работе представлено 9 узлов. Целесообразно спроектировать сеть по топологии «кольцо».

Узлы проектируемой сети расположены в 9 населенных пунктах: Грязи (1), Задонск (2), Елец (3), Липецк (4), Доброе (5), Лебедянь (6), Лев Толстой (7), Чаплыгин (8).

Численность населения пунктов на 1 января 2019 год:

1. Грязи – 46 608 чел.
2. Задонск – 9 579 чел.
3. Елец – 103 179 чел.
4. Липецк – 509 420 чел.
5. Лебедянь – 19 208 чел.
6. Доброе – 33 432 чел.
7. Лев Толстой – 16 437 чел.
8. Чаплыгин – 11 795 чел.

На рисунке 1.2.2 представлена структура сети

Рис. 1.2.2 – Схема сетевой структуры

В таблице 1.2.1 указано расстояния между узлами

Табл. 1.2.1 Расстояние между узлами

Номера	Города	Расстояние, км
1 - 2	Грязи – Задонск	70,30
2 - 3	Задонск – Елец	39,57
3 - 4	Елец – Липецк	73,33
4 - 1	Липецк - Грязи	26,88
3 - 5	Елец – Лебедянь	61,29
4 - 6	Липецк – Доброе	30,10
5 – 7	Лебедянь – Лев Толстой	28,98
5 – 6	Лебедянь - Доброе	48,55
6 – 8	Доброе - Чаплыгин	44,75
7 - 8	Лев Толстой - Чаплыгин	36,30

Существует несколько методов восстановления работоспособности сетей СЦИ:

1. Резервирование терминального оборудования по принципу N:m, где N – число рабочих блоков, m – число резервных блоков (обычно m = 1, N = 1…16);

2. Резервирование участков сети по схемам 1+1 или 1:N по разнесенным трассам по принципу переключения линий (на уровне оптических интерфейсов) или трактов;

3. Применение самовосстанавливающихся кольцевых структур и линейных сетей по схемам 1+1, 1:1 или 1:N;

4. Восстановление работоспособности сети обходом отказавшего узла;

5. Использование аппаратуры оперативного переключения (АОП).

В данной работе применяется метод резервирования «самовосстанавливающееся кольцо». Если сеть откажет, произойдет сбой, она автоматически восстановиться без вмешательства оператора. При этом промежуток времени восстановления составляет меньше 50 мс, так что абоненты не почувствуют, что произошел сбой.

Для кольцевых структур с большим количеством (4-5) узлов рекомендуется применять защиту типа MS-SPRing (Multiplex Section Shared Protection Ring) – разделяемая между пользовательскими соединениями защита путей в кольцевой топологии. В данном типе защиты использование пропускной способности эффективно, так как происходит динамическое резервирование половины пропускной способности, которая выделяется для трафика с высоким приоритетом по мере необходимости, когда обнаружен отказ мультиплексора или линии. При этом возникает сетевой запас из-за того, что есть свободные каналы, этот запас может использоваться для передачи трафика с низким приоритетом, который может быть потерян при отказе системы.

Если же в кольцевой структуре меньше 4 узлов, то более эффективным является тип защиты MS-DPRing (Multiplex Section Dedicated Protection Ring) или по-другому – MS-SNCP (Multiplex Section Subnetwork Connection Protection) – защита соединения через сеть для определенного виртуального контейнера. В данном типе соединения происходит уменьшение полезной пропускной способности кольца, так как используется удвоенная пропускная способность по всему кольцу (происходит статическое резервирование), зарезервированные каналы нельзя использовать.

Так как в работе рассматривается сеть с двумя кольцами по 4 узла, следует применить тип защиты MS-SPRing. Тогда взаимодействие двух колец будет выглядеть, как показано на рисунке 2.2.1.

Рис. 2.2.1. Схема взаимодействия двух колец MS-SPRing

При использовании защиты типа MS-SPRing максимальную суммарную нагрузку, рассчитанную и показанную в таблице 2.1.4, следует удвоить для резерва. По таблице видно, что максимальная нагрузка между узлами 3 и 5, которые находятся в разных кольцах. Соответственно для двух колец потребуется емкость равная 640 каналам Е1, что соответствует STM-16.

Запас на развитие колец:

1008 – 640 = 368 потоков Е1, что составляет 36,5% от всей пропускной способности STM-16.

Требуется рассчитать пропускную способность ВОЛП (Волоконно-оптическая Линия Передачи) – максимально допустимую скорость обработки трафика, показывает максимальный объем, который может быть передан в единицу времени. Для этого нужно найти число каналов между узлами сети. Эти каналы можно выразить через основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью 64 кбит/с и потоки Е1 со скоростью 2,048 Мбит/с.

На практике рассчитать емкость межстанционных связей можно в результате анализа трафика имеющейся в районе проектируемой сети телефонной сети общего пользования, а также в результате анализа потребностей в услугах связи абонентов и организаций в выше упомянутом районе.

В таблице 3.1.1 показано количество необходимых телефонных потоков в верхней части ячеек, а в нижней части – маршруты потоков (номера узлов).

В таблице 3.1.2 представлена нагрузка на соединительных линиях ТФ.

В таблице 3.1.3 показана интернет нагрузка.

В таблице 3.1.4 представлена суммарная нагрузка на соединительные линии.

Табл. 3.1.1 Телефонная нагрузка

Телефонная нагрузка
№ узлов	1	2	3	4	5	6	7	8
1		30 1-2	10 1-2-3	30 1-4	20 1-2-3-5	40 1-4-6	30 1-2-3-5-7	20 1-4-6-8
2			10 2-3	20 2-3-4	20 2-3-5	40 2-3-5-6	30 2-3-5-7	20 2-3-5-7-8
3				10 3-4	20 3-5	30 3-5-6	20 3-5-7	20 3-5-7-8
4					30 4-6-5	40 4-6	30 4-6-5-7	20 4-6-8
5						30 5-6	20 5-7	20 5-7-8
6							40 6-5-7	20 6-8
7								30 7-8
8

Табл. 3.1.2 Нагрузка на соединительных линиях ТФ

СЛ											Сумма
1-2	30	10	20	30							90
2-3	10	20	30	10	20	20	40	30	20		200
3-4	20	10									30
4-1	30	40	20								90
3-5	20	30	20	40	30	20	20	30	20	20	250
4-6	40	20	30	40	30	20					180
5-7	30	30	20	20	20	30	20	20	40		230
5-6	40	30	30	40	30	30	40				240
6-8	20	20	20								60
7-8	20	20	20	30							90

Табл. 3.1.3 Интернет-нагрузка

Интернет - нагрузка
№ узлов	1	2	3	4	5	6	7	8
1		30 1-2	10 1-2-3	30 1-4	10 1-2-3-5	30 1-4-6	20 1-2-3-5-7	20 1-4-6-8
2			0 2-3	0 2-3-4	0 2-3-5	30 2-3-5-6	0 2-3-5-7	0 2-3-5-7-8
3				0 3-4	0 3-5	10 3-5-6	0 3-5-7	0 3-5-7-8
4					0 4-6-5	10 4-6	0 4-6-5-7	0 4-6-8
5						20 5-6	0 5-7	0 5-7-8
6							20 6-5-7	10 6-8
7								0 7-8
8

Табл. 3.1.4 Суммарная нагрузка на соединительных линиях

СЛ								Сумма IP	Сумма ТФ	Полн. сумм.
1 - 2	30	10	10	20				70	90	160
2 - 3	10	10	20	30				70	200	270
3 - 4								0	30	30
4 - 1	30	30	20					80	90	170
3 - 5	10	20	30	10				70	250	320
4 - 6	30	20	10					60	180	240
5 - 7	20	20						40	230	270
5 - 6	30	10	20					60	240	300
6 - 8	20	10						30	60	90
7 - 8								0	90	90

4.1 Определение оптических интерфейсов

Передача информации в оптических сетях СЦИ осуществляется по оптическому волокну, которое обладает большой пропускной способность. Для передачи сигнала используют определенные окна прозрачности в оптическом волокне. Окно прозрачности волокна – это такая длина волны, на которой сигнал распространяясь имеет меньшее затухание, чем на других длинах волн.

Основные окна прозрачности находятся на длинах волн 850нм (для многомодового оптического волокна) – первое окно прозрачности, 1310нм (для многомодового и одномодового оптического волокна) - второе, 1550нм (для одномодового оптического волокна) - третье.

Первое окно прозрачности используется для передачи на маленькие расстояния, так как потери волокна в данном случае относительно высокие. Нет усилителей для данной области.

Второе окно прозрачности обладает меньшими потерями (затуханием) и малой дисперсией (уширение импульса), поэтому использовалось для передачи на дальние расстояния. Однако низкая дисперсия при передаче на дальние расстояния может усиливать эффект оптической нелинейности, что является отрицательным фактором для передачи. Также усилители, используемые на данной длине волны, оказались не так хороши.

Третье окно прозрачности обладает самым низким затуханием. Дисперсия, возникающая на данной длине волны может быть адаптирована (смещенной дисперсией). Также усилители, используемые на данной длине волны, обеспечивают высокую производительность.

Элементы транспортных сетей оснащаются оптическими интерфейсами, чтобы обеспечить так называемую поперечную совместимость, возможность использования оборудования разных производителей на концах участков оптических трактов. Для организации данного требования была введена классификация оптических стыков по коду применения (таблица 4.1). Код применения показывает, какая длина волны и какой тип оптического кабеля используется.

Табл. 4.1. Классификация оптических интерфейсов (Рек. G.957 МСЭ-Т)

Использование	Внутри станции	Между станциями
Короткая секция	Длинная секция
Номинальная длина волны источника, нм	1310	1310	1550	1310	1550
Тип волокна (Рек. МСЭ-Т)	G.652	G.652	G.652	G.652	G.652 G.654	G.653
Расстояние, км	≤2	≈15	≈40	≈80
Уровни СЦИ	STM-1	I - 1	S - 1.1	S - 1.2	L - 1.1	L - 1.2	L - 1.3
STM-4	I - 4	S - 4.1	S - 4.2	L - 4.1	L – 4.2	L – 4.3
STM-16	I - 16	S - 16.1	S - 16.2	L - 16.1	L - 16.2	L - 16.3

Буквами обозначается расстояние, на которых применяется код:

• I (intro-office) – для внутри объектовой связи;
• S (short-haul) – для короткой межстанционной связи;
• L (long-haul) – для длинной межстанционной связи;
• V (very long-haul) –для очень длинной межстанционной связи;
• U (ultra long- haul) – для сверхдлинной межстанционной связи.
  • 4.2Выбор оптического кабеля

Первая цифра – уровень STM-N (1,4,16), вторая – длина источника излучения и тип кабеля, который применяется, согласно рекомендациям МСЭ-Т.

В таблице 4.2 представлены примерные оптические интерфейсы для проектируемой сети.

Табл. 4.2. Предварительные оптически интерфейсы

Секция	Кольцо 1	СЛ	Кольцо 2
1-2	2-3	3-4	4-1	3-5	4-6	5-7	5-6	6-8	7-8
Длина, км	70,3	39,5	73,3	26,8	61,2	30,1	28,9	48,5	44,7	36,3
Номинальная длина волны источника, нм	1550	1310	1550	1550	1550	1550	1550	1310
Код МСЭ-Т	G.652
Тип волокна (Рекомендация МСЭ-Т)	L -16.2	L -16.1	L - 16.2	S - 16.2	L -16.2	S - 16.2	S -16.2	L - 16.1

Волоконно-оптический кабель будет проходить вдоль магистралей, грунтовых дорог в грунте, а в городе в трубах и коллекторах. В Липецкой области умеренно-континентальный с средней температурой января −11 °C, июля +21 °C и со среднегодовой температурой от +9,7 °C на юге области до +10 °C на севере. Соответственно экстремальных условий для использования кабеля не наблюдается.

При подборе пути прокладывания нужно учитывать то, что кабелю не следует ЖД пути, магистрали. Проанализировав местность, можно проложить кабель таким образом, как показано на рисунке 4.2.1.

Рис. 4.2.1. Трасса прокладки кабеля

Относительно данной трассы был выбран ВОК марки «Интегра-Кабель» ИКП-М6П-А72-20.0 (Рис. 4.2.2), в котором буква М означает, что используется, повив оптического модуля, буква П – повив из стеклопластиковых прутков, А указывает на то, что используется одномодовое оптическое волокно, «6» - количество элементов повива сердечника, «72» - количество оптических волокон в кабеле. Другие характеристики кабеля указаны в таблице 4.2.1.

Табл. 4.2.1. Параметры оптический оптического кабеля ИКП-М6П-А72-20.0

Параметр	ИКП…М…
Конструкция сердечника кабеля	Повив оптических модулей
Количество оптических волокон в кабеле	до 576
Количество элементов повива сердечника	4-36
Номинальный наружный диаметр, не менее, мм	12,0
Масса кабеля от, кг/км	175
Длительно допустимая растягивающая нагрузка, кН	не менее 3,0
Допустимая раздавливающая нагрузка, не менее, кН/см	0,4
Допустимое ударное воздействие, не менее, Дж	10
Минимальный радиус изгиба	20 Ø кабеля
Рабочий диапазон температур, °С	от - 60 до +70
Температура прокладки и монтажа, не ниже, °С	- 30

Рис. 4.2.2. Оптический кабель ИКП-М6П-А72-20.0

4.3. Выбор оптического волокна

В данной работе будет применено оптическое волокно фирмы Corning. Волокно Corning SMF-28 Ultra является волокном, удовлетворяющим рекомендацию G.652.D МСЭ-Т. Оно имеет низкие потери и улучшенные изгибные характеристиками. Данное волокно обладает передовыми характеристиками по затуханию, макроизгибным потерям, величине поляризационной модовой дисперсии, так же данное волокно совместимо с одномодовыми волокнами предыдущего поколения. Характеристики данного волокна показаны на рисунке 4.3.1.

Рис.4.3.1 Характеристики волокна Corning SMF-28 Ultra

4.3. Проверка выбранных интерфейсов

После выбора кода оптического интерфейса для той или иной секции следует осуществить проверочная расчет длины секции. Проверочный расчет длины секции производится по двум критериям:

• по потерям мощности оптического сигнала на кабельном участке
• по допустимой дисперсии кабельного участка (допустимому уширению передаваемых импульсов)

На рисунке 4.3.1 показана диаграмма уровней оптических секций для расчета по потерям мощности оптического сигнала.

Рис. 4.3.1 Диаграмма уровней передачи

На диаграмме показаны:

• р_{пер макс}, р_{пер мин} – максимальный и минимальный соответственно уровни передачи оптического передатчика;
• р_{пр макс} – уровень перегрузки оптического приемника;
• р_{пр мин} – минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи;
• А_эз – эксплуатационный запас оптического тракта;
• А_макс, А_мин – максимальное и минимальное соответственно допустимые затухания оптического тракта;
• Э- энергетический потенциал системы передачи.

Для проверки воспользуемся программой, написанной в Microsoft Excel. Предварительно нужно проверить коды S – 16.1, L – 16.1, L – 16.2. Данные возьмем из таблицы 4.3.1

Таблица 4.3.1 Параметры оптических стыков для STM-16 (без ОУ)

Наименование	Значение параметров
Номинальная скорость передачи битов, кбит/с	2488320
Код применения	I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3
Рабочий диапазон длин волн, нм	1266-1360	1260-1360	1430-1580	1280-1335	1480-1580	1480-1580
Тип источника	MLM	SLM	SLM	SLM	SLM	SLM
Спектральные характеристики излучения:
Среднеквадратичная ширина, не более, нм;	4	-
Ширина спектра на уровне-20дБ, не более, нм	-	1
Уровень излучаемой мощности: Максимальный, дБм Минимальный, дБм	-3 -10	0 -5	0 -5	3 -2	3 -2	3 -2
Диапазон перекрываемого затухания, дБ	0-7	0-12	0-12	10-24	10-24	10-24
Уровень чувствительности не более, дБм	-18	-18	-18	-27	-28	-27
Уровень перегрузки, не более дБм	-3	0	0	-9	-9	-9
Дополнительные потери оптического тракта, дБм	1	1	1	1	2	1
При любых сочетаниях значений параметров оптических стыков для различных кодов применения коэффициент ошибок в тракте должен быть не более 1x10-10

Расчет для кода S - 16.1

1. Тип источника- SLM (одномодовый лазер)
2. Средняя длина волны излучателя: 1310нм
3. Затухание в выбранном волокне: α=0,32 дБ/км;
4. А_н - затухание неразъемного соединения, дБ: ≤0,05 дБ
5. р_{пер макс} = 0 дБ- максимальный уровень передачи оптического передатчика;
6. р_{пер мин} = -5 дБ- минимальный уровень передачи оптического передатчика;
7. р_{пр макс} = 0 дБ - уровень перегрузки оптического приемника;
8. р_{пр мин}= - 18 дБ - минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи;
9. А_эз = 1 дБ - эксплуатационный запас оптического тракта;
10. Э = р_{пер мин} – р_{пр мин} = 13 дБм - энергетический потенциал системы передачи.
11. А_макс = р_{пер мин} – (р_{пр мин}+ А_эз) = 11 дБм – максимально допустимое затухание оптического тракта;
12. А_мин= р_{пер макс} – р_{пр макс} = 0 дБм – минимально допустимое затухание оптического тракта;

На рисунке 4.3.2 показано, что максимальная протяженность кабельного участка (КУ) для кода S - 16.1 при длине волны 1310 нм будет составлять 36.9 км.

Рис. 4.3.2 Протяженность кабельного участка для кода S - 16.1

Расчет для кода L - 16.1

1. Тип источника- SLM (одномодовый лазер)
2. Средняя длина волны излучателя: 1310нм
3. Затухание в выбранном волокне: α=0,32 дБ/км;
4. А_н - затухание неразъемного соединения, дБ: ≤0,01 дБ
5. р_{пер макс} = 3 дБ- максимальный уровень передачи оптического передатчика;
6. р_{пер мин} = -2 дБ- минимальный уровень передачи оптического передатчика;
7. р_{пр макс} = -9 дБ - уровень перегрузки оптического приемника;
8. р_{пр мин}= -27 дБ - минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи;
9. А_эз = 1 дБ - эксплуатационный запас оптического тракта;
10. Э = р_{пер мин} – р_{пр мин} = 25 дБм - энергетический потенциал системы передачи.
11. А_макс = р_{пер мин} – (р_{пр мин}+ А_эз) = 24 дБм – максимально допустимое затухание оптического тракта;
12. А_мин = р_{пер макс} – р_{пр макс} = 12 дБм – минимально допустимое затухание оптического тракта;

На рисунке 4.4.3 показано, что максимальная протяженность КУ для кода L - 16.1 при длине волны 1310 нм будет составлять 73.877 км, а минимальная при этом 36.9 км.

Рис. 4.3.3 Протяженность кабельного участка для кода L - 16.1

Расчет для кода L - 16.2

1. Тип источника- SLM (одномодовый лазер)
2. Средняя длина волны излучателя: 1550 нм
3. Затухание в выбранном волокне: α=0,18 дБ/км;
4. А_н - затухание неразъемного соединения, дБ: ≤0,05 дБ
5. р_{пер макс} = 3 дБ- максимальный уровень передачи оптического передатчика;
6. р_{пер мин} = -2 дБ- минимальный уровень передачи оптического передатчика;
7. р_{пр макс} = -9 дБ - уровень перегрузки оптического приемника;
8. р_{пр мин}= -28 дБ - минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи;
9. А_эз = 2 дБ - эксплуатационный запас оптического тракта;
10. Э = р_{пер мин} – р_{пр мин} = 26 дБм - энергетический потенциал системы передачи.
11. А_макс = р_{пер мин} – (р_{пр мин}+ А_эз) = 24 дБм – максимально допустимое затухание оптического тракта;
12. А_мин = р_{пер макс} – р_{пр макс} = 12 дБм – минимально допустимое затухание оптического тракта;

На рисунке 4.4.4 показано, что максимальная протяженность КУ для кода L - 16.2 при длине волны 1550 нм будет составлять 129,784 км, а минимальная при этом 64,865 км.

Рис. 4.3.4 Протяженность кабельного участка для кода L - 16.2

Дисперсия рассчитывается, исходя из длины волны, которая используется в коде. В работе рассматриваются 2 длины волны 1310 нм и 1550 нм. На рисунках 4.3.5 и 4.3.6 представлены значения дисперсии для каждой из длин.

Рис. 4.3.5 Максимально допустимая дисперсия на длине волны 1310 нм

Рис. 4.3.6 Максимально допустимая дисперсия на длине волны 1550 нм

Из расчетов видно, что дисперсия, то есть уширение импульсов на волне длинной 1310 нм больше, чем на 1550 нм. Из этого следует, что для сети лучше использовать длину волны 1550 нм. Под данную длину волны подходит код S - 16.2. Осуществим проверочный расчет для данного кода.

Расчет для интерфейса S-16.2

• Тип источника- SLM (одномодовый лазер)
• Средняя длина волны излучателя: 1550нм
• Затухание в выбранном волокне: α=0,18 дБ/км;
• А_н- затухание неразъемного соединения, дБ А_н≤0,05 дБ
• р_{пер макс}= 0 дБ- максимальный уровень передачи оптического передатчика;
• р_{пер мин}= -5 дБ- минимальный уровень передачи оптического передатчика;
• р_{пр макс}= 0 дБ - уровень перегрузки оптического приемника;
• р_{пр мин}= - 18 дБ - минимальный уровень приема, при котором обеспечивается необходимое качество передачи;
• А_эз = 2 дБ -эксплуатационный запас оптического тракта;
• Э = р_{пер мин} – р_{пр мин} = 13 дБм - энергетический потенциал системы передачи.
• А_макс= р_{пер мин} – (р_{пр мин}+ А_эз) = 11 дБм – максимально допустимое затухание оптического тракта;
• А_мин= р_{пер макс} – р_{пр макс} = 0дБм – минимально допустимое затухание оптического тракта;

На рисунке 4.3.7 показано, что максимальная протяженность КУ для кода S - 16.2 при длине волны 1550 нм будет составлять 64,919 км, а минимальная при этом 0 км.

Рис. 4.3.7 Протяженность кабельного участка для кода S - 16.2

Исходя из полученных данных можно сократить на участках сети количество применяемых кодов с 3 до 2, а также использовать одно окно прозрачности на всей сети. В таблице 4.4.2 указаны оптические интерфейсы для проектируемой сети.

Табл. 4.3.2 Оптические интерфейсы

Секция	Кольцо 1	СЛ	Кольцо 2
1-2	2-3	3-4	4-1	3-5	4-6	5-7	5-6	6-8	7-8
Длина, км	70,3	39,5	73,3	26,8	61,2	30,1	28,9	48,5	44,7	36,3
Номинальная длина волны источника, нм	1550
Код МСЭ-Т	G.652
Тип волокна (Рекомендация МСЭ-Т)	L - 16.2	S - 16.2	L - 16.2	S - 16.2

Опираясь на таблицу 1.2.1, таблицу 3.1.4 и таблицу 4.3.2 можно составить схему организации связи (рис. 4.2.9), с указанными на ней расстоянием между пунктами, интерфейсами и кодами применения. Соответствие цифр названиям городов показаны в таблице 1.2.1.

На узлах 4 (Липецк) и 3 (Елец) используется Gigabit Ethernet (GE), так как на данных узлах связи находится серверное оборудование. Причем в Липецке находится основной сервер, который имеет выход к глобальной сети, а в Елеце резервный.

5.1 Управление ЦСП СЦИ

Система управления (СУ) нужна, чтобы контролировать и управлять операциями, которые необходимы для работы оборудования и сети ЦСП СЦИ. Она функционирует на двух уровнях:

• Уровень управления сетью/подсетью (SMN - SDH Management Network, SMS - SDH Management Subnetwork), на нем создаются объекты управления. SMS – состоящая из отдельных встроенных каналов управления, локальная вычислительная сеть. Канал передачи данных (DCC – Data Communications Channel) используется, чтобы обеспечить каналы логических операций между сетевыми элементами ЦСП СЦИ во встроенном канале управления (ECC – Embedded Communications Channel). В данный уровень входят сетевые элементы, линии между сетевыми элементами, тракты виртуальных контейнеров (VC-n). Сетевые тракты Е1, Е3, Е4 формируются на базе трактов VC-n автоматическим или ручным выбором этих самых трактов виртуальных контейнеров на каждом звене пути между СЭ. Управление осуществляется через меню сетевого уровня
• Создание и обслуживание СЭ. Сетевые элементы могут быть созданы СУ до их реального создания. Данные о конфигурации считываются СУ из СЭ либо загружаются из СУ в СЭ

На этих двух уровнях выполняются операции:

• доступ в систему управления;
• конфигурирование;
• сигнализация и регистрация аварийной информации;
• контроль качества;
• администрирование.

Для доступа в СУ пользователь должен знать свой логин и пароль. Пользователи подразделяются на администратора, оператора и технического руководителя.

• Администратор системы может создавать новых пользователей, изменять пароли, обеспечивать членство в замкнутой группе пользователей.
• Технический руководитель сети (подсети) является техническим руководителем системы. Он имеет право на все операции в системе за исключением функций, связанных с управлением секретностью.
• Операторы сети также могут иметь разные уровни доступа в систему управления, отличающиеся как по возможным операциям (обслуживание событий, конфигурация), так и по уровню операций (СУ или СЭУ).

Любой сетевой элемент ЦСП СЦИ подключается к участникам сети на уровне управления сетевыми элементами с помощью различных стыков:

• стык F (рабочие станции)
• стык Q (устройства взаимодействия и операционные системы)

На рисунке 5.1 представлена схема управления проектируемой сетью.

Рис. 5.1 Схема управления сетью

5.2 Синхронизация сетей СЦИ

Остро стоит проблема синхронизации сетей СЦИ. Отсутствие должной синхронизации приводит к проскальзыванию цифровых последовательностей и ведет к увеличению уровня ошибок.

Целью синхронизации является получение наилучшего возможного хронирующего источника или генератора тактовых импульсов. Но недостаточно иметь только высокоточный источник синхросигнала СС, требуется достоверно передать СС на все узлы сети.

В настоящее время такие системы строятся на иерархической схеме, к которой от первичного эталонного генератора (ПЭГ) тактовых импульсов сигналы распределяются по всей сети, создавая вторичные эталонные генераторы (ВЭГ или ВЗГ).

Основным аспектом при формировании сети синхронизации является наличие основных путей распространения СС. При этом должны отсутствовать замкнутые петли синхронизации и выдерживаться топология иерархического дерева, также должны присутствовать альтернативные источники синхронизации.

В проектируемой сети синхронизация производится от ПЭГ сети ПАО «Ростелеком» к ВЗГ на узлах сети. Через ВЗГ уже происходит разветвление по сети. На рисунке 5.2 представлена структура первичной и вторичной трассы синхронизации сетевой структуры «объединенные кольца» проектируемой сети, а в таблице 5.2 показаны приоритеты синхронизации.

Рис. 5.2 Схема первичной и вторичной сетей ТС

Табл. 5.1. Приоритеты синхронизации

№ СЭ	1	2	3	4	5	6	7	8
Приоритеты	1	1	6	ВЗГ (2)	ВЗГ (3)	6	8	4	7
2	3	2	2	4	7	1	3	5
3			4	8
4
	ГСЭ

В наши дни на рынке телекоммуникационных услуг производится множество видов и форм оборудования, как российскими производителями, так и зарубежными.

Для проектируемой транспортной сети выберем интеллектуальную оптическую систему передачи STM-64/STM-16 Huawei OptiX OSN 3500 (Рис. 6.1).

Рис. 6.1 STM-64/STM-16 Huawei OptiX OSN 3500

Данная система является мощной оптической коммутационной платформой с интеллектуальными возможностями и поддержкой различных уровней и степеней разграничения услуг. Система поддерживает все виды топологии сетей. Емкость кросс-коммутации в системе OptiX OSN 3500 достигает 58,75 Гбит/с на высоком уровне или 5 Гбит/с на низком, с возможностью расширения до 20 Гбит/с. Емкость матрицы кросс-соединения подстатива составляет 1,25 Гбит/с. Систему можно масштабировать и модернизировать, перейти от STM-16 к STM-64.

В Huawei OptiX OSN 3500 присутствует широкий набор интерфейсов (табл. 6.1)

Табл. 6.1 Интерфейсы Huawei OptiX OSN 3500

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

Система автоматически контролирует трафик и позволяет повышать пропускную способность сети. В таблице 6.2 приведены технические характеристики данной системы.

Табл. 6.2 Технические характеристики Huawei OptiX OSN 3500

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)
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)

Измерение параметров ошибки – самая важная часть в практике эксплуатации систем передач. Методы измерения ошибок являются важнейшим базовым знанием. Все технические решения направлены на уменьшения параметра ошибок.

В настоящее время для определения параметров качества используют методы контроля без отключения каналов с помощью кода BIP (Bit Interleaved Parity - четность чередующихся битов) или кода CRC (Cyclic Redundancy Check - избыточный циклический код). В случае с BIP происходит проверка на четность блоков данных, а в CRC сравниваются остатки от деления по модулю два блока на образующий полином на ближнем и дальних концах.

Основными показателями качества каналов и трактов являются:

• Параметры ошибок
• Готовность канала

К параметрам готовности канала относятся:

• Время неготовности канала (UAS - Unavailability Seconds) - время неготовности канала начинает отсчитываться с момента обнаружения 10 последовательных интервалов SES и увеличивается после каждых следующих 0 последовательных интервалов SES. Счет UAS обычно начинается также с момента потери цикловой синхронизации или сигнала.

• Время готовности канала (AS – Availability Seconds) – вторичный параметр, равный разности между общей длительностью теста и временем неготовности канала.

К параметрам ошибок относятся:

• BER (Bit Error Rate) – параметр ошибок по битам. Является самым точным методом контроля качества цифровой передачи. Метод измерения с отключением канала.
• BLER (Block Error Rate) – параметр ошибок по блокам. Метод измерения без отключения канала.

Интегральная природа BER и BLER не позволяет использовать эти параметры, как корректные.

Для сетевых трактов характерны показатели ошибки:

• Блок с ошибками (EBT – Error Block) – блок, в котором возникает одна или несколько битовых ошибок. Блоковые ошибки подсчитываются только во время пребывания канала в состоянии готовности
• Секунда с ошибками (ES – Error Second) – период времени в оду секунду, в котором произошла 1 или более ошибок
• Секунда, пораженная ошибками (SES - Several Errors Seconds) - интервал времени, измеряемый в секундах, пораженный ошибками несколько раз. В это время частота битовых ошибок составляет BER >10^-3. Подсчет SES производится только во время готовности канала
• Коэффициент ошибок по секундам (ESR – Error Second Rate) – отношение числа секунд с ошибками к общему числу секунд в период готовности канала в течении фиксированного интервала времени
• Коэффициент ошибок по секундам, пораженным ошибками (SESR – Several Error Second Rate) – отношение числа секунд, пораженными ошибками, к общему количеству секунд в период готовности канала
• Коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками (BBER - Background Block Error Rate) - отношение числа блоков с фоновыми ошибками ко всему количеству блоков в течение времени готовности канала за исключением всех блоков в течении SES

Именно эти показатели положены в основу двух базовых рекомендаций МСЭ - Т — G.821 и G.826, данные рекомендации использовались для долговременного измерения параметров ошибок. Требовался месяц и более для проведения оценки.

Для более оперативного определения норм были разработаны рекомендации M.2100/2101, М.2110, М.2120.

Среди оперативных норм различают:

• нормы для ввода трактов в эксплуатацию
• нормы технического обслуживания
• нормы восстановления систем

Расчет оперативных норм производится на основе данных таблиц 7.1 и 7.2.

Табл. 7.1. Суммарные эксплуатационные нормы по данным кратковременных измерений для трактов 27500 КМ (7 суток и меньше - 50% от норм, рекомендации G.826)

Контролируемый объект	Суммарные нормы (РО)
ES%	ES%
VS-12	2	0,1
VS-2	2,5	0,1
VS-3	3,75	0,1
VS-4	8	0,1
STM-1 (секция или тракт)	8	0,1
STM-4(16) (секция или тракт)	Не применяется	0,1

Таб. 7.2. Доля от суммарных норм для секций ВСС РФ в зависимости от длины

Длина секции, км	Доля от суммарных норм (Alloc),%
d100	0,6
100<d200	0,8
d>200	1,0

Исходные эксплуатационные нормы MPO_i для цифровых трактов СЦИ, образованных с помощью аппаратуры СЦИ, изготовленной после марта 2000 года, показаны в таблице 6.3

Табл. 7.3. Исходные эксплуатационные нормы MPO_i

Тип тракта	ESR	SESR	BBER
VC-12	0,005	0,001
VC-2	0,005
VC-3	0,01
VC-4	0,02
VC-4-4c	Не применятеся
VC-4-16c
VC-4-64c

Для национального участка транспортной сети доли а_i исходной эксплуатационной нормы (%) в зависимости от длины приведены в таблице 6.4.

Табл. 7.4. Доля исходной эксплуатационной нормы для национального участка транспортной сети

Длина L однородного участка тракта, км	Доля исходной нормы (аi), %
Для аппаратуры, изготовленной после марта 2000 г.	Для аппаратуры, изготовлен- ной до марта 2000 г.
L ≤ 100	4	4,8
100 < L ≤ 200	4,2
200 < L ≤ 300	4,4
300 < L ≤ 400	4,6

Последовательность определения пороговых значений при вводе в эксплуатацию трактов СЦИ:

1. Идентифицировать тип тракта
2. Определить число однородных участков в данном тракте. Для этого следует учесть: входит ли данный тракт в зону ответственности одного или нескольких операторов, состоит ли он из участков различных категорий, образован ли он системами передачи с разнотипной средой передачи
3. Для каждого однородного участка определить MPO_i для показателей ESR, SESR и BBER (по таблице 7.3), долю а_i (по таблице 7.4) и запас F_i (для кабельного участка F_i = 1)
4. Определить выделенную долю SPO (ES, SES и BBE) эксплуатационных норм для реального тракта СЦИ по формулам:
5. Определить выделенную долю APO событий ошибок (ES, SES и BBE) для реального тракта:
6. Вычислить BISPO – количество событий ошибок для данного тракта при вводе в эксплуатацию.
7. Вычислить пороговые значения S, по которым принимается решение о вводе тракта СЦИ в эксплуатацию
8. Измеренные значения событий ошибок сравниваются со значениями S при данной длительности испытаний для принятия решения о вводе данного тракта в эксплуатацию.

где: T_P – длительность испытания, с;

B_S – скорость передачи блоков, блок/с.

Скорость передачи блоков определяется в соответствии с таблицей

Значения APO_ES и APO_SES имеют размерность, выраженную в секундах, а APO_BBE – в блоках

Если неокругленное значение BISPO меньше 3 для данной длительности теста, то измерения не гарантируют выполнение целевых норм с требуемой вероятностью.

Значения BISPO_ES и BISPO_SES имеют размерность, выраженную в секундах, а BISPO_BBE – в блоках.

Значения S округлить до ближайших целочисленных значений больших 0

Все выше изложенные пункты отражены в расчетах, которые написаны и систематизированы в Microsoft Excel (рисунок 7.1)

Рис. 7.1 Параметры ввода в эксплуатацию

Свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, которые характеризуют качество передачи данных, называется надежностью. Показателем надежности является коэффициент готовности (К_г), который определят вероятность того, что объект будет работать в любой момент времени. Вероятность того, что объект будет в нерабочем состоянии в любой момент времени называют коэффициентом простоя (К_п)

Свойство объекта постоянно сохранять работоспособность в течении промежутка времени называется безотказностью. Она характеризуется двумя показателями:

• средним временем между отказами (T₀, ч)
• интенсивностью отказов (обычно в течении часа) λ(t), 1/ч

Вероятность безотказной работы считается по формуле (8.1)

(8.1)

Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления Т_в, которое тратиться на нахождение, выявление причины и устранение последствий отказа. Выводится из формул (8.2) и (8.3)

В таблице 8.1 представлены требуемые показатели качества и надежности для внутризоновой первичной сети (ВЗСП).

Табл. 8.1. Показатели качества и надежности ВЗСП

Объект	Показатель надежности
Коэффициент готовности, Кгм	Среднее время между отказами, Т0м, ч	Среднее время восстановления, ТеМ, ч
Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой ОСП	LM = 1400 км	> 0,990	> 111,4	< 1,1
ОЦК на перспективной цифровой сети	> 0,998	> 2050	< 4,24
Оборудование линейного тракта (ОЛТ)	0,990	> 350	ТвНРП < 0,5 ч

Для определения среднего значения времени между отказами воспользуемся формулой (8.4)

(8.4)

где L – протяженность канала, L_М – максимальная протяженность.

Для того чтобы вычислить показатель надежности для канала тональной частоты или основного цифрового канала, воспользуемся каналом через мультиплексоры 4 – 3 – 5 – 6. Длина канала L = 213,27 км. Опираясь на значения таблицы 8.1, и формулы (8.3), (8.4) получаем, что = 731,2 ч, а К_п = .

Для оборудования линейного тракта: = 2297,5 ч, а К_п = .

Для ОЦК на перспективной сети: = 13457,1 ч, а К_п = .

Коэффициент готовности можно найти по формуле:

0,9985

Плотность отказа оптического кабеля (ОК) за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год , интенсивность отказов ОК за час длине трассы определяется по формуле (8.6):

Минимальная наработка на отказ одной строительной длины ОК равна 215000 ч, что соответствует среднему времени наработки на отказ . Плотность отказов ОК меньше, чем коаксиального кабеля (≤ 0,15). Число строительных длин, принимая строительную длину кабеля равной 2 км . Тогда формула (8.6) приобретает вид:

Безотказное время работы ОК считаем по формуле (8.8):

Коэффициент простоя можно найти по формуле (8.9), взяв время восстановления равным 11 ч:

Если брать линейный тракт в целом, то нужно учесть еще и оборудование. В данном проекте на узлах связи установлено приемо-передающее оборудование в составе мультиплексоров. Примерное время отказа мультиплексоров равно 45000 часам, из-за лазерного диода. В проектируемой сети 8 узлов, следовательно, стоит 8 комплектов оборудования.

Соответственно:

(8.10)

(8.11)

(8.12)

Согласно формулам 8.7 - 8.12 суммарные показатели надежности будут равны:

Относительно полученных данных можно вычислить среднее время восстановления линейного тракта:

5,31 ч

Резервирование типа 1+1 обеспечивает 100% защиту тракта, поэтому коэффициент простоя будет:

Среднее время между отказами «защищённого» тракта:

В результате получается, что время отказа примерно 421 год. Данный результат получился в результате того, что расчеты были выполнены для постоянной интенсивности отказов элементов тракта. Тогда можно сделать вывод, что в спроектированной сети отказы каналов в результате неисправностей тракта практически не возникают. К сожалению сеть не прослужит так долго из-за износа оборудования.