Дипломная (вкр): Реконструкция оптического тракта связи и увеличение его пропускной способности

Реконструкция оптического тракта связи и увеличение его пропускной способности

Введение

В 1966 году были представлены оптические нити из обычного стекла с затуханием в 1000 дБ/км. В 1970 году был представлен качественный оптический кабель с затуханием в 20 дБ/км этого было достаточно для реализации в телекоммуникационных сетях.

Несомненно, это время было обусловлено прогрессом средств связи. Телеграфы, телефоны и радио позволили передавать необходимую информацию на любые расстояния. Необходимый прогресс средств связи повлиял и на развитие науки и техники, нуждающихся в надежных каналах связи.

На сегодняшний день Информационные сети начали проникать в образование, науку, производственную деятельность. С изменением расстояния между людьми, создавая новые информационные общества, сети связи начали изменять представление о мире в головах каждого человека.

Это и является одной из основных причин в повышении пропускной способности. На сегодняшний день удовлетворить потребность абонентов в передачи данных можно только с помощью технологии волоконно-оптических систем связи (ВОСП).

Система ВОСП лидирует среди остальных средств связи. Её отличием является высокая скорость передачи данных и защитой от не санкционированного доступа. Ведётся разработка и испытания новых ВОСП нового поколения с пропускной способностью несколько Тбит/с. Данные системы использую спектральное разделения каналов, а также новую элементную базу, основанную на современных технологиях.

Нынешний этап разработки ВОСП характеризуется серьёзным технологическим прорывом в области элементной базы позволяющая совершить скачок в области пропускной способности до Тбит/с и более. Такой технологией является DWDM уплотнения волнового мультиплексирования причиной появления данной технологии это невозможность повысить скорость передачи потока STM по причине проскальзывания битов в среде передачи поэтому используется цифровой поток STM-64 со скоростью 9953,28 Мбит/с и STM-256 со скоростью 39813,12 Мбит/с также ведется разработка цифрового потока STM-1024, но он ещё не совершенен из-за высокой дисперсии. Но благодаря технологии DWDM сигнал можно уплотнить и тем самым увеличить его скорость до нескольких Тбит/с так же существует технология, позволяющая увеличить скорость канала без проскальзывания битов если перед мультиплексором DWDM.

Целью выпускной квалификационной работы, которая заключается в реконструкции участка сети для увеличения пропускной способности с применением DWDM технологии.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

реконструировать систему связи;

подобрать телекоммуникационную технологию, в рамках которой будет работать магистральная система передачи;

выбрать оборудование для среды передачи;

рассчитать уровни оптических каналов и коэффициенты усиления систем передачи.

Решение отмеченных выше задач позволяет достичь поставленной цели, а именно, реконструкцию участка сети с применением DWDM технологии что позволит предоставить услуги:

скорость передачи данных для домашнего интернета до 200 Мбит/с;

предоставление интерактивного телевидения с качество HD и full HD;

предоставление высокоскоростного мобильного интернета.

Актуальность темы выпускной квалификационной работы может быть обоснована следующими фактами. Во-первых, материалы, опубликованные в учебниках, носят разрозненный характер, и его систематизация и унификация является актуальной задачей. Во-вторых, как известно, предполагается развитие сетей следующего поколения. В-третьих, в соответствии со стратегией развития информационного общества, утвержденной указом Президента РФ номер 203 необходимо развитие отрасли связи, для реализации права граждан на доступ к информации, а также обеспечение свободы выбора средств получения знаний при работе с информацией. В соответствии с данной стратегией постоянно проводится внедрение новых информационных и коммуникационных технологий. Целью стратегии развития является создание условий для формирования в России общества знаний. В целях развития информационного общества, государством создаются условия для предоставления доступа к пространству знаний. Данная работа является актуальной, так как соответствует этим положениям стратегии развития, утвержденным приказом Президента РФ [14].

Таким образом, тема выпускной квалификационной, заключающаяся в реконструкции оптического тракта и увеличение пропускной способности.

1. Обоснование необходимости реконструкции

.1 Общие сведения существующего тракта связи

В 2013 году было произведено строительство линии связи Красноярск-Абакан до этого года связь между городами осуществлялась по кабельной линии связи, проложенной вдоль железной дороги. Оптическая связь осуществлялась по тракту Красноярск-Тайшет-Абакан. На оптической магистрали проложен кабель с волокном стандарта G 652 и G 655. Оптические тракты между городами Красноярск-Абакан указаны в таблице 1.1. Карта оптических трактов изображена на рисунке 1.1 [10].

Таблица 1.1 - Технические характеристики участков

Рисунок 1.1 - Оптические тракты ОК-259 и ОК-257 ПАО «Ростелеком

1.2 Действующая схема DWDM

Оптическая сеть спектрального уплотнения DWDM ПАО «Ростелеком» построена на базе оборудования OptiX BWS 1600G-III производства Huawei Technologies.

В 2013 году были спроектированы и развернуты основные магистральные линии на участках Красноярск-Абакан, Абакан-Новокузнецк. В указанных городах были установлены оконечные оптические мультиплексоры ОТМ DWDM. Запас производительности сети DWDM ПАО «Ростелеком» - до 40 Гбит/с по одной длине волны, максимальное количество длин волн в системе DWDM - 40 и ограниченная полосой пропускания 400 Гбит/с.

Все транспондеры обеспечивают передачу данных без потерь и в случае повреждения канала связи в некритических ситуациях восстанавливают данные при помощи усилителей так как расстояние между городами не большое нет необходимости использовать алгоритм исправления ошибок которая заключается в использование электрического сигнала для восстановления трафика.

За все время эксплуатации оборудование OptiX BWS 1600G-III показало свою эксплуатационную надежность и удобство организации новых каналов. Схема организации сети оптического тракта ОК-257 изображена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема организации связи на участке Красноярск-Абакан

.3 Техническое обоснование реконструкции

Город Абакан столица республики Хакасия, город расположен на устье реки Енисей и располагается в 270 километрах (по прямой) от города Красноярск. В городе Абакан развито тяжёлое машиностроение, действует опытно механический завод. Работает также сталелитейный завод. Имеется производство стройматериалов. В Абакане ведут деятельность восьми интернет провайдеров и пятью операторов сотовой связи сети [2].

Город Красноярск центр Восточносибирского экономического района. Крупный транспортно-логический центр. Основные экономические отрасли - цветная металлургия, гидроэнергетика, космическая промышленность. Город расположен на обоих берегах Енисея на стыке западносибирской равнины и среднесибирского плоскогорья. В Красноярске ведут деятельность пяти операторов сотовой связи и девяти интернет провайдеров [3].

Основной причиной улучшений магистральной сети является:

рост числа абонентских подключений;

рост потребности в пропускной способности;

предоставление новых услуг на сети.

Каждый год растёт потребление трафика на 40% и междугородний трафик передачи данных вырос со 120 Мбит/с до 200 Мбит/с поэтому необходимо заменить оборудование, отвечающее запросам в пропускной способности и реконструировать участок сети с целью снижения затрат на обслуживания.

В данной работе будет реконструирован оптический тракт ОК-257 по причине

не эффективного использования, в результате устаревшего оборудования и большого количество усилительных участков. Данная работа предлагает замену оборудования на более эффективное, а также реконструкцию участка сети на данном тракте, что позволит разгрузить трафик на оптическом тракте ОК-259.

2. Классификация оптических волокон

.1 Виды и типы оптических волокон

Существует два вида оптических волокон многомодовые и одномодовое. Многомодовое волокно имеет диаметр сердцевины 50-62,5 микрометров. Данное волокно на сегодняшний день малоиспользуемое по причине большого затухания и применяется на коротких расстояниях, например, в пределах одного здания или иногда группы зданий. Одномодовое волокно используется повсеместно имеющееся диаметр сердцевины 6-9 микрометров и низкое кило метрическое затухание, но оно на 70% процентов дороже чем многомодовое. Волокна описываются стандартами. Сравнение одномодовых и многомодовых технологий занесено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Параметры типов волокон

G.651_-_стандартное многомодовое волокно было исключено из рекомендаций в 2008 году.

G.651.1_-_многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления и диаметром сердцевины 50 микрометров.

G.652_-_стандартное одномодовое оптическое волокно оптимизированы для передачи на длине волны 1310 нанометров.

G.653_-_одномодовое оптическое волокно со сдвигом дисперсии. Оптическое волокно данного типа имеет нулевую дисперсию на длине волны 1550 нанометров.

G.654_-_одномодовое оптическое волокно, которое имеет нулевую дисперсию при длине волны около 1300 нанометров с минимальным уровнем потерь, и одномодовое волокна со смещенной дисперсией и отсечкой при длине волны вблизи 1550 нанометров, оптимизированы для использования в диапазоне длин волн 1530-1625 нанометров. Используемое для передач на большие расстояния.

G.655_-_одномодовое оптическое волокно, имеющие смещённую ненулевую дисперсию работающие на длине волны 1550 микрометров. Данное волокно, используемое при построении магистралей где, применяется технология DWDM.

Внешнее покрытие может достигать 250 микрометров с возможным отклонением от нормы в 15 микрометров.

G.656_-_одномодовое оптическое волокно имеющие ненулевую дисперсию в зоне 1550 микрометров. Используется при построении широкополосных линий связи.

G.657_-_оптическое волокно характеризуемое уменьшенным коэффициентом потерь при незначительных изгибах. Оптимально подходят для применения во внутренних помещениях. Длинна волны 1310 микрометров [12]. Типы оптических волокон изображены на рисунке 2.1.

Рисунок - 2.1 Типы оптических волокон

2.2 Окна прозрачности

В оптической среде передачи используется три окна прозрачности 850, 1310, 1550 микрометров. График зависимости затухания от длины волны изображен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - График зависимости затухания от длины волны

Синхронная цифровая иерархия имеет уровни со скоростями передачи, соответствующими STM-N в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Уровни и скорости SDH

Значения километрического затухания при различных длинах волн занесено в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Значения затуханий на различных длинах волн

3. Общие сведения технологии DWDM

Технология DWDM - уплотнения волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing) используется при создании оптических магистралей нового поколения, работающих на терабитных скоростях. Особенностью данной технологии является возможность передавать большие объемы информации с помощью разделения спектрального разделения каналов где каждый канал несёт собственную информацию [4].

Попытки использовать спектральное уплотнение началось довольно давно. Сперва попыткой объединения были диапазоны 850 и 1310 нанометров позже 1310 и 1550 нанометров при использовании этих диапазонов используют стандарты системы синхронной цифровой иерархии [4].оборудование позволяющие мультиплексировать в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.692 разработаны только для третьего окна передач 1550 нанометров в соответствии с рекомендациями G.652, G.655, G.653. Определены две частотные границы в C диапазоне от 1528,77 (196,1 ТГц) до 1560,61 нанометров (192,1 ТГц) нанометров применяется 41 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГц или до 82 оптических каналов при его ширине 50 Гигагерц, а также возможен шаг в 200 и 400 ГГц, в этом случае емкость одного оптического канала составляет 9953,28 Мбит/с (уровень STM-64). В L диапазоне 1570-1605 нанометров максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГц. Скорость каждого канала может достигать 39813,12 Мбит/с (STM-256) [5].

До технологии DWDM использовалась технология волнового мультиплексирования WDM (Wave Division Multiplexing) в которой используется лишь четыре канала в окнах прозрачности 1310 нанометров и 1550 нанометров с интервалом шага от 400 до 800 Гигагерц. Мультиплексирование DWDM называется «уплотнённым» по причине того, что в нём используется маленькое дистанция между длинами волн чем в WDM.