Дипломная (вкр): Розробка волоконно-оптичної лінії передавання Вінниця-Луганськ

·              електричні (мідні) коаксіальні кабелі (coaxial cable);

·              оптоволоконні кабелі (fibre optic).

Кожний тип кабелю має свої переваги й недоліки, так що при виборі треба враховувати як особливості розв'язуваного завдання, так і особливості конкретної мережі, у тому числі й використовуваній топології.

Можна виділити наступні основні параметри кабелів, принципово важливі для використання в локальних мережах:

–       Смуга пропускання кабелю (частотний діапазон сигналів, що пропускаються кабелем) і загасання сигналу в кабелі. Два цих параметри тісно зв'язані між собою, тому що з ростом частоти сигналу росте загасання сигналу. Треба вибирати кабель, що на заданій частоті сигналу має прийнятне загасання. Або ж треба вибирати частоту сигналу, на якій загасання ще прийнятно. Загасання виміряється в децибелах і пропорційно довжині кабелю.

–       Перешкодозахищеність кабелю й забезпечувана їм таємність передачі інформації. Ці два взаємозалежних параметри показують, як кабель взаємодіє з навколишнім середовищем, тобто, як він реагує на зовнішні перешкоди, і наскільки просто прослухати інформацію, передану по кабелі.

–       Швидкість поширення сигналу по кабелі або, зворотний параметр - затримка сигналу на метр довжини кабелю. Цей параметр має принципове значення при виборі довжини мережі. Типові величини швидкості поширення сигналу - від 0,6 до 0,8 від швидкості поширення світла у вакуумі. Відповідно типові величини затримок - від 4 до 5 нс/м.

–       Для електричних кабелів дуже важлива величина хвильового опору кабелю. Хвильовий опір важливо враховувати при узгодженні кабелю для запобігання відбиття сигналу від кінців кабелю. Хвильовий опір залежить від форми й взаєморозташування провідників, від технології виготовлення й матеріалу діелектрика кабелю. Типові значення хвильового опору - від 50 до 150 Ом.

        
АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ РОЗВЯЗУВАННЯ ПРОБЛЕМИ

.1 Вибір траси Вінниця - Луганськ

.1.1 Коротка характеристика кінцевих пунктів і варіантів траси

Проектування і будівництво будь-якого об'єкту вимагає знання клімату на ділянці будівництва, категорії грунту, ступеня перехрестя місцевості, наявності водойм, озер і т.п. Крім того, необхідно знати ступінь розвитку кінцевих пунктів: населення, промисловість, їх перспективу розвитку.

Вінниця - місто обласного значення, адміністративний центр Вінницької області України. Перша згадка про місто була в 1355 р. Саме ж місто засноване з 1795 р. Вінниця знаходиться приблизно в 199 кілометрах (фізично, по автодорозі - 258 км., по ж/д - 221 км.) на північний захід від м. Київ. Місто розташоване на берегах річки Південний Буг. Через місто протікають також невеликі річки Тяжилівка, Вінничка та Вишня.

Вінниця займає площу - 79,94 квадратних кілометра. Кількість населення, станом на 1 березня 2013 рік, налічує - 815 921 чоловік. Телефонний код - +380 432, поштовий індекс - 21000. Тип клімату - помірно-континентальний. В місті діє багато шкіл, ліцеїв інтернатів та вузів. Міський транспорт включає тролейбусне сполучення, автотранспорт та залізничний транспорт, а також трамвайне сполучення.

Луганськ - обласне місто на сході України, адміністративний центр Луганської області. Відстань до столиці України Києва по прямій складає 672 км, по автодорогах - 843 км, по залізниці - 811 км. Чисельність населення, станом на 1 січня 2014 рік, складає - 424 113 чол., площа міста Луганськ рівна - 286 км². По населенню і площі Луганськ входить до числа 11 найбільших міст України. Місто розташоване в місці злиття річки Луги́ні з річкою Вільховою. Луганськ заснований в 1795 р., двічі перейменовувався у Ворошиловград і двічі назад. Тип клімату - помірно- континентальний.Телефонний код - +380 642, поштовий індекс - 91000.

2.1.2 Опис варіантів траси

Для зниження витрат на доставку кабелю, монтажників до місця будівництва, а також для зручності і економічнішого обслуговування надалі, прийнято прокладати кабель уздовж автомобільних або залізничних шляхів.

На підставі вивчення географічної карти намічаємо можливі варіанти траси і вибираємо найбільш доцільний і економічний (тобто такий, котрий припускає найменший обсяг робіт, найменший обсяг витрат і можливість застосування механізмів прокладання оптичного кабелю). У заміській зоні ВОЛЗ необхідно прокладати уздовж автомобільних доріг, у силу зручності подальшого обслуговування ЛЗ. Переходи через ріки повинні розміщатися на відстані не менш 1000 м від залізничних мостів і мостів магістральних шосейних доріг, на відстані не менш 200 м нижче за течією від мостів шосейних і ґрунтових доріг місцевого значення. Трасу ВОЛЗ| вибиратимемо вздовж | автомобільних доріг. Таке вирішення пов’язане із зручністю будівництва лінії, окрім того здійснюється транзит через великі населені пункти.

При існуючій структурі шляхів між крайовими пунктами Вінниця -Луганськ можливі два варіанти проходження траси кабелю.

Для вибору оптимальної траси прокладання кабелю було розглянуто два можливих варіанти проходження траси кабелю. Зрівняння цих варіантів наведено в табл. 2.1 і приведено на рис. 2.1.

Таблиця 2.1 - Загальна характеристика варіантів траси ВОЛЗ

В першому варіанті ВОЛЗ прокладається через наступні населені пункті: Вінниця - Немирів - Гайсин - Умань - Новоархангельськ - Смоліне - Кіровоград - Олександрія - П'ятихатки - Кринички - Дніпропетровськ - Павлоград -Петропавлівка - Добропілля - Костянтинівка - Первомайськ - Луганськ . В цьому випадку траса перетинає 35 автодоріг, 21 залізничний шлях, 41 водна перешкода і її довжина дорівнює 918 км.

Другий варіант припускає прокладку ОК через такі міста та населені пункти: Вінниця - Калинівка - Бердичів - Житомир - Коростишів - Київ - Бориспіль - Березань - Пирятин - Лубни - Хорол - Полтава - Валки - Люботин - Харків - Чугуїв - Ізюм - Слов`янськ - Артемівськ - Дебальцеве - Алчевськ - Луганськ. Довжина траси іншого варіанта дорівнює 1070 км, перетинає 53 автодороги, 25 залізничних шляхів, 47 водних перешкод.

Велику частину витрат при прокладанні траси магістралі складає вартість ВОК і його прокладання, до цього ж у першому варіанті менше переходів через комунікації, тому з економічної точки зору цей варіант більш вигідний. Тому ми обираємо перший варіант траси.

ВОЛЗ, яка проектується в Вінниці, Умані, Кіровограді, Олександрії, Дніпропетровську, Костянтинівці, Артемівську, Первомайську, Луганську проходить у телефонній каналізації. Між цими населеними пунктами оптичний кабель (ОК) прокладається кабелеукладачем, безпосередньо в ґрунт. Прокладання волоконно-оптичної лінії зв’язку (ВОЛЗ) виконують уздовж шосейних шляхів, що полегшує транспортування необхідних матеріалів і обладнання ВОЛЗ. На даній трасі магістралі також дуже сприятливий рельєф місцевості для прокладки ОК. У більшості випадків прокладка кабелю в ґрунт проводиться кабелеукладачем, а в місцях, де це неможливо, копають вручну, або використовують трактор „ЕТЦ”, для риття траншей.

Необхідна кількість ОК, для будівництва визначається з урахуванням встановлених норм [4], а саме:

·   на підземний ОК, який проложений в грунт-2,4%;

·   на ОК всіх типів для прокладки їх в телефонну каналізацію ГТС-2,4%;

·   на підводний ОК, який прокладено без заглиблення у дно річки або водойоми-14%.

Довжина траси проектованої лінії зв'язку Вінниця-Луганськ дорівнює 918 км. Довжина траси в міській кабельній каналізації складає 76 км.

Необхідна довжина кабелю для прокладки в ґрунт та для прокладки в кабельній каналізації міста складе 9181,024=940,032 км при нормі запасу 2,4%. Запас на прокладку кабелю через ріки складає 14%. Звідси довжина кабелю складе 5,41,14=6,15 км.

Загальна довжина необхідного кабелю Lкаб складає:

LОКЛБг=940,032+6,15=946,182км

Таблиця 2.2 - Загальна характеристика варіантів траси ВОЛЗ

2.2 Вибір системи передачі та типу кабелю

.2.1 Вибір системи передачі

Для організації даної ВОСП виберемо СП рівня STM-4 фірми «SIEMENS»[3]. Функціональна схема мультиплексора STM-4 приведена на рис. 1.2

Рисунок 2.1 - Схема мультиплексора з функцією вводу/виводу

Таблиця 1.3 - Основні технічні характеристики СП рівня STM - 4 фірми «SIEMENS»

Рис. 2.2 - Структурна схема мультиплексора

де - SETS ( SDH Equipment Timing ) - інтерфейс для зовнішніх та внутрішнього джерел синхронізації SDH обладнання. Реалізує функцію вибору між джерелами синхронізації з різними пріоритетами і автоматичне перемикання між ними, а також функцію повідомлень про статус синхронізації SSM, що підвищує надійність роботи.- модуль мережевої системи управління;

SOT ( Segment Overhead Terminal ) - модуль термінальної обробки секційних змістів.

Мультиплексор SDH STM-4 - призначений для побудови оптичних мереж доступу. Мультиплексор може працювати по двох одномодових оптичних волокнах. STM-4 може працювати, як незалежно, так і сумісно з STM-1, як мультиплексор введення/виводу ADM або як термінальний мультиплексор ТМ, щоб утворювати лінійні, кільцеві або багатокільцеві ланцюги. STM-4 також може працювати як крос-комутатор.

• 4 оптичних інтерфейса 155Мбіт/c - A,В,С,D, які можуть працювати незалежно або в режимі 1 + 1;

• 2 оптичних інтерфейса 622 Мбіт/с - E і F, які можуть працювати в режимі 1 + 1.

Відповідає стандартам G.811, G.812 і G.813, тобто може мати декілька джерел синхронізації і здійснювати автоматичне перемикання між ними.

.2.2 Вибір типу та коротка характеристика оптичного кабелю

В зв’язку з тим, що згідно до завдання необхідно забезпечити на трасі кабельної магістралі 150 ПЦП, для цього треба передбачити оптичний кабель з одномодовими оптичними волокнами та ВОСП що буде працювати в одно канальному режимі. Згідно до розділу 1.2 для даної траси в якості такого кабелю передбачено кабель типу ОКЛБг-3- ДА12- 2х4Е-0,40 Ф3,5/0,30 Н19 - 8/0 для прокладки в грунті та через неглибокі водні перешкоди.

З одного боку, на вибір кабелю впливають параметри ВОСП (ширина смуги і швидкість передачі, довжина хвилі оптичного випромінювача, енергетичний потенціал, допустима дисперсія, спотворення), з другого боку, оптичний кабель повинен задовольняти і технічним вимогам:

-   можливість прокладки в таких же умовах, в яких прокладаються і електричні кабелі;

-      максимальне використання існуючої техніки;

-      стійкість до зовнішніх впливів тощо.

-      Характеристика кабелю ОКЛБг наведена в таблиці 2.8.

Таблиця 2.4 - Технічні характеристики кабелю типу ОКЛБг

Рисунок 2.3 - Ескіз поперечного перерізу кабелю ОКЛБг-3- ДА12- 2х4Е-0,40 Ф3,5/0,30 Н19 - 8/0

де:

- оптичне волокно,

- трубка оптичного модулю,

- ГЗ оптичного модуля,

- центральний силовий елемент,

- заповнюючий елемент,

- ГЗ сердечника,

- проміжна оболонка,

- гофрована броня,

- ГЗ броні,

- захисний шланг

.3 Розрахунок параметрів кабельної магістралі

Параметри оптичних волокон

Згідно [1] і [2] основними параметрами оптичного кабелю вважаються: геометричні розміри серцевини 2а й оболонки 2b: числова апертура NA і коефіцієнт загасання α, додатковими параметрами являються: відносна різниця показників переломлення ∆, нормована частота V, число мод що поширюється М, критична частота f кр.

.3.1 Розрахунок оптичних параметрів волокна

Для вибраної конструкції ОК необхідно вибрати матеріали для оболонки і сердечника оптичного волокна (ОВ) і визначити показник заломлення (ПЗ) по формулі Селмейєра [6]: