Исследование и разработка методов проведения реконструкции с переходом на ВОЛС

Наличие гибких, программно конфигурируемых мультиплексоров ввода-вывода, обеспечивающих ввод потоков 2, 34 и 140 Мбит/с, кросс-коммутаторов, мощной встроенной системы управления не только отдельными элементами оборудования, но и синхронной сетью в целом, в корне меняет подход к проектированию и эксплуатации сети. Быстрое развитие оптико-волоконной техники, методом контроля и управления сетями привело к необходимости модернизации ЦСП. Очередным этапом эволюции сетей и систем передачи явилась синхронная цифровая иерархия (SinchronjusDigitalHierarhy, SDH). Одной из главных целей разработки SDH была совместимость с системой PDH. Отметим главные черты SDH: SDH — это иерархический набор цифровых структур, предназначенных для транспортирования информационной нагрузки по физическим сетям. Основными структурами являются синхронные транспортные модули STM-N и виртуальные контейнеры VC-n.CTM-N всех уровней состоят из заголовка (синхронизация, служебная связь, контроль и управление, резервирование линейных трактов и другие) и нагрузки. Виртуальные контейнеры вводятся в STM-N с помощью указателей, которые компенсируют колебания фазы и отклонения тактовой частоты, вводимых VC-n относительно STM-N и указывают начало их циклов. Позиции указателей в STM-N (VC-n) фиксированные. Таким образом, всегда известно начало цикла их нагрузки, что обеспечивает ввод/вывод VC-n без переформирования многоканального сигнала. Предусмотрены сцепки нескольких VC-n: — это позволяет передавать нагрузку, скорость которой превышает возможности одиночногоVC-n. Сцепки имеют специальные значения указателей, предписывающих идентичную обработку всех контейнеров сцепки. Номинальный режим взаимодействия сетевых узлов SDH — синхронный.

Все узлы региона синхронизируются от одного источника. Носителями синхроинформации служат линейные сигналы STM-N.Наиболее распространенный вид аппаратуры SDH — синхронный мультиплексор ввода/вывода (Add/DropMultiplexer, ADM), выполняющий функции мультиплексирования, резервирования и ввода/вывода цифровых потоков. Контроль этих функций и управление ими осуществляется из центра управления сети по встроенным в заголовки STM-N и VC-n каналам. Сеть SDH надежная и самовостанавлеваемая — это обусловлено тем, что: во первых, эта сеть использует ВОК, передача по которым практически не подвержена действию электрических помех, во вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защитный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространение сигнала. На сети осуществляется передача различного трафика. Сокращается стоимость аппаратуры и эксплуатационные расходы. SDH позволяет достичь высоких скоростей передачи цифровых потоков. Транспортная сеть это часть сети связи, охватывающая магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные, междугородние).Для создания более мощных цифровых потоков в SDH — системах, формируется следующая скоростная иерархия: четыре модуля STM-1 объединяются путем побайтового мультиплексирования в модуль STM-4, передаваемый со скоростью 622,080 Мбит/с. Затем четыре модуля STM-4 объединяются в модуль STM-16 (2488,320 Мбит/с); наконец, четыре модуля STM-16 могут быть объединены в высокоскоростной модуль STM-64 (9953,280 Мбит/с).Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Мультиплексор SDH выполняет функции, как собственного мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим портам.

Мультиплексоры кроме задач мультиплексирования выполняют еще задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора, выполняемые функции которой определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включенных в спецификацию мультиплексора. Таким образом, модернизацию сети целесообразно провести на основе SDH — строительством оптоволоконной магистрали с организацией системы передачи SDH уровня STM-4.Выбор оборудования для реализации разработанной схемы линии связи является одним из основных параметров при реконструкции линий связи. Здесь нужно учитывать несколько основных положений:

необходимо выбирать аппаратуру соответствующую последним техническим решения в данном направлении, прежде всего это аппаратура SDH той или иной ступени иерархии, чем выше ступень иерархии, тем меньше оптических волокон может быть в кабеле и, соответственно, меньше вариантов резервирования и надежность всей системы в целом будет снижаться;

учитывать тот факт, что любая техника, в том числе и техника связи, очень быстро устаревают, поэтому необходимо уже на стадии проектирования рассматривать возможность замены аппаратуры на более функциональную, что предполагает выбор оборудования единого технического решения;

создавать и развивать систему диагностики и мониторинга, что позволит снизить эксплуатационные расходы на обслуживание системы в целом;

технические решения аппаратных средств должны быть выстроены на единой платформе, реализованной в данном регионе, что обеспечит широкую взаимозаменяемость оборудования.

4. Анализ типов ОВ используемых для различных технологий строительства ВОЛС4.1 Типы оптических кабелей

Оптический кабель — средство связи, в состав которого входит направляющая система электромагнитных колебаний — световод. Специфичность данной направляющей системы состоит не только в особенностях распространения по ней сигналов, но и в ее конструкции и влиянии на нее внешних условий. Все это требует особых подходов и технических решений на всех этапах использования оптических кабелей при прокладке, монтаже, эксплуатации. В то же время, поскольку основной задачей оптических кабелей является обеспечение заданного качества передачи при существующих условиях эксплуатации, к ним предъявляются такие же требования, как и к электрическим кабелям связи, а именно:

возможность прокладки в тех же условиях, в каких прокладываются симметричные и коаксиальные кабели;

максимальное использование при прокладке уже существующих методов, техники и оборудования, применяемых при прокладке электрических кабелей;

устойчивость к внешним воздействиям (механическим и климатическим), возникающим при эксплуатации на сетях связи;

надежность, обеспечивающая эксплуатацию с заданными показателями безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Наряду с общими требованиями оптические кабели должны удовлетворять требованиям, вытекающим из таких факторов, как характеристики и конструкция применяемых световодов, методы контроля и измерений, строение данной конкретной системы передачи, экономические показатели, прогноз развития сети связи. Анализ указанных факторов с учетом общих требований позволяет сформулировать конкретные требования к конструкции оптических кабелей. В соответствии с проведенным анализом методик прокладывания оптических трасс можно выделить несколько типов кабелей:

Оптические кабели с бронепокровом

Оптический кабель типа 8-ки

Оптический кабель с грозовым тросом

Самонесущий оптический кабель. Данные типы кабелей представлены на рисунках 3.1−3.4Прокладка ВОК непосредственно в грунт характеризуется определенными требованиями к конструкции самого ВОК. Прежде всего это наличие бронепокровов того или иного вида, необходимых для защиты сердечника ВОК от различного рода механических повреждений при давлении грунта. Непосредственно в грунт укладываются ВОК, имеющие ленточною броню или броню из стальных проволок (рис. 3.1).Кабель типа ОКЛКабель типа ОКБРис.

3.1 — Конструкции бронированных ВОК для прокладкинепосредственно в грунт. Оптические модули изготовлены на основе полибутилентерефталата (ПБТ) производства фирмы EMS Chemie AG (Швейцария) или фирмы BASF (Германия).Рис. 3.2 — Конструкция ВОК типа 8-ки.Кабель предназначен для подвески на опорах воздушных линий электропередач от 35 кВ и выше. Некоторые варианты конструкций кабеля и механизмов для его прокладки приведены на рис.

3.3. Рис. 3.3 — Конструкции кабеля типа ОКГТ и механизмы для его прокладки. Рисунок 3.4 — Самонесущий ВОКПрежде всего, конструкция кабеля должна отвечать механическим воздействиям при прокладке, монтаже и эксплуатации. Следователдьно значения передаточных характеристик кабеля не должны выходить за установленные пределы в течение всего срока службы кабеля при воздействии на него растягивающих усилий, изгибающих моментов, поперечного сжатия, вибрации и ударных нагрузок. Одна из наиболее важных характеристик кабеля — допустимое усилие на растяжение, которое должно быть достаточно большим. Наряду с допустимым усилием на растяжение конструкция кабеля должна удовлетворять требованиям по устойчивости к боковому давлению (поперечному сжатию). Несколько большие поперечные нагрузки могут возникать при прокладке, если используются направляющие ролики или колено. Однако, при строительстве линий передачи возможны случаи, не предусмотренные технологией прокладки и монтажа (например, сдавливание ногой человека, случайно наступившего на кабель).

В расчете на подобные ситуации боковое давление, которое должен выдерживать кабель, выбирается с запасом. Несколько другого рода требования предъявляются к оптическим волокнам. Они должны обеспечить минимально возможный коэффициент затухания на рабочих длинах волн, минимальное значение хроматической дисперсии на тех же длинах волн (для одномодовых волокон) и максимальный коэффициент широкополосности (для многомодовых волокон).Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категориями грунта, наличием переходов через водные преграды). Выбор типа кабеля можно произвести, исходя из расстояний между узлами. Для магистральной связи следует выбирать рабочую длину волны =1,55 мкм: потери в оптическом волокне при этом малы (к0,22 дБ/км). При выборе ОК следует учитывать его стоимость, так как примерно 80% всех капитальных затрат на организацию сети связи необходимы для приобретения кабеля и строительство кабельных магистралей.

Тем не менее, чем дороже кабель, тем он надёжнее при прокладке и эксплуатации. От правильности выбора оптического кабеля завися капитальные затраты и эксплуатационные расходы на проектируемую ВОЛП. На выбор влияют, с одной стороны, параметры ВОСП (широкополостность или скорость передачи информации, длина волны оптического излучения, энергетический потенциал, допустимая дисперсия, искажения), с другой стороны, оптический кабель должен удовлетворять и техническим требованиям.

4.2 Типы оптических волокон

Оптическое волокно, используемое в оптических кабелях связи, обладает емкостью до нескольких миллионов телефонных разговоров или сотен ТВ цифровых каналов одновременно. Волокносостоит изсердечника, образованного легированным кварцевым стеклом, окруженного отражающей оболочкой из чистого кварцевого стекла. Слои акрилата защищают волокно и предохраняют от проникновения влаги и агрессивных химических соединений. Чистота и различные оптические свойства отражающей оболочки и сердечника позволяют направлять свет по волокну на расстояние, превышающее десятки и даже сотни километров без усиления. Рисунок 3.5Одномодовое оптическое волокно типа NZ-DSF.В одномодовых волокнах определяющей является хроматическая дисперсия, которая выражается в различии показателей преломления и, следовательно, в скоростях распространения излучения с различными длинами волн. Величина дисперсии зависит от типа источника излучения, обычно нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км.С точки зрения дисперсии, существующие одномодовые волокна, которые широко используются в сетях сегодня, разбиваются на три основных типа: волокна с несмещенной дисперсией SF (стандартные волокна со ступенчатым профилем), волокна со смещенной дисперсией DSF и волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF. Все три типа волокон очень близки по затуханию в окнах одномодовой передачи 1310 и 1550 нм, но отличаются характеристиками хроматической дисперсии. Поскольку дисперсия влияет на максимальную допустимую длину безретрансляционных участков, то на первый взгляд естественно возникает желание использовать волокно с наименьшим возможным значением дисперсии применительно к конкретной задаче, к конкретной длине волны. Это справедливо для случая передачи одной длины волны — одноканальной передачи.

Многоканальное волновое мультиплексирование (WDM) в окне 1550 нм диктует иной рационализм. 15]Исследования показывают, что в случаеесли длина волны нулевой дисперсии попадает в зону мультиплексного сигнала, начинают проявляться нежелательные интерференционные эффекты, приводящие к более быстрой деградации сигнала. Поэтому, необходимо определить достоинства и недостатки каждого волокна в аспекте эволюции традиционных сетей к полностью оптическим сетям. Рисунок 3.6 Профили показателей преломления стандартного одномодового волокна и волокна со смещённой дисперсией. Дальнейшее исследования подтверждают ограниченные возможности DSF при использовании в системах WDM. Чтобы избежать нелинейных эффектов при использовании DSF в WDM системах, следует вводить сигнал меньшей мощности в волокно, увеличивать расстояние между каналами, и избегать передачи парных каналов. Четырехволновое смешивание — это эффект, приводящий к рассеянию двух волн с образованием новых нежелательных длин волн. Новые волны могут приводить к деградации распространяемого оптического сигнала, интерферируя с ним, или перекачивать мощность из полезного волнового канала. Именно из-за эффекта четырехволнового смешивания возникает необходимость разработать новый тип волокна. Рисунок 3.7 Хроматическая дисперсия одномодовых волокон в окне 1550 нм

Волокно NZDSF создано в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки DSF, проявляющиеся при работе с мультиплексным оптическим сигналом. Оно имеет особенность в том, что длина волны нулевой дисперсии вынесена за пределы полосы пропускания эрбия. Это уменьшает нелинейные эффекты и увеличивает характеристики волокна при передаче DWDM сигнала. Структурная схема организации связи