Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Организация первичной сети связи с помощью аппаратуры СМК-30 на участке «Малая Приморка»



Введение

оптический сеть кабель цифровой

Постоянно растущая потребность в передачи информации, способствует развитию и внедрению новых технологий в процессы перевозок на железнодорожном транспорте.

На железных дорогах России с 1999 г. активно модернизируются средства связи. На сегодняшний день обновлены многие виды связи: построена система передачи, использующая мультиплексоры синхронной цифровой иерархии (SDH) и ВОЛС; сети оперативно-технологической связи (ОТС) и общетехнологической связи (ОбТС), базирующиеся на цифровых системах коммутации и цифровых автоматических телефонных станциях; построены сети передачи данных (СПД).

На рассматриваемом нами в дипломной работе участке Октябрьской железной дороги (ОЖД): Санкт-Петербург Финляндский вокзал ? Сестрорецк («Малая Приморка»), в настоящее время используется устаревшее оборудование плезиохронной цифровой иерархии (PDH). Аппаратура установленная на станциях: Санкт-Петербург Финляндский вокзал, Новая Деревня, Лахта, Лисий Нос, Сестрорецк не способна в полном объёме удовлетворять потребности ОЖД в передаче информации и требует модернизации. В дипломной проектировании мы предлагаем обновить старое оборудование на станциях участка» Малая Приморка», на новое обладающей высокой надёжностью и способное передавать большее количество информации, и значительно лучше обеспечивать безопасность перевозочного процесса. Безопасность и комфорт перевозок является одной из главных задач структур железнодорожного транспорта.

Задачей дипломного проекта является:

Модернизация устаревшей аппаратуры на участке «Малая Приморка», на станциях Санкт-Петербург Финляндский вокзал, Новая Деревня, Лахта, Лисий Нос, Сестрорецк на оборудование СМК-30 и организация организации первичной сети связи с помощью обновлённого оборудования.

1. Конструкция и параметры оптического волокна

1.1 Типы оптических волокон

Современные сети связи на железной дороге повсеместно строятся с применением волоконно-оптических линий передачи, основным компонентом которых является оптическое волокно.

Оптическое волокно представляет собой двухслойную цилиндрическую кварцевую нить, состоящую из сердцевины и оболочки. Оболочка покрыта защитным слоем из акрилатного лака. Сердцевина легирована германием, поэтому её показатель преломления больше, чем у оболочки. Свет распространяется в сердцевине волокна, испытывая полное внутреннее отражение на границе с оболочкой. Он проникает в оболочку на глубину порядка длины волны, т.е. на глубину много меньше её толщины и, следовательно, не взаимодействует с покрытием из акрилатного лака. Это покрытие необходимо для защиты кварцевой оболочки от механических повреждений и воздействия воды.

Волокна делятся на два основных типа: многомодовые и одномодовые.

Рисунок 1?Геометрические параметры одномодовых и многомодовых волокон



Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный размер 125+1 мкм. Номинальный диаметр сердцевины у многомодовых волокон 50 или 62.5 мкм. Диаметр сердцевины у одномодовых волокон может меняться в зависимости от типа волокна в пределах 7-9 мкм. Многомодовые волокна применяются в локальных вычислительных сетях и частично в транспортных сетях на уровне доступа. Одномодовые волокна применяются в транспортных сетях всех трех уровней: магистральном, уровне распределения и уровне доступа.

Основные типы одномодовых волокон, применяемых в линиях связи, нормируются международными стандартами ITU-T Rec. G. 652…G. 655:

- G.652: волокна с несмещенной дисперсией (SM волокна) с длиной волны нулевой дисперсии и длиной волны отсечки в районе 1310 нм.

- G.653: волокна со смещенной дисперсией (DS волокна) с длиной волны нулевой дисперсии в районе 1550 нм и длиной волны отсечки в районе 1310 нм.

- G.654: волокна с несмещенной дисперсией (SM волокна) с длиной волны нулевой дисперсии в районе 1310 нм и длиной волны отсечки в районе 1550 нм.

- G.655: волокна со смещенной ненулевой дисперсией (NZDS волокна), обладающие малойдисперсией (0.1…6 пс/нмЧкм) в диапазоне длин волн 1530…1565 нм.

- G.656: волокна с ненулевой дисперсией для систем грубого уплотнения по длинам волн (CWDM - Coarse Wavelength Division Multiplexing).

Существует также несколько специальных типов одномодовых волокон применяемыхв волоконно-оптических устройствах:

- Волокна для компенсации дисперсии (DC - Dispersion Compensating), применяемые в модулях компенсации дисперсии.

- Волокна с примесью редкоземельных элементов, применяемые в оптических усилителях, например, в EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier (волокно легированое эрбием)

- Волокна, сохраняющие состояние поляризации излучения (РМ - Polarization Maintaining), применяемые в гироскопах, поляризационных делителях и смесителях.

- Дырчатые волокна (Holey Fiber), применяемые в компенсаторах дисперсии, в оптических шнурах, в нелинейных элементах.

1.2 Геометрические параметры волокна

Волокно состоит из сердцевины и оболочки. Оболочка окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна, в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 ? Ход лучей в многомодовом оптическом волокне со ступенчатом профилем показателем преломления

Относительная разность показателей преломления:

Один из важных параметров, который характеризует волокно, это относительная разность показателей преломления Д:

Д=(n²₁-n²₂)/2n²_1, (1)



где

n₁-показатель преломления сердцевины волокна,

n₂-показатель преломления оболочки волокна.

Будем обозначать через n1 и n2 показатели преломления сердцевины и оболочки, соответственно. Если показатель преломления оболочки выбирается всегда постоянной величиной, то показатель преломления сердцевины в общем случае может зависеть от радиуса. В этом случае для проведения различных оценок параметров волокна в место n1 используют n_1eff. Распространение света по волокну можно объяснить на основе принципа полного внутреннего отражения, вытекающего из закона преломления света Снеллиуса ? световые лучи на границе раздела двух сред преломляются так, что произведение показателя преломления  на синус угла между нормалью к границе раздела и направлением луча, остается постоянным:

n₁sinИ₁ = n₂sinИ₂, (2)

где

И₁ - угол падения,

n₁-показатель преломления сердцевины волокна,

И₂ - угол преломления,

n₂-показатель преломления оболочки волокна.

Критический угол падения:

Так как сердцевина является оптически более плотной средой по отношению к оболочке (n₁ > n₂), то существует критический угол падения И_C - внутренний угол падения на границу, при котором преломленный луч идет вдоль границы сред (И₂ = 90°). Из закона Снеллиуса легко найти этот критический угол падения:

И_C =arcsin(n₂/n₁), (3)



где

n₁ - показатель преломления среды 1,

n₂ - показатель преломления среды 2,

arcsin - угол падения,

Если угол падения на границу раздела меньше критического угла падения (луч 2), то при каждом внутреннем отражении часть энергии рассеивается наружу в виде преломленного луча, что приводит в конечном итоге к затуханию света. Если же угол падения больше критического угла (луч 1), то при каждом отражении от границы вся энергия возвращается обратно в сердцевину благодаря полному внутреннему отражению.

Лучи, траектории которых полностью лежат в оптически более плотной среде, называются направляемыми. Поскольку энергия в направляемых лучах не рассеивается наружу, такие лучи могут распространяться на большие расстояния.

Важным параметром, характеризующим волокно, является числовая апертура NA. Выражается формулой:

NA = sin И_A, (4)

где

sin И_A? угол вводимого в волокно излучения

Она связана с максимальным углом И_A вводимого в волокно излучения из свободного пространства, при котором свет испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну.

1.3 Затухание

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.

Рисунок 3 ? Спектр потерь и положение окон прозрачности в кварцевых волокнах

На распространение света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглощении, потери на рассеянии, кабельные потери.

Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, а кабельные - дополнительные потерями.

В коротковолновой части диапазона потери ограничиваются релеевским рассеянием, а в длинноволновой части - инфракрасным поглощением. Релеевское рассеяние уменьшается с увеличением длины волны, а инфракрасное поглощение увеличивается. Абсолютный минимум потерь приходится на л = 1550 нм.

1.4 Дисперсия

Дисперсия это рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по оптическому волокну и определяется разностью длительностью импульсов на выходе и входе оптического волокна.

Рисунок 4 ? Дисперсия в оптическом волокне

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон оптического волокна, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульса.

В оптике слово дисперсия означает зависимость показателя преломления вещества от длины волны, а в оптических системах связи - уширение световых импульсов после их прохождения через дисперсионную среду.

Уширение импульсов при передаче по ОВ зависит от формы передаваемого импульса, ширины спектра частот источника излучения и собственно дисперсии волокна.

Виды дисперсий:

Межмодовая (модовая) дисперсия преобладает в многомодовых оптических волокнах. Она обусловлена наличием большого количества мод, время распространения которых различно. Межмодовая дисперсия градиентных оптических волокон, как правило, на порядок и более ниже, чем у ступенчатых волокон. Это обусловлено тем, что за счет уменьшения показателя преломления от оси оптического волокна к оболочке, скорость распространения лучей вдоль их траекторий изменяется.

Модовая дисперсия может быть уменьшена следующими двумя способами:

- использованием оптического волокна меньшим диаметром сердцевины, поддерживающей меньшее количество мод;

- использование одномодового волокна, позволяющего избежать модовой дисперсии.

В одномодовых ступенчатых световодах отсутствует модовая дисперсия и дисперсия в целом сказывается существенно меньше. Здесь проявляется хроматическая дисперсия.

Зависимость фазовой (групповой) скорости каждой направляемой моды от длин волны источника излучения, то есть нелинейная зависимость коэффициента фазы, приводит к различной временной задержке частотных составляющих моды, а следовательно, к расширению сигнала, образованного модами. Это явление называется хроматической дисперсией.

Хроматическая дисперсия складывается из волноводной дисперсией и дисперсией материальной.

Волноводная характеризуется направляющими свойствами сердцевины оптического волокна: зависимостью групповой скорости моды от длины волны оптического излучения, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра. По этому волноводная дисперсия определяется профилем показателя преломления оптического волокна.

Материальная дисперсия в оптическом волокне обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Таким образом, показатель преломления изменяется в зависимости от длины волны. Дисперсия, связанная с этим явлением, называется материальной дисперсией, поскольку зависит от физических свойств вещества волокна.

Для различных составляющих в общей дисперсии зависит от типа волокна. В ступенчатых ОВ при многомодовой передаче преобладает межмодовая дисперсия дисперсии.

В одномодовых волокнах материальная и волноводная дисперсия при определенных условиях могут взаимно компенсироваться, что обусловливает большую пропускную способность одномодового волокна.

В градиентных многомодовых ОВ необходимо учитывать межмодовую дисперсии и дисперсию материала.

Поляризационная модовая дисперсия.

В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В идеальном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью. Однако на практике волокна имеют не идеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод.

Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является некруглость сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна.

Поляризационная модовая дисперсия проявляется исключительно в одномодовых волокнах с нециркулярной сердцевиной и при определенных условиях становится соизмеримой с хроматической дисперсией.

Сравнивая дисперсионные характеристики различных волокон, можно отметить, что наилучшими показателями обладают одномодовые оптические волокна, а наиболее сильно дисперсия проявляется в многомодовых оптических волокнах со ступенчатым профилем показателя преломления.



2. Оптические кабели связи

2.1 Разновидности конструкций оптических кабелей

Конструкция оптического кабеля должна выполнять следующие основные функции:

- обеспечить постоянство характеристик оптического волокна в процессе срока службы кабеля на уровне характеристик некаблированного волокна;

- защищать волокна от повреждений и разрушений в процессе производства, прокладки и эксплуатации;

- обеспечить прочностные характеристики кабеля также как у электрического кабеля с тем, чтобы с ними можно было одинаково обращаться и использовать одни и те же механизмы для прокладки кабеля;

- обеспечить идентификацию волокон в кабеле для предотвращения разбитости волокон при соединении строительных длин оптического кабеля.

По условиям эксплуатации кабели подразделяют на:

- монтажные;

- городские;

- зоновые;

- магистральные;

- полевые.

Монтажные ОК - для компьютеров и аппаратуры. Они содержат, как правило, большое количество узкополосных оптических волокон.

Городские ОК применяют в качестве соединительных линий между РВТС и узлами связи. Они рассчитаны для передачи информации на короткие расстояния (5..15 км) без промежуточных ретрансляционных устройств и при сравнительно небольшом количестве каналов.

Магистральные и зоновые оптические кабели предназначены для передачи всех видов современной информации на большие расстояния. Поэтому они должны обладать малым затуханием и дисперсией (большой широкополосностью).

Полевые ОК предназначены для ремонтно-восстановительных работ при авариях на электрических и оптических кабелях магистралях, а также для скрытой связи тактического военного назначения.

Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети.

Общие технические требования заключаются в следующем: минимальный срок службы ОКС должен быть не менее 25 лет; подвеска и эксплуатация ОКС на опорах электрифицированных железных дорог не рекомендована для использования в магистральных первичных сетях связи, но может использоваться во внутризоновой первичной сети.

2.2 Основные элементы волоконно-оптического кабеля

Волоконно-оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель содержит силовые (упрочняющие) элементы.

Конструкция кабеля может быть достаточно разнообразной, но общими являются следующие элементы:

- сердечник кабеля;

- упрочняющий элемент;

- оболочка кабеля.

Основной фактор, с которым необходимо считаться в оптических кабелях в отличие от электрических кабелей, состоит в том, что затухание оптических кабелей зависит от внутренних и внешних механических усилий. Любые виды механических воздействий, приводящие к изгибам оптических волокон, вызывают увеличение затухания кабеля. Для сохранения параметров передачи в процессе эксплуатации необходимо защищать оптические волокна в кабеле от внешних воздействий. Для этого на волокна наносятся первичное защитное покрытие и защитные оболочки.

Рисунок 5 ? Конструкция оптического кабеля

Возможно два варианта конструктивных решений по укладке оптических волокон в кабеле - свободная, при которой волокна не скреплены друг с другом и с оболочкой, т.е. лежат в ней свободно (кабели наружной прокладки), и связанная укладка (кабели внутренней прокладки). С точки зрения удобства монтажа кабеля предпочтительной является структура кабеля с центральным расположением упрочняющего элемента.

2.3 Конструкция сердечника оптического кабеля

Вне зависимости условий применения кабеля определяющим его технические и экономические характеристики, является сердечник оптического кабеля.

Существует два способа по защите оптических волокон от механических воздействий в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации кабелей, в одном из которых элементы кабельного сердечника могут спокойно перемещаться за счет наличия пустот между элементами, в другом применением демпфирующих слоев между элементами.

В настоящее время существует пять типов компоновки кабельного сердечника:

- кабели повивной скрутки;

- кабели пучковой скрутки;

- кабели с «профильным» сердечником;

- ленточные кабели;

- кабели с центральной трубкой.

а - повивной скрутки; б - пучковой скрутки; в- с профильным сердечником; г - ленточный; д - центральной трубки; 1 - одно- или многоволоконный модуль; 2 - упрочняющий элемент; 3 - оболочка кабеля; 4 - пучок из многоволоконных оптических модулей; 5 - оптическое волокно; 6 - лента с несколькими оптическими оптических модулей; 5 - оптическое волокно; 6 - лента с несколькими оптическими волокнами; 7 - пучок оптических волокон; 8 - центральная трубка; 9 - профильный сердечник

Рисунок 6 ? Компоновки кабельного сердечника

Скрутка оптических модулей в сердечник вокруг несущего элемента кабельного сердечника, может быть выполнена одним из следующих двух типов:

- спиральная скрутка;

- SZ - скрутка.

По спиральной скрутке модули (волокна) свиваются в одном направлении и с одинаковым углом по отношению к продольной оси кабеля.

При SZ скрутке одно направление скрутки, например, по часовой стрелки через определенное число витков меняется на противоположное направление (против часовой). В точки смены направления скрутки волокна параллельны оси кабеля. Для того чтобы предотвратить распространение влаги по длине кабеля, свободное пространство между элементами сердечника заполняется специальным гидрофобным компаундом (гелем).

Для предотвращения нежелательного воздействия компаунда на силовые элементы и / или оболочку кабеля сердечник кабеля изолируется от последующих внешних элементов несколькими слоями тонкой пластмассовой пленки.

2.4 Упрочняющие элементы волоконно-оптического кабеля

Упрочняющие элементы в оптических кабелях могут располагаться в сердечнике, оболочке или одновременно в обеих частях. Упрочняющие элементы независимо от места расположения наиболее часто изготавливаются из стали, арамидной пряжи, стеклопластиковых стержней и синтетических высокопрочных нитей. Площадь поперечного сечения этих материалов должна быть достаточна, чтобы максимальное удлинение кабеля для установленной нагрузки вызывало растяжения волокон, которое они получили при их испытании на прочность в процессе изготовления.

Выбор материалов для упрочняющих элементов зависит от допустимого радиуса изгиба кабеля, допустимых механических нагрузок, диапазона температур, в котором должен эксплуатироваться кабель.

2.5 Оболочка кабеля

Оболочка оптического кабеля связи должна защищать сердечник кабеля от механических, тепловых и химических воздействий, а также от влаги. Так как в оптическом диапазоне отсутствуют помехи со стороны контактных сетей переменного тока и ЛЭП, то не имеет смысла делать оболочку ОКС металлической. Оптические кабели при наземной прокладке в подавляющем большинстве случаев имеют пластмассовые оболочки.

Наибольшее применение среди пластмассовых оболочек получили полиэтиленовые и поливинилхлоридные.

Полиэтиленовая оболочка предназначена для кабелей наружной прокладки. Номинальная толщина полиэтиленовой оболочки составляет 2,0 мм. В случае ее применения для внутренней прокладки требуется принятие специальных противопожарных мер.

Подвесные кабели имеют специальную обработку наружной поверхности оболочки для борьбы с гололедообразованием, поэтому подвесные кабели особой осторожности в обращении с целью предотвращения трения оболочки кабеля с различными поверхностями при его прокладке. Для защиты кабеля от повреждений грызунами используют слоистую оболочку, армированную гофрированной стальной лентой, и для водонепроницаемости ламинированную алюминием.

Поливинилхлоридная оболочка применяется для кабелей наружной прокладки в агрессивных средах и при внутренней прокладке в производственных зданиях. При прокладке кабеля в местах большого скопления людей применяются оболочки из галогенно содержащих не воспламеняющихся полимеров.



3. Цифровые системы передачи

3.1 Системы плезиохронной цифровой иерархии

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy):

Цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В соответствии с принятыми в Европе стандартами при построении Цифровых Систем Передачи (ЦСП) объединяются 32 канала по 64 кбит/с. Из них 30 каналов предназначены для передачи пользовательской информации, а два являются служебными и используются для передачи сигналов синхронизации и управления. При этом поочередно из каждого канала передается по одному байту. Длительность цикла составляет 125 мкс, т.е. в групповом сигнале в течение 1 с передаются по 8 000 байт из каждого канала. Это дает цифровой поток, имеющий скорость 8. 8000. 32=2048000 бит/с = 2 Мбит/с.

Следующие уровни иерархии образуются мультиплексированием четырех цифровых потоков предыдущего уровня, что приводит к скоростям 8 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с. При этом объединение компонентных потоков в агрегатный осуществляется уже не побайтно, а побитно.

Для нормального функционирования ЦСП необходима синхронизация аппаратуры на обоих концах линии. Однако, различные ЦСП могут не быть полностью синхронированы, поэтому при мультиплексировании потоков по 2 Мбит/с в один поток 8 Мбит/с приходится осуществлять выравнивание скоростей компонентных потоков путем вставки при необходимости специальных выравнивающих битов, которые удаляются на приемном конце при демультиплексировании.

Аналогично производится мультиплексирование и на последующих уровнях, поэтому описанная система называется плезиохронной цифровой иерархией (ПЦИ или PDH).

Вставка на каждом уровне ПЦИ выравнивающих битов приводит к тому, что не производя полностью демультиплексирования, нельзя выделить какой-либо составляющий поток из группового.

Таблица 1

Уровень иерархии	Европа	Северная Америка, Япония
0	64 кбит/с	64 кбит/с
1	2 Мбит/	2 Мбит/с
2	8 Мбит/	6 Мбит/с
3	34Мбит/с	45 Мбит/с
4	140 Мбит/с	?

В Северной Америке и Японии были приняты другие стандарты ПЦИ, в соответствии с которыми в ЦСП первого уровня объединяются 24 канала по 64 кбит/с, что приводит к скорости 1,5 Мбит/с. При переходе ко второму уровню происходит мультиплексирование четырех потоков, а к третьему - семи, в результате чего возникают потоки со скоростями 6 Мбит/с и 45 Мбит/с соответственно. Обе системы ПЦИ приведены в таблица 1. Различия между ними делает весьма затруднительным их взаимодействие между собой.

3.2 Системы синхронной цифровой иерархии

Синхронная Цифровая Иерархия (SDH - Synchronous Digital Hierarchy) - это технология транспортных телекоммуникационных сетей.

Технология синхронной цифровой иерархии (SDH) позволяет создавать надежные транспортные сети и гибко формировать цифровые каналы в широком диапазоне скоростей - от нескольких мегабит до десятков гигабит в секунду. Основная область ее применения - первичные сети операторов связи.

Мультиплексоры SDH с волоконно-оптическими линиями связи между ними, образуют среду, в которой администратор сети SDH организует цифровые каналы между точками подключения абонентского оборудования или оборудования вторичных сетей самого оператора - телефонных сетей и сетей передачи данных. Технология SDH находит также спрос в крупных корпоративных и ведомственных сетях, когда имеются технические и экономические предпосылки для создания собственной инфраструктуры цифровых каналов, например в сетях предприятий энергетического комплекса или железнодорожных компаний.

Каналы SDH относятся к классу полупостоянных - формирование канала происходит по инициативе оператора сети SDH, пользователи же лишены такой возможности, поэтому такие каналы обычно применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Из-за полупостоянного характера соединений в технологии SDH чаще используется термин «кросс-коннект», а не коммутация.

Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов на базе синхронного мультиплексирования с разделением по времени, при котором адресация информации от отдельных абонентов определяется ее относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов.

С помощью каналов SDH обычно объединяют большое количество периферийных (и менее скоростных) каналов плезиохронной цифровой иерархии (PDH).

Достоинства сети SDH

Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей позволяет вводить в магистральный канал и выводить из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости без демультиплексирования потока в целом - а это означает не только гибкость, но и экономию оборудования. Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей.

Отказоустойчивость сети. Сети SDH обладают высокой степенью «живучести» - технология предусматривает автоматическую реакцию оборудования на такие типичные отказы, как обрыв кабеля, выход из строя порта, мультиплексора или отдельной его карты, при этом трафик направляется по резервному пути или происходит быстрый переход на резервный модуль. Переключение на резервный путь осуществляется обычно в течение 50 мс.

Мониторинг и управление сетью на основе включаемой в заголовки кадров информации обеспечивают обязательный уровень управляемости сети вне зависимости от производителя оборудования и создает основу для наращивания административных функций в системах управления производителей оборудования SDH.

Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа - голосового, видео и компьютерного. Лежащее в основе SDH мультиплексирование TDM обеспечивает трафику каждого абонента гарантированную пропускную способность, а также низкий и фиксированный уровень задержек.

Стандартизация интерфейсов определяет возможность соединения различного оборудования от разных производителей. Система SDH обеспечивает универсальные стандарты для сетевых узловых интерфейсов, включая стандарты на уровне цифровых скоростей, структуру фрейма, метод мультиплексирования, линейные интерфейсы, мониторинг и управление. Поэтому SDH оборудование от разных производителей может легко соединяться и устанавливаться в одной линии, что наилучшим образом демонстрирует системную совместимость.

Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости - STM-1 155,52 Mбит/с. Цифровые скорости более высоких уровней определяются умножением скорости потока STM-1, соответственно, на 4, 16, 64 и т.д.: 622 Мбит/с (STM-4), 2,5 Гбит/с (STM-16), 10 Гбит/с (STM-64) и 40 Гбит/с (STM-256).

SDH имеет высокую совместимость. Это означает, что сеть передачи SDH и существующая сеть PDH могут работать совместно, пока идет установление сети передачи SDH. Сеть SDH может быть использована для передачи услуг PDH, а также сигналов других иерархий, таких как ATM, FDDI.

Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH:

- предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;

- предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода;

- позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности;

- обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети.

Технология SDH обеспечивает возможность управления большой разветвленной первичной сетью из одного центра.

Недостатки сети SDH

- использование одного из каналов полностью под служебный трафик;

- неэффективное использование пропускной способности каналов связи.

- необходимость использовать дополнительное оборудование (зачастую от других производителей), чтобы обеспечить передачу различных типов трафика (данные, голос) по опорной сети.



4. Организация первичной сети связи на участке

4.1 Аппаратура, эксплуатируемая на участке

Рисунок 7 ? Структурная схема участка «Малая Приморка»

На станциях: Санкт-Петербург Финляндский вокзал, Новая Деревня, Лахта, Лисий Нос, Сестрорецк установлена аппаратура «Морион» КАМА-ЦМ (для организации первичной сети) и ВТК-12 (для организации систем вторичной коммутации).



Рисунок 8 ? Организация связи на участке «Малая Приморка»

Аппаратура КАМА-ЦМ

Предназначена для организации линейных трактов по медному кабелю на основе кодирования ТС-РАМ. Обеспечивающая передачу одного потока Е1 по одной или двум парам медного кабеля, дистанционное питание регенераторов, контроль всей линии связи.

Аппаратура ВТК-12:

Установлена на станциях: Новая Деревня, Лахта, Лисий Нос, предназначена для выделения и транзита основных цифровых каналов в потоке Е1 с организацией различных типов интерфейсов на выделенных ОЦК. Используется в сетях оперативно-технологической связи с групповыми каналами при организации связи вдоль железнодорожных магистралей.

Рисунок 9 ? Фасад аппаратуры ВТК-12.



5. Оборудование СМК-30

5.1 Назначение СМК-30

Для замены устаревшего оборудования КАМА-ЦМ и ВТК-12, мы предлагаем использовать оборудование СМК-30 ? сетевой мультиплексор-концентратор.

Предназначено для работы в качестве многофункциональной каналообразующей аппаратуры с гибким конфигурированием, многопротокольного маршрутизатора IP пакетов с функциями передачи речевой информации, аппаратуры систем передачи синхронной цифровой иерархии, малой коммутационной станции с ISDN.

Оборудование применяется для построения первичных сетей связи синхронной цифровой иерархии (SDH) уровней STM-1, STM-4, организации первичных сетей по кабельным и воздушным линиям связи, организации сети первичных мультиплексоров nх64 Кбит/с с различными окончаниями с расширенными функциями и дополнительными технологическими возможностями, организации сети маршрутизаторов 2-го и 3-го уровней с протоколами TCP/IP и голосовыми VoIP шлюзами, построения сети коммутационных телефонных станций различного назначения, организации сети связи совещаний, организации сети станций оперативно-технологической связи, систем видеонаблюдения, охранно-пожарной сигнализации. На базе мультиплексора СМК-30 строится единая технологическая платформа (ЕТП), позволяющая объединить все перечисленные выше функции в одном устройстве. Мультиплексор СМК-30 применяется также в качестве конвертеров различных телефонных сигнализаций.

Оборудование предназначено для эксплуатации в сетях оперативно-технологической связи (ОТН) и общетехнологической связи (ОбТС). Мультиплексор имеет статус официальной рекомендации для построения систем связи для диспетчерской централизации.

5.2 Состав оборудования

Сетевой мультиплексор-концентратор СМК-30 (далее по тексту мультиплексор), цифра обозначает количество абонентских разъемов.

В базовый комплект поставки мультиплексора входят: крейт (корзина), кросс-плата, блок питания, системный модуль, питающий кабель, комплект разъемов и документация.

Таблица 2 ? Комплектации СМК-30

Вариант исполнения	Наименование оборудования	Вид	Порты Е1	Порты СЦИ	Матрица кросс коннекта	Обслуживаемые системы и технологии связи
1	Первичный мультиплексор	MUX	4 (Б)	-	512х64 кбит/с	СПД-ОТН, СС, ТСО, СПД IP, ЦСП DSL
	Коммутационная станция	KC	4 (Б)	-	512х64 кбит/с	ОТС, ОбТС
2	Первичный мультиплексор	MUX	8 (Б)	-	1024х64 кбит/с	СПД-ОТН, СС, ТСО, СПД IP, ЦСП DSL
3	Оптический и первичный мультиплексоры в одном блоке	MUX	4 (Б) до 60 (Д)	2 STM-1	126хVC-12 1024х64кбит/с	СЦИ, СПД-ОТН, СС, ТСО, СПД IP, ЦСП DSL
4	Оптический и первичный мультиплексоры в одном блоке	MUX	4 (Б) до 60 (Д)	5 STM-1 или STM-4 (2 порта)	693хVC-12 1024х64кбит/с	СЦИ, СПД-ОТН, СС, ТСО, СПД IP, ЦСП DSL



В состав оборудования цифровой сети передачи данных в зависимости от конфигурации могут также входить следующие устройства:

АРМ администратора сети,

модем цифровой физической линии МЦФЛ-1 с каналом Uko,

модем цифровой физической линии МЦФЛ-1М с магистральным каналом SHDSL,

SHDSL регенератор линейного тракта РЛТ-1.

Оптические порты мультиплексора представляют собой SFP слоты в системном модуле, в которые устанавливаются сменные лазерные трансиверы с требуемыми параметрами. Установка трансиверов может производиться «на ходу» без выключения питания. Все трансиверы поддерживают цифровую диагностику оптического тракта.

Тип трансивера определяется автоматически и не требует программной настройки. В один системный модуль могут быть установлены трансиверы разных типов.

Тип оптического разъема трансивера - LC. Используется одномодовое оптоволокно, прием и передача ведутся по разным волокнам. Мультиплексор может быть укомплектован необходимым количеством оптических патч-кордов. Для заказа необходимо указать только требуемую длину и количество. Характеристика поставляемого патч-корда - LC-FC дуплексный одномодовый.

При необходимости наращивание количества Е1 портов осуществляется с помощью модуля СМПЕ1-4, (4 канала в каждом). Максимальное количество выводимых электрических Е1 портов - 64 на один мультиплексор исполнения 3 и 4 в соответствии с таблицей 2, для дальнейшего наращивания количества потоков подключаются дополнительные мультиплексоры соответствующего исполнения по оптическому стыку S1 или S4.

Возможности непосредственного выделения контейнеров VC-12 из STM для использования сменными модулями:

для исполнения 3 - 24 VC-12,

для исполнения 4 - 64 контейнера VC-12.

На модули могут подаваться потоки видов nx64 кБит/сек и nx2048 кБит/сек (например, для организации скоростных IP сетей маршрутизаторов).

Мультиплексор имеет 17 установочных слотов для модулей. Слот N0 предназначен для установки модуля питания, N16 - для системного модуля. Данные модули входят в комплект базовой поставки. Слоты c N1 по N15 предназначены для установки модулей с различными окончаниями и функциями.

Таблицы 3

Тип	Обслуживаемые линии	Число каналов	Примечание
СМА-4-4	Аналоговые четырехпроводные	4	4-х проводные каналы ТЧ
СМА-4-4М	Аналоговые четырехпроводные	4	4-х проводные каналы ТЧ, система управления для связи совещаний
СМА-4-4Д	Аналоговые четырехпроводные	4	4-х проводные каналы ТЧ, тональные сигнализации (ДАТС, «2 из 11», ПРС).
СМА-2-4	Аналоговые двухпроводные комбинированные	4	Аналоговые телефонные аппараты ЦБ/МБ, стык с АТС, стыки ОТС, двухпроводный канал ТЧ 600 Ом
СМА-2-8	Аналоговые двухпроводные абонентские	8	Аналоговые телефонные аппараты ЦБ Применяется при работе СМК-30 в качестве АТС
СМА-3-4	Аналоговые 3-х проводные соединительные	4	Стык СЛ с АТС, универсальный, каждый порт программируется как исходящая, входящая или междугородняя СЛ
СМЦПД-4	Цифровые 2-х проводные, канал Uрo	4	Абонентский Uрo стык Цифровые телефонные аппараты со стыком Uрo (Siemens Optiset E, Lucent Technologies 6400+), транскодеры ТРК-1
СМЦПД-8	Цифровые 2-х проводные, канал Uрo	8	Абонентский Uрo стык Цифровые телефонные аппараты со стыком Uрo (Siemens Optiset E, Lucent Technologies 6400+), транскодеры ТРК-1



Размещение модулей - произвольное в любых комбинациях. Установка и извлечение модулей может производиться на ходу без отключения питания. При этом гарантируются полное отсутствие сбоев, помех по линиям благодаря раздельным линиям связи от каждого из 15 абонентских модулей с системным модулем. Система антистатической защиты обеспечивает безопасность оборудования при установке и извлечении модулей. Распознавание типа модуля и его местоположение в кассете осуществляются автоматически. Перечень модулей указан в таблице 3. При установке АРМ администратора в непосредственной близости от мультиплексора (до 6 м) компьютер непосредственно подключается по интерфейсу RS-232. При удаленной установке используются модемы МЦФЛ-1.

Мультиплексор имеет также два отдельных синхровыхода для синхронизации другого оборудования. Параметры входного и выходного синхросигнала соответствуют рекомендации G.703ITU-T.

Блок питания базового комплекта поставляется в двух вариантах - со встроенной системой гарантированного питания и без нее. При использовании блока питания с данной системой применение внешнего бесперебойного источника не требуется, в этом случае к мультиплексору непосредственно подключается необслуживаемая аккумуляторная батарея 60В. Емкость батареи определяется исходя из требуемого времени автономной работы и заполнения мультиплексора, обычно это 7 или 16 А.ч.

5.3 Конструктивное устройство

Мультиплексор СМК-30 представляет собой блок размером 482х132х310 (стандартный крейт высотой 3U). Максимальная масса мультиплексора при всех установленных модулях 6 кг. Мультиплексор устанавливается в стандартный 19» шкаф. Рабочее положение - горизонтальное. Кассета мультиплексора имеет 17 установочных слотов. Слот N0 - модуль питания и индикации, слоты N1-N15 - модули согласно таблице 4 (порядок установки произвольный), слот N16 - системный модуль. Все модули устанавливаются в любых комбинациях без ограничений, общее максимальное количество модулей -15.

Рисунок 10 ? Внешний вид СМК-30

Передняя дверца на петлях имеет окно под панель индикации. В закрытом состоянии визуально доступны ЖК дисплей, светодиодные индикаторы общего состояния, состояния потоков Е1 и синхронизации, кнопка отключения звуковой сигнализации. При открытой дверце обеспечивается доступ к кнопкам режимов мультиплексора и к выключателю питания. Функция программирования мультиплексора с кнопок может быть дистанционно запрещена. При открытой дверце обеспечивается доступ к контрольным линейным разъемам и светодиодным индикаторам общего состояния модулей и состояния каналов.

Полость между кросс-платой и задней крышкой мультиплексора предназначена для размещения разъемов: линейных абонентских, потоков Е1, внешней синхронизации и внешнего администрирования. Количество абонентских линейных разъемов - 30, на каждом по два канала. Тип разъемов со стороны линий абонентов - DB-9M (розетка), со стороны потоков Е1 - DB-9F (вилка, четыре разъема), и внешней синхронизации - DB-9F (вилка), разъем внешнего администрирования - DB-9F (вилка) со спецключом. Общее количество разъемов на кросс-плате - 36. Разъемы для подключения источников питания переменного 220В, резервного постоянного -60В или аккумуляторной батареи -60В, болт для заземления устройства также находятся сзади на кросс-плате.

Оптические SFP слоты находятся на системном модуле. Оптические патч-корды выводятся через соответствующие отверстия в передней дверце мультиплексора. Установка трансивера, соединение с оптическим патч-кордом производятся при открытой дверце.

5.4 Функциональное описание

Модули обслуживают каналы с полупостоянным или коммутируемым соединением, а также с маршрутизацией пакетов. По типу окончания различаются аналоговые и цифровые, с дистанционным питанием и без него. Некоторые модули выполняют специфические функции, например, встроенный цифровой регистратор осуществляет запись голоса и данных, регистрацию сигналов от оборудования различной сигнализации, телеметрии и др.

Возможна организация связей «точка-точка», групповых каналов как для аналоговых, так и для цифровых стыков. Максимальное количество абонентских каналов - 60 для 4-х проводных каналов и 120 для 2-х проводных. Количество каналов для каждого модуля указано в таблице 2.

Поддерживаемый кросс-коннект: nх64 кБит/сек для потоков Е1 (до 32 потоков), nх2048 кБит/сек и полный кросс-коннект для STM (исполнения 3, 4). Синхронизация может осуществляться от внешних источников (два отдельных входа), от потоков Е1, от линейных трактов STM по приоритетной схеме.

Возможности кросс-коннекта.

Мультиплексоры исполнений 1 и 2 позволяют осуществлять произвольную коммутацию тайм-слотов nx64 кБит/сек во всех четырех или восьми Е1 потоках и между всеми тайм-слотами модулей, что позволяет организовывать любые схемы связи: «точка» - «точка», групповые аналоговые и цифровые каналы, транзитные связи, конференц-связи, маршрутизацию, выносы и др.

Мультиплексоры исполнений 3, 4 имеют возможность полного кросс коннекта на уровне контейнеров VC-12, VC-4, целиком STM-1, STM-4, заворота. Поддерживается также коммутация тайм-слотов nx64 кБит/сек во всех четырех встроенных Е1 потоках и между всеми тайм-слотами модулей. На модули могут подаваться потоки видов nx64 кБит/сек и nx2048 кБит/сек.

Одна из функций мультиплексора - мини-АТС емкостью до 120 абонентов, 4 или 8 потоков Е1. Типы абонентских окончаний - любые аналоговые и цифровые. Соединительные линии - цифровые потоки Е1. Допускается включение аналоговых 4-х проводных и 3-х проводных соединительных линий. Протоколы межстанционной связи-ОКС N7, EDSS-1, Q-SIG, 2ВСК. Возможно построение сети АТС на СМК-30 и эффективное взаимодействие со станциями большой емкости.

Мониторинг и администрирование. Логически доступ к мультиплексорам для управления и мониторинга дистанционный через 16-й тайм-слот Е1 потока. Возможно переназначение номера тайм-слота. При работе по ВОЛС (разные уровни STM) администрирование может идти через каналы служебных заголовков или через выделенный канал nx64кБит/сек внутри рабочего контейнера VC-12. Последний вариант предпочтителен для организации транзита администрирования через сети оптических мультиплексоров разных производителей. Дистанционно доступны все функции кросс-коннекта, полный контроль состояния систем и каналов мультиплексора, модулей, конфигурирование параметров модулей, состояние модемов и регенераторов, измерение параметров каналов связи (вплоть до измерения уровня). Конфигурация системы сохраняется при отключении питания.



6. Модернизация устройств связи на участке «Малая Приморка»

Для модернизации участка «Малая Приморка» предлагается на станциях: Санкт-Петербург Финляндский вокзал, Новая Деревня, Лахта, Лисий Нос, Сестрорецк смонтировать аппаратуру СМК-30. Которая заменит существующую аппаратуру КАМА-ЦМ, ВТК-12.

При комплексном подходе к комплектации систем уменьшается количество устройств и число внешних связей между ними, в результате значительно увеличивается надежность сети. Благодаря распределенной системе питания гарантируется отсутствие сбоев и даже единичных помех, влияющих на работу каналов связи. Линейные окончания всех устройств имеют усиленную трехступенчатую защиту от токов высоких напряжений, высокую прочность изоляции. Резервирование питания осуществляется за счет подключения двух источников: одного - переменного напряжения 220 В, другого - постоянного -48 В (-60 В) или аккумуляторной батареи, которая подзаряжается автоматически. Устройство включает в работу источник питания, напряжение которого ближе к номинальному.

Для оптических линий связи поддерживаются стандартные схемы резервирования SNCP, MSP, MSSP-Ring. Кольцевое резервирование на уровне Е1 с «логическим разрывом» позволяет эффективнее использовать емкость потока STM1 по сравнению с традиционной схемой SNCP.

Все параметры конфигурации оборудования хранятся в энергонезависимой памяти устройств, что обеспечивает быстрое восстановление работоспособности после аварийных или регламентных отключений. Кроме того, они хранятся и на компьютере АРМ администратора сети для быстрого восстановления при замене блока целиком.

В ЛАЗе Финляндского вокзала установить СМК-30-4, на станциях: Новая Деревня, Лахта, Лисий Нос, Сестрорецк СМК-30-3.



Рисунок 11 ? Схема аппаратуры участка «Малая Приморка» после модернизации

Установить модули в СМК-30-3 в соответствии с комплектации на рисунке 12.

Рисунок 12 ? Пример комплектации аппаратуры СМК-30-3 на станции Новая Деревня

На станции Новая Деревня используются следующие виды связи:

- ПДС поездной диспетчер

- ДСГС связь службы ДГ

- ЭДС энергодиспетчер

- ЛПС линейно путевая связь

- АВС аварийно восстановительная связь

- СЭМ связь электомехаников

- МЖС межстанционная связь.



7. Способы обеспечения безотказной работы мультиплексора CМК-30

В технологии SDH применяются различные механизмы обеспечения восстановления работоспособности сети в случае отказа. В SDH используется общий термин Automatic Protection Switching - «Автоматическое защитное переключение», отражающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного.

Мультиплексор СМК-30 способен поддерживать следующие основные виды автоматической защиты, отличающиеся типом защищаемого элемента сети:

- Equipment Protection Switching, EPS - защита блоков и элементов оборудования SDH

- Card Protection, CP - защита агрегатных и трибутарных карт мультиплексора

- Multiplex Section Protection, MSP - защита мультиплексорной секции, то есть участка сети между двумя смежными мультиплексорами SDH

- Sub-Network Connection Protection, SNC-P - защита соединения через сеть для определенного виртуального контейнера

- Multiplex Section Shared Protection Ring, MS-SPRing - разделяемая между пользовательскими соединениями защита путей в кольцевой топологии

В SDH применяются схемы защиты 1+1, 1:1 и 1:N.

Защита 1+1 означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной. Например, при защите трибутарной карты по схеме 1+1 трафик проходит как через рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную).

Защита 1:1 подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа.

Защита 1:N предусматривает выделение одного защитного элемента на N защищаемых, при отказе одного из защищаемых элементов его функции начинает выполнять защитный, при этом остальные элементы остаются без защиты - до тех пор, пока не будет заменен отказавший элемент.

Защита EPS

Применяется для таких жизненно важных элементов мультиплексора как: процессорный блок, блок коммутации (кросс-коннекта), блок питания, блок ввода сигналов синхронизации и т.п. EPS обычно работает по схемам 1+1 или 1:1.

Защита карт CP

Рисунок 13 - Защита карт (Card Protection) по схеме 1+1

Позволяет мультиплексору автоматически продолжать работу в случае отказа одной из агрегатных или трибутарных карт. Используется защита по схемам 1+1, 1:1 и 1:N. Защита 1+1 обеспечивает непрерывность транспортного сервиса, так как трафик пользовательских соединений не прерывается при отказе карты.

В соответствии с примером на рисунке 13, в мультиплексоре поддерживается защита трибутарных двухпортовых карт по схеме 1+1. Одна из трибутарных карт является основной (или рабочей - working), а другая - защитной (protection).

Режим работы пары связанных таким образом карт задается командой конфигурирования мультиплексора. В режиме, когда обе трибутарные карты являются работоспособными, трафик обрабатывается параллельно каждой картой.