Исследование параметров и аномалий длинной оптической линии

Для мониторинга состояния оптического кабеля используется разнообразное тестовое и измерительное оборудование. В первую очередь, это оптические анализаторы спектра OSA и оптические рефлектометры OTDR. Оптический анализатор спектра позволяет контролировать центральную длину волны, расстояние между соседними каналами, а также общие характеристики, такие, как мощность, отношение сигнал/шум и др. (рисунок 3.7).



Рисунок 3.7 - Измерение OSNR с помощью OSA

Основные характеристики OSA:

динамический диапазон - определяет возможность измерения амплитуд сигналов в широком спектральном диапазоне;

чувствительность - способность измерять оптические сигналы малой интенсивности;

разрешающая способность по полосе пропускания RBW (Resolution BandWidth) - возможность различения близко расположенных длин волн, которая необходима для исследования спектральной структуры каналов систем DWDM;

точность - возможность точно и правильно измерять длины волн и мощность.

Оптические рефлектометры (Optical Time Domain Reflectometer - OTDR) являются наиболее полнофункциональным прибором для эксплуатационного анализа оптических кабельных сетей.

Рефлектометр представляет собой комбинацию импульсного генератора, разветвителя и измерителя сигнала и обеспечивает измерение отраженной мощности при организации измерений с одного конца. Рефлектометры действуют по принципу радара: в линию посылается импульс малой длительности, который распространяется по оптическому кабелю в соответствии с релеевским рассеянием и френелевским отражением на неоднородностях в оптическом кабеле (дефекты материала, сварки, соединители и т.д.).

На рисунке 3.8 в качестве примера представлен образец рефлектограммы ОВ.

Рисунок 3.8 - Рефлектограмма оптического волокна

Импульс в точке 0 соответствует локальному френелевскому отражению от стыка входного торца общего канала ответвителя и входного торца тестируемого ОВ, точка 1 соответствует месту соединения волокон (например, при сращивании строительных длин). Наличие заметного скачка в точке 2 свидетельствует о плохом качестве соединения. Выброс 3 может свидетельствовать о наличии локальной неоднородности типа микротрещины, точка 4 - френелевское отражение от выходного торца ОВ.

По рефлектограмме определяют:

общие потери в волокне и его коэффициент затухания;

распределение потерь по длине волокна;

расположение муфт (сварных и механических соединений) и потери в них;

место повреждения волокна;

длину оптического волокна.



3.4 Расчет линии связи по затуханию и дисперсии

Прежде всего, необходимо рассчитать необходимую пропускную способность системы с целью определения количества интерфейсов и их скорости.

Участок сети проходит по территориям трех субъектов федерации: Иркутской области, Читинской области и республики Бурятия. Население этих субъектов является потребителем предоставляемых услуг связи.

По данным Всероссийской переписи населения 2010 г. численность населения этих трех субъектов федерации составляет:

Иркутская область:2428750 чел;

республика Бурятия:972031 чел;

Читинская область:1119000 чел.

Рассчитаем количество телефонных каналов между субъектами федерации по формуле 3.6:

,(3.6)

где:

1 =1,3 - постоянный коэффициент фиксированной доступности;

f1 = 0,1 - коэффициент тяготения;

 = 0,05 Эрл - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом;

ma и mb - количество абонентов, обслуживаемых станциями АМТС в оконечных пунктах А и Б (т.е. в рассматриваемых субъектах федерации);

1 =5,6 - постоянный коэффициент заданных потерь.

Количество абонентов mi определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания, и рассчитывается по формуле 3.7:

,(3.7)

где:

mt - коэффициент, показывающий соотношение числа абонентов к общему числу населения субъекта федерации. Исходя из статистических данных, которые показывают, что в настоящее время стационарным телефоном пользуется 30% всего населения России, получаем коэффициент mt = 0,3;

Ni - численность населения в субъекте федерации.

По формуле 3.7 вычислим число абонентов:

в Иркутской области:m1 = 0,3 х 2428750 = 728625 чел;

в республике Бурятия:m2 = 0,3 х 972031 = 291600 чел;

в Читинской области:m3 = 0,3 х 1119000 = 335700 чел.

Теперь по формуле 3.6 подсчитаем число телефонных каналов:

между Иркутской областью и республикой Бурятия:

ntf1 = 1,3 х 0,1 х 0,05 х 728625 х 972031 / (728625 + 972031) + 5,6 = 1359;

между Иркутской и Читинской областями:

ntf2 = 1,3 х 0,1 х 0,05 х 728625 х 335700 / (728625 + 335700) + 5,6 = 1499.



Таким образом, суммарное количество телефонных каналов:

ntf1 + ntf2 = 1359 + 1499 = 2859.

Требуемая пропускная способность B0 (Гбит/с) системы DWDM может быть определена как максимальная скорость передачи информации по волокну в соответствии с формулой 3.8:

,(3.8)

где:

Btf - телефонный трафик;

Bop - трафик обычных интернет-пользователей;

Bdsl - трафик DSL-пользователей;

Bvl - трафик пользователей выделенной линии;

Btr - транзитный магистральный трафик 10 Гбит/с.

С учетом ранее рассчитанного числа телефонных каналов, требуемая пропускная способность для телефонной связи со скоростью ОЦК 64 Кбит/с: Btf = 0,000064 х 2859 = 0,183 Гбит/с.

Теперь вычислим требуемую пропускную способность для интернет-трафика. Предположим, что по данной магистрали проходит до 30% всего интернет-трафика региона. Данное предположение основано на факте существования в регионе еще двух магистралей (Тайшет - Новый Уоян - Хабаровск и Тайшет - Улан-Батор - Хабаровск).

По формуле 3.9 определим количество интернет-пользователей, обслуживаемых данной магистралью:



,(3.9)

связь линия дисперсия затухание

где:

mint = 0,47 - доля постоянных интернет-пользователей от общего числа населения РФ - 47%;

Nint, Nbur, Nch - количество населения в Иркутской, Читинской областях и республике Бурятия.

Тогда по формуле 3.9 получим: Nint = 0,3 х 0,47 х (2428750 + 972031 + + 1119000) = 637288 чел.

Требуемую пропускную способность для интернет-пользователей вычислим по формуле 3.10:

,(3.10)

где:

d - доля пользователей определенного вида услуг в процентах от общего числа интернет-пользователей;

V - скорость соединения, Гбит/с;

E - удельная нагрузка, Эрл.

Доля обычных интернет-пользователей со скоростью соединения V = 0,000056 Гбит/с и удельной нагрузкой E = 0,04 Эрл составляет 10%.

Bop = 0,1 х 0,000056 х 0,04 х 637288 = 0,143 Гбит/с.

Доля DSL-пользователей со скоростью соединения V = 0,001 Гбит/с и удельной нагрузкой E = 0,2 Эрл составляет 36%.

Bdsl = 0,36 х 0,001 х 0,2 х 637288 = 46 Гбит/с.



Доля пользователей выделенной линии со скоростью соединения V = 0,001 Гбит/с и удельной нагрузкой E = 0,2 Эрл составляет 54%.

Bvl = 0,54 х 0,001 х 0,2 х 637288 = 69 Гбит/с.

Тогда по формуле 3.8 получим:

B0 = 0,183 + 0,143 + 46 + 69 + 10 = 125,3 Гбит/с.

Итак, при скорости интерфейсного потока в 10 Гбит/с требуемое число каналов составит N = B0 / 10 = 13 каналов.

В периоды пиковых нагрузок требуемая пропускная способность магистрали возрастает. Предположим, что она может увеличиться в полтора раза. Тогда требуемое число каналов составит N = 1,5 х 13 = 20 каналов.

Определим возможную длину регенерационного участка. Необходимо отдельно рассчитать длины участка по затуханию (La) и по дисперсии (Lw), так как причины, ограничивающие предельные значения этих величин, независимы друг от друга.

В общем случае необходимо рассчитывать два значения длины регенерационного участка по затуханию:

Lamax - максимальная проектная длина участка регенерации;

Lamin - минимальная проектная длина участка регенерации.

Расчеты выполним по выражениям 3.11 - 3.13:

,(3.11)

,(3.12)



,(3.13)

где:

Amax, Amin (дБ) - максимальное/минимальное значение перекрываемого затухания аппаратуры ВОСП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок BER < 1 х 10-10; для оборудования Huawei Optix BWS 1600g значения параметров составляют Amax = 32 дБ, Amin = 1 дБ;

M = 6 дБ - системный запас ВОСП по кабелю на участке регенерации;

n = 2 - количество разъемных оптических соединений на участке регенерации;

Ars = 0,5 дБ - значение затухания мощности сигнала на разъемных оптических соединениях;

Aok = 0,25 дБ/км - километрическое затухание волокна Corning LEAF;

Ans = 0,05 дБ - среднее значение затухания мощности сигнала на неразъемных оптических соединениях;

Lstr = 4 км - строительная длина кабеля;

D = 4 пс/нм*км - дисперсия одномодового оптоволокна Corning LEAF;

d = 0,1 нм - ширина спектра ПОМ Huawei Optix BWS 1600g;

B = 9953 МГц - широкополосность передаваемого сигнала.

Тогда, используя выражения 3.11 - 3.13, получим:

Lamax = (32 - 6 - 2 х 0,5) / (0,25 + 0,05 / 4) = 95,2 км;

Lamin = 1 / (0,25 + 0,05 / 4) = 3,81 км;

Lw = 4,4 x 105 / (4 х 0,1 х 9953) = 110,51 км.

Итак, длина участка должна быть в пределах от 3,81 км до 95,2 км. В таблице 3.2 приведены проектные длины участков.

При передаче сигналов по ВОЛС используются методы импульсной кодовой модуляции, т.е. передаваемая информация представляется в виде двоичных кодов - битов 1 и 0, причем 1 соответствует высокому уровню мощности, а 0 - низкому. Модулированный сигнал передается по ОВ импульсами с длительностью 0 и скоростью передачи B0 бит/с. В процессе распространения вследствие дисперсии происходит «размывание» импульсов, т.е. увеличение их длительности.

Если длительность полученных приемником импульсов превысит битовый интервал, то произойдет наложение соседних импульсов друг на друга, что вызовет межсимвольную интерференцию. Следовательно, приемник не сможет распознать отдельные импульсы, и в результате этого увеличится коэффициент битовых ошибок BER. Битовый интервал T0 (пс) связан со скоростью передачи сигналов B0 соотношением 3.14:

.(3.14)

Для стандарта STM-64 получаем T0 = 100,5 пс.

Таблица 3.2 - Длины кабельных участков на трассе Иркутск - Чита

ЖД	Км	Станция	Протяженность участка, км	Расстояние, км
В.-Сиб. ЖД	5185	Иркутск-Пасс.	38		0
	5223	Большой Луг		88	38
	5311	Слюдянка I	41		126
	5352	Байкальск		68	167
	5420	Танхой	57		235
	5477	Мысовая		66	292
	5543	Тимлюй	60		358
	5603	Татаурово		38	418
	5641	Улан-Удэ	48		456
	5689	Заиграево		61	504
	5750	Горхон	34		565
Заб. ЖД	5784	Петровский Завод		43	599
	5827	Новопавловка	56		642
	5883	Бада		50	698
	5933	Хилок	59		748
	5992	Харагун		62	807
	6054	Могзон	65		869
	6119	Яблоновая		75	934
	6194	Чита II			1009

Максимальная длительность импульса определяется отношением 3.15:

.(3.15)

Следовательно, при скорости передачи B0 = 9953 Мбит/с допустимая длительность импульса составит  = 50,236 пс.

Начальная длительность импульса определяется из выражения 3.16:

.(3.16)

Для STM-64 0 = 25,118 пс.

Конечная длительность импульса на i-м участке выражается через его начальную длительность 0 соотношением 3.17:

,(3.17)

где:

rezCi - полная результирующая дисперсия на i-м участке с учетом компенсации.

Проведем расчет дисперсии для каждого участка из таблицы 3.2.

Поляризационная модовая дисперсия pmd (пс) для i-го участка рассчитывается из выражения 3.18:

,(3.18)

где:

Dpmd =0,1 пс/км - заявленная производителем ПМД волокна;

Li - длина i-го участка, км.

Результаты расчетов ПМД приведены в таблице 3.3.

Хроматическая дисперсия i-го участка в пикосекундах определяется из выражения 3.19:

.(3.19)

Результаты расчетов сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.3 - Участковые значения ПМД на трассе Иркутск - Чита

№ п.п.	Участок	Длина участка, км	ПМД, пс
1	Иркутск-Пасс. - Большой Луг	38	0,616
2	Большой Луг - Слюдянка I	88	0,938
3	Слюдянка I - Байкальск	41	0,640
4	Байкальск - Танхой	68	0,825
5	Танхой - Мысовая	57	0,755
6	Мысовая - Тимлюй	66	0,812
7	Тимлюй - Татаурово	60	0,775
8	Татаурово - Улан-Удэ	38	0,616
9	Улан-Удэ - Заиграево	48	0,693
10	Заиграево - Горхон	61	0,781
11	Горхон - Петровский Завод	34	0,583
12	Петровский Завод - Новопавловка	43	0,656
13	Новопавловка - Бада	56	0,748
14	Бада - Хилок	50	0,707
15	Хилок - Харагун	59	0,768
16	Харагун - Могзон	62	0,787
17	Могзон - Яблоновая	65	0,806
18	Яблоновая - Чита-II	75	0,866

Таблица 3.4 - Участковые значения хроматической дисперсии на трассе Иркутск - Чита

№ п.п.	Участок	Длина участка, км	Хроматическая дисперсия, пс
1	Иркутск-Пасс. - Большой Луг	38	15,2
2	Большой Луг - Слюдянка I	88	35,2
3	Слюдянка I - Байкальск	41	16,4
4	Байкальск - Танхой	68	27,2
5	Танхой - Мысовая	57	22,8
6	Мысовая - Тимлюй	66	26,4
7	Тимлюй - Татаурово	60	24,0
8	Татаурово - Улан-Удэ	38	15,2
9	Улан-Удэ - Заиграево	48	19,2
10	Заиграево - Горхон	61	24,4
11	Горхон - Петровский Завод	34	13,6
12	Петровский Завод - Новопавловка	43	17,2
13	Новопавловка - Бада	56	22,4
14	Бада - Хилок	50	20,0
15	Хилок - Харагун	59	23,6
16	Харагун - Могзон	62	24,8
17	Могзон - Яблоновая	65	26,0
18	Яблоновая - Чита-II	75	30,0

.(3.20)

Рассчитанные значения приведены в таблице 3.5.



Таблица 3.5 - Участковые значения полной дисперсии на трассе Иркутск - Чита

№ п.п.	Участок	Длина участка, км	Полная дисперсия, пс
1	Иркутск-Пасс. - Большой Луг	38	15,2
2	Большой Луг - Слюдянка I	88	35,2
3	Слюдянка I - Байкальск	41	16,4
4	Байкальск - Танхой	68	27,2
5	Танхой - Мысовая	57	22,8
6	Мысовая - Тимлюй	66	26,4
7	Тимлюй - Татаурово	60	24,0
8	Татаурово - Улан-Удэ	38	15,2
9	Улан-Удэ - Заиграево	48	19,2
10	Заиграево - Горхон	61	24,4
11	Горхон - Петровский Завод	34	13,6
12	Петровский Завод - Новопавловка	43	17,2
13	Новопавловка - Бада	56	22,4
14	Бада - Хилок	50	20,0
15	Хилок - Харагун	59	23,6
16	Харагун - Могзон	62	24,8
17	Могзон - Яблоновая	65	26,0
18	Яблоновая - Чита-II	75	30,0

На раздельных пунктах производится компенсация дисперсии. Характеристики модулей компенсации дисперсии Huawei Optix BWS 1600g приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Характеристики DCM Huawei Optix BWS 1600g

Наименование модуля	Вносимое затухание, дБ	Компенсируемая длина участка, км	Полная отрицательная дисперсия модуля, пс
DCM-A	4	20	-8,012
DCM-B	5	40	-16,012
DCM-C	6	60	-24,012
DCM-D	7	80	-32,012
DCM-E	8	100	-40,012



Значения полной дисперсии на каждом участке с учетом компенсации сведены в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 - Результирующая дисперсия по участкам на трассе Иркутск - Чита

№ п.п.	Участок	Длина участка, км	Модуль компенсации	Результирующая дисперсия, пс
1	Иркутск-Пасс. - Большой Луг	38	DCM-B	-0,8
2	Большой Луг - Слюдянка I	88	DCM-D	3,2
3	Слюдянка I - Байкальск	41	DCM-B	0,4
4	Байкальск - Танхой	68	DCM-C	3,2
5	Танхой - Мысовая	57	DCM-C	-1,2
6	Мысовая - Тимлюй	66	DCM-C	2,4
7	Тимлюй - Татаурово	60	DCM-C	0
8	Татаурово - Улан-Удэ	38	DCM-B	-0,8
9	Улан-Удэ - Заиграево	48	DCM-B	3,2
10	Заиграево - Горхон	61	DCM-C	0,4
11	Горхон - Петровский Завод	34	DCM-B	-2,4
12	Петровский Завод - Новопавловка	43	DCM-B	1,2
13	Новопавловка - Бада	56	DCM-C	-1,6
14	Бада - Хилок	50	DCM-B	4
15	Хилок - Харагун	59	DCM-C	-0,4
16	Харагун - Могзон	62	DCM-C	0,8
17	Могзон - Яблоновая	65	DCM-C	2
18	Яблоновая - Чита-II	75	DCM-D	-2

Величины конечной длительности импульса на i-м участке с учетом влияния дисперсии и ее компенсации, рассчитанные по формуле 3.17, представлены в таблице 3.8.



Таблица 3.8 - Длительность импульса данных при передаче по трассе Иркутск - Чита

№ п.п.	Участок	Длина участка, км	Длительность импульса, пс
Начальная длительность	25,118
1	Иркутск-Пасс. - Большой Луг	38	25,131
2	Большой Луг - Слюдянка I	88	25,334
3	Слюдянка I - Байкальск	41	25,337
4	Байкальск - Танхой	68	25,538
5	Танхой - Мысовая	57	25,566
6	Мысовая - Тимлюй	66	25,679
7	Тимлюй - Татаурово	60	25,679
8	Татаурово - Улан-Удэ	38	25,691
Регенерация	25,118
9	Улан-Удэ - Заиграево	48	25,321
10	Заиграево - Горхон	61	25,324
11	Горхон - Петровский Завод	34	25,438
12	Петровский Завод - Новопавловка	43	25,466
13	Новопавловка - Бада	56	25,516
14	Бада - Хилок	50	25,828
15	Хилок - Харагун	59	25,831
16	Харагун - Могзон	62	25,843
17	Могзон - Яблоновая	65	25,921
18	Яблоновая - Чита-II	75	25,998

Величина затухания на i-м участке определяется по формуле 3.18:

,(3.18)

где:

nnsi - количество неразъемных сварных соединений на i-м участке, определяемое отношением длины участка к строительной длине кабеля.

Рассчитанные величины затухания приведены в таблице 3.9.



Таблица 3.9 - Участковые величины затухания в кабеле на трассе Иркутск - Чита

№ п.п.	Участок	Длина участка, км	Величина затухания, дБ
1	Иркутск-Пасс. - Большой Луг	38	11
2	Большой Луг - Слюдянка I	88	24,1
3	Слюдянка I - Байкальск	41	11,8
4	Байкальск - Танхой	68	18,85
5	Танхой - Мысовая	57	16
6	Мысовая - Тимлюй	66	18,35
7	Тимлюй - Татаурово	60	16,75
8	Татаурово - Улан-Удэ	38	11
9	Улан-Удэ - Заиграево	48	13,6
10	Заиграево - Горхон	61	17,05
11	Горхон - Петровский Завод	34	9,95
12	Петровский Завод - Новопавловка	43	12,3
13	Новопавловка - Бада	56	15,7
14	Бада - Хилок	50	14,15
15	Хилок - Харагун	59	16,5
16	Харагун - Могзон	62	17,3
17	Могзон - Яблоновая	65	18,1
18	Яблоновая - Чита-II	75	20,7

3.5 Анализ параметров оптической линии

Технические требования к линии связи обычно задаются с помощью допустимого значения коэффициента ошибок BER (Bit Error Rate), который зависит от конкретного приложения и может меняться от 10-3 для случая цифровой передачи голоса до 10-12 для передачи данных. Для того чтобы линия связи могла поддерживать большое число приложений, она должна иметь очень низкое значение BER. Система DWDM должна иметь низкое значение BER на каждом из каналов по отдельности.

Чувствительность приемника показывает, при какой минимальной мощности принимаемого сигнала приемник еще обеспечивает требуемое значение BER. Чтобы определить уровень мощности сигнала, который попадает на приемник, необходимо знать бюджет линии связи - суммарные потери мощности на всех компонентах от передатчика до приемника.

Разность между мощностью сигнала, поступающего в приемник, и чувствительностью приемника - важная величина, которую называют запасом потерь линии связи. Обычно при проектировании линий связи запас потерь должен составлять не менее 5 дБ. Как бы аккуратно и тщательно не был подсчитан бюджет линии, значения каких-то величин могут оказаться больше ожидаемых; кроме того, возможно появление неучтенных источников потерь. Номинальные значения характеристик, указанные поставщиком, также иногда могут отличаться от их фактических значений. Поэтому при проектировании линии связи необходимо предусматривать некоторый запас по потерям.

На основании рассчитанных данных можно построить диаграмму уровней сигнала на линии в обоих направлениях: Иркутск - Чита (рисунок 3.9) и Чита - Иркутск (рисунок 3.10). Проанализируем эти диаграммы.

Уровень мощности сигнала источника излучения, который может обеспечить OTU E2LWF системы Huawei Optix BWS 1600g, в нормальных условиях должен находиться в пределах -5…0 дБм. Колебания мощности могут быть обусловлены температурными воздействиями или старением лазера. Для данного участка установлена мощность источника -2 дБм в обоих направлениях.



Уровень мощности сигнала на приемнике для оборудования Huawei Optix BWS 1600g должен находиться в пределах -14…0 дБм. Это условие распространяется как на терминальное оборудование оконечных пунктов, так и на оборудование пунктов ввода/вывода каналов. Пределы отмечены на диаграммах красным цветом.

Значение затухания мощности сигнала на OTM при мультиплексировании/демультиплексировании 13-ти каналов составляет 6 дБм. При увеличении числа каналов до 20-ти затухание может достигнуть 8 дБм. Затухание мощности сигнала на OADM составляет 3 дБм. Значения затухания мощности в компенсаторах дисперсии приведены в таблице 3.6.

Значения мощности на приеме в направлении Иркутск - Чита приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10 - Мощность сигнала на приеме в направлении Иркутск - Чита

№ п.п.	Пункт приема сигнала	Мощность сигнала, дБм
1	Слюдянка-I	-4
2	Байкальск	-4
3	Тимлюй	-3
4	Улан-Удэ	-5
5	Петровский Завод	-4
6	Хилок	-4
7	Чита-II	-4

Запас по мощности приема, таким образом, составляет не менее 9 дБм. Этого значения достаточно, чтобы качество приема оставалось в допустимых пределах в течение всего срока службы оборудования с учетом воздействия вредных факторов.

Наивысший уровень мощности сигнала в линии составляет 7 дБм. Этот уровень достигается на участках Большой Луг - Слюдянка-I и Яблоновая - Чита-II. Нелинейные же эффекты начинают особенно сильно проявляться при мощностях сигнала свыше 17 дБм.

Минимальный уровень мощности сигнала в линии составляет -29 дБм. Он достигается на участках Байкальск - Танхой и Заиграево - Горхон. Нижний порог чувствительности оптических усилителей составляет -34 дБм.

Значения мощности на приеме в направлении Иркутск - Чита приведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11 - Мощность сигнала на приеме в направлении Чита - Иркутск

№ п.п.	Пункт приема сигнала	Мощность сигнала, дБм
1	Хилок	-4
2	Петровский Завод	-4
3	Улан-Удэ	-4
4	Тимлюй	-4
5	Байкальск	-4
6	Слюдянка-I	-4
7	Иркутск-Пасс.	-4

Запас по мощности приема, таким образом, составляет не менее 10 дБм.

Наивысший уровень мощности сигнала в линии составляет 12 дБм. Этот уровень достигается на участке Чита-II - Яблоновая. Напомним, что нелинейные эффекты начинают особенно сильно проявляться при мощностях сигнала свыше 17 дБм.

Минимальный уровень мощности сигнала в линии составляет -28 дБм на участке Тимлюй - Мысовая.

Подведем итоги. Системный запас по мощности приема составляет 9-10 дБм. Этого достаточно для поддержания приемлемого качества сигнала на протяжении гарантированного срока службы оборудования. Минимальный уровень сигнала в линии не опускается ниже -29 дБм при нормальных условиях. Нижний порог чувствительности оптических усилителей составляет -34 дБм, т.е. существует запас по мощности не менее 5 дБм. Максимальная мощность сигнала в линии достигает 12 дБм. Нелинейные эффекты начинают проявляться при уровне сигнала свыше 17 дБм. Таким образом, существует запас по мощности усиления в 5 дБм.

Уширение импульса за счет дисперсии не оказывает существенного влияния на качество передаваемого сигнала благодаря ее своевременной компенсации. Подробные расчеты были проведены в пункте 3.4.

Нелинейные эффекты обычно обнаруживаются только в процессе эксплуатации сети, предсказать их появление и степень воздействия не представляется возможным. Известно, что на возникновение нелинейностей сильно влияет высокий уровень мощности сигнала. Этот параметр учтен и приведен в расчетах.

В системе Huawei Optix BWS 1600g предусмотрена возможность дистанционного мониторинга параметров оборудования и состояния оптического тракта, что позволяет своевременно обнаруживать возникновение неисправностей и аномалий.

4. Раздел информационной безопасности

Важнейшая составляющая системы защиты информации - обеспечение физической безопасности системы передачи данных. Угрозам подвергается не только оборудование DWDM, установленное в узлах линии связи, но и сам оптический тракт - кабель, подвешенный на опорах КС, и места его соединения (муфты). К числу таких угроз можно отнести:

естественные факторы (в т.ч. климатические);

вредоносные действия человека.

Участок сети проходит по территориям Иркутской и Читинской областей, а также республики Бурятия. В этих районах господствует резко-континентальный климат, который характеризуется большими амплитудами колебаний температур, как годовых, так и суточных. В этих условиях в холодное время года возможно промерзание оптических муфт вследствие конденсации влаги и ее последующего замерзания (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Последствия промерзания оптической муфты

Существенной угрозой целостности кабеля являются также ураганы и землетрясения, которые нередки в южных и юго-восточных районах Байкала.

Вредоносные действия человека чаще всего проявляются в виде воровства участка кабеля.

Для восстановления кабеля и муфт после повреждений вдоль всего участка сети размещаются ремонтно-восстановительные бригады.

Также важной физической составляющей информационной безопасности сети является электробезопасность. Установка дополнительных источников питания не только помогает предотвратить повреждение оборудования от скачков напряжения и возгорания, но также предотвращает потери данных при отключении питания. На рисунке 4.2 показан типовой пример размещения дополнительных источников питания и стабилизаторов напряжения в стойках с оборудованием Huawei Optix BWS1600g.

Рисунок 4.2 - Размещение источников питания в типовой конфигурации терминального мультиплексора Huawei Optix BWS 1600g

На узлах линии связи должна быть предусмотрена возможность установки генераторов на случай долговременного отключения электроэнергии.

В процессе анализа информационных угроз безопасности сети можно выделить три их источника:

недостатки применяемой системы защиты;

вредоносные программы;

нарушители.

Каждый из этих источников угроз является комплексным и должен быть рассмотрен.

Недостатки системы защиты. Любая система защиты строится вокруг некоторой операционной системы, использующей стандартные протоколы для связи. Система защиты использует определенные средства или механизмы, требующие правильной настройки. Кроме этого необходимо правильно применять эти средства защиты.

Отсюда выделим три возможных недостатка системы защиты:

Технические недостатки. К ним можно отнести недостатки используемых стандартных сетевых протоколов передачи данных (уязвимость соответствующих сервисов, построенных на их основе), бреши в операционных системах, несовершенность параметров защиты сетевого оборудования;

Конфигурационные недостатки, такие, как использование простых паролей, неправильная настройка использования служб и протоколов, неправильная конфигурация сетевого оборудования и т.п.;

Недостатки применения. К ним относятся несоответствие программно-аппаратных средств используемой политике защиты, недокументированность политики защиты, отсутствие алгоритма действий при вторжениях и плана восстановления системы, внутренние разногласия и конфликты в организации и т.д.

Вредоносные программы. Существует три типа вредоносных программ - вирус, червь и «троянский конь».

Вирус - это вредоносный машинный код, который внедряется (заражает) в рабочие программы и исполняемые файлы. Для активизации вируса необходимо запустить зараженную программу. Вирус может находиться в компьютере долгое время в неактивном состоянии. В заданный момент времени он может активироваться и начать вредоносную деятельность.

Черви - это опасный тип машинного кода, который копирует себя самостоятельно.

В отличие от вирусов, черви запускают себя сами и автоматически рассылают свои копии по электронной почте, что позволяет им быстро распространяться по сети.

«Троянский конь» - это вредоносная программа, которая запускается под видом необходимой программы. Таким способом могут распространяться вирусы или черви.

Нарушители. Лицо, пытающееся получить несанкционированный доступ к сети, является нарушителем. Различают два основных вида нарушителей - взломщик (cracker) и хакер (hacker).

Взломщик - это человек, который пытается без разрешения исследовать систему защиты или взламывать ее. Как правило, деятельность взломщика носит вредоносный характер.

Хакер - это человек, который тестирует целостность и надежность системы защиты. После обнаружения брешей в системе защиты, хакер может выложить эту информацию в Internet. Действия хакера обычно не содержат злого умысла.

Итак, сеть может подвергаться атакам. Существует много типов сетевых атак. Для эффективного противодействия атакам необходимо использование соответствующих средств. Использование необходимого средства противодействия возможно в случае определения типа атаки, поэтому атаки необходимо классифицировать. Можно выделить четыре типа атак:

разведка;

несанкционированный доступ;

блокирование сервиса;

подмена данных.

Разведка представляет собой несанкционированное исследование структуры сети, построение ее карты, мониторинг служб и выявление точек уязвимости.

Атаки несанкционированного доступа используют известные уязвимые места в службах аутентификации, закрытых базах данных, сервисах WEB и FTP.

Атака блокирования сервиса (DoS - Denial of Service) заключается в посылке большого числа запросов на атакуемый узел или сеть, что приводит к перегрузке атакуемого ресурса и замедлению или прекращению обслуживания легальных пользователей.

Атаки типа подмены данных заключаются в перехвате пересылаемых по каналу связи данных, их изменении и повторной передаче.

Для защиты от атак применяют межсетевые экраны.

На рисунке 4.3 показана типовая схема подключения системы управления DWDM с использованием межсетевого экрана.

Рисунок 4.3 - Схема подключения системы управления DWDM с использованием межсетевого экрана

Реализация мероприятий по обеспечению безопасности возложена на организации, обслуживающие оборудование на узлах линии связи.

5. Экономический раздел

В данном разделе проведена оценка экономической эффективности рассматриваемой сети DWDM, приведена стоимость кабеля и оборудования, а также подсчитаны эксплуатационные затраты.

5.1 Постановка экономической задачи

В рамках дипломного проекта исследуются параметры и аномалии участка сети, построенного с использованием технологии DWDM. Контроль этих параметров обеспечивает повышение показателей надежности сети передачи данных, а следовательно сокращение трудозатрат на операции по выявлению и устранению неисправностей, ошибок и возможных угроз с точки зрения информационной безопасности. Также в перспективе могут сократиться материальные затраты.

Технология DWDM является наиболее перспективной технологией передачи данных по оптическим каналам связи. По сравнению с наиболее распространенной на данный момент технологией SDH она позволяет:

в десятки раз увеличить пропускную способность существующей линии связи без существенных капитальных затрат (нет необходимости в дополнительной прокладке кабеля);

существенно снизить затраты на расширение и модернизацию сети.

Современные сети связи, несмотря на постоянное развитие и модернизацию, всегда можно охарактеризовать набором неизменных принципов, в частности таких:

использование различных технологий доступа к данным и устройствам;

большое количество производителей оборудования и программного обеспечения;

множество сервисных платформ, используемых операторами;

стремление операторов уменьшить время, затрачиваемое на разработку и внедрение новых услуг для абонентов;

массовое предоставление таких услуг, а также возможность конфигурирования их параметров, в том числе и самими абонентами.

Учитывая эти особенности, можно сказать, что на современном этапе развития внедрение новых перспективных технологий является важной и актуальной задачей.

В данном разделе рассчитываются затраты на построение и эксплуатацию участка сети, а также определяется его экономическая эффективность и производится сравнение с аналогичными системами технологии TDM.

5.2 Расчет затрат и определение экономической эффективности

Для формирования экономической оценки эксплуатации сети передачи данных, следует определить затраты на ее разработку.

Основные (капитальные) затраты являются важнейшим экономическим показателем, так как непосредственно характеризуют, во что обходится организация системы связи.

В структуре основных затрат учитываются расходы на покупку оптического кабеля и оборудования, их транспортировку, монтаж, отладку.

Таким образом, единовременные затраты на приобретение основных средств определяются по формуле 5.1:

(руб.),(5.1)

где:

Ц - цена приобретенного средства (руб.);

n - число приобретаемых основных средств;

Кд = 1,05 - коэффициент, учитывающий затраты на приобретение и доставку (5% от стоимости);

Км = 1,1 - коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и наладку (10% от стоимости).

Капитальные затраты на построение участка сети отражены в таблице 5.1. На рисунке 5.1 представлена диаграмма распределения капитальных вложений.

Таблица 5.1 - Затраты на основные средства

№ п.п	Наименование затрат	Единицы измерения	Кол-во единиц	Сметная стоимость единицы, тыс. руб	Общая стоимость, тыс. руб.
А. Оборудование DWDM OptiX BWS 1600G фирмы Huawei Technologies
1	OTM/OTDM (OTU E2LWF, V40, D40, SCC, PBU)	шт.	6	5653	33918
2	OADM (OTU E2LWF, MR2, SCC, PBU)	шт.	5	1509	7545
3	DCM-B	шт.	14	49	686
4	DCM-C	шт.	18	85	1530
5	DCM-D	шт.	4	102	408
6	OAU (E3OAUC01, E3OBUC05, OPU)	шт.	38	81	3078
Итого по разделу А	47165
Б. Оптический кабель
7	ДПТа-Э-24Н-4(6)-6кН	Км	1009	60	60540
Итого (А+Б)	107705
8	Стоимость неучтенного оборудования	%	10		10770,5
Итого	118475,5



Рисунок 5.1 - Структура распределения затрат на основные средства

Из диаграммы видно, что основную часть капиталовложений составляют затраты на приобретение кабеля и оборудования. Высокая стоимость монтажа и отладки оборудования обусловлена дефицитом квалифицированных специалистов по технологии DWDM.

По формуле 5.1 получаем:

Зос = 118475,5 х 1,05 х 1,1 = 136839,2 тыс. руб.

Материальные затраты на эксплуатацию включают в себя приобретение запчастей, топлива, расходных материалов и принимаются равными 5% от основных затрат. Таким образом, материальные затраты на эксплуатацию составляют Змат = 136839,2 х 0,05 = 6841,96 тыс. руб.

Затраты на электроэнергию определяются по формуле 5.2:

,(5.2)

где:

P - установленная мощность оборудования (ватт);

n - число одноименных средств (шт.);

m - число групп средств;

Fд - действительный фонд используемого времени (час.);

Ки - коэффициент использования времени;

b - тарифная ставка (руб./кВт*час).

Установленные характеристики потребляемой мощности оборудования заимствованы в технической документации к оборудованию и приведены в таблице 5.2.

Система эксплуатируется круглосуточно, без перерывов, отсюда:

Fд = 24 х 365 = 8760 ч;

Ки = 1;

b = 1,5 руб./кВт*час - тарифная ставка для предприятий в среднем по Иркутской, Читинской областям и по республике Бурятия.

Таблица 5.2 - Потребляемая мощность оборудования

№ п.п.	Наименование оборудования	Кол-во единиц оборудования, шт.	Потребляемая мощность единицы, ватт	Суммарная потребляемая мощность, ватт
1	OTU E2LWF	120	36	4320
2	OTM V40	3	50	150
3	OTDM D40	3	22	66
4	OADM MR2	50	7,5	375
5	E3OAUC01	27	50	1350
6	E3OBUC05	1	30	30
7	OPU	10	22	220
8	SCC	62	11	682
9	PBU	38	160	6080
Итого	13273

Годовые затраты на электроэнергию по формуле 5.2 составят:

Зэ = 13273 х 8760 х 1 х 1,5 х 0,001 = 174407,22 руб = 174,407 тыс. руб.



Еще одним из важных критериев затрат является критерий затрат на оплату труда специалистов.

Затраты на оплату труда в совокупности называются фондом оплаты труда и состоят из элементов, показанных на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Схема образования фонда оплаты труда

Количество технического персонала, осуществляющего управление, обслуживание и профилактику оборудования на оконечных пунктах и пунктах регенерации сигнала, составляет 2 человека на пункт. Всего на линии три таких пункта; они расположены на станциях Иркутск-Пассажирский, Улан-Удэ, Чита-II.

Численность персонала аварийно-восстановительных бригад составляет 12 человек.

Средняя заработная плата работников принимается равной 20000 руб./месяц.

Годовой фонд оплаты труда можно рассчитать по формуле 5.3:

,(5.3)

где:

Зср - суммарная заработная плата работников;

a - процент доплат к заработной плате, предназначенный на оплату отпусков и других неявок, разрешенных законом (15% от Зср);

Нс - социальный налог; составляет 26 % от фонда заработной платы.

Итак, по формуле 5.3 годовой фонд оплаты труда составляет:

Фо = 18 х 20000 х 1,15 х 1,26 х 0,001 х 12 = 6259,68 тыс. руб.

Прочие затраты примем равными 1% от основных затрат. Тогда они составят: Зпроч = 136839,2 х 0,01 = 1368,392 тыс. руб.

Результаты расчетов годовых эксплуатационных затрат приведены в таблице 5.3 и наглядно представлены на рисунке 5.3.

Таблица 5.3 - Затраты на эксплуатацию

№ п.п.	Наименование статей	Сумма в тыс. руб.	% к итогу
1	Материальные затраты	5923,78	43%
2	Затраты на оплату труда	6259,68	46%
3	Затраты на электроэнергию	174,41	1%
4	Прочие затраты	1368,39	10%
Итого	13726,25	100%

Рисунок 5.3 - Диаграмма годовых эксплуатационных затрат

Как видно из диаграммы, основную долю годовых эксплуатационных затрат составляют затраты на оплату труда и материальные затраты.

Экономическая эффективность - результат экономической деятельности, экономических программ и мероприятий, характеризуемая отношением полученного экономического эффекта, результата к затратам факторов, ресурсов, обусловившим получение этого результата, достижение наибольшего объема производства с применением ресурсов определенной стоимости.

Рассчитаем доходы от предоставления услуг связи. В соответствии с расчетами, проведенными в разделе 3, планируется сдавать в аренду 13 каналов связи с пропускной способностью до 10 Гбит/с. В дальнейшем остаётся возможность расширения предоставляемых услуг связи за счет 7-ми резервных каналов связи.

Рассчитаем годовую стоимость предоставления услуг связи по формуле 5.4:

(тыс. руб),(5.4)

где:

N - количество предоставляемых каналов связи;

C - стоимость аренды одного канала в месяц.

Согласно ценам текущего года, стоимость аренды одного канала связи с пропускной способностью 10 Гбит/с составляет 580 тыс. руб.

По формуле 5.4 получаем: Д = 12 х 13 х 580 = 90480 тыс. руб.

Ежегодная прибыль может быть вычислена по формуле 5.5:

(тыс. руб.),(5.5)

где:

Зэ - эксплуатационные затраты (из таблицы 5.3);

НДС - налог на добавленную стоимость, составляющий 18% от суммы дохода Д. Таким образом: НДС = 90480 х 0,18 = 16286,4 тыс. руб.

По формуле 5.5 рассчитаем годовую прибыль:



П = 90480 - 13726,25 - 16286,4 = 60467,35 тыс. руб.

Использование технологии DWDM по сравнению с использованием более ранней технологии SDH (TDM) приносит значительную выгоду. Это связано со сложностью реализации высокоскоростной передачи данных на большие расстояния в технологии TDM. Затраты на организацию большого числа каналов связи также будут более высокими. Сравнение прибыльности сети DWDM с аналогичной по пропускной способности сетью TDM показано на рисунке 5.4. Срок окупаемости капитальных затрат найдем по формуле 5.6.

(лет),(5.6)

где:

Тн - нормативный срок окупаемости затрат. Он вычисляется по формуле 5.7:

(лет),(5.7)

E - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений. Он представляет из себя ту долю капитальных вложений, которая должна возвращаться ежегодно вместе с выручкой. Для отрасли траспорта и связи этот коэффициент равен E = 0,12.

Тогда по формуле 5.7: Тн = 1 / 0,12 = 8,3 года.

С учетом этого результата, по формуле 5.6 получаем:

Т = 136839,2 / 60467,35 = 2,26 года.



Рисунок 5.4 - Сравнение сетей DWDM и TDM

За 2,3 года участок сети полностью окупает все связанные с ним затраты, после чего начинает приносить колоссальную прибыль. Однако еще остаётся неучтённым и тот момент, что ресурсоёмкость данной системы задействована не полностью. Отсюда появляются возможности дальнейшего роста прибыли, повышения надежности системы, ее расширения, снижения тарифов, повышения заработной платы обслуживающему персоналу.

Анализ проведенной работы показывает:

Затраты на построение и введение в эксплуатацию участка волоконно-оптической линии связи составляют 136839,2 тыс. руб. Основной объем затрат (до 80%) приходится на закупку кабеля и оборудования системы передачи Huawei Optix BWS 1600g, как отражено на диаграмме 5.1.

Эксплуатационные затраты в расчете на год составляют 13726,25 тыс. руб. основную их часть составляют затраты на оплату труда (46%) и материальные затраты - на запасные части и расходные материалы (43%). Эти сведения отражены на диаграмме 5.3.

Полная окупаемость проекта в соответствии с текущими тарифами составляет 2,3 года. Прибыльность проекта сети DWDM уже на этом этапе выше аналогичного, использующего технологию TDM. Следует учесть, что ресурсы системы использованы не полностью (13 каналов из 20-ти). В будущем система может быть легко расширена до 40 каналов.

Исходя из результатов вычислений и принимая во внимание сроки окупаемости проекта, можно сделать вывод, что проект участка сети DWDM, описанный в данном дипломном проекте, является экономически эффективным и конкурентоспособным.

Заключение

В данном дипломном проекте были рассмотрены основные аспекты применения технологии DWDM на уже существующем участке сети большой протяженности. При этом особое внимание было уделено анализу параметров ВОЛС и аномалий, возникающих в процессе эксплуатации сети, их влияния на передаваемый сигнал, а также методам их обнаружения и контроля.

В первом разделе дипломного проекта приведены общие сведения об исследуемом участке сети Иркутск - Чита и его технические спецификации (характеристики кабеля и оборудования), а также основные принципы технологии волнового мультиплексирования.

Во втором разделе более подробно описана организация передачи данных по ВОЛС применительно к технологии DWDM. Были определены специфики технических требований к сети DWDM, описаны технологические решения, применяемые в сетевом оборудовании, рассмотрены характеристики различных типов оптических волокон и аспекты применения помехоустойчивого кодирования.

Третий (основной) раздел посвящен непосредственно исследованию параметров и аномалий участка сети Иркутск - Чита. Здесь описывается влияние климата и различных оптических эффектов на параметры линии связи, приведен обзор контрольно-измерительного оборудования, используемого для наблюдения за этими параметрами. Также в этом разделе проведены расчеты основных оптических показателей - затухания и дисперсии. По результатам расчетов были построены диаграммы распределения мощности передаваемого сигнала. После анализа полученных данных были сделаны выводы о степени влияния различных факторов на параметры ВОЛС.

В разделе информационной безопасности рассмотрены основные факторы, представляющие угрозу работоспособности линии связи: физические воздействия на оптический кабель, несанкционированный доступ и повреждение оборудования или данных. Также затронут вопрос об электробезопасности.

В экономическом разделе проведена оценка экономической эффективности рассматриваемой сети DWDM, приведена стоимость кабеля и оборудования, а также подсчитаны эксплуатационные затраты.

Список литературы

1. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM). М.: Радио и связь, 2008.

2. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. М: Эко-трендз, 2009.

3. Андрэ Жирар. Руководство по технологии и тестированию систем WDM. М.: EXFO, 2010. Пер. с англ. под ред. А.М. Бродниковского, Р.Р. Убайдуллаева, А.В. Шмалько.

4. Рекомендация ITU-T G.652. Характеристики одномодового оптического волокна.

5. Рекомендация ITU-T G.653. Характеристики одномодового оптического волокна с нулевой несмещенной дисперсией.

6. Рекомендация ITU-T G.655. Характеристики одномодового оптического волокна с ненулевой смещенной дисперсией.

7. Рекомендация ITU-T G.975. Forward error correction.

8. Рекомендация ITU-T G.662. Общие характеристики оптических усилителей и систем.

9. Рекомендация ITU-T G.692. Технические параметры систем передачи со спектральным (волновым) уплотнением.

10. Huawei Technologies Optix BWS 1600G technical description.

Размещено на Allbest.ru