исследование возможности использования одноволоконного режима работы ВОЛС для передачи данных

В большинстве случаев в городах с большим населением ведется точечная застройка. Для операторов проводной связи это вызывает опре-деленные сложности. Во многих районах города кабели уже проложены. Прокладка новых оптических кабелей не всегда является рентабельной, а в некоторых случаях и просто невозможной. Становится актуальной эксплуатация оптических кабелей, проложенных десять или более лет назад в уже существующей кабельной канализации, для цифровизации телефонных сетей связи, это экономически более обосновано, так как необходимо только заменить оборудование сети. Для обеспечения услуг связи в жилых многоквартирных домах применяется технология FTTB, так как это более рациональное использование финансов (кабель с витой парой стоит дешевле и не боится изгибов) оконечное оборудование пользователя при использовании витой пары стоит намного дешевле. При использовании витой пары есть ограничение по длине в сто метров. Внутри жилого здания эта длина обычно не превышается и на половину.

В уже использующемся оборудовании в основном применяется двухволоконный (рисунок 14) режим для связи коммутатора агрегации и коммутатора доступа.

Рисунок 14 ? Схема двухволоконной оптической линии между коммутатором агрегации и коммутатором доступа.

Данный метод двухволоконного режима в современных условиях является не рациональным.

Для экономии оптических волокон операторы связи вводят одно-волоконный режим, используя WDM SFP оптические модули, либо селективные оптические Y- образные разветвители (рис. 15). Стоимость WDM SFP модулей намного выше обычных и так же существенная разница по стоимость между SFP модулями с разными длинами волн. SFP модуль, работающий на длине волны 1310 нм почти в два раза дешевле, чем работающий на длине волны 1550 нм. Селективные Y-образные разветвители экономят средства, относительно WDM SFP модулей.

Для большей экономии средств и простоты подключения можно использовать не селективные Y-образные разветвители.



Рисунок 15 Линия передачи в одноволоконном режиме между коммутатором доступа и коммутатором агрегации.

4 Исследование работы оборудования FTTB в одноволоконном режиме

Задача: исследовать возможность введения одноволоконного режима между двумя коммутаторами QSW-2900-24TX с помощью не селективных Y-образных разветвителей на одной длине волны ? = 1,31 мкм. И расчитать максимально возможную длину волоконной линии, при которой связь будет работать.

4.1 Схема экспериментального установки

Рисунок 16 Схема экспериментальной установки

В экспериментальной установке два коммутатора фирмы «Qtech» «QSW-2900-24TX» с 24 портами «10/100 Base-TX» и двумя оптическими портами. SFP модули : «QSC-SFP10GE-1310» используются простые FC коннекторы, два персональных компьютера, со скоростью передачи данных 44,5 Мб/с, две нормализующие катушки, перестраиваемый оптический аттенюатор и два не селективных Y-образных разветвителя.

Таблица 1 - Характеристики схемы

порты	К1	К2	ПК1	ПК2
QSC-SFP10GE-1310	1 GE	1 GE	-	-
10/100 Base-TX	100 Мбит/с	100 Мбит/с	100 Мбит/с	100 Мбит/с

4.2 Технология проведения исследования

При работе на одной и той же длине волны в одново-локонном режиме на прием и передачу существует опасность появления помех на приеме за счет френелевского отражения в разъемных соединениях не селективных разветвителей и рэлеевского рассеивания в оптических волокнах( рисунок 9).

Рисунок 17 Механизм появления помех

При организации группового канала (trunk) возникает проблема: коммутаторы видят свое излучение, принимая его за входящий сигнал. Связь между ними не может быть установлена. Предполагается, что данная проблема возникает из-за френелевского отражения на выходе Y-образного разветвителя в сторону нормализующей катушки (рисунок 17).

Для устранения данной помехи смачиваем коннекторы на выходе Y-образного разветвителя в сторону нормализующих катушек ( и иммерсионной жидкостью (медицинским глицерином).

Для измерения уровня помехи экспериментальной установки (рис. 9) включаем коммутатор 1. Измеряем помехи, которые передатчик отправляет на собственный приемник в точке . Проделываем ту же операцию для коммутатора 2 в точке .

Данные заносятся в таблицу:

Таблица 2 ? Величина уровня помехи

Точка	Уровень помехи( ), дБм
	?30
	?33

Разброс параметров объясняется разностью приемников и передатчиков оптических сигналов.

Для того, чтобы определить работоспособность предлагаемой системы измеряем поочередно уровни оптических сигналов на приемных устройствах. То есть работает «коммутатор 1» в режиме передачи, а измерения проводим на приемнике «коммутатора 2»

Данные заносятся в таблицу:

Таблица 3 -Величина уровня сигнала

Точка	Уровень сигнала( ), дБм
	?13,4
	?12,8

Разброс параметров так же объясняется разностью приемников и пере-датчиков оптических сигналов.

4.3 Расчет длины абонентской линии при использовании одно-волоконного режима для услуг широкополосного доступа

Производим расчеты.

Для расчета максимальной длины абонентской линии, ограниченной затуханием нам первоначально потребуется вычислить уровень защищенности сигнала :

= - (5)

Данные для расчетов берем из таблиц 2 и 3

: = (-13,4) - (-30) = 20,2 дБ

: = (- 12,8) - (-33) = 16,6 дБ

Данные вносятся в таблицу:

Таблица 4 - Уровень защищенности сигнала

точка	, дБм	, дБм	, дБ
	-13,4	-30	20,2
	-12,8	-33	16,6

Далее вычисляется длина оптической линии, ограниченная затуханием:

L = (6)

Данные берем из таблицы 3

Так как длина волны (л) равна 1310 нм, километрическое затухание () будет равно 0,34 (дБ/км).(справочник по опт волокнам)

: = 59,41 (км)

: = 48,82 (км)

Проверяем теоретический результат экспериментально (внося затуха-ние в линию перестраиваемым оптическим аттенюатором (VOA) (рис. 17), определяется уровень срыва установленного соединения.

В точке обрыв соединения возникает при уровне приема сигнала (-31,4 дБм)

В точке обрыв соединения возникает при уровне приема сигнала (-32,9 дБм)

Данные заносятся в таблицу:

Таблица 5 - Минимальный уровень приема сигнала

точка	, дБм	, дБм	, дБ
	-13,4	-29,1	15,7
	-12,8	-29,9	17,1

Вычисляем длину линии, по формуле (6), зная минимальный уровень приема (таблица 5), мы можем вычислить, максимально допустимую длину абонентской линии.

L = (7)

: = 46,18 (км)

: = 50,29(км)

Данные заносятся в таблицу:

Таблица 6 - Максимальная длина линии

точка	, км	,км
	59,41	46,18
	48,82	50,29

Измеряем скорость передачи данных между ПК 1 и ПК 2 на уровне срыва связи.

U = 183,96 Мб (объем данных)

t > 5,02,37 ( время) за которое передача не была завершена.

Вычисляем скорость передачи данных

V = (8)

V << 1 (Мб/с)

Измеряется уровень приема сигнала :

: = (-29,1 дБм)

: = (-29,9 дБм)

Уменьшается вносимое затухание с помощью аттенюатора и про-водятся измерения.

U = 183,96 Мб (объем данных)

t = 80,87 с ( время передачи данных)

Вычисляем скорость передачи данных по формуле (4):

V = 18,198 Мб/c (скорость передачи данных)

Измеряется уровень приема сигнала :

: = (-28,5 дБм)

: = (-29,4 дБм)

Уменьшается вносимое затухание с помощью аттенюатора и про-водятся измерения.

U = 183,96 Мб (объем данных)

t = 32,96 с ( время передачи данных)

Вычисляем скорость передачи данных по формуле (4):

V = 18,198 Мб/c (скорость передачи данных)

Измеряется уровень приема сигнала: : = (-25,2 дБм)

: = (-26,7 дБм)

Данные заносятся в таблицу:

Таблица 7 - Зависимость скорости передачи данных от уровня сигнала

, дБ	U, Мбайт	t, c	V, Мбит/с
-29,5	183,96	t > 182,37	V<<1
-28,95	183,96	80,87	18,2
-25,95	183,96	32,96	44,4

Как видно из таблицы, при среднем уровне приема (-29,5 дБ) наб-людается уровень срыва связи, связь еще есть, но скорость очень низкая, из-за большого количества ошибок.

При среднем уровне приема (-28,95 дБ) наблюдается устойчивая связь, с маленькой скоростью передачи, из-за ошибок при передачи данных в групповом канале связи.

При среднем уровне приема (-25,95 дБ) наблюдается устойчивая связь, скорость которой ограничена возможностями персональных компьютеров, участвующих в данном опыте.

Вычисляем уровень защищенности сигнала при устойчивой связи по формуле (1): = (-12,8) - (-25,95) = 12,85 (дБ)

Вычисляем максимально допустимое расстояние для стабильной работы абонентской оптической линии по формуле (2): L = 36,71 (км)

Для работы оптической линии в сети FTTB в реальных условиях будем учитывать наименьшую длину (36,71 км). В реальной линии будут допол-нительные потери на сварных соединениях и на коннекторах, которые будут стоять на кроссах, с обоих сторон.

Вычисляем потери на сварных соединениях (?):

?N = 0,02 = 0,31 (дБ) (9)

Где N - количество сварок

L - длина линии

Вычисляем потери на коннекторах, располагающихся на оптических кроссах (:

? = 0,15 * 4 = 0,6 (дБ) (10)

Где m - количество коннекторов

Вычитаем дополнительные потери из экспериментально полученного результата уровня защищенности сигнала ( и пересчитываем максимально допустимую рабочую длину линии (L) по формуле (7):

L== = 35,12 (км)

В реальных городских условиях длина оптической линии от АТС до абонентского коммутатора намного меньше длины L, полученной в расчетной части данной работы. Следовательно данный способ введения одноволоконного режима имеет место быть.

Так как основные помехи вносятся в одноволоконную линию из-за отражения, от концов Y-образных разветвителей, то необходимо использовать в этом месте () (рисунок 17) коннекторы с угловой полировкой (APC) (рисунок 6)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения дипломной работы был выполнен анализ принципов организации сети передачи данных с использованием ВОЛС, были представлены схемные решения по организации одноволоконного режима.

Так же были проведены опыты с использованием оборудования ВОЛС, работающего на одной длине волны в одноволоконном режиме. Были проанализированы проблемы, возникшие при организации волоконного режима на экспериментальной установке и частично устранены.

Был выполнен расчет протяженности абонентской оптической линии в одноволоконном режиме.

Результатом вычислений получилась максимальная длина абонентской оптической линии: L = 35,12 (км)

Был выполнен анализ путей увеличения протяженности длины ВОЛС. Основным решением увеличения протяженности ВОЛС является использование коннекторов APC.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Оптические кабели связи российского производства / А.С. Воронцов, О. И. Гурин, С. Х. Мифтяхетдинов, К. К. Никольский, С. Э. Питерских. ? М.: Эко-Трендз, 2003. - 286с.

2 Дмитриева С. А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы / С. А. Дмитриева, Н. Н. Слепов. ? М.: Техносфера, 2010. - 608с.

3 Дмитриев А. Л. Оптические системы передачи информации / А. Л. Дмитриев - СПБ.: ИТМО, 2007. - 96с.

4 Белов Ю. Увеличение пропускной способности ВОЛП с использованием Y - разветвителей / Ю. Белов, В. Дорош, В. Сморщевский // Первая миля - 2014 - №.3. - С. 48 - 54.

5 Российский разработчик и производитель оборудования связи - URL: http://www.morion.ru/ [17 февраля 2015]

6 Издательство «Нестор» Сетевые решения - URL: http://www.nestor.minsk.by/sr/ [21 февраля 2015]

7 Бурдин В. А. Основы моделирования кусочно - регулярных волоконно - оптических линий передачи сетей связи. - М.: Радио и связь, 2002. - 311с.

Размещено на Allbest.ru