Расчетное число каналов ТЧ должно обеспечить организацию всех требуемых вторичных сетей связи – телефонных, телеграфных, факсовых, передачи данных на проектируемом участке на всех уровнях (магистральном, дорожном, отделенческом). Потребность в каналах определяется объёмом информации, передаваемой между узлами и станциями, которая зависит от интенсивности работы железной дороги.
N=7 → кол-во цифровых потоков проходящих транзитом от соседних дорог
М=2→ кол-во резервных цифровых потоков необходимых для организации обходных каналов при нарушении прямых трактов
К=1→ кол-во отделений одного направления
L=4→ кол-во станций отделения одного направления
Таблица1 Необходимое число каналов на участке связи ОАО РЖД-ДУ
| Участок магистрали | Число канало | Всего каналов ОЦК | Всего потоков Е1 | ||||
| Вида | Каналов ТЦ | Передачи данных | Телеграфных | Факсимильных | |||
| МПС-ДУ | Прямые | ||||||
| Транзитивные | 300*N | 350*N | 70*N | 30*N | |||
| Обходные | 200*М | 250*М | 35*М | 15*М | |||
| МПС-ДУ | Прямые | ||||||
| Обходные | 100*М | 100*М | 20*М | 10*М | |||
| ДУ-ОУ | Прямые | 200*К | 200*К | 30*К | 15*К | ||
| Обходные | |||||||
| ОУ-ОУ | Прямые | ||||||
| Обходные | |||||||
| ОУ-С | Прямые | 50*L | 40*L | 10*L | 3*L | ||
| Итого: |
Таблица 2 Необходимое число каналов на участке связи ДУ-ОД
| Участок магистрали | Число канало | Всего каналов ОЦК | Всего потоков Е1 | ||||
| Вида | Каналов ТЦ | Передачи данных | Телеграфных | Факсимильных | |||
| ДУ-ОУ | Прямые | 200*К | 200*К | 30*К | 15*К | ||
| Обходные | |||||||
| ОУ-ОУ | Прямые | ||||||
| Обходные | |||||||
| ОУ-С | Прямые | 50*L | 40*L | 10*L | 3*L | ||
| Итого: |
6. Выборы архитектуры и топологии транспортной сети
Различают следующие базовые технологии:
1. Топология «точка-точка»
Сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология «точка-точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети. Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала прием/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервирование типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (канал приема/передачи).
2. Топология «последовательная линейная цепь».
Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводится каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1. Последний вариант топологии часто называют «упрощенным кольцом».
3. Топология «кольцо».
Эта топология широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основные преимущество этой топологии – легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приема/передачи: восток-запад, дающий возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.
Из базовых топологий строится архитектура сети. Среди архитектур сетей SDH наиболее популярны радиально-кольцевая и архитектура типа «кольцо-кольцо». Для сетей большой протяженности используется линейная архитектура.
На железной дороги широкое распространение в практике проектирования сетей SDH получила кольцевая топология и радиально-кольцевая архитектура. Данные архитектуры обладают высокой надежностью, с их помощью легко организуется резервирование по схеме 1+1. Сеть дороги строится по многоуровневой кольцевой архитектуре, что еще более увеличивает надежность сети. Дорога разбивается на участки, в пределах которых организуется кольца нижнего уровня, называемые диспетчерскими кругами. В один диспетчерский круг входит до 50 исполнительных станций.
Будем следовать правилам проектирования телекоммуникационных сетей железных дорог, будем строить их по кольцевой топологии с многоуровневым подходом: кольца верхнего уровня и кольца нижнего уровня (диспетчерские круги) со схемой резервирования 1+1.
7 Организация оперативно-технологической связи на участке железной дороги.
Диспетчерский круг строим на базе оборудования мостовой станции QTECH QBM-7400 и на базе оборудования СМК-30, устанавливаемого на промежуточных станциях. Оба типа оборудования являются модульными и гибко расширяемые. Из транспортного модуля высокого уровня спомощью оборудования QTECH QBM-7400 выделяются транспортный модуль низкого уровня для данного диспетчерского круга (кольца нижнего уровня).
Мультиплексор QTECH QBM-7400 высотой 3U устанавливается в стойку 19”, имеет 19 слотов расширения. Два из них предназначены для установки блоков питания с возможностью резервирования 1+1, один слот предназначен для установки карты управления, два слота для карты агрегации STM-1/4/16 и четырнадцать слотов для сервисных карт (STM-1/STM-4, Ethernet, E1,E3/DS3, V.35).
Технические характеристики оборудования QTECH QBM-7400, заявленные производителем:
1. Поддержка STM-1, STM-4, STM-16
2. Поддержка резервирования 1+1 MSP, SNCP
3. Поддержка Ethernet сервисов с инкапсуляцией GFP, VCAT, VCG (1-46VC12 на VCG) и LCAS
4. Канал управления DCC или E1(VC12)
5. Совместимость с популярными моделями SDH других производителей
6. Легкость настройки и эксплуатации
7. Высокая степень интеграции и компактный дизайн
8. Высокая надежность
Оборудование СМК-30 поддерживает до 15 модулей. Приведем их описание.
| № п/п | Тип | Обслуживаемые линии и каналы | Число каналов | Примечание |
| СМА-4-4 | Аналоговые, четырехпроводные | Четырехпроводные каналы ТЧ с измерителями уровней | ||
| СМА-2-4 | Аналоговые, двухпроводные, комбинированные | Аналоговые телефонные аппараты ЦБ/МБ, стык с АТС, двухпроводный канал ТЧ 600 Ом | ||
| СМА-2-8 | Аналоговые, двухпроводные, абонентские | Аналоговые телефонные аппараты ЦБ. Применяются при работе СМК-30 в качестве мини АТС | ||
| СМА-3-4 | Аналоговые 3-х проводные соеденительные | Стык СЛ с АТС | ||
| СМЦК-4 | Цифровые 2-х проводные, канал Uko | Стандартный Uko стык без дистанционного питания. Модем МЦФЛ -1 без регенераторов, КТК-30 | ||
| СМЦКД-4 | Цифровые 2-х проводные, канал Uko | Стандартный Uko стык с дистанционным питанием. Регенераторы РКО-1, транскодеры ТРК-1, модем МЦФЛ-1 с регенераторами РКО-1, цифровые телефонные аппараты со стыком Uko | ||
| СМЦПД-4 | Цифровые 2-х проводные, канал Uрo | Стандартный Uрo стык с дистанционным питанием. Цифровые телефонные аппараты со стыком Uрo(Siemens Optiset E), транскодеры ТРК-1 | ||
| СМЦГ-4 | Цифровые 4-х проводные, 64 кбит/с сонаправленный стык | АСДК «Сетунь» и др. | ||
| СМЦС-4 | Цифровые 4-х проводные, 64кбит/с, интерфейсы V.35, RS-232, RS-422, RS-423 | |||
| СМЦИ-4 | Цифровые с IP-стыками 4-х проводные, 64кбит/с, маршрутизация | UTP (витая пара) | ||
| СМЦД-4 | Цифровые с DCP стыками | Цифровые телефонные аппараты со стыком DCP (Lucent Technologies) | ||
| СМЦТ-8 | Цифровые с телеграфными стыками | Восемь телеграфных четырёхпроводных линий | ||
| СМЛТ-1 | Магистральный линейный тракт | SHDSL тракт с дистанционным питанием, модуляция ТС-РАМ 16 | ||
| СМЛТ-2 | Магистральный линейный тракт по медному кабелю | SHDSL тракт с дистанционным питанием, модуляция ТС-РАМ 16 |
8 Защита цифровых потоков
Существует две категории защиты цифровых потоков:
- защита маршрута потока данных (TP-Trail Protection)
- защита соединения подсети (SNCP-Sub-Network Connection Protection)
Защита маршрута потока данных (TP) реализуется для кольцевой и ячеистой топологиях по двум схемам:
- схема защиты с разделением ресурсов каналов типа MS SPRing (Multiplex Section Shared Protection Ring- кольцо с защитой мультиплексной секции с разделением ресурсов)
- схема защиты с разделением ресурсов колец типа MS DPRing (Multiplex Section Dedicated Protection Ring- защита мультиплексной секции с выделенным кольцом)
В схеме защиты MS SPRing для передачи трафика используются все волокна как в двухволоконном, так и в четырехволоконном вариантах. Причем, используется только 50% емкости каждого волокна. Остальные 50% отведены под трафик защиты, поэтому и называется данная схема, схемой защиты с разделением ресурсных каналов.
В схеме защиты MS DPRing кольца разделяются на две группы. По одному кольцу для двухволоконного кольца и по два кольца для четырёхволоконного. Для передачи всего трафика используется одна группа волокон кольца. Другая группа используется для защиты рабочего трафика. Поэтому данная схема называется схемой защиты с разделением ресурса кольца.
Схема защиты соединений подсети типа SNCP может использоваться при различных топологиях: кольцевой, ячеистой, линейной, звезда, смешанной. Осуществляется путем замены основного соединения подсети на защитное соединение.
Наряду с рассмотренными схемами защиты цифровых потоков осуществляется обязательное резервирование терминального оборудования по принципу N;m
Где N- число рабочих блоков
m- число резервных блоков (обычно N=1÷16)
Аварийный режим
 |
В некоторых случаях предусматривается возможность временного исключения из системы отказавшего узла без его резервирования.
Резервирование двухволоконного двунаправленого колца по схеме MS DPRing 1+1.
Рисунок 1. Кольцо в нормальном режиме
Рисунок 2. Кольцо в аварийном режиме
9 Синхронизация цифровой сети
Структура системы синхронизации. На сетях СЦИ используются все виды тактовой синхронизации: взаимная, автономная и принудительная. Последняя подразделяется на виды «распределенный ведущий» и «ведущий-ведомы». Относительная нестабильность тактовой частоты должна быть весьма малой. Поэтому стоимость опорного генератора (первичного эталонного генератора, ПЭГ) оказывается весьма высокой. В связи с этим от одного ПЭГ синхронизируется значительный участок сети СЦИ, например региональный. Распределение синхросигнала осуществляется по линиям передачи – в ведомом узле из линейного сигнала извлекается составляющая тактовой частоты, которая и используется для синхронизации узлового задающего генератора.
При прохождении синхросигнала по цепи синхронизации его качество ухудшается за счет накопления фазовых флуктуаций. Частично они могут быть подавлены вторичными генераторами (вторичными задающими генераторами, ВЗГ или блоками обеспечения синхронизацией, SSU). Считается, что качество синхросигнала будет приемлимым, если отдельная цепь синхронизации соответствует эталонной.
Таким образом, все генераторы на синхронизации располагаются на трех иерархических уровнях: верхний уровень занимает первичный эталонный генератор ПЭГ, ко второму уровню принадлежат вторичные задающие генераторы ВЗГ, а к третьему – генераторы мультиплексоров – местные задающие генераторы МЗГ (задающие генераторы оборудования, SEC? SETS). Вторичные задающие генераторы подразделяются на два типа: транзитные сетевые таймеры (TNC) и локальные (местные) сетевые таймеры (LNC).
Первичный эталонный генератор представляет собой сложную систему, стабильность частоты его сигнала весьма высока. В системах СЦИ в качестве таких генераторов используются устройства, опорными элементами которых являются рубидиевые или цезиевые лазеры.
Генераторы второго уровня (блоки обеспечения синхронизацией, SSU), являются внешними относительно мультиплексоров устройствами. Они снабжаются системой подавления фазовых флуктуации. Генераторы третьего уровня- генераторы мультиплексоров (SEC или SETS), обычно имеют доступ ко многим источникам синхросигналов. Во первых, это два независимых внешних входа, по которым синхросигнал может быть получен от внешнего источника, например от первичного генератора. Во вторых, это опорные сигналы, выделяемые из линейных сигналов (STM-N), поступающих на линейные входы мультиплексора. В третьих, это опорные сигналы, выделяемые из сигналов доступа, как синхронных (STM-1), так и плезиохронных (2, 34, 140 Мбит/с).
10 Организация сети управления
Функционирование сети невозможно без ее администрирования и обслуживания на различных уровнях. Администрирование, или менеджмент сети, заключается в выполнении администратором сети административного управления сетью, например функции формирования конфигурации сети, распоряжения ресурсами сети, регулирования прав доступа в сеть и т.д. Обслуживание сети сводится в общем случае к автоматическому, полуавтоматическому и ли ручному управлению сетью, как физической системой, например ее мониторингу и сбору статистики о прохождении сигнала, её тестированию в случае возникновения неординарных или аварийных ситуаций, восстановлению работоспособности в случае ее потери, например путем резервного переключения, ремонту сети, если резервное переключение невозможно или оно не приводит к восстановлению работоспособности системы.
Эти функции, в свою очередь невозможно осуществлять без использования сигнализации различного рода о состояниях системы, например сигнала о возникновении аварийного состояния с помощью сигналов AIS. Сигнализация должна осуществляться по специальным встроенным или зарегистрированным для этого служебным каналам, связывающим управляющие системы OS и управляемые сетевые элементы NE.
Для решения задач управления необходимо разработать модель сети и описать типы интерфейсов связи, необходимые для осуществления взаимодействия всех подсистем, функционирующих в рамках этой сети и реализации функций управления на различных участках сети.
В отличие от существующих систем PDH, не имеющих стандартного описания модели и интерфейсов (кроме физического) и специальных (служебных) управляющих каналов связи, системы SDH имеют свои системы управления – TMN (Telecommunications Management Network), SMN (SDH Management Network). Рассматриваемые как часть более общей системы управления сетями связи IMN), опирающиеся на достаточно проработанную в настоящее время систему стандартов, описывающих модель, интерфейсы, схему взаимодействия и функции блоков, каналов и подсистем управления. Эти стандарты опираются на целый ряд других стандартов ITU-T серий G.xxx(например G.774, G784), Q.xxx (например Q.811, Q812) и Х.ххх. Их взаимосвязь и взаимодействие в общем аспекте приводится в обзорах Х.701 и М.3000.
Общая схема сети управления телекоммуникациями (TMN) может быть представлена четырехуровневой моделью управления, где каждый уровень выполняет определенную функцию, предоставляя верхнему уровню последовательно обобщаемую нижними уровнями картину функционирования сети.
Это следующие уровни:
1. Административное управление сетью
2. Управление обслуживанием сети
3. Управление сетью
4. Управление сетевыми элементами
Функционирование каждого верхнего уровня в этой иерархии основано на информации уровня, лежащего ниже, передаваемой через интерфейс между этими уровнями.
11 Расчет параметров линейного тракта
Длина регенерационного участка волоконно0оптических систем передачи определяется затуханием кабеля, дисперсией оптического волокна и энергическим потенциалом системы передачи. При учете затухания кабеля и энергического потенциала системы длина регенарационного участка определяется по формуле:
Lp ≤ [Эn – Apc * npc – Aзаn] / [a + Anc / Lcmp]
Lp ≤ [40 – 1,5*2 -5] / [0,22 + 0,2 / 3] = 111км
Apc – потери в разъёмном соединении (0,3 – 1,5дБ).
npc – количество разъёмных соединений 2.
Anc – потеря в неразъёмном соединении (0,1 – 0,2дБ)
Lcmp – строительная длинна, принимаем равной 3км.
а – километрическое затухание кабеля 0,22дБ/км.
Эn – энергетический потенциал системы передачи 40дБ.
При учете дисперсионных свойств оптического волокна длина участка регенерации определяется по формуле:
Lp ≤ 1 / 4 * Q oв * В
Lp ≤ 1 / (4*2*10 – 12*622*106) = 201км
Где В – скорость передачи информации, 622000000 бит/сек.
Q oв – среднеквадратическое значение дисперсии оптического волокна, нСек/км.
для многомодовых волокон Q oв = 1/4f,
где f – коэффицент широкополосности волокна, Гц*км,
для одномодовых волокон Q oв = 10-12*л*Qн = 1*2*10-12,
где Qн – нормированная среднеквадратическая дисперсия,
л – ширина полосы оптического излучения 1,0
Окончательная длина участка регенерации выбирается из приведённых соотношений, соответствующая наименьшему значению. Из расчетов видно, что Lp ≤ 111км. В длину регенерационного участка принимаем за 100км.
12 Расчет надежности линейного тракта
Под надежности системы подразумевается её способность выполнять заданные функции с заданным качеством в течении некоторого промежутка времени при определенных условиях. Изменение состояния системы, которое влечет за собой потерю указанного свойства, называется отказом. Многоканальные системы передачи относятся к восстанавливаемым системам, в которых отказы можно устранять.
Одно из центральных положений теории надежности состоит в том, что отказы рассматриваются в ней как случайные события. Интервал времени от момента включения системы до его первого отказа является случайной величиной называемой временем безотказной работы. Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой вероятность того, что время безотказной работы будет менее I, и имеет смысл вероятности отказа на интервале от 0 до t.
Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведёт к отказу всей системы, то вероятность безотказной работы отдельных элементов:
В соответствии с этим, интенсивность отказов цифровой линии передачи определяют как сумму интенсивности отказов НРП, ОРП, кабеля. Для наилучшего случая
Лнрп – интенсивность отказов НРП = 3^(-10^8)
Лопр – интенсивность отказов ОРП = 10^(-10^7)
пнпр – количество НРП(20)
порп – количество ОРП(10)
ЛКаб – интенсивность отказов одного километра кабеля = 5^(-10^8), L- протяженность магистрали (1390).
Лсист = 15*10^(-10^7) + 18*3^(-10^8) + 5^(-10^8) * 1390 = 2,07^(-10^8) ч
Среднее время безотказной работы системы определяется:
Т=1/Л
Т= 7571,2ч = 0,71 года.
Определим коэффициент готовности системы, который представляет собой вероятность нахождения изделия в рабочем состоянии в любой момент времени, достаточно удаленный от начала отсчета:
Кг= Тср/(Тср+Тв)
где Тв – среднее время восстановления системы
Тср – среднее время безотказной работы
ТВ = tBopn + tBнpn + tBk
где tBopn - среднее время восстановления ОРП = 0,43ч
tBнpn – среднее время восстановления НРП = 3ч
tBk – среднее время восстановления кабеля= 0,35ч
tB = 3,78ч
Кг = 0,81
11 Сметно-финансовый расчет
Для участка Грязи-Елец. Протяженность участка 115км.
Таблица 4 Смета
| Аппаратура | Еденица измерения | Количество едениц | Цены, руб. | Сумма, руб. |
| ОК | Стр. длина 5км | 8100(стр. длина) | ||
| SDXC ADM | Комплект | 48750-60000 | 195000-240000 | |
| CMK-30 | Комплект | |||
| REG | Комплект |
В результате получаем 1207500 руб.
Строительные работы:
20% от стоимости оптического кабеля – 40500 руб.
Монтажные работы:
15% от общей суммы расходов – 50000руб.
Транспорт:
8% от строительно-монтажных работ – 4000руб.
Наценка ГУМТО:
1% от строительно-монтажных работ – 40 руб.
Загод. скл. расходы:
20% от строительно монтажных работ – 10000 руб.
Накладные расходы:
37% от строительно-монтажных работ – 18500руб.
Стоимость организации связи на участке Грязи-Елец 456000 руб.