Автоматизована система обліку та моніторингу комунікаційних мереж

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТУ

ім. гетьмана Петра Конашевича-Сагайдачного

КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Допустити до захисту

Зав. кафедрою,

д.т.н., проф., Ю.І. Бадаєв

“_____” _______________ 2015 р.

Д И П Л О М Н А Р О Б О Т А

Тема: «Автоматизована система обліку та моніторингу комунікаційних мереж»

Розробив Маковський Дмитро Олександрович ___________________

7.05010301 ФЕТ – 6 з.ф.н. 14527010

Керівник: к.т.н., доц., Овчарук Ірина Вікторівна__________________

Консультанти:

Нормоконтролер

з ЄСКД: ___________________ Ганношина І.М.

Охорона праці ___________________ Гойжевський О.В.

КИЇВ-2015

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТУ

ім. гетьмана Петра Конашевича-Сагайдачного

ФАКУЛЬТЕТ ЕКОНОМІКИ ТРАНСПОРТУ

КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

спеціальність 7.05010301 – «Програмне забезпечення систем»

Затверджую:

Завідувач кафедри інформаційних технологій

д.т.н., професор _______________Ю.І. Бадаєв

“_______ ” _____________________2015 р.

З А В Д А Н Н Я

на дипломну роботу спеціаліста

______________________ _________________________________________________

(прізвище, ім’я, по батькові студента)

1.Тема проекту (роботи) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________

затверджена наказом по академії від “ ___ ” ”__________________ р. №______________

2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи)________________________

3. Вихідні дані до роекту(роботи оптичний кабель вітчизняного виробника типу ОКЛБг, робоча довжина хвилі: λ=1550 нм, Δλ=0,1нм., сумарні втрати у волокні 0,293 дБ/км, лінійна швидкість передавання становить – 622,08 Мбіт/с, температурний режим Т=-10оС…..+50оС

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які розробляються) спроектувати волоконно-оптичну лінію передавання – Вінниця-Луганськ, застосувати оптичний кабель вітчизняного виробника, використати цифрову апаратуру передавання типу STM-, розрахувати втрати при передаванні цифрового сигналу на волокні, виконати розробку приладу для тестування побудованої ВОЛЗ, зробити висновки даної роботи, вказати перелік використаної науково-технічної літератури.

5. Перелік графічного матеріалу (з точним позначенням обов’язкових креслень) структурна__ схема системи, узагальнена схема системи, узагальнена схема ГТ системи, блок-схема______ алгоритму модуля ГТ редактора, схема інформаційних вікон редактора Функціональна схема мультиплексора STM-4, ескіз поперечного перерізу кабелю ОКЛБг-3- ДА12- 2х4Е-0,40 Ф3,5/0,30 Н19 – 8/0, структурна схема траси Вінниця-Луганськ з використання мультиплексорів STM – 4, розширена принципова схема рефлектометра, схема повторювача джерела, схема лічильника-ділителя частоти, плакати з рисунками.

Календарний план

№ з/п

Назва етапів виконання дипломної роботи

Строк виконання етапів роботи

Примітка

1

Отримання завдання

06.10.2014

2

Пошук літератури по темі дипломної роботи

20.10.2014

3

Написання оглядової глави

31.10.2014

4

Теоретичний аналіз

10.11.2014

5

Розрахункова частина роботи

24.11.2014

6

Охорона праці

29.11.2014

7

Оформлення плакатів з кресленнями, підготовка до доповіді

07.12.2014

А Н О Т А Ц І Я

Виконано проект магістральної волоконно–оптичної лінії зв’язку Вінниця–Луганськ з розробкою приладу для подальшого тестування нормальної роботи по передачі цифрової інформації. Зроблено вибір траси оптичної магістралі, місця розташування оптичних регенераторів, вибір траси кабелю, та розрахована довжина регенераційної дільниці, обрано систему передавання рівня STM-4. Розглянуто метод тестування побудованої ВОЛЗ. Розроблено вимірювальний прилад.

Розроблена структурна схема місць розташування регенераційних пунктів з урахуванням зручності їх обслуговування.

А Н О Т А Ц И Я

Выполнен проект магистральной волоконно-оптической линии связи Винница-Луганск с разработкой прибора для дальнейшего тестирования нормальной работы по передаче цифровой информации. Сделан выбор трассы оптической магистрали, места расположения оптических регенераторов, выбор трассы кабеля, и рассчитана длина регенерационного участка, выбрана система передачи уровня STM-4. Рассмотрен метод тестирования построенной ВОЛС. Разработан измерительный прибор.

 Разработана структурная схема мест расположения регенерационных пунктов с учетом удобства их обслуживания.

A N O T A TS I YA

Vypolnen proyekt magistral'noy volokonno-opticheskoy linii svyazi Vinnitsa-Lugansk s razrabotkoy pribora dlya dal'neyshego testirovaniya normal'noy raboty po peredache tsifrovoy informatsii. Sdelan vybor trassy opticheskoy magistrali, mesta raspolozheniya opticheskikh regeneratorov, vybor trassy kabelya, i rasschitana dlina regeneratsionnogo uchastka, vybrana sistema peredachi urovnya STM-4. Rassmotren metod testirovaniya postroyennoy VOLS. Razrabotan izmeritel'nyy pribor.

 Razrabotana strukturnaya skhema mest raspolozheniya regeneratsionnykh punktov s uchetom udobstva ikh obsluzhivaniya.

Зміст

ВСТУП

ОГЛЯД ТА АНАЛІЗ ТЕМАТИЧНОЇ ОБЛАСТІ ПРОГРАМНОЇ РОЗРОБКИ

АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ РОЗВЯЗУВАННЯ ПРОБЛЕМИ

Аналіз та створення алгоритму розрахунку

Вимоги до програмного продукту

ОПИС ПРОГРАМНОГО ПРОДУКТУ

Структурна або функціональна модель програми, або створення макету архітектури

Структура джерела інформації

Опис основних функцій системи

Опис результатів та особливостей реалізації алгоритму

ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ РОЗРОБКИ

ОХОРОНА ПРАЦІ

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ДОДАТКИ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ

ВОСП – волоконно-оптична система передачі;

ВОЛЗ - – волоконно-оптична система зв’язку;

ЦСП – SDH( Synchronous Digital Hierarchy) – цифрова система передачі;

РСМ (ІКМ) - імпульсно-кодова модуляція;

PDH (ПЦІ) - плезіохронна цифрова ієрархія;

СЦІ - синхронна цифрова ієрархія;

РРЛП – радіорелейні лінії передачі;

ВОК - волоконно-оптичний кабель;

ОК – оптичний кабель;

ОКЛБг – тип оптичного кабелю;

ЛТ - лінійний тракт;

ПЦП - первинні цифрові потоки;

STM (Synchronous Transport Module) – мультиплексом (обладнання системи передачі);

SETS ( SDH Equipment Timing ) – інтерфейс для зовнішнього та внутрішнього джерел синхронізації SDH обладнання;

NMU – модуль мережевої системи управління;

SOT ( Segment Overhead Terminal ) – модуль термінальної обробки секційних змістів;

OTDR – (Optical Time Domain Reflectometer) – оптичний імпульсний рефлектометр.

ВСТУП

В сучасних умовах ринкової економіки з’явилася необхідність корінних змін в структурі і практиці експлуатації мереж зв’язку. Використання існуючих асинхронних систем, групоутворення цифрових потоків для отримання високошвидкісних сигналів призводить до об’ємного і низьконадійного технічного рішення. Задержуючий доступ до складених (компонентних) цифрових потоків для відгалуження і транзиту. При порушеннях синхронізації групового сигналу, об’єктивне збільшення часу на багатоступінчате встановлення синхронізації компонентних потоків. Сучасні цифрові первинні мережі (ЦПМ) повинні мати гнучку, легкокеровану структуру . Вони повинні забезпечувати передачу і переключення потоків інформації різної потужності, виділення потоків в призначених пунктах, контроль якості відповідності з дійсним часом користування зв’язком. Ці мережі повинні бути базовими для службового, використаних як синхронний (synchronous Transfer Mode, STM), так і асинхронний (Asynchronous Transfer Mode, ADM), спосіб переносу інформації.

Перераховані вище потреби практично не виконані в масштабах плезіахронної цифрової ієрархії (ПЦІ), то їх треба виконати при синхронній системі групоутворення.

В 1998 році МКТТ прийняло SDH, розроблену з урахуванням всесвітнього досвіду побудови цифрових мереж. Єдиної основи для SDH послужило синхронна оптична мережа SONET розробки США. В колі SDH розроблено не тільки нова ієрархія швидкості передачі і система перетворення цифрових трактів, але і перспективних концепцій побудови і розвитку мереж зв’язку, підпорядкованих системою міжнародних стандартів.

Багато держав вже широко використовують СЦІ і планують скоротити впровадження СЦІ систем, а деякі планують розвивати мережі зв’язку тільки на базі СЦІ.

В даному дипломному проекті спроектовано фрагмент ВОЛЗ з використанням апаратури другого рівня цифрової ієрархії - STM-4. Між двома містами Вінниця–Луганськ.

Розвиток науки і прискорення технічного прогресу не дійсні без удосконалення засобів зв’язку систем збору, передачі і обробки інформації. Інтенсивний розвиток нових інформаційних технологій в останні роки привів до бурхливого розвитку мікропроцесорної техніки, яка стимулювала розвиток цифрових методів передачі інформації. В кінці, це привело до будови нових високошвидкісних технологій глобальних мереж: PDH, SONET, SDH, ISDN, Frame Relay і АТМ. Однією з найбільш сучасних технологій, використаних в наш час для побудови мереж зв’язку, є технологія синхронної цифрової ієрархії SDH.

Зацікавленість до SDH обґрунтовано тим, що ця технологія прийшла на заміну технологіям з імпульсно-кодовою модуляцією РСМ (ІКМ) і плезіохронною цифровою ієрархією PDH (ПЦІ) і стала інтенсивно впроваджуватись в результаті масової установки сучасних закордонних цифрових АТС, дозволяючи оперувати цифровими потоками 2 Мбіт/с, і побудови в регіонах локальних кілець SDH.

Синхронна цифрова ієрархія (СЦІ) має суттєві переваги в порівнянні системами попередніх поколінь, вона дозволяє повністю реалізувати можливості волоконно-оптичних і радіорелейних ліній передачі (ВОЛП і РРЛП) і будувати гнучкі, вигідними для експлуатації і керування мережі, гарантуючи високу якість зв’язку. Таким чином, концепція SDH дозволяє оптимально поєднувати процеси високоякісної передачі інформації з процесами автоматизованого управління, контролю і обслуговування мереж в єдиній системі. Система (СЦІ) забезпечує швидкість передачі від 155 Мбіт/с і вище і може транспортувати, як сигнали існуючих цифрових систем , (наприклад , на міських мережах ІКМ-30), так і нових перспективних служб, в тому числі широкосмугових. Апаратура СЦІ являється програмно керованою і інтегрує в собі засоби перетворення, передачі оперативного переключення, контролю, управління.

З появою сучасних волоконно-оптичних кабелів (ВОК), стали можливими велетенські швидкості передачі в лінійних трактах (ЛТ) цифрових систем передачі з одночасно довгими секціями регенерації до 100 км. і більше. Створення таких ЛТ перевищує можливості цифрових трактів на кабелях з металевими жилами в 100 і більше разів, що радикально підвищує їх економічну ефективність. При цьому більшість регенераторів мають властивості об’єднуватись з кінцевими або транзитними станціями. І з цього випливає, що СЦІ – це непросто нові системи передачі, це і принципові зміни мереженій архітектурі, організації управління. В провадження СЦІ представляє собою якісний новий етап розвитку цифрової мережі зв’язку.

Архітектура мережі доступу використовує принципи побудови широкосмугових мереж. Це дає можливість під'єднати до мережі доступу всі існуючі інформаційні ресурси та реалізувати механізм необмеженого їх збільшення в майбутньому.

Метою даного проекту являється :

- створення сучасної телекомунікаційної мережі в інтересах населення та народного господарського комплексу;

- організація якісного зв’язку для передачі різного виду інформації між проміжними та кінцевими населеними пунктами .

Переваги ЦСП - SDH:

- спрощення ЦСП і організації мережі за рахунок відмови відасинхронного об'єднання потоків, що дозволяє у тому числі, простоздійснити виділення первинних цифрових потоків (ПЦП) і ОЦК ізцифрових потоків вищих рівнів ієрархії;

- гнучкість керування мережею, зумовлена наявністю великої кількості широкосмугових каналів керування й організації каналів дистанційногокерування і контролю функціонування мережі та багато чого іншого.

Згідно технічного завдання необхідно спроектувати волоконно-оптичну лінію передачі між містами Вінниця – Луганськ для передачі 600 ПЦП.

Для досягнення цієї мети обґрунтуємо найбільш доцільний варіант організації зв’язку між вибраними населеними пунктами. Тягар вибраних пунктів по послугам зв’язку залежить, в першу чергу, від кількості населення в них. Крім того, ступінь зацікавленості до взаємин залежить від економічних, культурних та соціально-побутових відносин між населеними пунктами.

В даному проекті в якості базової системи передачі проектованої мережі передбачається апаратура четвертого рівня ієрархії SDH, що виконує перенесення інформації зі швидкістю передачі цифрового сигналу 622,08 Мбіт/с в межах синхронного транспортного модуля.

1 ОГЛЯД ТА АНАЛІЗ ТЕМАТИЧНОЇ ОБЛАСТІ (ПРОГРАМНОЇ РОЗРОБКИ)

Сeредовища передавання даних

Передавання даних може відбуватися по кабелю та за допомогою електромагнітних хвиль тієї або іншої природи – інфрачервоних, мікрохвиль, радіохвиль, – що розповсюджуються в просторі.

Кабельні середовища за використовуваним матеріалом діляться на “мідні” (насправді, провідні жили таких кабелів можуть містити не тільки мідь, але і інші метали і їх сплави) і оптичні (оптоволоконні, провідна жила виготовляється з оптично прозорих матеріалів – кварцу або полімерів). Мідні кабелі бувають симетричними (всі провідники однакові, наприклад, скручені дроти провідників) і асиметричними (наприклад, коаксіальний кабель, що складається з ізольованих один від одного центральної жили і обплетення).

Оптичні кабелі розрізняються по співвідношенню між товщиною дротової жили і частотою передачі даних. Тонкі жили, діаметр перетину яких порівнянний з довжиною хвилі частоти-носія , утворюють одномодові кабелі (типова товщина 8-10 мкм), а товщі – багатомодові (до 50-60 мкм).

При побудові безпровідних мереж, як правило, застосовується одна з трьох технологій: передача в інфрачервоному діапазоні, передача даних за допомогою вузькосмугових радіосигналів і передача даних за допомогою радіосигналів з розподіленим спектром. 

1.2 Лінії зв'язку

 

Лінія зв'язку складається з фізичного середовища, по якому передаються інформаційні сигнали, апаратури передачі даних і проміжної апаратури. Синонімом терміна "лінія зв'язку" (line) є термін "канал зв'язку" (channel). Фізичне середовище передачі даних (medium) може бути кабелем (набором проводів, ізоляційних і захисних оболонок, сполучних роз'ємів), а також земною атмосферою або космічним простором, через які розповсюджуються інформаційні сигнали. 

Класифікація ліній зв'язку;

-         дротові (повітряні);

-         кабельні (мідні і волоконно-оптичні);

-         радіоканали наземного і супутникового зв'язку.  

 

 

Застосовуються три основні типи кабелів: коаксіальні кабелі з мідною жилою,кабелі на основі скручених пар мідних проводів,волоконно-оптичні кабелі. 

 

 

1.3 Мідні кабелі: коаксіальний кабель (coaxial)

 

Коаксіальний кабель складається з несиметричних пар провідників. Кожна пара є внутрішньою мідною жилою і співвісною з нею зовнішньою жилою, яка може бути порожнистою мідною трубою або обплетенням, відокремленим від внутрішньої жили діелектричною ізоляцією. Зовнішня жила грає двояку роль – по ній передаються інформаційні сигнали, також вона є екраном, що захищає внутрішню жилу від зовнішніх електромагнітних полів.

Існує декілька типів коаксіального кабелю, що відрізняються характеристиками і областями застосування

-         для локальних комп'ютерних мереж,

-         для глобальних телекомунікаційних мереж,

-         для кабельного телебачення тощо.

 

Коаксіальний кабель складається з двох концентричних провідників, розділених шаром діелектрика. Зовнішній провідник при цьому екранує внутрішній. Найбільше застосування отримав кабель з маркуванням RG-58, (хвилевий опір 50 Ом), так званий "тонкий" коаксіальний кабель. "Товстий" (або звичайний) коаксіальний кабель з маркуванням RG-8 .

Задля з'єднання коаксіальних кабелів використовуються N- роз’єми (“товстий” коаксіал) і BNC-роз’єми , Т- коннектор- посередині, праворуч – термінатор (заглушка).

  

1.4 Мідні кабелі: кабелі на основі скручених пар

 

Мідні кабелі: кабелі на основі скручених пар називаються симетричними кабелями через те, що вони складаються з двох однакових в конструктивному відношенні провідників. Симетричний кабель може бути як екранованим – на основі екранованої скрученої пари (Shielded Twisted Pair, STP), повний опір 150 Ом, застосовується в Token Ring, Fast Ethernet), так і неекранованим – на основі неекранованої скрученої пари (Unshielded Twisted Pair, UTP), хвильовий опір кабелю будь-якій категорії – 100 Ом). Симетричний кабель може складатися з декількох скручених пар.

Кабельні системи будівель найчастіше будуються на основі неекранованої скрученої пари UTP, категорій 3 (16 Мгц), 5  (100 Мгц),  5е (125 Мгц), 6, 6А  (250 Мгц), 7  (600 Мгц).

Неекранована скручена пара UTP (Unshielded Twisted Pair) випускається переважно в 4-парному виконанні , іноді зустрічаються 2-парні кабелі, зазвичай cat 3, і багатопарні кабелі – 25 пар і більше. Основні мережні технології – Ethernet і Token Ring – використовують тільки дві пари, але існують і технології (100 Base T4),  де передача даних - по всіх  чотирьох парах. Пари помічені кольором ізоляції: синій і біло-синій, оранжевий і біло-оранжевий, зелений і біло-зелений, коричневий і біло-коричневий. Для з'єднання кабелів і устаткування використовуються 8-контактні конектори RJ-45. Стандарт EIA/TIA-568A визначає два варіанти розкладки провідників по контактах: T568A і T568B.

У кожній локальній мережі може використовуватися будь-який варіант розкладки, але не обидва одразу.

Скручена пара використовуються для передачі даних на відстані до декількох сотень метрів. Стандарт Ethernet обмежує довжину сегменту на неекранованих скручених парах до 100 м. Основний недолік неекранованої скрученої пари – сильна чутливість до впливу електромагнітних перешкод.

 

Таблиця. 1.1

 

Таблиця. 1.2

Розкладка T568A

 

Розкладка T568B

Контакт

Колір

Пара

 

Контакт

Колір

Пара

1

Біло-зелений

3

 

1

Біло-оранжевий

2

2

Зелений

3

 

2

Оранжевий

2

3

Біло-оранжевий

2

 

3

Біло-зелений

3

4

Синій

1

 

4

Синій

1

5

Біло-синій

1

 

5

Біло-синій

1

6

Оранжевий

2

 

6

Зелений

3

7

Біло-коричневий

4

 

7

Біло-коричньовий

4

8

Коричневий

4

 

8

Коричньовий

4

 

Екранована скручена пара (STP, Shielded Twisted Pair) (рисунок 6.8, д) добре захищає передаваня сигналів від впливу зовнішніх електромагнітних полів, але вимагає заземлення екрану при монтажі, що ускладнює і здорожує кабельну систему. 

Кабель STP в основному використовується фірмою IBM, яка фірмовим стандартом визначила дев'ять його категорій, – від Type 1 до Type 9. Кабель Type 1 складається з двох пар і по параметрах близький до UTP cat.5, за винятком хвильового опору – 150 Ом. Кабелі STP  використовуються в мережах Token Ring, Fast Ethernet і 100VG-AnyLAN. 

Фольгована скручена пара FTP (Foiled Twisted Pair) - кабель, в якому скручені пари обгорнуті загальним фольговим екраном для  підвищення стійкості до перешкод.

 

 

При побудові мереж використовуються також і скляні (точніше, кварцові) – волоконно-оптичні кабелі, де носіями даних є світлові хвилі.

Серцевина такого кабелю є тонке кварцове волокно, яке поміщене в пластикову оболонку, що відбиває. Розповсюджуючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись від покриваючого шару оболонки.

Залежно від розподілу показника заломлення і від величини діаметру серцевини розрізняють:

багатомодове ( Multi Mode Fiber, MMF)  волокно із ступінчастою зміною показника заломлення;

багатомодове волокно з плавною зміною показника заломлення;

одномодове волокно (Single Mode Fiber, SMF).  

У тонкому волокні (діаметр серцевини 5-15 мкм, що порівняно з довжиною світлової хвилі), може розповсюджуватися тільки один світловий промінь (одна мода). Такий кабель називають одномодовим (Single Mode Fiber, SMF). При цьому, за рахунок використання світлових хвиль різної довжини, можлива одночасна організація в одному волокні декількох високошвидкісних каналів. Смуга пропускання SMF- кабелю досягає 800 ТГц. Виробництво SMF-кабелю достатньо складне, крім того, для монтування такого кабелю потрібне використання прецизійного устаткування.

Тому поширеніший так званий багатомодовий (Multi Mode Fiber, MMF) волоконно-оптичний кабель, якому властива відносно велика товщина серцевини (40-110 мкм). При цьому світлові промені, що входять в кабель під різними кутами, відбиваються від стінок оболонки, проходять різні відстані і потрапляють до приймача в різний час, спотворюючи один одного. Існують способи зменшення спотворень, проте, в основному, за рахунок зменшення смуги пропускання. В результаті багатомодовий волоконно-оптичний кабель завдовжки 100 м може надати смугу пропускання в 1600 Мгц при довжині хвилі 0.85 мкм. Стандарт EIA/TIA-568A визначає два типорозміру багатомодового MMF -кабелю: 62,5/125 мкм і 50/125 мкм (перше число – діаметр внутрішнього провідника - серцевини, друге – діаметр оболонки).

Передачу сигналів по волокну в даний час здійснюють в трьох діапазонах: 0.85 мкм, 1.3 мкм і 1.55 мкм. Ці діапазони названі вікнами прозорості. Параметр NA (Numberic Aperture)- числова апертура- дорівнює синусу кута вводу променя у світловоді визначається через показники заломлення шарів. В багатомодовому волокні апертура NA = 0,2-0,3 й кут вводу променю не перевищує 12-18о  від вісі. В одномодовому волокні апертура NA = 0,122 й кут не перевищує 7о  від вісі. Чим апертура більше, тим легше вводити промень у волокно, але тоді збільшується модова дісперсія та зменшується смуга пропускання. Як джерело світлових хвиль у волоконно-оптичних каналах використовують світлодіоди (LED, Light Emitting Diode) і лазерні діоди (ILD, Injection Laser Diode).

Перше покоління передавачів (1970 р.) будувалося на основі світлодіодів з довжиною хвилі 0.85 мкм в MMF-режимі. Друге покоління (кінець 1970-х) становили SMF-передавачі, що працюють на довжині хвилі 1.3 мкм. На початку 1980-х з'явилися передавачі третього покоління – лазерні діоди з  довжиною хвилі 1.55 мкм. Четверте покоління оптичних передавачів (початок 1990-х) побудоване цілком на лазерних діодах і реалізує когерентні системи зв'язку з ЧМ або ФМ сигналу. П'яте покоління базується на використанні технології легування світловодів домішками ербію, які дозволяють підсилювати сигнали, що проходять по світлопроводу. Швидкість передавання в мережах SONET/SDH сягає 40 Гбіт/с.

Оптичні кабелі мають якнайкращі електромагнітні і механічні характеристики, не схильні до впливу електромагнітних перешкод, утрудняють перехоплення даних, але їх монтаж найбільш складний і трудомісткий, вимагає застосування спеціалізованого дорогого устаткування і кваліфікованого персоналу.

 1.5 Безпровідні середовища передачі даних

Безпровідні мережі в основному використовують три технології передачі даних: передача в інфрачервоному діапазоні, передача даних за допомогою широкосмугових радіосигналів і передача даних за допомогою звичайних (“вузькосмугових”) радіосигналів.

 

1.6 Інфрачервоні канали (InfraReD channel)

 

Інфрачервоні канали працюють в діапазоні  частот аж до 1000 ГГц,  сигнали мало схильні до впливу електромагнітних перешкод,  передача даних може здійснюватися на високій швидкості.

Три основні типи інфрачервоних каналів: прямої видимості; розсіяного випромінювання (хвилі відбиваються від підлоги, стін, стелі); відбитого випромінювання (приймачі напрямлені на загальний відбивач).

Основна проблема ІФЧ- каналів – поглинання і розсіювання інфрачервоних хвиль в атмосфері, сильна залежність від погодних умов. Лист паперу між передавачем і приймачем може блокувати передачу даних.

Використання ненапрямленої антени і малопотужного передавача (100 мВт) обмежує дальність зв'язку до 30-50 м.

Напрямлена антена і могутніший передавач (250 мВт) збільшують можливу дальність зв'язку до 10 км. Продукується устаткування для організації високошвидкісних інфрачервоних каналів (до 155 Мбіт/с) при дальності зв'язку до 150 м.

 

1.7 Радіохвилі, сигнали з вузькосмуговим спектром.

 

Звичайний радіосигнал займає вузьку смугу радіоспектру поблизу частоти-носія. Для надійного прийому такий сигнал повинен володіти значною енергією. Потужний сигнал з одного боку є сильним джерелом перешкод, а з іншого –  він сам дуже схильний до впливу зовнішніх перешкод.

У вузькосмугових системах зв'язку використовується смуга частот в діапазоні 18-19 ГГц. Сигнал на цій частоті не може проникати через стіни (металеві і бетонні). Для організації комп'ютерних мереж вузькосмугові системи практично не застосовуються.

 

1.8 Радіохвилі, сигнали з широкосмуговим спектром.

 

Радіоканали наземного і супутникового зв'язку утворюються за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Радіоканали відрізняються як по частотних діапазонах, так і  по дальності каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль (KХ, CХ і ДХ), використовують амплітудну модуляцію ( AM)  сигналу, забезпечують телекомунікацію, але при невисокій швидкості передачі даних. Швидкіснішими є канали частотної модуляції ( FM), що працюють на діапазонах ультракоротких хвиль (УКХ), а також в діапазонах надвисоких частот (НВЧ). У діапазоні НВЧ (понад 4 Ггц) сигнали вже не відбиваються іоносферою Землі, і для стійкого зв'язку потрібна наявність прямої видимості між передавачем і приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується.

Організація радіоканалу здійснюється в діапазонах частот близько 900МГц, 2.4 ГГц і 5.7 ГГц.

Широкосмуговий (spread spectrum) сигнал займає значно ширший частотний діапазон, ніж сигнал  звичайної передачі. Для розширення спектру використовуються дві основні технології використання псевдовипадкового (шумоподібного) кодування сигналу. Обидві технології покладені в основу безпровідних мереж стандарту 802.11 (детальніше у розділі 17).

При використанні мініатюрних ненапрямлених антен можлива передача даних на декілька десятків метрів (30-50 м). Максимальна дальність зв'язку при роботі зі всенапрямленою антеною досягає 8 км. Напрямлені антени дозволяють  збільшити дальність зв'язку до 10 км., а з використанням підсилювачів – до 50 км. Найбільш поширене в даний час устаткування 802.11n забезпечує пропускну спроможність до 300 Мбіт/с.

Розширення спектру частот дозволяє зменшити потужність джерела сигналів (типове значення вихідної потужності – 30...100 мВт). Радіосигналу з розподіленим спектром притаманна висока стійкість до перешкод і надійність, він здатний проникати крізь будівлі і інші споруди, що забезпечує відносно велику дальність зв'язку (для безпровідних середовищ).

  

1.9 Стільниковий зв'язок 

 

Стільниковий зв'язок заснований на застосуванні кабельних і безпровідних каналів. Базова структура мережі створюється на основі високошвидкісних кабельних каналів зв'язку, а підключення абонентів проводиться по радіоканалах, що дозволяє забезпечити їх мобільність.

Системи стільникового зв'язку будуються у вигляді сукупностей комірок-сот (cell), що покривають обслуговувану територію. В центрі кожної комірки розташовується базова станція (БС), з якою (по радіоканалах) зв'язуються всі абоненти, що знаходяться в межах даної комірки. На базовій станції розташовані приймальна і передавальна антени (часто використовується пара приймальних антен), декілька приймачів і передавачів (частот, що працюють на різних піддіапазонах, в межах виділеної даної БС смузі частот), контролер і блок сполучення з лінією зв'язку. Якщо абонент переміщується в іншу комірку, його починає обслуговувати інша БС. Всі БС пов'язані з центром комутації, у якого є підключення до звичайної міської телефонної мережі. Якщо мережа достатньо велика, то в ній може бути присутніми декілька зв'язаних між собою центрів комутації.

Основним принципом стільникового зв'язку є принцип повторного використання частот (frequency reuse), що дозволяє  необмежено нарощувати ємкість системи (реальне обмеження – потужність центру комутації). Суть його в наступному. У поряд розташованих комірках використовуються різні смуги частот, що дозволяє сусіднім БС не конкурувати за загальну смугу, а абонентському устаткуванню легко вибирати найближчу до нього БС (по сигналу максимальної потужності). В той же час, одну і ту ж смугу можна використовувати в несуміжних комірках. Групу комірок, в якій кожен частотний діапазон використовується тільки однією коміркою, називають кластером. В результаті, для мережі довільного розміру, виявляється достатньою наявність трьох непересічних частотних діапазонів, тобто мережа може бути розбита на 3-елементні кластери.

Середовищем передачі інформації називаються ті лінії зв'язку (або канали зв'язку), по яких виробляється обмін інформацією між комп'ютерами. У переважній більшості комп'ютерних мереж (особливо локальних) використовуються провідні або кабельні канали зв'язку, хоча існують і бездротові мережі, які зараз знаходять усе більше широке застосування, особливо в портативних комп'ютерах.

Інформація в локальних мережах найчастіше передається в послідовному коді, тобто біт за бітом. Така передача повільніше й складніше, ніж при використанні паралельного коду. Однак треба враховувати те, що при більше швидкій паралельній передачі (по декількох кабелях одночасно) збільшується кількість сполучних кабелів у число раз, рівне кількості розрядів паралельного коду (наприклад, в 8 разів при 8-розрядному коді). Це зовсім не дріб'язок, як може здатися на перший погляд. При значних відстанях між абонентами мережі вартість кабелю цілком порівнянна з вартістю комп'ютерів і навіть може перевершувати її. До того ж прокласти один кабель (рідше два різнонаправлених) набагато простіше, ніж 8, 16 або 32. Значно дешевше обійдеться також пошук ушкоджень і ремонт кабелю.

Але це ще не все. Передача на більші відстані при будь-якому типі кабелю вимагає складної передавальної й прийомної апаратури, тому що при цьому необхідно формувати потужний сигнал на передавальному кінці й детектувати слабкий сигнал на прийомному кінці. При послідовній передачі для цього потрібно всього один передавач і один приймач. При паралельній же кількість необхідних передавачів і приймачів зростає пропорційно розрядності використовуваного паралельного коду. У зв'язку із цим, навіть якщо розробляється мережа незначної довжини (порядку десятка метрів) найчастіше вибирають послідовну передачу.

До того ж при паралельній передачі надзвичайно важливо, щоб довжини окремих кабелів були точно рівні один одному. Інакше в результаті проходження по кабелях різної довжини між сигналами на прийомному кінці утвориться часове зрушення, що може привести до збоїв у роботі або навіть до повної непрацездатності мережі. Наприклад, при швидкості передачі 100 Мбіт/с і тривалості біта 10 нс це часове зрушення не повиненно перевищувати 5-10 нс. Таку величину зрушення дає різниця в довжинах кабелів в 1-2 метри. При довжині кабелю 1000 метрів це становить 0,1-0,2%.

Треба відзначити, що в деяких високошвидкісних локальних мережах все-таки використовують паралельну передачу по 2—4 кабелям, що дозволяє при заданій швидкості передачі застосовувати більше дешеві кабелі з меншою смугою пропускання. Але припустима довжина кабелів при цьому не перевищує сотні метрів. Прикладом може служити сегмент 100Base-Tмережі Fast Ethernet.

Промисловістю випускається величезна кількість типів кабелів, наприклад, тільки одна найбільша кабельна компанія Belden пропонує більше 2000 їхніх найменувань.

Всі кабелі можна розділити на три великі групи:

електричні (мідні) кабелі на основі кручених пар проводів (twisted pair), які діляться на екрановані (shielded twisted pairSTP) і неекрановані (unshielded twisted pairUTP);

електричні (мідні) коаксіальні кабелі (coaxial cable);

оптоволоконні кабелі (fibre optic).

Кожний тип кабелю має свої переваги й недоліки, так що при виборі треба враховувати як особливості розв'язуваного завдання, так і особливості конкретної мережі, у тому числі й використовуваній топології.

Можна виділити наступні основні параметри кабелів, принципово важливі для використання в локальних мережах:

Смуга пропускання кабелю (частотний діапазон сигналів, що пропускаються кабелем) і загасання сигналу в кабелі. Два цих параметри тісно зв'язані між собою, тому що з ростом частоти сигналу росте загасання сигналу. Треба вибирати кабель, що на заданій частоті сигналу має прийнятне загасання. Або ж треба вибирати частоту сигналу, на якій загасання ще прийнятно. Загасання виміряється в децибелах і пропорційно довжині кабелю.

Перешкодозахищеність кабелю й забезпечувана їм таємність передачі інформації. Ці два взаємозалежних параметри показують, як кабель взаємодіє з навколишнім середовищем, тобто, як він реагує на зовнішні перешкоди, і наскільки просто прослухати інформацію, передану по кабелі.

Швидкість поширення сигналу по кабелі або, зворотний параметр – затримка сигналу на метр довжини кабелю. Цей параметр має принципове значення при виборі довжини мережі. Типові величини швидкості поширення сигналу - від 0,6 до 0,8 від швидкості поширення світла у вакуумі. Відповідно типові величини затримок - від 4 до 5 нс/м.

Для електричних кабелів дуже важлива величина хвильового опору кабелю. Хвильовий опір важливо враховувати при узгодженні кабелю для запобігання відбиття сигналу від кінців кабелю. Хвильовий опір залежить від форми й взаєморозташування провідників, від технології виготовлення й матеріалу діелектрика кабелю. Типові значення хвильового опору - від 50 до 150 Ом.

АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ РОЗВЯЗУВАННЯ ПРОБЛЕМИ

2.1Вибір траси Вінниця – Луганськ.

2.1.1 Коротка характеристика кінцевих пунктів і варіантів траси

Проектування і будівництво будь-якого об'єкту вимагає знання клімату на ділянці будівництва, категорії грунту, ступеня перехрестя місцевості, наявності водойм, озер і т.п. Крім того, необхідно знати ступінь розвитку кінцевих пунктів: населення, промисловість, їх перспективу розвитку.

Вінниця — місто обласного значення, адміністративний центр Вінницької області України. Перша згадка про місто була в 1355 р. Саме ж місто засноване з 1795 р. Вінниця знаходиться приблизно в 199 кілометрах (фізично, по автодорозі — 258 км., по ж/д — 221 км.) на північний захід від м. Київ. Місто розташоване на берегах річки Південний Буг. Через місто протікають також невеликі річки Тяжилівка, Вінничка та Вишня.

Вінниця займає площу – 79,94 квадратних кілометра. Кількість населення, станом на 1 березня 2013 рік, налічує – 815 921 чоловік. Телефонний код - +380 432, поштовий індекс – 21000. Тип клімату - помірно-континентальний. В місті діє багато шкіл, ліцеїв інтернатів та вузів. Міський транспорт включає тролейбусне сполучення, автотранспорт та залізничний транспорт, а також трамвайне сполучення.

Луганськ - обласне місто на сході України, адміністративний центр Луганської області. Відстань до столиці України Києва по прямій складає 672 км, по автодорогах - 843 км, по залізниці - 811 км. Чисельність населення, станом на 1 січня 2014 рік, складає – 424 113 чол., площа міста Луганськ рівна - 286 км². По населенню і площі Луганськ входить до числа 11 найбільших міст України. Місто розташоване в місці злиття річки Луги́ні з річкою Вільховою. Луганськ заснований в 1795 р., двічі перейменовувався у Ворошиловград і двічі назад. Тип клімату - помірно- континентальний.Телефонний код - +380 642, поштовий індекс - 91000.

2.1.2 Опис варіантів траси

Для зниження витрат на доставку кабелю, монтажників до місця будівництва, а також для зручності і економічнішого обслуговування надалі, прийнято прокладати кабель уздовж автомобільних або залізничних шляхів.

На підставі вивчення географічної карти намічаємо можливі варіанти траси і вибираємо найбільш доцільний і економічний (тобто такий, котрий припускає найменший обсяг робіт, найменший обсяг витрат і можливість застосування механізмів прокладання оптичного кабелю). У заміській зоні ВОЛЗ необхідно прокладати уздовж автомобільних доріг, у силу зручності подальшого обслуговування ЛЗ. Переходи через ріки повинні розміщатися на відстані не менш 1000 м від залізничних мостів і мостів магістральних шосейних доріг, на відстані не менш 200 м нижче за течією від мостів шосейних і ґрунтових доріг місцевого значення. Трасу ВОЛЗ| вибиратимемо вздовж | автомобільних доріг. Таке вирішення пов’язане із зручністю будівництва лінії, окрім того здійснюється транзит через великі населені пункти.

При існуючій структурі шляхів між крайовими пунктами Вінниця -Луганськ можливі два варіанти проходження траси кабелю.

Для вибору оптимальної траси прокладання кабелю було розглянуто два можливих варіанти проходження траси кабелю. Зрівняння цих варіантів наведено в табл. 2.1 і приведено на рис. 2.1.

Таблиця 2.1 - Загальна характеристика варіантів траси ВОЛЗ

Варіант траси

Довжина, км

Переходи

Автошляхи

Залізниці

Водойми

1

918

35

21

41

2

1070

53

25

47

В першому варіанті ВОЛЗ прокладається через наступні населені пункті: Вінниця – Немирів – Гайсин – Умань – Новоархангельськ – Смоліне – Кіровоград – Олександрія – П'ятихатки – Кринички – Дніпропетровськ – Павлоград –Петропавлівка – Добропілля – Костянтинівка – Первомайськ – Луганськ . В цьому випадку траса перетинає 35 автодоріг, 21 залізничний шлях, 41 водна перешкода і її довжина дорівнює 918 км.

Другий варіант припускає прокладку ОК через такі міста та населені пункти: Вінниця – Калинівка – Бердичів – Житомир – Коростишів – Київ – Бориспіль – Березань – Пирятин – Лубни – Хорол – Полтава – Валки – Люботин – Харків – Чугуїв – Ізюм - Слов`янськ – Артемівськ – Дебальцеве – Алчевськ – Луганськ. Довжина траси іншого варіанта дорівнює 1070 км, перетинає 53 автодороги, 25 залізничних шляхів, 47 водних перешкод.

Велику частину витрат при прокладанні траси магістралі складає вартість ВОК і його прокладання, до цього ж у першому варіанті менше переходів через

комунікації, тому з економічної точки зору цей варіант більш вигідний. Тому ми обираємо перший варіант траси.

ВОЛЗ, яка проектується в Вінниці, Умані, Кіровограді, Олександрії, Дніпропетровську, Костянтинівці, Артемівську, Первомайську, Луганську проходить у телефонній каналізації. Між цими населеними пунктами оптичний кабель (ОК) прокладається кабелеукладачем, безпосередньо в ґрунт. Прокладання волоконно-оптичної лінії зв’язку (ВОЛЗ) виконують уздовж шосейних шляхів, що полегшує транспортування необхідних матеріалів і обладнання ВОЛЗ. На даній трасі магістралі також дуже сприятливий рельєф місцевості для прокладки ОК. У більшості випадків прокладка кабелю в ґрунт проводиться кабелеукладачем, а в місцях, де це неможливо, копають вручну, або використовують трактор „ЕТЦ”, для риття траншей.

Необхідна кількість ОК, для будівництва визначається з урахуванням встановлених норм [4], а саме:

на підземний ОК, який проложений в грунт-2,4%;

на ОК всіх типів для прокладки їх в телефонну каналізацію ГТС-2,4%;

на підводний ОК, який прокладено без заглиблення у дно річки або водойоми-14%.

Довжина траси проектованої лінії зв'язку Вінниця-Луганськ дорівнює 918 км. Довжина траси в міській кабельній каналізації складає 76 км.

Необхідна довжина кабелю для прокладки в ґрунт та для прокладки в кабельній каналізації міста складе 918 QUOTE 1,024=940,032 км при нормі запасу 2,4%. Запас на прокладку кабелю через ріки складає 14%. Звідси довжина кабелю складе 5,4 QUOTE 1,14=6,15 км.

Загальна довжина необхідного кабелю Lкаб складає:

LОКЛБг=940,032+6,15=946,182км

№№

пп

Найменування

Одиниця вимірювання

Кількість. одиниць

Варіант 1

Варіант 2

1

Довжина траси

км

918

1070

2

Довжина кабелю

км

940

1096

3

Місцевість:

населена;

відкрита;

пересічена.

км

км

км

93

798

27

112

929

29

4

Категорія грунту:

III

III

5

Дороги:

Автомобільні:

з твердим покриттям;

км

918

1070

6

Перетин з:

автошляхами;

з/д

шт.

шт.

35

21

53

21

7

Водні перешкоди:

ріки;

шт.

41

47

8

Число ОРП

шт.

19

21

Таблиця 2.2 - Загальна характеристика варіантів траси ВОЛЗ

2.2 Вибір системи передачі та типу кабелю

2.2.1 Вибір системи передачі

Для організації даної ВОСП виберемо СП рівня STM-4 фірми «SIEMENS»[3]. Функціональна схема мультиплексора STM-4 приведена на рис. 1.2

0-71120

MUX

З функцією введення/виведення

00

MUX

З функцією введення/виведення

Лінійний потік Лінійний потік

STM-4 STM-4

трибутарний

потік

140 Мбіт/с

34 Мбіт/с

2 Мбіт/с

Рисунок 2.1 – Схема мультиплексора з функцією вводу/виводу

Основні технічні характеристики синхронного мультиплексора STM - 4 фірми «SIEMENS» приведені в табл. 2.7.

Таблиця 1.3 – Основні технічні характеристики СП рівня STM – 4 фірми «SIEMENS»

Найменування показників

Одиниця виміру

Значення

Лінійна швидкість

Мбіт/с

622.08

Діапазон довжини хвилі

нм

1520-1560

Максимальний частотний діапазон

нм

0,5

Потужність передачі

дБ

-0,5

Загасання відображеного сигналу ОК

дБ

>10

3186430170815-13970170815Допустима хроматична дисперсія

1450340170815пс

15354301676400015524591708153,5

Мінімальна вхідна чутливість dBm-39

Максимальна вхідна оптична потужність

dBm

-10

Максимальне відбиття сигналу

дБ

15

Втрати, викликані шумом передавача і дисперсії

дБ

<1

Рис. 2.2 – Структурна схема мультиплексора

де - SETS ( SDH Equipment Timing ) – інтерфейс для зовнішніх та внутрішнього джерел синхронізації SDH обладнання. Реалізує функцію вибору між джерелами синхронізації з різними пріоритетами і автоматичне перемикання між ними, а також функцію повідомлень про статус синхронізації SSM, що підвищує надійність роботи.

NMU – модуль мережевої системи управління;

SOT ( Segment Overhead Terminal ) - модуль термінальної обробки секційних змістів.

Мультиплексор SDH STM-4 - призначений для побудови оптичних мереж доступу. Мультиплексор може працювати по двох одномодових оптичних волокнах. STM-4 може працювати, як незалежно, так і сумісно з STM-1, як мультиплексор введення/виводу ADM або як термінальний мультиплексор ТМ, щоб утворювати лінійні, кільцеві або багатокільцеві ланцюги. STM-4 також може працювати як крос-комутатор.

Інтерфейси мультиплексора Транспорт-s4:

•4 оптичних інтерфейса 155Мбіт/c - A,В,С,D, які можуть працювати незалежно або в режимі 1 + 1;

•2 оптичних інтерфейса 622 Мбіт/с - E і F, які можуть працювати в режимі 1 + 1.

Відповідає стандартам G.811, G.812 і G.813, тобто може мати декілька джерел синхронізації і здійснювати автоматичне перемикання між ними.

2.2.2 Вибір типу та коротка характеристика оптичного кабелю

В зв’язку з тим, що згідно до завдання необхідно забезпечити на трасі кабельної магістралі 150 ПЦП, для цього треба передбачити оптичний кабель з одномодовими оптичними волокнами та ВОСП що буде працювати в одно канальному режимі. Згідно до розділу 1.2 для даної траси в якості такого кабелю передбачено кабель типу ОКЛБг-3- ДА12- 2х4Е-0,40 Ф3,5/0,30 Н19 – 8/0 для прокладки в грунті та через неглибокі водні перешкоди.

З одного боку, на вибір кабелю впливають параметри ВОСП (ширина смуги і швидкість передачі, довжина хвилі оптичного випромінювача, енергетичний потенціал, допустима дисперсія, спотворення), з другого боку, оптичний кабель повинен задовольняти і технічним вимогам:

можливість прокладки в таких же умовах, в яких прокладаються і електричні кабелі;

максимальне використання існуючої техніки;

стійкість до зовнішніх впливів тощо.

Характеристика кабелю ОКЛБг наведена в таблиці 2.8.

Таблиця 2.4 – Технічні характеристики кабелю типу ОКЛБг

Експлуатаційні характеристики кабелю

Температурний режим

-10 0С……+50 0С

Радіус вигину

≥ 30 Дк

Ростягуюче зусилля

≥ 3,5 кН

Електричний опір ізоляції оболонки

≥ 2000 МОм ∙ км

Категорія блискавкостійкості, для кабелів з діелектричним ЦСЕ

> 105 кА

Будівельна довжина, км

Від 2 і більше , але не більше 6 км

Конструктивні характеристики

Оптичні волокна, по ITU-T рекомендації G652; G653; G654; G655

Від 2 до 96

Центральний силовий елемент (ЦСЕ)

Склопластик або стальний трос в поліетиленової оболонці

Оболонка, захисний шланг

Поліетилен, ПВХ, негорючі або спеціальні компаунди, металопластмаса

Броньове покриття

Гофрована ламінована стальна стрічка

Розрахункова маса (без жил ДЖ)

232 кг/км

656864-35877500

-11874583821

Рисунок 2.3 – Ескіз поперечного перерізу кабелю ОКЛБг-3- ДА12- 2х4Е-0,40 Ф3,5/0,30 Н19 – 8/0

00

Рисунок 2.3 – Ескіз поперечного перерізу кабелю ОКЛБг-3- ДА12- 2х4Е-0,40 Ф3,5/0,30 Н19 – 8/0

де:

1 - оптичне волокно,

2 – трубка оптичного модулю,

3 - ГЗ оптичного модуля,

4 - центральний силовий елемент,

5 - заповнюючий елемент,

6 - ГЗ сердечника,

7 - проміжна оболонка,

8 - гофрована броня,

9 - ГЗ броні,

10 - захисний шланг

2.3 Розрахунок параметрів кабельної магістралі

Параметри оптичних волокон

Згідно [1] і [2] основними параметрами оптичного кабелю вважаються: геометричні розміри серцевини 2а й оболонки 2b: числова апертура NA і коефіцієнт загасання α, додатковими параметрами являються: відносна різниця показників переломлення ∆, нормована частота V, число мод що поширюється М, критична частота f кр.

2.3.1 Розрахунок оптичних параметрів волокна

Для вибраної конструкції ОК необхідно вибрати матеріали для оболонки і сердечника оптичного волокна (ОВ) і визначити показник заломлення (ПЗ) по формулі Селмейєра [6]:

, (2.1)

де n – показник переломлення;

, – коефіцієнти ряду Селмейера для кварцового скла;

λ – довжина хвилі.

Для виготовлення сердечника виберемо кварцове скло з легуючою добавкою (домішком) окису германії з [6]

Рецептура скла сердечника наступна: .

Для цієї рецептури коефіцієнти ряду Селмейєра будуть дорівнювати:

.

Розрахуємо показник заломлення для сердечника по формулі (2.1) на довжині хвилі мкм:

Для виготовлення оболонки виберемо кварцове скло з легуючою добавкою (домішком) окису бору з [6]

Рецептура скла оболонки наступна: .

Для цієї рецептури коефіцієнти ряду Селмейера будуть дорівнювати:

.

Розрахуємо показник заломлення для оболонки по формулі (2.1) на довжині хвилі мкм:

У результаті одержуємо:

- сердечник з діаметром мкм і показником заломлення .

- оболонку діаметром мкм і показником заломлення .

Розрахуємо значення відносної різниці показників заломлення [1] Δ по формулі 2.2.

, (2.2)

тоді,

∆ =

Від значення залежить ефективність вводу випромінювання джерела в оптичному волокні, величини втрат на мікровигинах, дисперсії і імпульсів.

Числова апертура визначає максимальний тілесний кут входження променів у серцевину волокна, який дорівнює 2QKp.

Розрахуємо числову апертуру [1]:

, (2.3)

тодi,

NA=

Для визначення числа мод, які розповсюджуються в ОВ, визначимо нормовану частоту за формулою [1]:

,(2.4)

де: λ – довжина хвилі, мкм. λ =1,55 мкм

2а=7 мкм - діаметр серцевини ОВ.

Тоді,

Цей параметр визначає режим роботи ОВ. Якщо при ступеневому ППЗ виконується умова, що 0< ν <2,405, то режим роботи одномодовий, якщо ν > 2,405 – багатомодовий. Таким чином, режим роботи одномодовий.

Розрахуємо критичну частоту, при якій розповсюджується лише один тип хвиль[2]:

, (2.5)

де Рпм, - корінь функції Бесселя, дорівнює – 2,405.

Отримаємо,

Гц.

Знайдемо також довжину хвилі відсічки по виразу [2]:

. (2.6)

λ0 = мкм.

2.1.2 Розрахунок параметрів передавання волокна

Визначимо загасання сигналу ОВ. Втрати сигналу в ОВ обумовлені власними втратами і додатковими, виникаючими в результаті виробництва оптичного волокна, зборки оптичного кабелю, і прокладки ОК.

Отже [1]:

, (2.7)

де: – сумарні власні втрати в ОВ, дБ/км;

– додаткові втрати в ОВ, дБ/км.

Сумарні власні втрати в ОВ визначаються, в основному виді [1]:

, (2.8)

де втрати на релеєвське розсіювання, дБ/км.

Релеєвські втрати можуть бути визначенні для ООВ по формулі:

. (2.9)

Втрати в матеріалі (дБ/км) зв’язані з втратами на поляризацію можуть бути визначені за виразом [1]:

. (2.10)

Втрати сигналів, зв’язані з поглинанням в інфрачервоній області спектру (дБ/км), обумовлені хвостами резонансних поглинань іонів (атомів). Вони визначаються за виразом [4]:

. (2.11)

Втрати в ОВ виявляються також і на гідроксильному залишку води ОН, значення яких рівні [1]:

αон=0,10дБ/км при λ=850нм0,05дБ/км при λ=850нм0,03дБ/км при λ=850нм

Таким чином, втрати на релеєвське розсіювання дорівнюють (2.9):

дБ/км.

Втрати в матеріалі за (2.10) дорівнюють:

дБ/км.

Втрати сигналів, зв’язані з поглинанням в інфрачервоній області за (2.11):

дБ/км.

Втрати на гідроксильному залишку води ОН складають:

дБ/км.

Отже, за формулою (2.8), отримаємо:

дБ/км.

Додаткові втрати, зв’язані с конструктивними особливостями оптичного кабелю, а також з їхньою прокладкою. Експериментально встановлено, що додаткові втрати приблизно складають 40 % від власних втрат і розраховуються за формулою [1]:

, (2.12)

дБ/км.

Загальні втрати розраховуються за формулою (2.7):

дБ/км.

Виконані вище розрахунки показали, що для обраного нами оптичного волокна сумарні втрати на довжині хвилі 1,55 мкм складуть 0,293 дБ/км, що задовольняє рекомендації G.652 ITU-T, по якій загальні витрати дорівнюють

0,3 дБ/км.

Поряд з загасанням α найважливішим параметром волоконно-оптичних систем передачі є смуга частот модуляції оптичної несучої ∆F, що пропускається оптичним волокном. Вона визначає обсяг інформації, яку можна пропустити по оптичному кабелю.

Дисперсія виникає по двом причинам: некогерентності джерела випромінювання й існування великого числа мод (типів коливання) у випромінюванні. Дисперсія викликана першою причиною, називається хроматичною (частотною) вона поділяється на два види – матеріальну та хвилеводну (внутрішньомодову). Матеріальна дисперсія зумовлена залежністю показника заломлення оптичного волокна від довжини хвилі.

Дисперсія, викликана другою причиною, називається модовою (міжмодовою). Вона обумовлена наявністю в випромінюванні великого числа мод, кожна з яких поширюється зі своєю швидкістю. При одномодовому режимі роботи модова дисперсія дорівнює нулю. Чим менше значення дисперсії, тим більший потік інформації можна передати по волокну. В ООВ результуюча дисперсія σ визначається за формулою:

, (2.13)

де: – матеріальна дисперсія;

– хвилеводна дисперсія.

Вираз (2.13) для визначення можна представити у вигляді:

, (2.14)

де , – питомі матеріальна і хвилеводна дисперсії оптичного волокна, відповідно;

– середньоквадратична ширина спектральної лінії джерела випромінювання.

Згідно з паспортними даними використовуваної апаратури ширина спектральної лінії нм. Розрахуємо питому хвилеводну дисперсію за формулою [1]:

, (2.15)

де: – радіус серцевини ОВ, мкм;

- показник заломлення серцевини ОВ.

Тоді отримаємо:

= пс/(км·нм).

Розрахуємо питому дисперсію матеріалу ОВ по методу кінцевих різниць[1]:

, (2.16)

де: - перша похідна показника заломлення.

Розрахуємо першу похідну показника заломлення за формулою:

, (2.17)

отримаємо:

.

Тепер розрахуємо загальну питому хроматичну дисперсію за формулою (2.14):

пс/(км·нм) .

Виконані вище розрахунки показали, що для обраного нами оптичного волокна хроматична дисперсія на довжині хвилі 1,55 мкм складає 3,86 пс/(км·нм), що задовольняє рекомендації G.652.

Максимальна довжина дільниці регенерації по загасанню визначається за формулою [7]:

. (2.19)

Мінімальна довжина дільниці регенерації по загасанню з АРУ визначається за формулою [7]:

. (2.20)де: – діапазон АРУ приймальної частини апаратури (ПРОМ);

- запас системи за потужністю;

- втрати потужності у розємному зєднанні джерела випромінювання в волокно;

- втрати в розємному з'єднанні волокна з приймачем;

- загасання оптичного кабелю типа ОКЛБг на довжині хвилі мкм;

- будівельна довжина кабелю;

- втрати в місцях зварювання волокон між собою.

Максимальна довжина дільниці регенерації по загасанню визначається за формулою (2.20):

км.

Мінімальна довжина ділянки регенерації по загасанню визначається за формулою (2.21):

км.

2.3.3 Розрахунок довжини регенераційної ділянки по дисперсії

Довжина регенераційної ділянки обмежена дисперсією сигналів в ОВ, не повинна перевищувати [3]:

, (2.21)

де: – лінійна швидкість передачі апаратури, бiт/с;

– хроматична дисперсія, яка може бути розрахована за формулою[5]:

, (2.22)

де: – ширина спектральної лінії джерела випромінювання, нм.

– питома хроматична дисперсія, пс/нм·км.

Отже,

пс/км.

Розрахуємо довжину регенераційної ділянки обмежену дисперсією сигналів в ОВ за формулою (2.21):

км.

Так як довжина регенераційної ділянки по загасанню менша ніж по дисперсії, то вибрана максимальна довжина регенераційної ділянки буде дорівнювати 94,1 км.

2.4 Розміщення регенераційних пунктів

Так як довжина проектуємої лінії передавання складає 918 км, а максимально допустима довжина секції синхронного транспортного модуля четвертого рівня ієрархії (STM-4) при номінальній довжині хвилі джерела випромінювання (1550 нм) - порядку 94,1 км є необхідність використання регенераторів в лінійному тракті.

Довжина регенераційної ділянки волоконно-оптичної лінії зв'язку визначається передаточними характеристиками кабелю: його коефіцієнтом загасання та дисперсією [1].

Загасання кабелю призводить до зменшення потужності, яка передається, що, відповідно, лімітує довжину регенераційної ділянки.

Дисперсія кабелю призводить до поширення імпульсів, які передаються, і чим довша лінія, тим більше вносимо похибки імпульсів, що в свою чергу, також накладає обмеження пропускної можливості кабелю.

Довжина регенераційної ділянки обирається по найменшому значенню Lp1 або Lp2 (довжина регенераційної ділянки по загасанню та по дисперсії, відповідно).

Згідно з розрахунками, які наведено в попередніх пунктах, (розрахунок довжини регенераційної ділянки по загасанню та розрахунок довжини регенераційної ділянки по дисперсії), було зроблено висновок, що довжина регенераційної ділянки обмежується загасанням (Lp1 < Lp2).

З огляду на максимальне і мінімальне значення довжини регенераційної ділянки, і беручи до уваги проходження траси кабелю, було вирішено встановлювати регенератори в населених пунктах відстань між якими не перевищує максимальних та мінімальних допустимих значень розрахованої довжини регенераційної ділянки.

Так як вибір місця розташування регенераційних пунктів обирається з урахуванням зручності їх обслуговування, можливості підвезення апаратури та іншого обладнання, а також під'їзду до них в будь-яку пору року, найоптимальнішим є встановлення регенераторів у вузлах зв'язку (та інших приміщеннях, які є власністю підприємств зв'язку) обраних населених пунктах.

Рисунок 2.4 – Структурна схема траси Вінниця-Луганськ з використанням мультиплексорів STM –4

2.5 Розробка рівнів енергетичних потенціалів

Для розробки рівнів енергетичних потенціалів будемо керуватися даними одержаними в розділі 2.3.

Для нормальної роботи волоконно-оптичної системи передачі необхідно забезпечити на вході прийомно-оптичного модуля потужність сигналу більшу, ніж потужність заданого порогу чутливості цього модуля (Р0), при якій забезпечується необхідний коефіцієнт помилок.

Будемо використовувати наступні дані:

Р д = -0,5 дБм – потужність джерела випромінювання;

а р = 0,5 дБ – втрати на роз’ємному з’єднувачі;

а н = 0,1 дБ – втрати на нероз’ємному з’єднувачі;

Р з = 6 дБм – енергетичний запас по потужності сигналу в розрахунку на можливі погіршення параметрів компонентів ВОСП;

Р 0= -39 дБм – потужність сигналу на прийомі, при якій забезпечується задана якість передачі інформації;

l= 4 км – будівельна довжина кабелю.

У другому розділі ми розрахували оптичні параметри волокна. Розрахували параметри передачі волокна, які відповідали рекомендації G.652. Розрахували довжину ділянки регенерації по загасанню і дисперсії. З’ясували, що вона обмежена загасанням і дорівнює 94,1 км. Обрали населені пункти, в яких будуть розміщені регенератори.

3 ОПИС ПРОГРАМНОГО ПРОДУКТУ

Тестування волоконно-оптичної лінії за допомогою рефлектометра (OTDR)

Після того, як лінія змонтована, вимірюються втрати у всіх з'єднаннях волокон і відстані до них. При цьому фіксується рефлектограма всієї регенераційної ділянки лінії зі всіма її особливостями, які вказують місце розташування зварних з'єднань волокон і величину втрат в них. Ця рефлектограма використовується для географічної прив'язки до місцевості і надалі служить для контролю деградації лінії в процесі її старіння.

3.1Особливості OTDR:

•модуль рефлектометра працює у в'язці з селективним вимірником потужності для PON,

•динамічний діапазон до 37 db,

•мертва зона 1 метр,

•підтримка трьох довжин хвиль в одному модулі 1310/1550/1625,

•підтримка 4 довжин хвиль в одному модулі на 2-х портах 850/1300/1310/1550, •автоматичне визначення трафіку,

•автоматичне визначення макро-вигину,

•програмне забезпечення OFS100 FiberTrace Software і OFS200 FiberCable Software.

3.2Характеристики OTDR

Оптичний імпульсний рефлектометр (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer) вперше був застосований для вимірів втрат в оптичних волокнах в 1976 р. Його принцип дії заснований на тому, що у волокно посилається послідовність коротких імпульсів світла, і вимірюється залежність потужності розсіяних назад імпульсів від часу їх запізнювання. В результаті виходить рефлектограма – графік розподілу втрат і коефіцієнтів віддзеркалення уздовж лінії. Для підключення OTDR досить доступу лише до одного кінця лінії, що дозволяє тестувати оптичні кабелі безпосередньо в процесі монтажу лінії. Аналізуючи рефлектограму, можна визначити місце пошкодження лінії і розрахувати всі основні параметри, по яких контролюється якість лінії.

Основними характеристиками рефлектометра є чутливість і просторовий дозвіл. Чутливість рефлектометра прийнято характеризувати величиною його динамічного діапазону, а просторовою дозвіл тривалістю імпульсу і шириною мертвої зони. Вибором тривалості імпульсів і часу усереднювання завжди є певний компроміс. Так при зменшенні тривалості імпульсів просторовий дозвіл рефлектометра покращується, а його чутливість погіршується. Час усереднювання сигналу впливає лише на чутливість рефлектометра. Проте із збільшенням часу усереднювання зростає час вимірів, який, враховуючи велику кількість волокон в лінії передачі, не може бути дуже великим.

3.3 Призначення OTDR

Кожний тип неоднорідності (зварне з'єднання волокон, тріщина, оптичний роз'єм і так далі) має свій характерний образ на дисплеї OTDR, і може бути легко ідентифікований оператором (мал.). У автоматичному режимі OTDR сам визначає тип неоднорідності, розраховує втрати на ділянках лінії, коефіцієнти віддзеркалення від неоднорідностей і так далі.

Що так, наприклад, відображають неоднорідності (роз'ємні з'єднання волокон, тріщини, торець волокна) виявляються на рефлектограмме у вигляді вузьких піків, а що не відображають неоднорідності (зварні з'єднання і зігнуті ділянки волокон) - у вигляді вигинів в рефлектограмме. Ділянки рефлектограмми, розташовані між неоднородностямі, мають вигляд прямих ліній з негативним нахилом. Кут нахилу цих прямих прямо пропорційний величині втрат у волокні.

Мал. 3.1. Типова рефлектограма лінії передачі. По вертикальній осі в логарифмічному масштабі відкладається відносна потужність імпульсів, що повернулися в рефлектометр, а по горизонтальній осі відстань до місця віддзеркалення.

3.3.1 Динамічний діапазон

Відповідно до рекомендації Міжнародній Електротехнічній Комісії (IEC – International Electrotechnical Commission) динамічний діапазон рефлектометра DIEC визначається як різниця між рівнем сигналу зворотного релеєвського розсіяння на початку рефлектограми і піковим значенням шумів у відсутність сигналу. Рівень сигналу зворотного релеєвського розсіяння знаходиться шляхом екстраполяції прямолінійної похилої ділянки рефлектограми в початок рефлектограми. Рівень пікового значення шуму визначається виходячи з умови, що вірогідність попадання шумового сигналу в довірчий інтервал має дорівнювати 98%. Для цього по верхньому краю шумової доріжки проводиться пряма горизонтальна лінія так, щоб її пересікав лише один шумовий пік з 100.

Рис.3.2 Динамічний діапазон рефлектометра DIEC визначається як різниця між рівнем сигналу зворотного релеєвського розсіяння на початку рефлектограми і піковим значенням шуму у відсутність сигналу.

Фізичний сенс динамічного діапазону рефлектометра пояснюється на рис.3.2. Як видно з цього малюнка повні втрати в лінії А дорівнюють відстані між рівнями сигналу зворотного релеєвського розсіяння на початку і в кінці рефлектограми. Причому кінець рефлектограми буде видно на дисплеї до тих пір, поки сигнал не зменшиться до рівня шуму. Таким чином, динамічний діапазон рефлектометра дорівнює максимально вимірюваній величині повних втрат в лінії.

Важливою гідністю рефлектометричних вимірів є те, що в них вимірювальний прилад підключається лише до одного кінця лінії (мал. 1.16). Оскільки типова довжина регенераційної ділянки в магістральній лінії передачі складає близько 100 км. (з оптичними підсилювачами ~ 1000 км.), то ясно, що підключати вимірювальну апаратуру лише до одного кінця такої лінії значно простіше.

3.3.2.Оцінка динамічного діапазону.

В логарифмічних одиницях (дБ і дБм) (ми їх виділяємо в тексті жирним курсивом) динамічний діапазон рефлектометра дорівнює напіврізниці між потужністю, розсіяною назад на початку волокна, pc і еквівалентною шумовою потужністю на вході фотоприймача pш (потужністю світла при якій відгук фотоприймача дорівнює середньоквадратичному значенню шуму): Drms=pc-pш2. Потужність, розсіяна назад на початку волокна, рс виражається через потужність джерела випромінювання рв (введену у волокно), втрати у відгалужувачі η і коефіцієнт зворотного релеєвського розсіяння q, як: рс=рв-η+q. А еквівалентна шумова потужність на вході фотоприймача рш виражається через порогу чутливість фотоприймача рпр і b – виграш у відношенні сигнал/шум за рахунок усереднювання імпульсів: рш=рпр-b. В результаті отримуємо вираз:

Drms=рв-η+q-рпр+b2 (2.1)

Після того, як в рефлектометрі встановлений відповідний оптичний модуль, потужність джерела випромінювання рв, порогова чутливість фотоприймача рпр і величина втрат у відгалужувачі

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Дипломна робота. Метою даного проекту являється : - створення сучасної телекомунікаційної мережі в інтересах населення та народного господарського комплексу; - організація якісного зв’язку для передачі різного виду інформації між проміжними та кінцевими населеними пунктами .

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Психология

Отрасли психологии. Психология – наука о человеке. Ответы по психологии. Методы, понятия, теории, классификация психологии. Темперамент. Мышление. Воображение. Внимание.

Закон "Про бухгалтерський облік та фінансову звітність в Україні"

Цей Закон визначає правові засади регулювання, організації, ведення бухгалтерського обліку та складання фінансової звітності в Україні.

Проектное задание. Тема: «Уголовное право»

Уголовное право — это отрасль права, регулирующая общественные отношения, связанные с совершением преступных деяний, назначением наказания и применением иных мер уголовно-правового характера, устанавливающая основания привлечения к уголовной ответственности, либо освобождение от уголовной ответственности и наказания.

Отчет о прохождении ознакомительной практики

Фондовая биржа Фондовые Биржи Украины. Ознакомительная практика - особенно важная часть процесса подготовки специалистов любой специальности.

Методы судебной экспертизы

Криминалистика. Методы основываются на соответствующих научных методах. Классификация методов. Научная обоснованность экспертного метода. Погрешность измерения. Полевая криминалистика. Научные и технико-криминалистические основы.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok