Проектування первинної мережі зв’язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії

Размещено на http://www.allbest.ru/

УкраїнськИЙ державнИЙ УНІВЕРСИТЕТ залізничного транспорту

Факультет «Інформаційно-керуючі системи та технології»

Кафедра «Транспортний зв'язок»

КУРСОВЫЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Багатоканальні системи передачі інформації»

на тему: «Проектування первинної мережі зв'язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії»

Студента 4 курсу,

Спеціальності 273 - «Залізничний транспорт»

освітньої програми «Інфокомунікації та інженерія»

Харків - 2020



ЗМІСТ

1. Вибір топології проектованої первинної мережі зв'язку

1.1 Синтез кільцевої топології проектованої мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер

1.2 Вибір топології проектованої мережі на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі

2. Розрахунок довжини ділянок регенерації й кількості регенераторів

2.1 Рекомендації з розрахунку довжини ділянок регенерації й кількості регенераторів

3. Синхронізація проектованої первинної мережі зв'язку

3.1 Синхронізація мережі SDH з кільцевою топологією

4. Розрахунок обсягу обладнання вузла проектованої первинної мережі зв'язку

4.1 Приклади типових конфігурацій мультиплексора SMA1664

5. Розрахунок показників надійності лінійного тракту

Загальні висновки

Література



Вступ

Сучасний рівень техніки зв'язку й нових мережевих технологій вимагають організації на залізничному транспорті цифрових мереж зв'язку з використанням волоконно-оптичних ліній зв'язку (ВОЛЗ). Велика пропускна здатність, велика довжина регенераційних ділянок, нечутливість до електромагнітних впливів, великі будівельні довжини визначили високі темпи упровадження ВОЛЗ.

Сьогодні найпоширенішою технологією для побудови первинних (транспортних) мереж на основі ВОЛЗ є технологія SDH, тому що вона дозволяє будувати мережі з високими показниками надійності, малим часом відновлення й великими можливостями по резервуванню. Немаловажне й те, що мережі SDH можуть бути використані для організації транспортного рівня мультисервісних мереж на основі технологій пакетної комутації, наприклад ATM або Ethernet, які дозволяють передавати різнорідний трафік.

Це, у свою чергу, вимагає пророблення питань будівництва волоконно-оптичних ліній зв'язку; впровадження систем передачі синхронної цифрової ієрархії SDH; впровадження пакетних технологій передачі; побудови мереж передачі даних, що відповідають міжнародним стандартам.

Метою курсового проекту є узагальнення теоретичних знань з дисципліни «Багатоканальні системи передачі інформації» та придбання практичних навичок в проектуванні первинних (транспортних) мереж на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії.



1. Вибiртопологiiпроектованоiпервинноiмережiзв`язку

Незважаючи на те, що найбільш характерною топологією мереж SDH є кільцева топологія (рисунок 1.1), при значній відмінності кількості вводимих та виводимих цифрових потоків у вузлах мережі використання такої топології не завжди виправдано, тому що приводить до завищення необхідної кількості каналів, що циркулюють по кільцю, і, як наслідок, до необхідності використання SDH мультиплексорів ведення/виведення більш високого рівня. регенерація синхронна цифрова ієрархія

Рисунок 1.1 Топологія «кільце»

B цьому випадку може виявитися, що доцільніше використовувати мережі c чарунковою структурою, засновані на топологіях «точка-точка», «послідовний лінійний ланцюг» або «зірка» (рисунок 1.2-1.5), тим більше, що сучасні мультиплексори дозволяють використовувати останню топологію з досить великою кількістю променів за рахунок використання більш гнучких схем крос-комутації в центральному вузлі. Один з варіантів чарункової топології показаний на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 Топологія «точка - точка»

Рисунок 1.3 Топологія «послідовний лінійний ланцюг» без резервування

Рисунок 1.4 Топологія «послідовний лінійний ланцюг» з резервуванням



Рисунок 1.5 Топологія «зірка» з мультиплексором SMUX в ролі концентратора

Так само істотним фактором при виборі топології проектованої мережі може бути взаємне розташування вузлів мережі, можливість прокладання кабелю у вже існуючій кабельній каналізації й т.д.

Крім того, незалежно від обраної топології, повинна бути проведена оптимізація структури мережі за критерієм мінімальної довжини оптичного кабелю.

Рисунок 1.6 Варіант чарункової топології

Таким чином, вибір топології проектованої мережі є досить складним завданням, повне рішення якого виходить за рамки курсового проектування. Тому з метою спрощення при курсовому проектуванні вибір топології мережі будемо здійснювати в ході послідовного рішення таких завдань.

1. Синтез кільцевої топології проектованої мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер (сегментів).

2. Перетворення (при необхідності) кільцевої топології мережі в радіально-кільцеву або чарункову топологію на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі і їхньої довжини.

1.1 Синтез кільцевої топології проектованої мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер

Задані значення відстаней між кожним з вузлів мережі зведені в таблицю 1.1.

Таблиця1.1 - Відстань між вузлами проектованої мережі, км

Вузол мережі	А	В	C	D	E	F
A		22	37	52	117	70
B	22		45	31	63	60
C	37	45		60	30	55
D	52	31	60		54	31
Е	117	63	30	54		33
F	70	60	55	31	33

Знайдемо оптимальну топологію мережі за допомогою алгоритму Дейкстри, що застосовується для знаходження шляху з мінімальною сумарною вагою в графі з ненегативними вагами.

У загальному випадку, алгоритм Дейкстри складається з таких кроків.

1. Маркіруємо всі вузли, крім стартового, парою значень, що складається з відстані до даного вузла (спочатку «») і ім'я вузла підходу (спочатку «»), (стартовим вузлом обраний вузол А). Вузол підходу ( це найближчий сусідній вузол, від якого здійснюється безпосередній підхід до вузла, який маркирується.

2. Починаючи зі стартового вузла, вибирається вузол з найнижчою сукупною вагою й вважається «фіксованим».

3. Сусідні вузли з «фіксованим» вузлом маркіруються сукупною відстанню від стартового вузла й ім'ям вузла підходу.

4. Якщо вузол уже маркірований, то його мітка заміняється на нову, сукупна відстань якої менше, ніж існуюча сукупна відстань.

5. Триває маркування вузлів, поки всі вузли не стануть «фіксованими».

Після фіксації всіх вузлів результуюча сукупна вага дозволяє розрахувати самий короткий шлях від вихідного вузла. Це можна зробити, читаючи у зворотному порядку вузли підходу кожного вузла на відповідному шляху.

Для побудови топології «кільце» за алгоритмом Дейкстри проведемо розрахунки для 6-ти стартових вузлів наступним чином:

A - B - D - F - E-C- A = 22 + 31 + 31 + 31+ 30+374= 182км.

B - A - C - Е - F - D - B = 22 + 37 + 30 + 33 + 31 + 31 = 184км.

C - A - B - D -F -E - C = 37 + 22 + 52 + 31 + 33 + 30 = 205 км.

D - B - A - C - E - F - D = 31 + 22 + 37 + 30 + 33 + 31 = 184км.

E - C - A - B - D - F - E = 30 + 37+ 22 + 31 + 31 + 33 = 184км.

F - D - B - A - C - E - F= 31 + 31 + 22 + 37 + 30 + 33 = 184км.

Остаточне рішення про вибір варіанта мережі з кільцевою топологією приймається після порівняння сумарних відстаней між вузлами мережі й вибору найменшого.

В результаті розрахунків отримуємо 6 кільцевих топологій, оптимальним з погляду мінімізації довжини оптичного кабелю є варіант топології, показаний на рисунку 1.7.

Рисунок 1.7 - Оптимізована мережа з топологією «кільце»

1.2 Вибір топології проектованої мережі на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі

Для вибору топології проектованої мережі спочатку необхідно визначити кількість вводимих та виводимих цифрових потоків (2 Мбіт/с) для кожного вузла. Це можна зробити на основі аналізу вихідних даних для курсового проектування (таблиця 1.2).



Таблиця 1.2 - Розподіл цифрових потоків по напрямках зв'язку

Вузли	А	В	C	D	E	F
A		40	32	48	10	4
B	40		40	40	3	8
C	32	40		60	4	20
D	48	40	60		8	25
Е	10	3	4	8	-	14
F	4	8	20	25	14
Разом	134	131	156	181	39	71

На основі аналізу таблиці 1.2 можна зробити попередні висновки про доцільність застосування тієї або іншої топології мережі й про рівень застосовуваних мультиплексорів у вузлах мережі (остаточний вибір рівня мультиплексорів можливий тільки після розрахунку кількості основних і резервних потоків, що приходяться на кожен сегмент мережі, а такий розрахунок можна провести тільки після вибору топології мережі).

Об'єднання шести вузлів у кільце вимагає застосування мультиплексорів рівня STM-4 (4 х 63 = 252 первиннихихцифровихихпотока зі швидкістю передачі 2 048 кбіт/с), тому що на мережі всі вузли з кількістю вводимих/виводимих цифрових потоків більше 63 (STM-1). Таким чином отримуємо кільцеву топологію показану на рисунку 1.8.

Представлена структура приводить до мінімальної кількості необхідних мультиплексорів різних рівнів при найбільшій надійності. Питання захисту тут вирішуються шляхом напрямку цифрових потоків по двох непересічних маршрутах зі співпадаючими кінцевими точками мережі.Для розрахунку кількості потоків, що проходять по сегментах шляху,вибираємо основні й резервні шляхи проходження цифрових потоків у проектованій мережі. Обрані шляхи наведені в таблиці 1.3. - 1.4.



Таблиця 1.3 - Основні й резервні шляхи проходження цифрових потоків

Шлях передавання	Основний шлях	Резервний шлях
AB	A - B	A - C - F - D - B
AD	A - B - D	A - C - F- D
AF	A - B -D - F	A - C - E - F
AE	A - C - E	A - B - D - F -E
AC	A - C	A - B - D - F - C
BD	B - D	B - A - C - F - D
BF	B - D - F	B -A - C - F
BE	B -D - F- E	B - A- C - E
BC	B - A - C	B - D - F - C
DF	D - F	D - B - A - C - F
DE	D - F - E	D - B - A - C - E
DC	D - F - C	D - B - A - C
FE	F - E	F - D - B - A - C - E
FC	F -C	F - D - B - A - C
EC	E - C	E - F - C

Використовуючи таблицю 1.3 необхідно розрахувати кількість основних і резервних потоків, що проходять по сегментах мережі.

Розрахунок кількості потоків, що проходять по сегментах шляху, наведений у таблиці 1.4, де введені такі позначення: «Х» - основні канали; «Р» - резервні канали; «-» - потоки, що не проходять по сегментах мережі.

Таблиця1.4 Розрахунок кількості потоків, що проходять по сегментах шляху

Шлях передавання	Кількість потоків	Сегментишляху
		BD	BA	AC	CE	FE	FD	FC
AB	40	X	P	P	-	P	-	P
AD	48	X	X	P	-	P	-	P
AF	4	X	X	X	P	_	P	P
AE	10	P	P	P	P	-	X	X
AC	32	P	P	P	_	P	-	X
BD	40	P	X	P	_	P	-	P
BF	8	P	X	X	-	P	-	P
BE	63	P	X	X	X	P	P	_
BC	45	P	X	X	_	_	P	P
DF	31	P	P	P	_	_	X	P
DE	54	P	P	P	P	X	X	_
DC	60	P	P	P	_	_	X	X
FE	33	P	P	P	P	X	P	_
FC	55	P	P	P	X	X	P	_
EC	30	P	P	P	X	P	P	_
Разом	основний	213	252	262	265	142	275	60
	резервний	547	508	498	231	183	485	204
	Всього	760	760	760	496	325	760	264

Отримана таблиця 1.4не підтверджує правильність вибору рівнів мультиплексорів у вузлах мережі. Таким чином, у результаті проведеного аналізу можливих топологій проектованої мережі, вибираємо мережу з кільцевою топологією, що показана на рисунку 1.9, тому що вона при мінімальній кількості мультиплексорів (шість мультиплексорів рівня STM-16) задовольняє умові по резервуванню первинних цифрових потоків.

Рисунок 1.9



2. РОЗРАХУНОК ДОВЖИНИ ДІЛЯНОК РЕГЕНЕРАЦІЇ Й КІЛЬКОСТІ РЕГЕНЕРАТОРІВ

2.1 Рекомендації з розрахунку довжини ділянок регенерації й кількості регенераторів

При проектуванні лінії зв'язку на основі волоконно-оптичного кабелю повинні розраховуватися окремо довжина ділянки регенерації по загасанню () і довжина ділянки регенерації по широкосмужності (), тому що причини, що обмежують граничні значення й незалежні.

У загальному випадку необхідно розраховувати дві величини довжини ділянки регенерації по загасанню:

максимальна проектна довжина ділянки регенерації;

мінімальна проектна довжина ділянки регенерації.

Максимальна довжина ділянки регенерації. Для оцінки величини максимальної довжини ділянки регенерації й можуть бути використані наступні вирази:

;

,

де?_ок (дБ/км) - кілометричне загасання в оптичному волокні;

?_нз (дБ) - загасання потужності оптичного випромінювання нероз'ємного оптичного з'єднувача на стику між будівельними довжинами кабелю (втрати в нерознімному з'єднанні);

(км) - значення будівельної довжини кабелю;

?_pз (дБ) - загасання потужності оптичного випромінювання рознімного

оптичного з'єднувача (втрати в рознімному з'єднанні);

n - кількість рознімних оптичних з'єднувачів;

(пс/(нм·км)) - сумарна дисперсія одномодового оптичного волокна;

, (нм) - ширина спектра джерела випромінювання;

В (МГц) - швидкість передачі цифрових сигналів в оптичному тракті;

М (дБ) - експлуатаційний запас (2-6 дБ);

- енергетичний потенціал.

Енергетичний потенціал розраховується по формулі

, дБм, (2.1)

де - рівень потужності оптичного випромінювання на передачі, дБм;

- мінімальна чутливість приймача - мінімальне значення рівня потужності оптичного випромінювання на вході приймача, при якому забезпечується коефіцієнт помилок не більше 1·10^-10 к кінцю терміну служби апаратури.

Визначення рівня потужності оптичного випромінювання, тобто , здійснюють по формулі

, дБм, (2.2)

де - середня потужність випромінювання - рівень середньої потужності оптичного сигналу на виході джерела випромінювання;

- зниження рівня середньої потужності, що залежить від характеру сигналу (для коду NRZ, що застосовується в апаратурі SDH, 3 дБ).

Мінімальна довжина ділянки регенерації. Для оцінки величини мінімальної довжини ділянки регенерації може бути використаний вираз

,

де - мінімальне перевантаження - максимальний рівень потужності оптичного випромінювання на вході приймача, при якому забезпечується коефіцієнт помилок не більше 1·10^-10 до кінця терміну служби апаратури.

При проектуванні бажано обирати апаратуру або кабель з такими технічними даними ???), що забезпечують виконання співвідношення

. (2.3)

Це забезпечує запас по широкосмужності на ділянці регенерації на перспективу розвитку.

Кількість регенераційних пунктів, що не обслуговуються (НРП):

(2.4)



де - відстань між вузлами мережі - регенераційними пунктами, що обслуговуються, - ОРП). Зворотні дужки в (3.4) означають закруглення до більшого цілого.

Проведемо розрахунок довжини ділянки регенерації й кількості регенераторів для лінії зв'язку між вузлами A й B.

Вихідні дані для розрахунку. Довжина лінії зв'язку складає 22 км. Нехай використовується одномодове оптичне волокно із таким параметрами: на довжині хвилі 1310 нм, будівельна довжина - 2 км (обраний код застосування L-16.1 по таблиці А.1 і оптичне волокно, що відповідає рекомендаціям G.652).

Рівень SDH мультиплексорів - STM-16 (2488,32 Мбіт/с). Параметри оптичного передавача й приймача SDH мультиплексора STM-16: середня потужність передачі: +1 дБ; чутливість приймача при коефіцієнт помилок

10^-10: 27 дБ; максимальний припустимий рівень на вході: 9 дБ; ширина спектра джерела випромінювання: 0,35 нм.

Експлуатаційний запас - 6 дБ. Втрати в рознімних з'єднаннях - 0,65 дБ. Кількість рознімних з'єднань - 2. Втрати в нероз'ємних з'єднаннях - 0,023 дБ.

Розрахунок довжини ділянки регенерації й кількості регенераторів.

1. Розраховуємо енергетичний потенціал.

2. Розраховуємо максимальну довжину ділянки регенерації по загасанню й широкосмужності:

Для розглянутого прикладу умова виконується, тому ми можемо використовувати обране оптичне волокно.

3. Розраховуємо мінімальну довжину ділянки регенерації:

4. Розраховуємо кількість регенераційних пунктів, що не обслуговуються:

Проведемо розрахунок довжини ділянки регенерації й кількості регенераторів для лінії зв'язку між вузлами AC, CF, FD, DE, EB.

Вихідні дані для розрахунку. Довжина лінії зв'язку складає 25 км. Нехай використовується одномодове оптичне волокно із таким параметрами: на довжині хвилі 1550 нм, будівельна довжина - 2 км (обраний код застосування L-16.3 по таблиці А.1 і оптичне волокно, що відповідає рекомендаціям G.653).

Рівень SDH мультиплексорів - STM-16 (2488,32 Мбіт/с).

Параметри оптичного передавача й приймача SDH мультиплексора STM-16: середня потужність передачі: +1 дБ; чутливість приймача при коефіцієнтпомилок

10^-10: 27 дБ; максимальний припустимий рівень на вході: 9 дБ; ширина спектра джерела випромінювання: 0,35 нм.

Експлуатаційний запас - 6 дБ. Втрати в рознімних з'єднаннях - 0,65 дБ. Кількість рознімних з'єднань - 2. Втрати в нероз'ємних з'єднаннях - 0,023 дБ.

Розрахунок довжини ділянки регенерації й кількості регенераторів.

1. Розраховуємо енергетичний потенціал.

2. Розраховуємо максимальну довжину ділянки регенерації по загасанню й широкосмужності:

Для розглянутого прикладу умова виконується, тому ми можемо використовувати обране оптичне волокно.

3. Розраховуємо мінімальну довжину ділянки регенерації:

4. Розраховуємо кількість регенераційних пунктів, що не обслуговуються:



Після проведення розрахунку кількості регенераторів для кожного сегмента мережі складається загальна схема проектованої первинної мережі (рисунок 2.1)



3. СИНХРОНІЗАЦІЯ ПРОЕКТОВАНОЇ ПЕРВИННОЇ МЕРЕЖІ ЗВ'ЯЗКУ

3.1 Синхронізація мережі SDH з кільцевою топологією

Розглянемо приклад синхронізації мережі SDH з кільцевою топологією. Мережевий елемент NE 1 (рисунок 3.1) синхронізує всі мережеві елементи з використанням ведучого генератора тактових сигналів PRC (пріоритет 1).

Рисунок 3.1 - Приклад синхронізації мережі SDH з кільцевою топологією (нормальний стан)

У мережевому елементі NE 4 джерело опорних тактових сигналів TNC сконфігурований із пріоритетом 2. Джерело опорних тактових сигналів на лінії «ЗАХІД» має пріоритет 1. Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі наведено в таблиці 3.1



Таблиця 3.1 Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі

Номер NE	Вузол	Пріоритет джерела синхронізації
		1	2
1	B	Зовнішній 2 МГц PRC	Лінійний сигнал від вузлаA
2	A	Лінійний сигнал від вузлаB	Лінійний сигнал від вузлаC
3	С	Лінійний сигнал від вузлаA	Лінійний сигнал від вузлаF
4	F	Лінійний сигнал від вузла C	TNC
5	D	Лінійний сигнал від вузла F	Лінійний сигнал від вузла E
6	E	Лінійний сигнал від вузла D	Лінійний сигнал від вузла A

При виникненні відмови NE 1 мережеві елементи NE 2 й NE 6 більше не приймають сигнали від NE 1. Ця ситуація не робить впливу на мережевий елемент NE 6, оскільки цей мережевий елемент синхронізується елементом NE 5. Мережевий елемент NE 2 не може використовувати сигнал від NE 3 для синхронізації, оскільки він приймає байт S1 F hex. Мережевий елемент NE 2 перемикається в режим утримання й передає байт S1 B hex у лінію «СХІД» і лінію «ЗАХІД».

При прийомі байта S1 B hex (рисунок 3.2) мережевий елемент NE 3 перемикається в режим утримання. Тепер мережевий елемент NE 4 також приймає байт S1 B hex і перемикається до свого джерела тактових сигналів із пріоритетом 2 (TNC). Байт S1 4 hex, що відповідає джерелу тактових сигналів (рівень якості Q2), вводиться у вихідний сигнал на лінії «СХІД» і лінії «ЗАХІД».



Рисунок 3.2- Приклад синхронізації мережі SDH з кільцевою топологією (реакція NE 3 й NE 4 на відмову NE 1)

Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі наведено в таблиці 3.2.

Мережевий елемент NE 3 (рисунок 3.3) приймає припустимий опорний тактовий сигнал по лінії «СХІД» і перемикається до цього тактового сигналу. Значення байта S1 у напрямку до NE 2 змінюється з F hex на 4 hex. Елемент NE 2 реагує на це в такий же спосіб, як й NE 3. Тепер всі мережеві елементи в цій кільцевій мережі синхронізуються опорним тактовим генератором TNC.

Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі наведено в таблиці 3.3.

Тільки тоді, коли знову стає доступним опорний тактовий генератор PRC (рівень якості Q1) мережевого елемента NE 1, відновлюється вихідний стан (рисунок 3.1).



Таблиця 3.2 Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі

Номер NE	Вузол	Пріоритет джерела синхронізації
		1	2
1	B	Втрата сигналу 2 МГц PRC	Лінійний сигнал SETSвід вузлаA
2	A	Втрата сигналу від вузлаB	Лінійний сигнал SETSвід вузлаC
3	С	Лінійний сигнал SETSвід вузлаA	Лінійний сигнал TNC від вузлаF
4	F	TNC	Лінійний сигнал SETSвід вузлаC
5	D	Лінійний сигнал TNC від вузлаF	Лінійний сигнал від вузла E
6	E	Лінійний сигнал TNC від вузлаE	Втрата сигналу 2 МГц PRC

Рисунок 3.3- Приклад синхронізації мережі SDH з кільцевою топологією (відмова NE 1, синхронізація від TNC)

Таблиця 3.3 Розподіл джерел синхронізації кільцевої мережі

Номер NE	Вузол	Пріоритет джерела синхронізації
		1	2
1	B	Втрата сигналу 2 МГц PRC	Лінійний сигнал TNC від вузлаA
2	A	Втрата сигналу від вузлаB	Лінійний сигнал TNC від вузлаC
3	С	Лінійний сигнал TNC від вузлаF	Лінійний сигнал від вузлаA
4	F	TNC	Лінійний сигнал від вузлаD
5	D	Лінійний сигнал TNC від вузлаF	Лінійний сигнал від вузла E
6	E	Лінійний сигнал TNC від вузлаD	Втрата сигналу 2 МГц PRC

4. РОЗРАХУНОК ОБСЯГУ ОБЛАДНАННЯ ВУЗЛА ПРОЕКТОВАНОЇ ПЕРВИННОЇ МЕРЕЖІ ЗВ'ЯЗКУ

4.1 Приклади типових конфігурацій мультиплексора SMA1664

1. Крос-конект STM-16вузла В: 2сигнали STM-16 та 137 Е1.

Рисунок 4.1- Крос-конект STM-16вузла В

2. Крос-конект STM-16вузла А: 2сигнали STM-16 та 225 Е1.

Рисунок 4.2- Крос-конект STM-16вузла А



3. Крос-конект STM-16вузла С: 2сигнали STM-16 та 112 Е1.

Рисунок 4.3- Крос-конект STM-16вузла С

4. Крос-конект STM-16вузла Е: 2сигнали STM-16 та 75 Е1.



Рисунок 4.4- Крос-конект STM-16вузла Е

5. Крос-конект STM-16вузла D: 2сигнали STM-16 та 217 Е1.



Рисунок 4.5- Крос-конект STM-16вузла D

6. Крос-конект STM-16вузла F: 2сигнали STM-16 та 190 Е1.



Рисунок 4.6- Крос-конект STM-16вузла F



5. РОЗРАХУНОК ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ ЛІНІЙНОГО ТРАКТУ

Перед проведенням розрахунків розглянемо основні поняття теорії надійності. Під надійністю системи варто розуміти її здатність виконувати задані функції із заданою якістю протягом деякого проміжку часу в певних умовах.

Надійність є комплексною властивістю, що залежно від призначення об'єкта може включати безвідмовність, ремонтопридатність і довговічність або сполучення цих властивостей. Термін надійність використовується тільки для описів загального характеру в некількісному вираженні.

Відмова - подія, що полягає в припиненні здатності об'єкта виконувати необхідну функцію. Після відмови об'єкт переходить у непрацездатний стан.

Працездатний стан - стан об'єкта, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної й/або проектної документації.

Непрацездатний стан - стан об'єкта, при якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність виконувати задані функції, не відповідає вимогам нормативно-технічної й/або проектної документації.

Наробіток - тривалість або обсяг роботи об'єкта, обмірювана в будь-яких неубутних величинах.

Показник надійності - кількісна характеристика одного або декількох властивостей, що складають надійність об'єкта.

При курсовому проектуванні будемо використовувати такі показники надійності:

а) показники безвідмовності:

середній наробіток на відмову - математичне очікування часу роботи поновлюваного об'єкта між відмовами;

параметр потоку відмов - відношення середнього числа відмов поновлюваного об'єкта за довільно малий його наробіток до значення цього наробітку;

середній час відновлення - математичне очікування часу відновлення працездатного стану об'єкта після відмови;

інтенсивність відмов - умовна щільність імовірності виникнення відмови об'єкта, яка визначається за умовою того, що до розглянутого моменту часу відмова не виникла;

середній наробіток до відмови - математичне очікування часу роботи об'єкта до першої відмови;

імовірність безвідмовної роботи - імовірність того, що в межах заданого наробітку відмова об'єкта не виникне;

б) показник експлуатаційної готовності:

коефіцієнт готовності - імовірність того, що об'єкт виявиться в працездатному стані в довільний момент часу, крім запланованих періодів, протягом яких застосування об'єкта по призначенню не передбачається.

В ході курсового проектування повинна бути зроблена оцінка показників надійності, шляхом побудови структурної схеми надійності лінійного тракту і розрахунку коефіцієнта готовності й середнього часу відновлення з урахуванням резервування за вихідним даними про надійність складових частин обладнання.

При проектуванні повинні бути задані вимоги по надійності:

- коефіцієнт готовності - ;

- середній час між відмовами (середній наробіток на відмову) - ;

- середній час відновлення - .

Проектована система належить до відновлюваних систем, у яких відмови можна усувати. По теорії надійності відмови розглядаються як випадкові події.

Імовірність безвідмовної роботи за проміжок часу визначається як

,

де - параметр потоку відмов, значення якого при застосуванні типових елементів заміни приблизно дорівнює інтенсивності відмов (), 1/годину.

Середній час безвідмовної роботи в період нормальної експлуатації (середній наробіток на відмову) визначається як

. (5.1)

Оцінимо ймовірність безвідмовної роботи деякої системи, що складається з множини різнотипних елементів. Нехай , , …… - імовірності безвідмовної роботи кожного елемента на інтервалі часу , - кількість елементів у системі.

Якщо відмови окремих елементів системи відбуваються незалежно, а відмова хоча б одного елемента веде до відмови всієї системи, то в цьому випадку в теорії надійності вважається, що такі елементи з'єднані послідовно. Імовірність безвідмовної роботи системи з послідовно з'єднаними елементами на інтервалі часу дорівнює добутку ймовірностей безвідмовної роботи окремих її елементів:

, (5.2)



де - інтенсивність відмов всієї системи, 1/годину;

- інтенсивність відмови i-го елемента, 1/годину.

Середній час безвідмовної роботи системи визначається як

, годин. (5.3)

Якщо відмови окремих елементів відбуваються незалежно, а до відмови всієї системи приводить відмова всіх її елементів, то в цьому випадку в теорії надійності вважається, що такі елементи з'єднані паралельно (випадок використання резервування). Імовірність безвідмовної роботи системи з паралельно з'єднаних елементів визначається виразом

. (5.4)

До числа основних показників надійності відновлюваних систем відноситься коефіцієнт готовності, що визначається по формулі:

, (5.5)

де - середній час відновлення елемента (системи).

Для послідовного з'єднання по надійності елементів системи (наприклад, ділянок магістралі або окремих видів обладнання), загальний коефіцієнт готовності дорівнює:

. (5.6)

де - коефіцієнти готовності окремих елементів системи передачі (наприклад, апаратури і кабелю).

При паралельному з'єднанні по надійності елементів системи передачі (наприклад, лінійних трактів) для випадку кільцевої структури зв'язку (на один робочий тракт доводиться один резервний), загальний коефіцієнт готовності визначається як

, (5.7)

де , - коефіцієнти готовності робочого й резервного трактів.

Розглянемо спосіб визначення надійності лінійного тракту. Вихідними даними для розрахунку показників надійності повинні бути:

- довжина волоконно-оптичного кабелю;

- кількість ОРП (мультиплексорів), НРП (регенераторів);

- інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю - (визначається за статистичними даними);

- інтенсивність відмов або наробіток на відмову ОРП (мультиплексорів), НРП (регенераторів);

- час відновлення НРП, ОРП й оптичного кабелю.

Шлях між вузлами мережі задамо як упорядковану послідовність елементів (оптоволоконний кабель, НРП, ОРП), кожний з яких характеризується своїми показниками надійності. Тому що відмови, у загальному випадку, відбуваються незалежно, то для визначення надійності лінійного тракту можна використовувати формулу для послідовного з'єднання елементів (5.2).

Інтенсивність відмов лінійного тракту визначають як суму інтенсивностей відмов НРП, ОРП й оптичного кабелю:

, (5.8)

де - інтенсивності відмов НРП й ОРП;

- кількість НРП й ОРП;

- інтенсивність відмов одного кілометра кабелю;

- довжина оптичного кабелю.

У випадку завдання для НРП й ОРП наробітки на відмову, інтенсивності відмов визначаються як

; ,

де , - наробіток на відмову ОРП і НРП відповідно.

Для визначення коефіцієнта готовності попередньо знайдемо середній час відновлення зв'язку по формулі:

, (5.9)

де , , - час відновлення відповідно НРП, ОРП й оптичного кабелю.

Коефіцієнт готовності знаходимо по формулі (5.5).

Норми на показники надійності, прийняті для курсового проектування. Необхідні показники надійності для місцевих, внутрізонових і магістральної первинних мереж з максимальною довжиною L_M (без резервування) наведені в таблицях 5.6, 5.7, 5.8.

При довжині каналу (магістралі) L не рівною L_M середній час між відмовами визначається як

. (5.10)

Таблиця 5.6 - Показники надійності для місцевої первинної мережі, L_M = 200 км

Показник надійності	Апаратури лінійного тракту
Коефіцієнт готовності	0,9987
Середній час між відмовами, годин	> 2500
Час відновлення, годин	див. примітку

Таблиця 5.7 - Показники надійності для внутрізонової первинної мережі, L_M = 1 400 км

Показник надійності	Апаратури лінійного тракту
Коефіцієнт готовності	0,99
Середній час між відмовами, годин	> 350
Час відновлення, годин	див. примітку

Таблиця 5.8 - Показники надійності для магістральної первинної мережі, L_M = 12 500 км

Показник надійності	Апаратури лінійного тракту
Коефіцієнт готовності	0,92
Середній час між відмовами, годин	> 40
Час відновлення, годин	див. примітку
Примітка: для встаткування лінійних трактів повинне бути: час відновлення НРП - Твнрп< 2,5 години (у тому числі час під'їзду - 2 години); час відновлення ОРП, ОП - Творп< 0,5 години; час відновлення оптичного кабелю - Твок< 10 годин(у тому числі час під'їзду 3,5 години).

Розрахуємо показники надійності для лінійного тракту магістральної первинної мережі, що складається із шести послідовно з'єднаних сегментів кабелю загальною довжиною 150 км, двох НРП і двох мультиплексорів (ОРП) у вузлах D й Е.

Наробіток на відмову для мультиплексорів (ОРП) становить 70 000 годин, для НРП - 92 000 годин. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю - . Середній час відновлення для мультиплексорів (таблиця 5.8) - 0,5 годин, для НРП - 2,5 години, для оптичного кабелю - 10 годин.

Схема надійності лінійного тракту представлена на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 - Схема надійності лінійного тракту без резервування

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:

4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:

5 Оскільки довжина каналу (магістралі) L = 150 км і не дорівнює L_M = 12 500 км (таблиця 5.8), то припустиме значення середнього часу між відмовами визначається як:

На основі порівняння розрахованих показників надійності із установленими нормами, можна зробити висновок, що розраховані показники надійності лінійного тракту повністю задовольняють заданим вимогам.

Розрахуємо показники надійності для лінійного тракту магістральної первинної мережі, що складається із шести послідовно з'єднаних сегментів кабелю загальною довжиною 25 км, двох НРП і двох мультиплексорів (ОРП) у вузлах B й A.

Наробіток на відмову для мультиплексорів (ОРП) становить 70 000 годин, для НРП - 92 000 годин. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю - . Середній час відновлення для мультиплексорів (таблиця 5.8) - 0,5 годин, для НРП - 2,5 години, для оптичного кабелю - 10 годин.

Схема надійності лінійного тракту представлена на рисунку 5.2.

Рисунок 5.2 - Схема надійності лінійного тракту без резервування

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:

4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:



5 Оскільки довжина каналу (магістралі) L = 25 км і не дорівнює L_M = 12 500 км (таблиця 5.8), то припустиме значення середнього часу між відмовами визначається як:

На основі порівняння розрахованих показників надійності із установленими нормами, можна зробити висновок, що розраховані показники надійності лінійного тракту повністю задовольняють заданим вимогам.

Розрахуємо показники надійності для лінійного тракту магістральної первинної мережі, що складається із шести послідовно з'єднаних сегментів кабелю загальною довжиною 48 км, двох НРП і двох мультиплексорів (ОРП) у вузлах А й С.

Наробіток на відмову для мультиплексорів (ОРП) становить 70 000 годин, для НРП - 92 000 годин. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю -. Середній час відновлення для мультиплексорів (таблиця 5.8) - 0,5 годин, для НРП - 2,5 години, для оптичного кабелю - 10 годин.

Схема надійності лінійного тракту представлена на рисунку 5.3.



Рисунок 5.3 - Схема надійності лінійного тракту без резервування

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:

4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:

5 Оскільки довжина каналу (магістралі) L = 48 км і не дорівнює L_M = 12 500 км (таблиця 5.8), то припустиме значення середнього часу між відмовами визначається як:

На основі порівняння розрахованих показників надійності із установленими нормами, можна зробити висновок, що розраховані показники надійності лінійного тракту повністю задовольняють заданим вимогам.

Розрахуємо показники надійності для лінійного тракту магістральної первинної мережі, що складається із шести послідовно з'єднаних сегментів кабелю загальною довжиною 68 км, двох НРП і двох мультиплексорів (ОРП) у вузлах Cй F.

Наробіток на відмову для мультиплексорів (ОРП) становить 70 000 годин, для НРП - 92 000 годин. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю -. Середній час відновлення для мультиплексорів (таблиця 5.8) - 0,5 годин, для НРП - 2,5 години, для оптичного кабелю - 10 годин.

Схема надійності лінійного тракту представлена на рисунку 5.4.

Рисунок 5.4 - Схема надійності лінійного тракту без резервування

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:

4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:

5 Оскільки довжина каналу (магістралі) L = 68 км і не дорівнює L_M = 12 500 км (таблиця 5.8), то припустиме значення середнього часу між відмовами визначається як:

На основі порівняння розрахованих показників надійності із установленими нормами, можна зробити висновок, що розраховані показники надійності лінійного тракту повністю задовольняють заданим вимогам.

Розрахуємо показники надійності для лінійного тракту магістральної первинної мережі, що складається із шести послідовно з'єднаних сегментів кабелю загальною довжиною 105 км, двох НРП і двох мультиплексорів (ОРП) у вузлах Fй D.

Наробіток на відмову для мультиплексорів (ОРП) становить 70 000 годин, для НРП - 92 000 годин. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю -. Середній час відновлення для мультиплексорів (таблиця 5.8) - 0,5 годин, для НРП - 2,5 години, для оптичного кабелю - 10 годин.

Схема надійності лінійного тракту представлена на рисунку 5.5.

Рисунок 5.5 - Схема надійності лінійного тракту без резервування

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:

4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:

5 Оскільки довжина каналу (магістралі) L = 105 км і не дорівнює L_M = 12 500 км (таблиця 5.8), то припустиме значення середнього часу між відмовами визначається як:

На основі порівняння розрахованих показників надійності із установленими нормами, можна зробити висновок, що розраховані показники надійності лінійного тракту повністю задовольняють заданим вимогам.

Розрахуємо показники надійності для лінійного тракту магістральної первинної мережі, що складається із шести послідовно з'єднаних сегментів кабелю загальною довжиною 43 км, двох НРП і двох мультиплексорів (ОРП) у вузлах E й B.

Наробіток на відмову для мультиплексорів (ОРП) становить 70 000 годин, для НРП - 92 000 годин. Інтенсивність відмов 1 км оптичного кабелю - . Середній час відновлення для мультиплексорів(таблиця 5.8) - 0,5 годин, для НРП - 2,5 години, для оптичного кабелю - 10 годин.

Схема надійності лінійного тракту представлена на рисунку 5.6.

Рисунок 5.6 - Схема надійності лінійного тракту без резервування

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:

4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:

5 Оскільки довжина каналу (магістралі) L = 43 км і не дорівнює L_M = 12 500 км (таблиця 5.8), то припустиме значення середнього часу між відмовами визначається як:

На основі порівняння розрахованих показників надійності із установленими нормами, можна зробити висновок, що розраховані показники надійності лінійного тракту повністю задовольняють заданим вимогам.

Розрахуємо показники надійності з урахуванням резервування 1+1 по рознесених трактах. У якості резервного обраний маршрут B - A - C - F - D - E - B (рисунок 5.7). Довжина кільця - 439 км.



Рисунок 5.7 - Схема надійності лінійного тракту з резервуванням коефіцієнт готовності.

1. Тому що для НРП й ОРП заданий наробіток на відмову, то визначаємо інтенсивності відмов:

2. Розраховуємо інтенсивність відмов лінійного тракту:

3. Визначаємо середній час безвідмовної роботи лінійного тракту:



4. Розрахуємо коефіцієнт готовності, попередньо знайшовши середній час відновлення:

5. Розрахуємо коефіцієнт готовності тракту між вузлами E й B з урахуванням резервування за схемою 1+1 по рознесених трактах:

Таким чином, з отриманих результатів можна зробити висновок, що застосування резервування по рознесених трактах дозволяє значно збільшити коефіцієнт готовності.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В роботі було проведенопроектування первинної мережі зв'язку на основі обладнання синхронної цифрової ієрархії.

В першому розділі були проведені синтез кільцевої топології проектованої мережі з мінімальною сумарною довжиною ребер та вибір топології проектованої мережі на основі аналізу кількості цифрових потоків, що проходять по кожному із сегментів мережі.

У другому розділі проведений розрахунокдовжиниділянокрегенерації

й кількостірегенераторів.

У третьому розділі досліджувалось синхронізація мережі SDH з кільцевою топологією.

У четвертому розділі проведений розрахунокобсягуобладнаннявузлівпроектованоїпервинноїмережізв'язку.

У п'ятому розділі проведений розрахунок показників надійності лінійного тракту за двома схемами: з резервуванням трактів та без.



ЛІТЕРАТУРА

1. Манько О.О., Бондар В.В., Бондаренко Т.Г. Високошвидкіснізасобиоптичного та бездротовогозв'язку: Навч. посібник. - Київ: ДУТ, 2015. - 46 с.

2. Розорінов Г.М. Соловйов Д.О. Високошвидкісні волоконно-оптичнілініїзв'язку: навч. посіб. - 2-е вид., перероб. і допов. - К.: Кафедра, 2012. - 344 с.

3. Recommendation ITU-T Серія G. Системы и среда передачи, цифровые системы и сети (2005).

4. Цифровісистемипередачі, комутації та управління: Навч. посібник [Текст] / Приходько С.І., Жученко О.С., Сєвєрінов О.В., Усачов О.М.- Х.: УкрДАЗТ, 2007. - 220 с. Електроннаверсія.

5. WDM [Текст] / П. М. Однорог, С. В. Михайленко, О. Б. Омешнська // Підредакцією Каток В. Б. - К.: Велар, 2005. - 99 с.

Размещено на Allbest.ru