Проект волоконно-оптической линии передачи Вологда-Москва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

УрТИСИ ФГОБУ ВПО "СибГУТИ"

Проект волоконно-оптической линии передачи Вологда - Москва

Екатеринбург, 2012



Содержание

оптический кабель волоконный магистраль

Введение

1. Расчет числа каналов на магистрали

2. Выбор системы передачи и кабеля

3. Выбор и характеристика трассы

4. Расчет параметров оптического кабеля

5. Определение длины регенерационного участка

6. Составление сметы затрат на строительство проектируемой ВОЛС

7. Расчет надежности ВОЛС

Заключение

Библиография



Введение

Вологда - административный, культурный и научный центр Вологодской области. Расположен на реке Вологде. Численность населения -- 309,9 тыс. человек (2010). Крупный транспортный узел в Европейской России. В Вологде пересекаются важнейшие железнодорожные пути (от Москвы на Архангельск, Воркуту и от Вологды до Санкт-Петербурга). Также через Вологду проходит федеральная трасса М-8 Москва--Архангельск. 450 километров к северо-востоку от Москвы, 630 километров от Петербурга. Город с развитой многоотраслевой экономикой. Основой экономического процветания стали промышленные предприятия. В городе сосредоточено почти все машиностроение и металлообработка области. Здесь производят высококачественные оптические приборы, как военного, так и гражданского назначения. Линзы, телескопы, бинокли, приборы ночного видения пользуются в России и за рубежом заслуженным спросом. На территории города -- 57 средних и крупных промышленных предприятий.

Москва - столица Российской Федерации, город федерального значения, административный центр Центрального федерального округа и Московской области. Крупнейший по численности населения город России и Европы. Москва - политический и деловой центр России, на ее территории разместились органы государственной власти РФ, ведущие экономико-финансовые структуры, более половины коммерческих и специализированных банков страны, представительства крупнейших российских компаний и ведущих мировых корпораций. Кроме того в Москве зарегистрировано более 200 тыс. малых предприятий. Экономический центр Российской Федерации, основной поставщик товаров и услуг, кадровых ресурсов, научно-инновационных разработок и передовых технологий. Перспективными для вложений считаются такие отрасли, как топливно-энергетический комплекс, промышленность, транспорт, торговля, связь, туризм, образование. Строительство ВОЛС между городами Москва и Вологда обусловлено необходимостью оказания спектра новых услуг с использованием широкополосных систем передачи мультисервисного трафика, а также ожидаемым ростом населения и инфраструктуры. ВОЛС будет востребована предприятиями городов, учебными заведениями, библиотеками, музеями, а так же физическими и юридическими лицами.



1. Расчет числа каналов на магистрали

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по формуле (1.1):

; (1.1)

где H₀ - народонаселение в период проведения переписи;

р - средний годовой прирост населения в данной местности, %;

р = 0,4;

t - период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения:

, (1.2)

где t_m - год составления проекта, 2012 г;

t₀ - год проведения переписи населения, 2002 г.

лет.

Для города Вологда, количество населения составит:

чел.



Для города Москва, количество населения составит:

чел.

Количество абонентов, обслуживаемых АМТС, зависит от численности населения проживающих в данной местности и от оснащенности населения телефонными аппаратами. Количество абонентов определяется по формуле (1.3):

(1.3)

Вологда: абонентов.

Москва: абонентов.

Количество телефонных каналов между заданными городами определяется по формуле (1.4):

, (1.4)

где б = 1,03 - коэффициент, учитывающий фиксированную доступность канала;

в₁ = 1,05 - коэффициент, учитывающий потери в канале;

f₁ = 0, 05 - коэффициент тяготения между городами;

y = 0, 05 - удельная нагрузка, создаваемая одним абонентом.

= каналов



Кроме телефонных каналов между заданными городами нужно организовать каналы, позволяющие передавать другие виды сообщений, формула (1.5):

, (1.5)

- телеграфные: ;

- проводного вещания: ;

- передача данных: ;

- транзитные каналы: .

каналов.

Таким образом, количество каналов между городами Вологда - Москва, составляет 5203 каналов.

Так как данный участок является частью магистральной зоны, то нужно предусмотреть один телевизионный канал, который равняется 1600 телефонных каналов.

1 канал =тел. кан.

Тогда:

канала.

2. Выбор системы передачи и кабеля

Для организации 6803 каналов, между городами Москва и Вологда, необходимо использовать 4 системы передачи типа Сопка-4 . При этом на первом этапе будет задействовано 6810 каналов, а 870 останется в резерве на дальнейшее развитие.

В таблице 2.1 приведены технические характеристики системы передачи типа Сопка-4.

Таблица 2.1 Технические характеристики системы передачи Сопка-4.

Характеристика	Значение
Количество каналов передачи	1920
Скорость передачи, Мбит/с	139,264
Расстояние между ОРП, км	240
Источника излучения	Лазерный диод

В проекте необходимо использовать оптический кабель следующего типа:

ОМЗКГМ 10 - 01 - 0,35 - 16 - (7, 0)

Кабель оптический, магистральный и внутризоновый, многомодульный, с центральным силовым элементом (ЦСЭ) из стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены модули (ОМ), содержащие до 12 оптических волокон (ОВ) каждый, и кордели; с оболочкой из полиэтилена (ПЭ), броней из круглых стальных оцинкованных проволок и защитным шлангом из ПЭ. Кабель применяется для прокладки в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельной канализации, трубах блоках, коллекторах, тоннелях на мостах и в шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки.

На рисунке 1 приводится конструкция кабеля, а в таблице 2.2 его характеристики:



1. Центральный силовой элемент - стеклопластиковый стержень.

2. Модуль.

3. Гидрофобный компаунд.

4. Оболочка из ПЭ.

5. Стальная оцинкованная проволока.

6. Защитный шланг.

Рисунок 1 - Конструкция кабеля ОМЗКГМ 10 - 01 - 0,35 - 16 - (7, 0)

Расшифровка марки кабеля ОМЗКГМ 10 - 01 - 0,35 - 16 - (7, 0):

О - оптический кабель, М - магистральный, З - внутризоновый, К - канализация, Г - грунт, М - многомодульный.

10 - диаметр одномодового поля;

01 - номер разработки - центральный силовой элемент из стеклопластика;

0,35 - коэффициент затухания, дБ/км;

16 - количество оптических волокон;

7.0 - допустимое растягивающее усилие.

Таблица 2.2 Характеристика кабеля ОМЗКГМ 10 - 01 - 0,35 - 16 - (7, 0):

Характеристика	Значение
Тип сердечника	Повивный
Число оптических волокон	16
Материал силового элемента	Стеклопластик
Материал влагозащитной оболочки	Защитная оболочка из полиэтилена
Тип защитного покрытия	Броня из круглых стальных оцинкованных проволок и защитный шланг из ПЭ
Строительная длина, км	8
Допустимое тяговое усилие, кН	7.0

3. Выбор и характеристика трассы

Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство, минимальные эксплуатационные расходы и удобство обслуживания.

Для соблюдения указанных требований трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. При пересечении водных преград следует избегать в месте перехода обрывистых и заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т.д.

Исходя из этого, трасса проектируемой ВОЛП будет проходить вдоль автомобильной дороги Москва-Вологда.

В таблицах 3.1 и 3.2 приведены характеристики трассы ВОЛП.

Таблица 3.1 - Характеристика трассы с правой стороны:

Показатели	Значения
	Всего	ОП1-ОРП2	ОРП2-ОПЗ
Протяженность трассы, км	445	220	225
Переходы через дороги, переход	40	23	17
- автомобильные	26	14	12
- железные	14	9	5
Переходы через реки	28	16	12
- судоходные	1	0	1
- несудоходные	27	16	11

Таблица 3.2 - Характеристика трассы с левой стороны:

Показатели	Значения
	Всего	ОП1-ОРП2	ОРП2-ОПЗ
Протяженность трассы, км	445	220	225
Переходы через дороги, переход	49	29	20
- автомобильные	38	23	15
- железные	11	6	5
Переходы через реки	26	16	10
- судоходные	1	0	1
- несудоходные	25	16	9

Волоконно-оптическую линию передачи выгодно прокладывать с правой стороны дороги, так как в этом случае меньше пересечений со сложными препятствиями. На рисунке (3.1) приведена ситуационная схема трассы.

4. Расчет параметров оптического кабеля

Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод.

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Числовая аппертура рассчитывается по формуле (4.1):

, (4.1)

где n₁ - показатель преломления сердцевины;

n₂ - показатель преломления оболочки.

Важнейшим параметром оптического волокна является нормированная частота V, данный параметр определяет режим работы оптического волокна. Если 0 < V ? 2.405 то режим работы волокна одномодовый, если V > 2.405 то многомодовый. Нормированная частота V определяется по формуле (4.2):

, (4.2)

где л - длина волны излучателя, мкм;

- диаметр сердцевины ОВ, мкм.

= 2,21

Число направляемых мод N, для одномодового ступенчатого волокна определяется по формуле (4.3):

(4.3)

Получившаяся нормированная частота лежит в промежутке 0 < V ? 2.405, следовательно волокно будет работать в одномодовом режиме с количеством направленных мод равном двум.

Расчет ослабления сигнала в ОВ.

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями и дополнительными кабельными потерями a_k, обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Затухание оптического волокна выражается через нормированный параметр - коэффициент затухания (ослабления), который рассчитывается по формуле (4.4):

, (4.4)

где б_к - в реальных условиях составляет 0,3 - 0,5 дБ/км,

б_с - собственные потери состоят из трех составляющих: ослабления за счет поглощения, ослабления за счет наличия в материале оптического волокна посторонних примесей, ослабления за счет потерь на рассеяние.

Собственные потери в основном обусловлены рассеянием света на неоднородностях сердцевины и выражаются через коэффициент затухания за счет рассеяния, которое определяется по формуле (4.5):

(4.5)

б_р = = 0,44 дБ/км

Тогда коэффициент затухания кабеля определится по формуле (4.6):

дБ/км (4.6)

дБ/км

Так как коэффициент затухания кабеля больше нормированного значения (0,64 > 0,35), то расстояние между регенерационными участками уменьшится.

Дисперсия и пропускная способность ОВ

Наряду с затуханием важнейшим параметром оптического волокна является дисперсия. Дисперсия характеризует увеличение длительности оптического импульса при его распространении по оптическому волокну.

Дисперсия одномодового ОВ определяется по формуле (4.7):

(4.7)

где ? л ? ширина спектра излучения источника, ? л = 2 нм;

М(л) ? коэффициент удельной материальной дисперсии ОВ для заданной длины волны, М(л) = ?5 пс/км·нм;

в(л) ? удельной волновой дисперсии ОВ для заданной длины волны, в(л) = 8 пс/км·нм.

пс/км

Полоса частот , пропускаемая ОВ, определяет объем информации, который можно передать по ОВ без искажений. Данная характеристика выражается через коэффициент широкополосности, который определятся по формуле (4.8):

(4.8)

МГц·км

Так как тактовая частота выбранной системы передачи Сопка-4 меньше коэффициента широкополосности ?F (139,264 МГц < 166700 МГц), то можно сделать вывод, что данная система передачи будет работать с использованием заданного оптического волокна.

5. Определение длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка l_ру волоконно-оптической линии связи определяется двумя параметрами ОВ. С одной стороны это затухание оптического волокна, с другой - дисперсия. Поэтому длину регенерационного участка рассчитываю учитывая оба этих параметра.

Длина регенерационного участка по затуханию определяется по формуле (5.1):

(5.1)

где l_c- строительная длина кабеля;

P₀ - уровень передачи на выходе регенератора;

P_{k min}- заданная допустимая мощность на приеме;

б_n - затухание в неразъемных соединениях;

б_p - затухание в разъемных соединениях.

Длина регенерационного участка по дисперсии определится по формуле (5.2):

(5.2)

для системы Сопка-4 на 1920 каналов f_t = 139,264 МГц

Из полученных значений выбираем наименьшую длину, следовательно, длина регенерационного участка должна быть не более 70,99 км.

Количество регенерационных участков для каждой секции рассчитывается по формуле (5.3):

(5.3)

Для секции ОП1-ОРП2:

шт.

Для секции ОРП2-ОП3:

шт.

Количество НРП для каждой секции составит:

ОП1-ОРП2: 3шт

ОРП2-ОП3: 3шт

На рисунке 5.1 представлена схема размещения НРП.

Фактический расчет длины участков регенерации определяется по формуле (5.4):

(5.4)

Для секции ОП1-ОРП2:

Для секции ОРП2-ОП2:

Таким образом, для организации связи между городами Вологда-Москва, необходимо разместить 8 регенерационных участков длинной 70,99 км, количество НРП равно 6.

6. Составление сметы затрат на строительство проектируемой ВОЛС

Смета на строительство является основным документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчёта между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.

Общую длину кабеля в смете принимают на 2% больше длины трассы магистрали, установленной по карте. Это связано с необходимостью наличия технологических концов для монтажа кабеля. Длину трассы кабеля, прокладываемого вручную, принимают 5% от общей длины, длину телефонной канализации берут 2км на каждый ОП в городах и 4км в других населённых пунктах (ОРП). Прокладка кабеля кабелеукладчиком должна составлять всю оставшуюся длину от общей длины трассы.

Расчёт стоимости канало-километра линейных сооружений производим для заданного числа каналов на магистрали, а также для максимального числа каналов, которые могут быть организованы при выбранной конструкции кабеля и системе передачи.

Расчет сметы приведен в таблице 6.1.

Количество муфт определяется по формуле (6.1):

(6.1)

где L_рег ? длина регенерационного участка;

l_сд ? строительная длина ОК.

Определим количество муфт для каждого регенерационного участка ОП1-ОРП2 и ОРП2-ОП3 соответственно:

;

;

Общее количество муфт:



Таблица 6.1 - Смета на строительство проектируемой ВОЛС

Рассчитаем стоимость одного канала - километра на первом этапе. Расчёт производим по формуле (6.2):

, (6.2)

где n - количество каналов;

С - стоимость канало-километра ;

l - длина ВОЛС



Таким образом, общая сумма работ составит 42013698,03, а стоимость одного канала-километра для задействованных каналов на первом этапе составит 13,86 руб/кан км.

7. Расчет надежности ВОЛС

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надежность.

Надежность - комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров.

При проектировании должна быть произведена оценка показателей надежности.

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛС) - вероятность того, что кабель (ВОЛС) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ - среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами.

Время восстановления ОК - продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.

Расчёт надёжности проектируемой МКЛС производится на основе среднестатистических значений интенсивности отказов л_с и времени восстановления связи Т_В, полученных из опыта эксплуатации кабельных линий аналогичных проектируемой.

Рассчитанные значения параметров надёжности могут быть использованы как нормативные при оценке качества обслуживания проектируемой ВОЛС в процессе её эксплуатации.

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км. кабеля в год м=0,34.

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП (L) определяется по формуле (7.1)

, (7.1)

где L - длина проектируемой магистрали: 8760 - количество часов в году.

Интенсивность отказов линейного тракта ллт определится по формуле (7.2):

, (7.2)

где л_к -интенсивность отказов на одном километре кабеля в час;

л_ОП = 30·10 ^{- 6} - интенсивность отказов на ОП в час;

л_ОРП = 27·10 ^{- 6} - интенсивность отказов на ОРП в час;

л_НРП = 1,5·10 ^{- 6} - интенсивность отказов на НРП в час.



Наработка на отказ линейного тракта Т_лт, в час определится по формуле:

(7.3)

часа

Среднее время восстановления линейного тракта Т_влт , в час определится по формуле (7.4):

где Т_вк = 10 ч - среднее время восстановления одного километра кабеля;

Т _ВОП = 0,5 ч - среднее время устранения повреждения на ОП;

Т_ВОРП = 0,5 ч - среднее время устранения повреждения на ОРП;

Т_ВНРП = 2,5 ч - среднее время устранения повреждения на НРП.

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле (7.5):

(7.5)



Коэффициент готовности линейного тракта К_Г определится по формуле (7.6):

(7.6)

Кг = 0,9979, что не соответствует нормативному коэффициенту готовности (Кг > 0,9985).

Так как рассчитанные показатели надежности проектируемой ВОЛП не удовлетворяют требованиям первичной сети общего пользования, то при проектировании ВОЛП с целью повышения надежности, уменьшения эксплуатационных расходов и капитальных затрат, связанных с развитием на перспективу, рекомендуется ориентироваться на:

- использование ОК только с одномодовыми оптическими волокнами (ОВ) даже на участках сети с малой пропускной способностью;

- применение ОК с резервными ОВ;

- применение более высокоскоростной аппаратуры линейного тракта (на одну или две ступени иерархии для ЦСП ПЦИ и на один или два уровня CTM-N в ЦСП СЦИ), по сравнению с исходными данными в части требуемой пропускной способности.

При этом резервные ОВ могут быть использованы:

- для замены рабочих, если их параметры в процессе прокладки или эксплуатации вышли за допустимые пределы;

- для организации переключения на резервный линейный тракт или на резервную мультиплексную секцию;

- для обнаружения и локализации причин постепенно развивающихся отказов без перерыва связи подключением оптического рефлектометра к резервным ОВ, если эти причины являются общими для всех ОВ в ОК (например, в случае перегибов в ОК из-за смещения грунта, повреждения соединительной муфты и т.д.).



Заключение

В данной курсовой работе были произведены расчеты между городами Москва и Вологда. Для организации 6803 каналов ТЧ в курсовой работе предусматривается:

? прокладка кабеля производится вдоль автомобильной дороги Москва - Вологда, с правой стороны от нее;

? прокладка кабеля типа: ОМЗКГМ 10 - 01 - 0,35 - 16 - (7, 0);

? использование четырех систем передачи Сопка -4;

? на первом этапе задействовано 6810 каналов, а 870 каналов оставлено на резерв для дальнейшего развития;

? единственный обслуживаемый регенерационный пунк будет находится в селе Шапша;

? на секциях ОП1 - ОРП2 и ОРП2 - ОП3 располагается по три НРП;

? сметная стоимость ВОЛП составляет 42 013 698, 03 руб.;

? стоимость одного канало-километра на первом этапе составляет 13,86 руб/кан·км;

? коэффициент надежности ВОЛП К_г=0,9979. Рекомендации по повышению надежности линии даны.



Библиография

1. Официальный сайт г.Вологды, http://www.vologda-portal.ru/

2. Московский международный портал, http://www.moscow.ru/

3. Атлас "Автомобильных дороги России и сопредельных государств". - ФГУП Омская картографическая фабрика, 2008.

4. Е.И. Гниломедов. Физические основы передачи информации по ВОЛС: Методические указания по выполнению курсовой работы. - Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО "СибГУТИ", 2011.

5. ТУ Белтелекабель, http://www.emilink.ru/catalog/409/8627

6. Э.Л. Портнов, Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи - Горячая линия - Телеком, Москва 2007.

Размещено на Allbest.ru