Организация магистральной связи на основе технологии DWDM на участке железной дороги Смоленск – Муром

Федеральное Агентство Железнодорожного Транспорта

Иркутский Государственный Университет  Путей Сообщения

 

 

 

 

Кафедра: «Телекоммуникационные системы»

Дисциплина: «Передача дискретной информации на ж/д транспорте»

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

Организация магистральной  связи на основе технологии DWDM на участке железной дороги Смоленск – Муром

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Введение

Целью курсового проекта является разработка магистральной и местной сети связи на участке железной дороги с применением современных технологий.

При решении поставленной задачи необходимо учитывать такие факторы, как оптимальное распределение потоков информации, численность населения на станциях для покрытия потребности в трафике, резервирование на разных уровнях, экономическая эффективность проекта и т.п.

Необходимо также выбрать трассу прокладки магистрали, тип кабеля и способ его прокладки.

Станции должны обеспечиваться телефонными  каналами, выходом в Интернет, возможностью подключения устройств телеконтроля и телесигнализации.

Немаловажной задачей является выбор и размещение телекоммуникационного оборудования. Оно должно удовлетворять задачам, поставленным в курсовом проекте, быть современным, надежным и иметь возможность увеличения объемов трафика в процессе развития станции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка архитектуры магистральной  сети

1.1. Анализ  инфраструктуры

Для организации сети магистральной связи взят участок Смоленск – Муром I протяженностью 707 км.

Магистральная сеть на всей протяженности  зарезервирована. Станции сопряжения основной и резервной магистралей: Смоленск, Вязьма, Куровская, Муром I. Это сделано для того чтобы в случае обрыва основной магистрали трафик передавался по резервным каналам.

Карта участка магистральной сети изображена в приложении 1. Упрощенная скелетная схема изображена в приложении 2.

Местная сеть - от станции Смоленск до станции Вязьма, протяженностью 174 км. Резерв местной сети не предусмотрен. На местном уровне необходимо также предусмотреть сеть связи для участков ст. Сафоново – ст. Азотная и ст. Дурово – ст. Владимирский тупик. Карта участка местной сети изображена в приложении 1. Упрощенная скелетная схема изображена в приложении 2.

1.2. Выбор технологии 

Традиционные технологии телекоммуникаций позволяют по одному оптическому волокну передать только один сигнал. Это очень неудобно тем, что для каждого канала нужно своё волокно. Суть же технологии спектрального, или оптического уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных сигналов SDH по одному волокну, а, следовательно, многократном увеличении пропускной способности линии связи.

Основы этой технологии были заложены в 1958, еще до появления самой волоконной оптики. Однако прошло около 20 лет, прежде чем были созданы первые компоненты мультиплексных систем. Первоначально они создавались для лабораторных исследований, и лишь в 1980 году технология спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM) была предложена для телекоммуникаций. А еще через пять лет в исследовательском центре компании AT&T была реализована технология плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), когда удалось в одном оптическом волокне создать 10 каналов по 2 Gbps. 
 
Как это происходит? Подобно тому, как видимый человеческим глазом свет состоит из различных цветов, на которые можно его разложить,

а затем опять собрать, так и передаваемый по технологии DWDM световой поток, состоит из различных длин волн (λ).

Рис. 1. Сигналы на разных длинах волн

 
То есть по одному волокну можно  передавать более сотни стандартных  каналов. Так, аппаратура, используемая при построении DWDM-сети Компании ТТК, в максимальной конфигурации позволяет задействовать до 160 длин волн. 
 
Принципиальная схема DWDM достаточно проста. Для того чтобы организовать в одном волокне несколько оптических каналов сигналы SDH «окрашивают», то есть меняют оптическую длину волны для каждого такого сигнала. «Окрашенные» сигналы смешиваются при помощи мультиплексора и передаются в оптическую линию. В конечном пункте происходит обратная операция - «окрашенные» сигналы SDH выделяются из группового сигнала и передаются потребителю.

Рис. 2.  Мультиплексирование/демультиплексирование сигналов  
 
Естественно, что для того чтобы передавать по одному волокну множество волновых потоков, технология DWDM обеспечена оборудованием особой точности. Так, погрешность длины волны, которую обеспечивает стандартный лазер, применяемый в телекоммуникациях, примерно в сто раз больше, чем требуется в системе DWDM. 
 
По мере прохождения по оптическому волокну сигнал постепенно затухает. Для того чтобы его усилить, используются оптические усилители. Это позволяет передавать данные на расстояния до 4000 км без перевода оптического сигнала в электрический (для сравнения, в SDH это расстояние не превышает 200 км).

Рис. 3. Система DWDM  
 
Преимущества DWDM очевидны. Эта технология позволяет получить наиболее масштабный и рентабельный способ расширения полосы пропускания волоконно-оптических каналов в сотни раз. Пропускную способность оптических линий на основе систем DWDM можно наращивать, постепенно добавляя по мере развития сети в уже существующее оборудование новые оптические каналы.

1.3. Определение объемов сетевого трафика

Определим объемы сетевого трафика, проходящего  через линию магистральной связи, в виде транзитных каналов, каналов резерва и каналов основного трафика исходя из следующих условий:

1. Транзитный трафик на всей протяженности трассы равен 200 Гбит/с;
2. Объем трафика, выделяемого на резервные направления – 37,5 Гбит/с;
3. Крупные населенные пункты потребляют трафик исходя из количества жителей, наличия операторов сотовой связи, предприятий промышленности, муниципальных заведений и т.п.
4. Местный трафик забирается из выделенного магистрального трафика;
5. Ширина каждого магистрального канала 10 Гбит/с (STM-64).

Расчеты общего трафика и количества каналов можно свести в таблицу.

Таблица 1. Расчет объемов сетевого трафика

Название станции	Выделенный магистральный  трафик, Гбит/с	Местный трафик, Гбит/с	Резервный трафик, Гбит/с	Транзитный трафик, Гбит/с
Смоленск	20	15	5	200
Духовская	2,5	2,5	-
Вязьма	17,5	2,5	15
Кубинка	10	10	-
Москва	100	100	-
Куровская	20	2,5	17,5
Кривандино	2,5	2,5	-
Муром I	5	2,5	-
ИТОГО, Гбит/с	145		37,5	200
Количество каналов	15		4	20

 

Общий объем магистрального трафика 382,5 Гбит/с. Общее количество спектральных каналов необходимых для передачи магистрального трафика 39 каналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор оборудования

В данном разделе будет рассмотрено  оборудование на котором строится магистральная и местная сеть, а также оборудование сопряжения этих сетей.

2.1. Оборудование  магистрального уровня

Мультисервисная DWDM платформа «ПУСК»

Рис. 4. Общий вид оборудования «ПУСК»

Мультисервисная DWDM платформа «ПУСК» обеспечит увеличение пропускной способности сети и интеграцию различных типов оборудования и протоколов передачи.

• Передача SDH от STM-1 до STM-64, Ethernet, ATM на скоростях до 10 Гбит/с.
• До 8 DWDM каналов в 1 блоке.
• Расширение до 160 DWDM каналов.
• Длина пролета до 300 км регенерационные участки до 2000 км.
• Транспондеры с оптическим усилителем для настройки мощности.
• Оптическая коммутация сигнала.
• Сертификат по системе «СВЯЗЬ» №ОС-1-СП-0433.
• Рамановский предусилитель.
• Лучшая цена среди DWDM систем.

«ПУСК» предназначен для передачи трафика с помощью технологии спектрального уплотнения каналов (DWDM). Оборудование «ПУСК» полностью прозрачно для протоколов физического уровня и позволяет осуществлять передачу SDH от STM-1 до STM-64, а также Ethernet, ATM, PDH, Fiber Channel, ESCON /FICON, FDDI на скоростях от 0,1 до 10 Гбит /с.

«ПУСК» имеет спектр применения от городских до сверхдлинных расстояний. Мощные эрбиевые и рамановские оптические усилители позволяют организовывать пролеты до 300 км без промежуточных устройств. Использование каскадов линейных усилителей и компенсаторов дисперсии позволяет передавать сигналы до 2000 км без регенерации.

Оборудование «ПУСК» построено  по модульному принципу, Вы можете наращивать число спектральных каналов до 8 в одном блоке. Возможна установка нескольких блоков «ПУСК» в единую сеть для расширения до 160 каналов DWDM в C+L диапазоне.

Все элементы системы — оптические транспондеры, волоконно-оптические усилители, блок управления или дублированные блоки питания, — могут быть заменены в горячем режиме без выключения оборудования и потери трафика. Наличие блоков оптической коммутации позволяет создавать сети с резервированием 1+1 и кольцевыми схемами.

Транспондеры со встроенными оптическими  усилителями обеспечивают цифровую настройку уровней DWDM каналов, что особенно важно в разветвленных сетях.

Мощность, гибкость и надежность в  сочетании с привлекательной  ценой делают «ПУСК» лучшим решением для магистральных сетей.

Модификации системы

• 100 км (до 40 км по одному волокну) без предусилителей.
• 250 км, c оптическими усилителями и предусилителями.
• 300 км, c рамановскими усилителями.
• 2000 км, каскад усилителей и компенсация дисперсии.

Состав оборудования

• Транспондеры для скоростей от 0,1 до 2,5 Гбит/c (10 Гбит/c).
• Встроенные в транспондеры усилители мощностью до 17 дБм.
• Оптический усилитель передачи мощностью от 17 до 30 дБм.
• Рамановский предусилитель мощностью до 30 дБм.
• Низкошумящий EDFA предусилитель с NF < 4,5 дБ.
• Мультиплексоры/демультиплексоры с интервалом 50/100/200 ГГц по ITU-T.
• Мультиплексоры OADM для вывода 1, 2 или 4 спектральных каналов.

Система управления

• Сетевое управление SNMP, HTTP, локальный терминал RS-232.
• Транспондер служебного канала Fast Ethernet.
• Мониторинг потерь по активным волокнам.

Общие параметры

• Дублированные блоки питания 36-72/220 В, энергопотребление 165 Вт.
• Корпус для установки в 19” стойку высотой 6U.
• Габариты 483x265x310 мм.
• Оптические разъемы LC/APC, SC/APC, E2000/APC.
• Тип волокон одномодовые SM G.652 или NZDS G.655.
• Коэффициент ошибок BER не хуже 10^-12.

2.2. Оборудование местного уровня

Коммутатор ELTEX MES3124F

Рис. 5. Общий вид оборудования «ELTEX MES3124F»

Устройство MES3124F является мощным многоцелевым  сетевым коммутатором, выполняющем свои коммутационные функции на канальном и сете вом  уровнях  модели  OSI. Коммутаторы  MES3124F  обеспечивают  высокую  плотность  электрических/оптических гигабитных  портов,    позволяют  подключаться к оптическим линиям посредством комбинированных интер-фейсов и имеют порты 10G uplink, что позволяет постепенно перейти от ско-ростей 1G к скоростям 10G.