X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Сети передачи данных играют огромную роль в жизни нашей цивилизации, постоянно растущий объём данных требует непрерывного увеличения пропускной способности и широты охвата паутины коммуникационной линии. Волоконная оптика и оптоэлектроника находят широкое применение при построении всех уровней сетей электросвязи: магистральных линий междугородной и городской связи, сетей доступа и структурированных кабельных систем. Ввиду важности задач, решаемых с их помощью, к надежности предъявляются очень высокие требования. При этом под надежностью понимается способность поддерживать передачу информации с заданной скоростью и с заданной достоверностью в течение требуемого промежутка времени.

Высокий уровень надежности современных сетей оптической связи обеспечивается реализацией комплекса различных мер, среди них одной из ключевых являются средства полного или хотя бы частичного восстановления связи в аварийных ситуациях. Традиционно для этого применяется резервирование – целенаправленное введение в систему определенной избыточности с целью увеличения степени связности отдельных ее узлов, то есть количества независимых путей передачи информации. Самовосстанавливающимися называются сети, имеющие такую организацию, при которой возможно сохранение или восстановление её работоспособности в случае отказа одного из её элементов.

На данном этапе развития сетей связи трудно переоценить резервирование, а особенно, когда речь касается реализации магистральной линии связи. Ведь резервирование осуществляется не только на физическом, но и на логическом уровне, что позволяет восстановить работу линии связи за очень короткое время в десятки миллисекунд.

Резервирование трассы Камчатка–Сахалин–Магадан может быть осуществлено посредством построения трассы Якутск–Магадан, либо замыканием кольца между Магаданом и Камчаткой. В данной работе рассматривается первый способ. Он является более привлекательным потому как, во первых, удастся избежать подводную прокладку на большую дистанцию, во вторых, при построении волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) Якутск–Магадан, вдоль населенных пунктов, появится около нескольких сотен тысяч новых пользователей высокоскоростного интернета, в третьих, замыкание кольца между Магаданом и Якутском. Так при выходе из строя ВОЛС между Магаданом и Сахалином, связь между Камчаткой и Магаданом будет поддерживаться за счёт наличия трассы Якутск–Магадан. Информация, предназначенная для Магадана, сперва будет проходить через уже существующие ВОЛС: Камчатка–Сахалин, Сахалин–Лазарев, Лазарев–Якутск. Далее групповой сигнал поступает на проектируемую ВОЛС и с её помощью достигает нужного пункта – Магадана. Недостатком данного метода является отсутствие резерва между Камчаткой и Сахалином, т.е. при выходе из строя ВОЛС на этом участке, нельзя будет осуществить передачу информации через какие-то другие населенные пункты, поскольку Камчатка соединена только с Сахалином. Приблизительные маршруты проектируемой и уже существующей линий связи представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 Существующие и проектируемый участки трассы.

Многие важнейшие характеристики сетей связи определяются их топологией, характеризующей связность узлов сети линиями связи и позволяющей оценить надёжность и пропускную способность сети при повреждениях. Топология сети должна обеспечивать локализацию неисправностей, возможность отключения отказавшего оборудования, введение обходных маршрутов [2].

Сеть топологии «последовательная линейная цепь» используется в тех случаях, когда в ряде пунктов необходимо осуществить ввод-вывод цифровых потоков. Она реализуется с помощью терминальных (оконечных) мультиплексоров и мультиплексоров ввода-вывода. В этом случае мультиплексоры промежуточного пункта снабжаются двумя линейными интерфейсами, а в мультиплексорах оконечных пунктов устанавливается только один такой интерфейс. Данная сеть может быть представлена в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования (рисунок 2,а), либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1 (рисунок 2,б). Последний вариант топологии называют уплощенным кольцом.

Рисунок 2 – Топология «последовательная линейная цепь» без защиты (а) и с защитой типа «уплощенное кольцо» (б)

Топология «кольцо» (рисунок 3) является характерной для сетей синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

Рисунок 3 – Топология «кольцо»

Основное преимущество кольцевой топологии состоит в легкости организации защиты 1+1, благодаря наличию в мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервный) оптических агрегатных выходов: восток-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками. Схема организации потоков в кольце может быть либо двухволоконной (как однонаправленной, так и двунаправленной с защитой потоков по типу 1+1 или без нее), либо четырехволоконной (как правило двунаправленной, позволяющей организовать различные варианты защиты потоков данных).

В данном случае была выбрана топология – «последовательная линейная цепь» без защиты (рисунок 2,а), что приведет к замыканию кольца между Магаданом и Якутском (рисунок 32) и, следовательно, автоматически зарезервирует проектируемый участок. Также может быть выбран вариант топологии – «уплощённое кольцо» (рисунок 2,б), который, по сути, является более надёжным. Но учитывая уже имеющееся резервирование посредством кольца, а также, учитывая, что при строительстве «уплощённого кольца» необходимо будет дополнительно предусматривать определенное количество мультиплексоров или регенераторов в резервном канале, оказывается, что вариант – «последовательная линейная цепь» без защиты, является более практичным и экономически выгодным.

Вдоль рассматриваемой трассы линии электропередачи (ЛЭП) присутствуют лишь частично, отсутствуют какие-либо опоры для подвески кабеля и имеется лишь автомобильная дорога, чередующаяся асфальтированными и не асфальтированными участками. Следовательно, прокладка будет происходить в грунте. Как отмечалось ранее, Магаданская и Якутская области обладают суровым климатом, повсеместно распространена многолетняя мерзлота, большую часть территории занимают горные хребты, нежели равнины, а также обе эти области покрыты густой и разветвлённой речной сетью. Всё это накладывает более жесткие требования к оптическому кабелю и методу его прокладки в данном грунте.

С учётом особенностей грунта был выбран оптический кабель марки ОА2. Оптический кабель марки ОА2 (рисунок 4) предназначен для применения на единой сети электросвязи России для прокладки на речных переходах через судоходные реки и глубоководные участки водоемов (озера, водохранилища), через болота, в грунт (в том числе грунты, подверженные мерзлотным деформациям), по мостам и эстакадам.

Рисунок 4 – Конструктивное исполнение оптического кабеля ОА2

Структура кабеля: 1. Оптические волокна различной окраски, свободно уложенные либо в пучках; 2. Центральная полимерная трубка с гидрофобным заполнителем; 3. Бронепокров из стальных оцинкованных проволок, в том числе высокопрочных с временным сопротивлением разрыву не менее 1670 МПа; 4. Водоблокирующая лента; 5. Алюминиевая лента с полимерным покрытием; 6. Внутренняя полиэтиленовая оболочка; 7. Бронепокров из стальных оцинкованных проволок, в том числе высокопрочных с временным сопротивлением разрыву не менее 1670 МПа; 8. Наружная полиэтиленовая оболочка [4]

Необходимо помнить, что при прокладке кабельной линии параллельно с автомобильными дорогами, кабели должны прокладываться с внешней стороны кювета на расстоянии не менее 1 м от него. Уменьшение указанного расстояния допускается в каждом отдельном случае по согласованию с соответствующими управлениями дорог [3].

Для соединения строительных длин кабеля в данных условиях была выбрана оптическая проходная муфта серии МОПр, а именно МОПр-С-48-Г/0-80 (рисунок 5.8).

Рисунок 5 – Конструктивное исполнение МОПр-С-48-Г/0-80; в собранном виде (а), со снятым корпусом (б)

Муфта предназначена для монтажа оптических кабелей связи, прокладываемых в скальные и вечномерзлотные грунты, и применяется для эксплуатации в диапазоне температур от минус 50 до 50 ⁰С. Имеет герметичный, устойчивый к гидростатическому давлению металлический корпус с антикоррозионным покрытием, обеспечивающий надежную защиту оптических волокон от климатических и внешних воздействий. Муфта ремонтопригодна [7].

Для организации связи на данном участке всего нужно два волокна, одно необходимо для передачи трафика в сторону Магадана, а другое для передачи в сторону Якутска. Однако при реализации магистральной связи количество волокон в кабеле достигает 32 и выше. Это связано с предусмотрением резерва для рабочего канала, с предусмотрением количества волокон отдаваемых в аренду другим организациям, а также с тем, что некоторая часть волокон будет выкуплена, опять же, другими организациями. При этом окончательный выбор количества волокон в кабеле упирается в бюджет компании, реализующей магистральную связь. Таким образом, учитывая вышеперечисленное, 32 волокна является минимально необходимым количеством при организации магистральной связи и именно столько волокон будет находиться в выбранных кабелях.

Скорость группового сигнала на данном участке, полученная путём расчёта – 9953.28 Мбит/с. Однако, учитывая, что проектируемый участок является частью кольца и при выходе из строя линии на противоположной стороне кольца, весь трафик в сторону Сахалина, Магадана и Камчатки будет проходить через ВОЛС Якутск–Магадан, нужно увеличить пропускную способность с целью уменьшения задержки сигнала. Помимо этого, учитывая развитие телекоммуникационных технологий и рост количества пользователей высокоскоростного интернета нецелесообразно проектировать участок такой длины с пропускной способностью всего лишь в 10 Гбит/c. Отсюда следует вывод, что для организации связи на проектируемом участке необходимо прибегнуть к WDM, а именно к DWDM. WDM – мультиплексирование с разделением по длине волны. Данная технология позволяет одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах, что в свою очередь существенно может увеличить пропускную способность канала. DWDM (плотные WDM) имеет разнос каналов около 100 ГГц и тем самым позволяет мультиплексировать около 40 каналов [8]. На данном этапе проектирования ещё не определено количество оптических каналов, но, учитывая большой разнос каналов у CWDM (грубые WDM) около 2500 ГГц, во первых будет трудно организовать большое количество каналов, иногда это можно будет компенсировать покупкой дополнительного оборудования, например агрегаторов, но в перспективе даже этого может не хватить; во вторых DWDM-оборудование на данный момент очень популярно при организации магистральных сетей, а это значит, что большинство приёмопередающих модулей, оптических усилителей, компенсаторов дисперсии и т.д. изготавливаются только для определенного диапазона длин волн, то есть для DWDM.

Таким образом, несмотря на сложные климатические условия, многолетнемерзлый грунт, длину проектируемого участка и т.д. была разработана волоконно-оптическая линия связи, которая на данном этапе, помимо резервирования трафика ВОЛС Камчатка–Сахалин–Магадан, может предоставлять высокоскоростной интернет сотням тысяч новых пользователей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Официальный сайт интернет-энциклопедии – Режим доступа: http://www.wikipedia.org.

2. Гитин, В.Я. Волоконно-оптические системы передачи: Учеб. пособие для техникумов / В.Я. Гитин, Л.Н. Кочановский – М.: Радио и связь, 2003. – 128 с.

3. Руководство по строительству линейных сооружений местных сетей связи / Минсвязи России – АООТ «ССКТБ–ТОМАСС» – М. 1996.

4. Официальный сайт компании Трансвок – Режим доступа: http://www.transvoc.ru.

5. Официальный сайт журнала Баурум – Режим доступа: http://www.baurum.ru.

6. СНиП III-И.6-62. Строительные нормы и правила: электротехнические устройства. – М., 1964.

7. Официальный сайт компании ОптикКом – Режим доступа: http://optic-com.ru.

8. Жирар А.Б. Руководство по технологии и тестированию систем WDM / Пер. с англ. А.М. Бродниковского, Р.Р. Убайдуллаева; под ред. А.В. Шмалько. – М.: EXFO, 2001. – 251 с.

9. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы / Под ред. А.С. Дмитриева, Н.Н. Слепова. – М.: Техносфера, 2010. – 608 с.

10. Официальный сайт компании T8 – Режим доступа: http://www.t8.ru.

11. Официальный сайт компании Opticin – Режим доступа: http://www.opticin.ru.

12. Официальный сайт компании Sopto – Режим доступа: http://www.sopto.com.

13. Официальный сайт компании Nag – Режим доступа: http://www.shop.nag.ru.

14. Официальный сайт компании FS – Режим доступа: http://www.fs.com.

15. Официальный сайт компании Corning – Режим доступа: http://www.corning.com.

16. Официальный сайт компании ТелКон – Режим доступа: http://www.telcon.ru.

17. Агравал Г.Ж. Многоканальные оптические системы передачи потока данных / Пер. с англ. П.В. Мавышева; под ред. С.А. Дмитриева. – М.: Мир, 1997. – 324 с.

18. Официальный сайт журнала Технологии и средства связи – Режим доступа: http://www.tssonline.ru.

19. Бейли Д.Л. Волоконная оптика: теория и практика / Пер. с англ. Р.Г. Галлеев; под ред. А.А. Мячев. – М.: Кудиц-Образ, 2006. – 320 с.

Код для цитирования: Скопировать