Введение

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи. Современная первичная сеть строится на основе технологии цифровой передачи и использует в качестве сред передачи электрический и оптический кабели и радиоэфир.

Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже), регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети.

Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок.

Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Можно сказать, что первичная сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.

Современная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM). Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.

Но PDH обладала рядом недостатков, а именно:

• Затруднённый ввод/взвод цифрових потоков в промежуточных пунктах;

• Отсутствие средств селевого автоматическог оконтроля и управления;

• Многоступенчатое восстановление синхронизма требует достаточно большого времени;

Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.

Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование и демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

Международным союзом электросвязи ITU-T предусмотрен ряд рекомендаций, стандартизирующих скорости передачи и интерфейсы систем PDH, SDH и ATM, процедуры мультиплексирования и демультиплексирования, структуру цифровых линий связи и нормы на параметры джиттера и вандера.

В настоящее время на железных дорогах Российской Федерации эксплуатируются аналоговые и цифровые сети связи. Аналоговая сеть состоит из сети кабельных, воздушных и радиорелейных линий связи протяжённостью порядка 66 тыс.км.

Аналоговые средства требуют постоянного обслуживания, что сказывается на надёжности и качестве связи. Цифровые системы связи, тысячи километров волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), новые радиорелейные и спутниковые системы передачи, позволяют обеспечить оперативность устранения неисправностей и предоставления услуг.

Перечислим основные преимущества ВОЛС, которые позволяют использовать их на сети связи ж/д. транспорта:

• Возможность практического устранения накопления шумов в линиях большой протяженности вследствие регенерации цифровых сигналов.

• Высокая помехо защищенность, что позволяет значительно облегшить требования к переходным влияниям и обеспечивает возможность их применения на линиях с большим уровнем шумов.

• Малая чувствительность к изменению параметров линий передачи.

• Стабильность параметров организуемых каналов и их идентичность.

• Эффективность использования пропускной способности при передаче данных.

• Более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов, технологичность её изготовления благодаря широкому применению интегральной техники.

Кроме того, использование волоконно-оптических кабелей способствует экономии дефицитных цветных металлов таких, как медь и свинец.

Основными недостатками ЦСП всегда считались широкий спектр используемых частот и подверженность импульсным помехам, и эти факторы следует учитывать при проектировании и эксплуатации ЦСП на существующих кабельных линиях передачи (КЛП).

По сравнению с традиционными кабелями связи волоконно-оптические обладают следующими преимуществами:

• Большая пропускная способность;

• Защищенность от внешних электромагнитных воздействий;

• Отсутствие взаимных влияний между сигналами, передаваемыми по различным оптическим волокнам;

• Малые потери энергии сигнала при его распространении;

• Электрическая безопасность;

• Небольшие масса и размеры;

• Экономия дефицитных цветных металлов таких, как медь и свинец при использовании.

Учитывая преимущества цифровых волоконно-оптических систем передачи, опыт их эксплуатации за рубежом и в России, можно сделать вывод, что применение волоконно-оптических систем передачи на железнодорожном транспорте позволит: существенно увеличить пропускную способность железнодорожных магистралей связи; повысить качество каналов; увеличить число регенерационных участков; сосредоточить промежуточную аппаратуру цифровых систем передачи на станциях.

1 ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Обоснование темы проекта

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит цифровая первичная сеть, основанная на использовании цифровых систем передачи. Современная цифровая первичная сеть строится на основе двух основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH).

Первичная цифровая сеть на основе SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности, регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети.

Обоснование выбора кабеля

Для нашего проектирования мы выбрали кабель типа ОКЗК-Т. Этот кабель прокладывают в грунтах всех групп, ножевым кабелеукладчиком, в кабельных канализациях, специальных трубах, по мостам и эстакадам при повышенных требованиях к механическим воздействиям.

Конструкция данного оптоволоконного кабеля:

1. Оптическое волокно;

2. Трубчатый сердечник – оптический модуль из полимерных композиций, заполненный гидрофобным компаундом;

3. Заполнение – из гидрофобного компаунда;

4. Внутренняя оболочка – из полимерного материала;

5. Внешний покров типа К:

• броня из круглых стальных проволок с нанесенным гидрофобным гелем;

• оболочка из полиэтилена.

Технические характеристики:

• Стойкость к статическим растягивающим усилиям, кН, не менее: от 4,0 до 45,0

• Стойкость кабелей к динамическим растягивающим усилиям: не менее чем на 15% больше, чем к статическим

• Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см, не менее: от 0,4 до 0,7

• Водонепроницаемость при избыточном гидростатическом давлении, кПа: До 9,8

• Стойкость к повреждению грызунами:

• Стойкость к ударным воздействиям с энергией, не менее: 10 Дж.

• Количество оптических волокон в сердечнике, шт.: От 1 до 96

Выбор системы передачи.

Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.

Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование и демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

Технология SDH представляет собой современную концепцию построения цифровой первичной сети. В настоящее время эта концепция доминирует на рынке.

SDH имеет следующие преимущества перед PDH:

• упрощение сети, вызванное возможностью вводить/выводить цифровые потоки без их сборки или разборки как в PDH;

• помехозащищенность - сеть использует волоконно-оптические кабели (BOК), передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех;

• выделение полосы пропускания по требованию - этот сервис теперь может быть предоставлен в считанные секунды путем переключения на другой (широкополосный) канал;

• прозрачность для передачи любого трафика - факт, обусловленный использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика, сформированного другими технологиями;

• универсальность применения - технология используется для создания глобальных сетей или глобальной магистрали и для корпоративной сети, объединяющей десятки локальных сетей;

• простота наращивания мощности - при наличии универсальной стойки для размещения аппаратуры переход на следующую более высокую скорость иерархии можно осуществить просто, вынув одну группу функциональных блоков и вставив новую (рассчитанную на большую скорость) группу блоков.

Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной пирамиды построения цифровой первичной сети.

Для переноса информации в SDH используются синхронные транспортные модули (STM), которые представляют собой циклическую структуру с периодом повторения 125 мкс: основной модуль STM-1, модули высших уровней STM-4 и STM-16.

Синхронная цифровая иерархия содержит три уровня, скорости передачи которых относятся как 1:4:16. Номера уровней совпадают с этими числами: первый уровень (STM-1) имеет скорость передачи 155 Мбит/с, четвертый уровень (STM-4) – 620 Мбит/с, а 16-й – 2,5 Гбит/с.

Модуль STM-1 позволяет организовать 63 канала Е1. STM-4 позволяет организовать 288 каналов Е1. Для каждого комплекта аппаратуры STM-1 или STM-4 необходимо предусмотреть два оптических волокна: одно – для организации связи в прямом, а второе – в обратном направлениях. По заданию необходимо организовать 180 каналов Е1 для магистральной и дорожной связи с использованием функциональных модулей и линейным резервированием по схеме «1+1». Важной особенностью SDH мультиплексора является наличие двух оптических линейных выходов (каналов приёма/передачи), называемых агрегатными выходами и используемых для создания режима 100% резервирования или защиты по схеме «1+1» с целью повышения структурной надёжности ВОЛС. При линейной топологии сети эти выходы называются основными или резервными.

Одним из основных преимуществ SDH является возможность такой организации сети, при которой достигается высокая надёжность её функционирования, обусловленная аппаратной надёжностью среды передачи, в качестве которой используется ВОК, а также возможностью сохранения или восстановления за очень короткое время работоспособности сети. Такие сети называют самовосстанавливающиеся.

При резервировании участков сети два узла соединяются по двум разнесённым трассам (100% резервирование), сигналы по которым могут распространяться одновременно. В узле приёма они обрабатываются по схеме резервирования «1+1» - сигналы анализируются и выбирается тот, который имеет наилучшие параметры или тот, который фактически возможен.

Функциональные модули сетей SDH

В состав сети SDH обычно входят несколько типовых устройств аппаратуры ЦСП – это терминальные мультиплексоры (ТМ), мультиплексоры ввода/вывода (ADM), регенераторы (REG) и цифровые системы кросс-коммутаций (DXCS).

Мультиплексоры SDH выполняют функции, как собственно мультиплексора, так и устройств терминального доступа, обеспечивая подключение низкоскоростных каналов PDH непосредственно к своим пользовательским интерфейсам или входным портам.

Для создания сети по заданию используются мультиплексоры ввода/вывода (ADM),терминальные мультиплексоры(TM), регенераторы (REG), кросс-коммутаторы (DXCS).

Мультиплексор ввода/вывода может иметь на входе тот же набор сигналов полезной нагрузки, что и терминальные мультиплексоры. Он позволяет вводить/выводить каналы и тем самым перераспределять потоки (контейнеры VC) к соответствующему мультиплексору в сети. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ("восточный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Регенератор представляют собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной агрегатный порт для оптического сигнала нагрузки STM-N и один или два выходных агрегатных порта. Регенератор используют для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH. Обычно это расстояние составляет 15-50 или 80-100 км для длин волн 1300 или 1500 нм.

Кросс-коммутатор в синхронной сети позволяет установить связи между различными каналами путём организации временной перекрёстной связи или кросс-коммутаций между ними. Возможность такой связи позволяет осуществить маршрутизацию в сети SDH на уровне виртуальных контейнеров VC-n, управляемую системой управления в соответствии с заданной конфигурацией сети. В сети SDH системы DXCS позволяет осуществлять не только локальную, но и сквозную коммутацию высокоскоростных потоков (34 Мбит/с и выше) и STM-N.