Введение

Сегодня, как никогда ранее, регионы России нуждаются в связи, как в количественном, так и в качественном плане. Руководители регионов в первую очередь озабочены социальным аспектом этой проблемы, ведь телефон и интернет- это предмет первой необходимости. Связь влияет и на экономическое развитие региона, его инвестиционную привлекательность. Вместе с тем операторы электросвязи, тратящие массу сил и средств на поддержку устаревшей телефонной сети, все же изыскивают средства на развитие своих сетей, на цифровизацию, внедрение оптоволоконных и беспроводных технологий.

Развитие науки и ускорение технического прогресса невозможны без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. Интенсивное развитие новых информационных технологий в последние годы привело к бурному развитию микропроцессорной техники, которая стимулировала развитие цифровых методов передачи информации. В конечном счёте, это привело к созданию новых высокоскоростных технологий глобальных сетей: PDH, SONET, SDH, ISDN, Frame Relay и ATM. Одной из наиболее современных технологией, исполь­зуемых в настоящее время для построения сетей связи, является технология синхронной цифро­вой иерархии SDH. Интерес к SDH обусловлен тем, что эта технология пришла на смену импульсно-кодовой модуляции PCM (ИКМ) и плезиохронной цифровой иерархии PDH (ПЦИ) и стала интенсивно внедряться в результате массовой установки современных зарубежных цифровых АТС, позво­ляющих оперировать потоками 2 Мбит/с, и создания в регионах локальных колец SDH. Поэтому практически все крупнейшие российские ведомства проводят масштабную модернизацию своих телекоммуникационных сетей.

За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические системы и кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородней связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонии, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.

Применяя волоконно-оптическую связь, резко увеличивается объем передаваемой информации по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, это объясняется тем, что волоконно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.

Для любой системы связи большое значение имеют три фактора:

- информационная емкость системы, выраженная в числе каналов связи, или скорость передачи информации, выраженная в бит в секунду;

- затухание, определяющее максимальную длину участка регенерации;

- стойкость к воздействию окружающей среды;

В мире вырос огромный прогресс в развитии волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них, выпускаются многими странами мира.

Особое внимание у нас и за рубежом уделяется созданию и внедрению одномодовых систем передачи по оптическим кабелям, которые рассматриваются как наиболее перспективное направление развития техники связи. Достоинством одномодовых систем является возможность передачи большого потока информации на требуемые расстояния при больших длинах регенерационных участков. Уже сейчас имеются волоконно-оптические линии на большое число каналов с длиной регенерационного участка 100...150 км. Последнее время в США ежегодно изготовляется по 1,6 млн. км. оптических волокон, причем 80% из них - в одномодовом варианте.

Волоконно-оптические системы передачи применяются на всех участках первичной сети ВСС для магистральной, зоновой и местной связи. Требования, которые предъявляются к таким системам передачи, отличаются числом каналов, параметрами и технико-экономическими показателями.

Информационные возможности волоконно - оптических средств передачи, дало сильный толчок на дальнейшее развитие, а именно создание абонентских широкополосных сетей.

В России ни одна общенациональная программа по созданию интегральных широкополосных сетей не финансировалась. Тем не менее, уже реально внедряются системы кабельного телевидения, обсуждаются методы его интеграции с телефонными службами.

В ближайшем будущем следует ожидать появления фторированных халькогенидных и других типов оптических волокон, которые при использовании ближнего инфракрасного диапазона волн (2...4 мкм) позволят уменьшить потери до 0,1...0,2 дб/км и существенно увеличить длины регенерационных участков. Спектральное уплотнение позволит увеличить пропускную способность оптических трактов передачи.

Однако, учитывая высокие достоинства оптических кабелей, они получают все возрастающее применение на сетях связи.

Целью данного проекта является создание современной телекоммуникационной сети в интересах населения, народно-хозяйственного комплекса, организация качественной связи для передачи информации различного вида между городами Стерлитамак и Ишимбай через населенные пункты Яр-Бишкадак, Урман-Бишкадак, Карайганово.

1 Выбор и обоснование проектных решений

На сегодняшний день возникает необходимость не только строить новые сегменты сети, но и модернизировать участки построенные ранее. Связано это, прежде всего, с развитием телефонной связи в районах республики, вводом большого числа телефонных номеров, цифровизацией СТС и ГТС, ростом спроса населения и предприятий на услуги телефонной связи, услуги передачи данных и кабельного телевидения. Кроме того, бурное развитие сотовой связи в республики, также вызывает рост трафика внутризоновой сети, так как сотовые операторы арендуют потоки для развития своих сетей и расширения зоны покрытия.

Первым шагом модернизации сети является прокладка современного волоконно-оптического кабеля с учетом всех требований по обеспечению высокой надежности.

Во-вторых, существующий волоконно-оптический кабель участка Уфа – Стерлитамак –Салават с отводом на г.Ишимбай проложен вдоль подземных коммуникаций в затопляемой зоне, и в случае повреждения кабеля г.Ишимбай останется без связи. Вследствие этого необходимо проложить новый оптический кабель г. Стерлитамак- г. Ишимбай через населенные пункты Яр-Бишкадак, Урман-Бишкадак, Карайганово.

Так как проектируемая Башинформсвязью линия связи через г.Ишимбай-с.Петровское-п.Красноусольский не включает г.Стрелитамак в малое кольцо, то в данном проекте предлагается спроектировать участок ВОЛС которая соединит г.Стерлитамак-Карайганово-Урман-Бишкадак-Яр-Бишкадак-г.Ишимбай и другие населенные пункты расположенные вдоль прокладываемой трассы. Этот кабель даст возможность обеспечить людей высокоскоростным интернетом, телевидением и IP-телефонией, так как по медному кабелю КСПП 1*4*0,9, который проложен до населенных пунктов невозможно достичь скорость передачи выше STM-1.

Так как Ишимбайский РУС находится в составе Стерлитамакского МУЭС то возможно с наименьшими затратами развитие в г.Ишимбай номерной емкости, мультисервисной сети, NGN-телефонии и другой интеллектуальной связи. А также можно выделить несколько потоков для развития корпоративных сетей предприятиям как: ОАО «Сода», Баштрансгаз, Подземхранилище и сотовым компаниям.

1.1 Выбор среды для передачи

На сегодняшний день для организации магистральных цифровых систем передачи можно использовать различные среды для передачи информации такие как: оптическое волокно (используя технологии SDH, PDH), радиоэфир (используя цифровые РРЛ), медные кабели (используя цифровые xDSL модемы). Рассмотрим каждую из возможностей подробнее.

Технология xDSL, в частности технология HDSL применяется для цифровизации медных кабелей. Она позволяет передавать по двум или четырем медным проводам цифровой поток Е1, при этом дальность передачи может достигать 20 км. Но эта величина сильно зависит от типа и состояния кабеля, а так же при использовании в кабеле нескольких систем передачи на различных парах неизбежно взаимное влияние. Учитывая, что эта технология не обеспечивает пропуск требуемой в рамках проектирования величины трафика, то ее использование нецелесообразно.

ВОЛС имеет ряд преимуществ, таких как:

- малые значения коэффициентов затухания (в несколько десятков раз меньше, чем в кабелях с металлическими жилами) и их независимость от частоты передаваемого сигнала, что обеспечивает высокую пропускную способность волоконно-оптических систем связи и большие длины участков регенерации;

- высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, что делает излишним применение специальных мер защиты от мешающих влияний со стороны силовых кабелей и источников сильных электромагнитных полей (электродвигатели, силовые трансформаторы, линии электропередачи), а также действия помех от других средств связи;

- отсутствие излучения во внешнюю среду, что практически исключает взаимное мешающее влияние между отдельными световодами и возможность несанкционированного доступа передаваемой информации;

- малая металлоемкость линии передачи и отсутствие в ней дефицитных цветных металлов, так как основным сырьем для производства волоконных световодов является двуокись кремния, запасы которого на земном шаре практически безграничны;

- прекрасные малогабаритные показатели: 1км световода имеет массу порядка 40 г, тогда как коаксиальная медная трубка такой же длины, выполняющая аналогичные функции, весит несколько сот килограммов;

- большая строительная длина кабеля, что обусловливает уменьшение количества промежуточных муфт и, соответственно, увеличивает надежность сети связи;

- стоимость оптического кабеля имеет стойкую тенденцию к снижению, тогда как стоимость электрических кабелей связи постоянно растет.

Волоконно-оптические системы связи имеют также определенные недостатки:

- за счет водородной коррозии в оптических волокнах появляются микротрещины, которые вызывают увеличение затухания и могут привести к разрушению световодов;

- за счет повышенного уровня шумов в оптическом диапазоне длин волн и меньшей мощности передатчиков энергетический потенциал волоконно-оптической аппаратуры оказывается на 15 – 20 дБ меньше, чем у ее электрических аналогов;

- работа с волоконно-оптической техникой предъявляет повышенные требования к квалификации персонала и требует наличия более сложного и дорогого технологического оборудования.

Но, несомненно, достоинства волоконно-оптических систем связи перекрывают их недостатки по сравнению с ЦРРЛ и медными системами связи и поэтому, в качестве среды передачи для проектируемой линии связи выбрано оптическое волокно.

1.2 Трасса кабельной линии передачи

В соответствии с техническим заданием требуется разработать ди­пломный проект высокоскоростной волоконно-оптической линии связи между узлами коммутации г.Стерлитамак с населением 268 тыс. жителей и г.Ишимбай с населением 70,2 тыс. жителей по данным 2002г. через населенные пункты Яр-Бишкадак, Урман-Бишкадак и Карайганово.

Прокладка кабеля требует больших капитальных вложений, поэтому очень важно правильно выбрать трассу прокладки кабеля. Выбор оптимального варианта трассы и его оценку следует осуществлять исходя из основных условий:

• наикратчайшее протяжение трассы;

• выполнением наименьшего объема работ по строительству линейно-кабельных сооружений;

• наименьшее число препятствий (пересечений с автомобильными, железными дорогами, с подземными сооружениями, водными преградами и т.д.) усложняющих и удорожающих строительство;

• возможности максимального применения при строительстве машин, механизмов и кабелеукладочной техники;

• обеспечение лучших условий эксплуатации линейных сооружений и надежной их работы.

Обращаясь к карте местности, видно, что лучшим вариантом является прокладка кабеля вдоль автомобильной дороги.

Ситуационный план трассы приведен в Приложении А.

Терри­тория, по которой будет проходить проектируемая трасса, имеет равнинный рельеф, с суглинистыми почвами без каменистых включений, минимальным количеством оврагов, рек, болот, что позволит прокладывать кабель кабелеукладчиком на глубину 1,2м. Кабельная линия будет проходить в зоне 40-50м вдоль ав­томобильной дороги соединяющей г.Стерлитамак и г.Ишимбай, что облегчит эксплуатацию ВОЛП. На рассматриваемом участке трасса в основном проходит по открытой местности.

Так как расстояние между городами составляет 34 км, то становится ясно, что дополнительный регенератор не нужен.

Возможны два способа прокладки ОК в грунт: ручной в ранее отрытую траншею или бестраншейный с помощью ножевых кабелеукладчиков. Кроме того, ОК может прокладываться с применением защитного трубопровода. При этом различают два способа. При первом способе сначала в грунт укладывается защитный трубопровод (полиэтиленовая труба с внешним диаметром до 34 мм.), а затем затягивается ОК. Второй способ - это прокладка защитного трубопровода с заранее уложенным в него ОК. При прокладке волоконно-оптической линия связи Стерлитамак – Ишимбай будет использоваться первая технология прокладки в защитные полиэтиленовые трубы (ЗПТ) бестраншейным методом.

Переходы через автодороги, трубопроводы и другие препятствия осуществляются скрытно, при помощи установок горизонтально-направленного бурения.

В населенных пунктах прокладка кабеля осуществляется в существующих кабельных канализациях.

1.3 Характеристика существующих линий связи

На участке Уфа – Толбазы по симметричному четырех четверочному кабелю работает шесть систем передачи К60П, загруженные полностью. На участке Уфа – Стерлитамак по симметричному четырех четверочному кабелю работает семь систем передачи К60П. Кроме того, существует экспериментальный волоконно-оптический кабель, проложенный в 1987 году. По нему работает цифровая система передачи уровня STM-1 построенная на мультиплексорах отечественного производства СММ-11 фирмы «Морион», занято 85 % емкости. На участке Уфа – Салават работает цифровая РРЛ уровня 3хSTM-1, причем один ствол является резервным, один используется для трансляции 3 телевизионных программ и один используется для передачи телефонного трафика внутризоновой сети, занятость последнего составляет 80 %.

На участке Стерлитамак – Салават по симметричным кабелям работает шесть систем передачи К60П, по волоконно-оптическому кабелю работает система передачи уровня STM-4 фирмы Marconi. На участке Стерлитамак – Ишимбай работает аналоговая система передачи К60П. По оптическому кабелю работает плезиохронная система передачи BKE-3 уровня Е3.

На участке Салават – Ишимбай работает система передачи К60П. По оптическому кабелю работает плезиохронная система передачи BKE-3 уровня Е3. На участке Салават – Мелеуз работают система передачи К120, К60П. По оптическому кабелю работает система передачи уровня STM-4 фирмы Marconi. Все вышеперечисленные аналоговые системы передачи загружены почти полностью.

При стыковке с АМТС города Уфы, необходимо учитывать тип станций в указанных районных центрах и городах. Так в селах Толбазы и Исянгулово узловой станцией является АТСК 100/2000. В городах Салават и Стерлитамак в качестве узловых выступают цифровые АТС АХЕ-10. В городе Ишимбай узловая станция АТС «ЭЛКОМ». Стыковка с междугородней станцией АХЕ-10 города Уфы возможна только по каналам ТЧ.

1.4 Определение числа каналов

Число каналов, связывающих города Стерлитамак и Ишимбай с населенными пунктами Яр-Бишкадак, Урман-Бишкадак, Карайганово, в основном зависит от численности населения проживающих в этих пунк­тах, а также от степени заинтересованности отдельных групп населе­ния во взаимосвязи.

Численность населения в любом населённом пункте может быть оп­ределена на основании статистических данных последней переписи на­селения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном строительстве следует учитывать прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его под­чинённых окрестностях с учётом среднего прироста определяется по формуле (1.1).

, (1.4.1)

где Н₀– число жителей на время проведения переписи.

∆H– коэффициент среднегодового прироста населения в данной местности, ∆H = 0,5 %;

t– период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения последней переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 510 лет вперед по сравнению с текущим временем. Если принять 5 лет вперед, то

t=5+(t_n-t_o) (1.4.2)

где t_n – год составления проекта;

t_o – год, к которому относятся данные Н_о.

t =5+(2009-2002) = 12

Таким образом, численность населения г.Ишимбай определяется по формуле (1.4.1):

Н_t = 70200 ∙ (1+ 0,5/100)¹² = 74,530 (тыс.чел).

Численность населения г.Стерлитамак:

Н_t = 268000 ∙ (1+ 0,5/100)¹² = 284,616 (тыс.чел).

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи, зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населений, районами и областями.

Взаимосвязь определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие года.

Практически эти взаимосвязи выражаются через коэффициенты тяготения , который колеблется в широких пределах от 0,1% до 12%. В проекте принимаем K_T = 5% (0,05).

Учитывая, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить количество телефонных каналов между выбранными пунктами.

Число телефонных каналов рассчитывается по формуле:

, (1.4.3)

где α, β – коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, α= 1,3; β= 5,6.

у – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, у = 0,05 Эрл.

m_a, m_б – количество абонентов, обслуживаемых АТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равный 0,3 количество абонентов в зоне АТС можно определить по формуле:

m=0,3*H_t (1.4.4)

Подставляя значения в формулу (1.4.4) получаем:

количество абонентов г.Ишимбай.:

m_a = 0,3 ∙ 74,530 = 22,359 (тыс.чел),

количество абонентов г.Стерлитамак:

m_б = 0,3 ∙ 284,616 =85,385 (тыс.чел).

Рассчитаем число телефонных каналов:

Таким образом, можно рассчитать число каналов для телефонной связи между пунктами. По кабельной линии передачи организовывают каналы и другие виды связи, а также учитывают и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя АМТС будет равно:

(1.4.5)

где n_тлф- количество телефонных каналов для двухсторонней связи;

n_мм – число каналов мультимедиа;

n_сот – число каналов для сотовой связи;

n_тв – число каналов ТЧ, исключаемых из передачи телефонной информации для организации одного канала телевидения.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналов ТЧ, целесообразно общее число каналов между пунктами выразить через телефонные каналы.

(1.4.6)

Oбщее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

n_общ=2n_тлф + 8·n_сот (тлф) + 18n_тв (1.4.7)

Я выбрал телевизионный стандарт цифрового телевидения: MPEG-2 (главный (ML)), скорость цифрового потока 15 Мбит/с, размер кадра 720x480, число кадров в секунду: 30 (25 для Европы). В перерасчёте на каналы тональной частоты: 240 каналов (15Мбит/c*1024 = 15360 кбит/c, 15360 кбит/c : 64 кбит/c = 240 каналов тональной частоты). Рассматривая каналы сотовой связи, я выбрала 4 основных оператора РБ, на каждого оператора по два потока E1. В стандарте GSM все данные между базовыми станциями передаются со скоростью, не меньшей 2048 кбит/с.

Общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле (1.4.7) равно:

n_общ=2·63 + 8·32 + 18·240=4702

Необходимое число потоков Е1(2048 Кбит/с)вычисляется по следующей формуле:

N_поток=n_общ/30=4702/30=156 потоков (1.4.8)

Поток Е1 состоит из 32 канальных интервалов, два из которых используются для целей синхронизации и сигнализации. На полезную нагрузку остается 30 каналов.

Исходя из количества потоков, можем определить скорость передачи информации:

B=N _общ∙2,048 Мбит/c = 156∙2,048 Мбит/c =319,488 Мбит/с (1.4.9)

Как видно из расчётов полученное значение скорости передачи данных соответствует уровню STM-4 (табл. 1.4).

Таблица 1.4 Скорости SDH иерархии

Уровень STM-N	Скорость, Мбит/с	Число потоков Е1
STM-1	155,52	63
STM-4	622,08	252
STM-16	2488,32	1008
STM-64	9953,28	4032
STM-256	39813,12	16128

1.5 Выбор и характеристика транспортной системы

В настоящее время производителей оборудования для синхронной цифровой иерархии довольно большое количество. Среди таких производителей можно назвать такие фирмы, как “Ericsson – Marconi” (MS1/4, OMS 1664), “Siemens” (SMA – 1, SMA – 4, SMA – 16 и т. д.), “Nokia” (STM – 1, STM – 4, STM – 16 и их модификации), “Alcatel” (1641 SM, 1651 SM, 1664 SM, 1674 SM и их модификации), “Cisco” (ONS-15454), “AT&T”, “ECI”, “GPT”, “NEC”, “Nortel”, “Philips”. Среди российских производителей, имеющих сертификат соответствия министерства связи РФ, можно назвать такие фирмы “Камател”, которая выпускает мультиплексоры уровня STM–1, STM–4 аналогичные мультиплексорам фирмы “Siemens”, ОАО “Эзан” поселок Черноголовка и фирма “Супертел” - г. Санкт – Петербург.

Из расчета необходимого числа потоков Е1 видно, что требуется система передачи синхронной цифровой иерархии уровня STM-4. Для сохранения инвестиций и обеспечения возможного увеличения трафика выбираем систему передачи, которая имеет возможность масштабирования до уровня STM-16 и STM-64.

На сети РБ установлены мультиплексоры производства фирмы Marconi, Cisco и Huawei. Для реализации проекта выбираем мультиплексоры семейства ONS-15454 производства фирмы Cisco (рисунок 1.5). Эти мультиплексоры имеют возможность масштабирования до уровня STM-64.

Платформа ONS 15454 SDH MSPP (Multiservice Provisioning Platform) фирмы Cisco Systems «закрывает» все сегменты транспортных сетей - от магистрали до оборудования помещений заказчика. Управление осуществляется с помощью единой системы Cisco Transport Manager.

Рисунок 1.5 Cisco ONS 15454