Проектирование фрагмента сети административно – хозяйственной связи для Кольцевой линии Московского метрополитена

 - 16 программируемых кнопок (расположены в два ряда ниже дисплея)

        могут быть запрограммированы пользователем на любые,

        необходимые  ему функции [2].

 

2. Особенности волоконно-оптических линий связи

Волоконно-оптические линии  связи (ВОЛС) - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

Оптическое волокно в  настоящее время считается самой  совершенной физической средой для  передачи информации, а также самой  перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать  вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

ВОЛС имеет следующие  физические особенности.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=10 в степени 14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10 в степени 12 бит/с или Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Техническими особенностями  ВОЛС являются:

- волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди;

- оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм., то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике;

- стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды;

- системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.

     Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается с самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время когерентности источника излучения. При таком способе передачи информация не может быть перехвачена амплитудным приемником излучения, так как он зарегистрирует лишь сигнал постоянной интенсивности.

     Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видимость интерференционной картины может быть ослаблена как 1:2N, где N - количество сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Важное свойство оптического  волокна - долговечность. Время жизни  волокна, то есть сохранение им своих  свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить  оптико-волоконный кабель один раз  и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Есть в волоконной технологии и свои недостатки.

При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.

Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.

Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.

Применение технологий ВОЛС позволило организовать в конце 1990-х гг. широкомасштабное строительство  первичной цифровой сети связи на базе стандартного мультиплексорного оборудования и самонесущих оптических кабелей. При выборе проектных решений строительства вторичных сетей связи возникает ряд проблем, обусловленных спецификой организации связи на железнодорожном транспорте и особенностями современных телекоммуникационных технологий.

Во-первых, мультиплексоры STM обладают не только большой производительностью (например, STM-1 позволяет мультиплексировать до 63 ПЦК), но и высокой стоимостью. Поэтому экономически целесообразно размещать их в местах наибольшей концентрации нагрузки и абонентской плотности, расстояние между которыми может составлять десятки километров. «Подтягивание» же пучков каналов от промежуточных станций к STM требует использования дополнительного каналообразующего и линейного оборудования.

Во-вторых, внедрение новых  телекоммуникационных технологий на уже  действующих участках требует соблюдения принципов «дружелюбия» и «преемственности»  по отношению к традиционным технологиям. Практически это проявляется  в необходимости использования  разнотипных стандартных и нестандартных  интерфейсов и протоколов, обеспечивающих совместную работу аналогового и  цифрового оборудования.

В-третьих, существующее многообразие видов оперативно-технологической  и общетехнологической связи, а также многообразие видов предоставляемых услуг связи в рамках единого каналообразующего, коммутационного и линейного оборудования означает создание цифровой интегральной сети связи. Такая сеть должна организовывать виртуальные независимые сети связи с требуемой логической архитектурой сети каналов и заданным составом предоставляемых услуг.

 

3. Мультиплексоры STM-1 и STM-4

Структурная схема мультиплексора SТМ-1 типа ТN-1X компании Nоrtеl (NorthernTelecom) приведена на рис.2.6. Мультиплексор смонтирован на стойке и состоит из следующих основных блоков:

- четырех трибных интерфейсных блоков ТIU с 16 электрическими портами 2 Мбит/с для ввода/вывода до 63 входных потоков;

- двух (основного и резервного) менеджеров полезной нагрузки - устройств для формирования и управления полезной нагрузкой (различные типы полезной нагрузки в виде VС-n, ТU-n, ТUG-2, тUG-3). Он, например, управляет операциями ввода/вывода каналов доступа,мультиплексированием и внутренней коммутацией потоков, производит сортировку (grooming) на уровне трибных блоков ТU-n, формирует полезную нагрузку до уровня агрегатных блоков АU-n и передает ее на интерфейсы агрегатных блоков;

-двух оптических или электрических агрегатных блоков АU А и В с выходными портами 155 Мбит/с (SТМ-1) "восток” и “запад” для формирования выходных потоков;

-двух (основного и резервного) блоков питания (на схеме не показаны);

- одного контроллера и локальной панели оператора.

 

 

Рис. 2.6. Структурная схема мультиплексора TN-1Xкомпании Nortel(уровень STM-1)

 

Далее будут представлены характеристики мультиплексора и его блоков.

Интерфейсные входы и выходы трибов:

- скорость передачи данных  на входе - 2048 кбит/с;

- линейный код - НDВ3;

- входной импеданс - 75 Ом (коаксиальный вход), 120 Ом (симметричный  вход);

- амплитуда импульса на  выходе - ± 2.37 В (75 Ом) и ± 3.0 В (120 Ом);

- номинальная длительность  импульса - 244 нс;

- максимально допустимые  потери в кабеле - б дБ;

- максимально допустимые  потери на отражение на входе/выходе - 18/8 дБ;

- соответствие стандартам - IТU-Т Rес. G.703.    

Оптические входы и  выходы агрегатных блоков:

- выходная мощность - 1 мВт;

- чувствительность приемника  - -34 дБ (при коэффициенте ошибок 10^-10);

- максимально допустимые  потери на секцию - 28 дБ;

- длина волны - 1310 нм;

- тип волокна оптического  кабеля - одномодовый;

- соответствие стандартам  - IТU-Т Rес. G:957 (для SТМ-1).

Электрические входы и  выходы агрегатных блоков:

- линейный код - СМI;

- входной импеданс - 75 Ом;

- максимально допустимые  потери на отражение на входе/выходе - 15 дБ;

- максимально допустимые  потери в кабеле на входе  - 12.7 дБ;

- амплитуда выходного  импульса - 1.0 В;

- соответствие стандартам - IТU-Т Rес. G.703.

Структурная схема мультиплексора SТМ-4 типа SМА-4 компании GРТ приведена на рис.2.7. Мультиплексор смонтирован на двойной стандартной стойке (980х450х280мм) и состоит из следующих основных блоков:

- трибных блоков с набором электрических портов для приема входных потоков различной скорости (от 1.5 и 2 до 140 и 155 Мбит/с);

- двух пар (основной  и резервной) мультиплексоров  и коммутаторов для мультиплексирования,  локальной коммутации и управления  потоками;

- двух оптических агрегатных  блоков с выходными портами  622 Мбит/с (SТМ-4) “восток” и "запад"  для формирования выходных потоков;

- двух (основного и резервного) блоков питания;

- интерфейсами контроля  и управления, служебным каналом.

 

 

Рис. 2.7. Структурная схема мультиплексора SMA-4 компании GPT(уровень STM-4)

Он обеспечивает мультиплексирование  различных входных потоков , подаваемых на входные электрические порты трибных интерфейсов: до 252 или 504 потоков 1.5 Мбит/с или 2 Мбит/с, или до 12 или 24 потоков 34 Мбит/с или 45 Мбит/с, или до 4 или 8 потоков 140 Мбит/с, или до б или 12 частично заполненных потоков 155 Мбит/с (при суммарном потоке , не выше 252 или 504, потоков 2 Мбит/с) в один или два потока 622 Мбит/с, формируемых на выходе оптических агрегатных блоков.

SМА-4 может быть использован (сконфигурирован) для работы в качестве:

- терминального мультиплексора (ТМ) с двумя агрегатными блоками , используемыми в режиме: "основной/резервный" - для создания защиты типа 1+1 агрегатных портов для схемы “точка-точка” или защиты типа 1:n для потоков 1.5 или 2 Мбит/с, осуществляемой блоком резервирования трибов (рис.2) при наличии соответствующего резерва входных портов;

- мультиплексора ввода/вывода  с одним агрегатным блоком  для работы в качестве ТМ  без защиты в сетях с топологией  “точка - точка” или в сетях  с топологией “последовательная  линейная цепь”;

-оптического концентратора (хаба) для осуществления функций консолидации и сортировки в качестве центрального узла в топологии “звезда”, на вход которого подаются потоки SТМ-1 (до 12 частично заполненных SТМ-1 потоков могут консолидироваться на уровне VС-12 в один или два SТМ-1 или SТМ-4 потока);

- небольшого коммутатора,  функционирующего самостоятельно  или способного объединить до четырех колец 622 Мбит/с.

Интерфейсные входы и  выходы трибов:

- скорость передачи данных  на входе - 1.5, 2, 34, 45 и 140 Мбит/с, по стандарту - IТU-Т Rес. G.703 или 155 и 622 Мбит/с по стандарту IТU-Т Rес. G.709.

Оптические входы и  выходы трибов и агрегатных блоков:

- длина волны - 1310 нм - для  коротких и средних оптических  секций, 1550 нм - для длинных секций;

- тип волокна оптического кабеля - одномодовый.