Модернизация магистральной оптической сети связи

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

/

АННОТАЦИЯ

Настоящий дипломный проект посвящен модернизации магистральной оптической сети связи на участке Сосногорск - Лабытнанги Северной железной дороги при помощи мультиплексора FlexGain A2500 Extra. Рассмотрены вопросы организации системы телефонной связи, обоснование выбора типа цифрового оборудования и технические данные мультиплексора FlexGain A2500 Extra. Произведены расчеты регенерационных участков, количество регенераторов, а также произведен расчет и построение диаграммы уровней передачи Разработаны планы размещения мультиплексоров и регенераторов на проектируемом участке. Рассмотрен вопрос по проектированию системы удаленного мониторинга оптических волокон. Разработана схема организации удаленного мониторинга оптических волокон на базе системы FiberVisor (EXFO). Рассмотрены вопросы охраны труда по нормализации параметров микроклимата в помещениях электромеханика. Рассчитаны капитальные вложения, эксплуатационные расходы и приведенные затраты проекта.

Данный дипломный проект может быть принят к внедрению на других участках железнодорожного транспорта.

ВВЕДЕНИЕ

Мир телекоммуникаций и передачи данных сталкивается с динамично растущим спросом на частотные ресурсы. Эта тенденция в основном связана с увеличением числа пользователей Internet и также с растущим взаимодействием международных операторов и увеличением объемов передаваемой информации. Полоса пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается. Поэтому поставщики средств связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно (ОВ) в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Благодаря появлению современных волоконно-оптических кабелей оказались возможными высокие скорости передачи в линейных трактах (ЛТ) цифровых систем передачи с одновременным удлинением секций регенерации до 100 км и более. Производительность таких ЛТ превышает производительность цифровых трактов на кабелях с металлическими парами в 100 и более раз, что радикально увеличивает их экономическую эффективность. Большинство регенераторов оказывается возможным совместить с оконечными или транзитными станциями.

Быстрое развитие телекоммуникационных сетей и необходимость существенного увеличения объема, надежности и экономичности передачи цифровых сигналов привели к коренным изменениям в практике построения и использования интегральных цифровых сетей.

Телефонизация неразрывно связана с развитием первичной сети, изменением топологии местных телефонных сетей общего пользования, их цифровизацией и внедрением новых технологий АТМ, SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронной цифровой иерархии). Перспективы развития транспортных сетей заключаются в дальнейшей цифровизации магистральной первичной сети - строительстве волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), выполненных по технологии синхронной цифровой иерархии (SDH). Системы СЦИ обеспечивают скорости передачи от 155 Мбит/с и выше и могут транспортировать как сигналы существующих цифровых систем, так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура SDH является программно управляемой и интегрирует в себе средства преобразования, передачи, оперативного переключения, контроля, управления.

Интенсивное развитие современных телекоммуникационных сетей, их мультисервисная многоуровневая структура и сложная разветвленная топология, выдвигают новые требования к принципам эксплуатации сетей связи. Наиболее эффективно задачи эксплуатации решают автоматизированные системы мониторинга телекоммуникаций, обеспечивающие в реальном режиме времени централизованный контроль работоспособности сети, обнаружение неисправностей с возможностью их прогнозирования и минимизации времени устранения.

Волоконно-оптические сети связи (ВОСС) уверенно наращивают свою мощь и, как любая другая сложная техническая система, для нормального функционирования требуют измерения и контроля своих параметров. В настоящее время решение задач измерения параметров волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) обеспечивают оптические рефлектометры, мультиметры и другие измерительные приборы, которые находятся на вооружении монтажных и эксплуатирующих подразделений.

Однако в современных ВОСС для этих целей все шире используются автоматизированные системы мониторинга.

В первую очередь, необходимо отметить, что объем передаваемой информации непрерывно увеличивается. Современная техника временного и спектрального мультиплексирования обеспечивает скорость передачи в канале более 40 Гбит/с, а число каналов передачи в одном оптическом волокне (0В) может достигать до 100 спектрально-мультиплексированных каналов.

Вторым важнейшим следствием развития ВОЛС является увеличение длины регенерационных участков за счет развития техники широкополосных усилителей оптического сигнала.

Совершенствование технологии увеличило срок службы ВОЛС, что при постоянном высоком приросте и минимальном выводе из эксплуатации обеспечило непрерывный количественный их рост.

Суммируя, отметим следующие особенности современного состояния ВОСС:

-наблюдается значительный рост числа функционирующих ВОЛС;

-усложняется топология волоконно-оптических сетей;

-информационная емкость ВОЛС непрерывно увеличивается;

-увеличиваются доля информации и значимость трафика, передаваемых по ВОЛС;

-растет цена простоя ВОЛС при авариях.

ВОЛС становятся всеобъемлющими, все более сложными, увеличивается значимость этих систем. Поэтому повышение их надежности приобретает все более важное значение.

Проблема надежности ВОЛС охватывает широкий круг вопросов и по своей сути является комплексной. Ее решение требует применения соответствующих методик оценки, расчета и контроля различных параметров оптических кабелей (ОК) и показателей надежности ВОЛС. Надежность ВОЛС зависит от различных конструктивно-производственных и эксплуатационных факторов. К первым относят факторы, связанные с разработкой, проектированием и изготовлением ОК и других вспомогательных изделий и устройств, входящих в состав ВОЛС. Ко вторым - все факторы, влияющие на надежность ОК в процессе его прокладки, монтажа и последующей эксплуатации.

Одним из основных эксплуатационных факторов, позволяющих прогнозировать ухудшение характеристик оптических волокон и обеспечивать требуемый уровень надежности ВОЛС, является непрерывный мониторинг ОК ВОЛС. При этом системы мониторинга ОК ВОЛС должны предусматриваться уже на этапе планирования и проектирования современных цифровых сетей связи . Это особенно важно и актуально для ВОЛС на воздушных линиях электропередачи (ВОЛС-ВЛ), применяемых при создании больших корпоративных сетей связи крупными энергокомпаниями. Такие ВОЛС-ВЛ имеют очень высокую надежность, но при этом в случае аварии требуют значительных затрат времени и материально-технических ресурсов на проведение аварийно-восстановительных работ.

Именно поэтому системы непрерывного мониторинга оптических волокон в ОК ВОЛС приобретают особую значимость при построении современных цифровых мультисервисных сетей.

Целью дипломного проекта является модернизация магистральной сети связи на участке Сосногорск - Лабытнанги с применением цифровых волоконно-оптических систем передачи.

Первоначально сеть передачи данных дороги была построена на аналоговых проводных линиях связи с использованием каналов тональной частоты и максимальной скоростью на магистральных каналах связи 24 кбит/с.

1. ТЕХНИКО-ЭКСПЛУТАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ оснащенности участка проектирования

Проектируемый участок обслуживается Сосногорским отделением Северной железной дороги. Протяженность данного участка со всеми ответвлениями составляет чуть меньше 900 км. Схема проектируемого участка с перегонами показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема проектируемого участка

Сегодня Сосногорское отделение является крупнейшим структурным подразделением Северной железной дороги: 2588,8 километра развёрнутой длины главных путей, соединяющих все города Республики Коми и Ямало-Ненецкий АО с «большой землёй», 2040 стрелочных переводов, 140 мостов, 108 железнодорожных переездов, 100 станций, 3 локомотивных и 2 вагонных депо, 9 дистанций пути, 4 дистанции сигнализации и связи, 2 дистанции гражданских сооружений, водоснабжения и водоотведения, 3 дистанции энергоснабжения, 5 восстановительных поездов, 4 путевые машинные станции, дирекция по обслуживанию пассажиров.

В соответствии с программой экономического и социального развития Республики Коми на 2006 - 2010 годы и на период до 2015 года предполагается вдвое увеличить грузооборот на Сосногорском отделении Северной железной дороги. Долгосрочная программа предусматривает увеличение промышленного производства к 2015 году по сравнению с 2005 годом более чем в 1,5 раза[11].

В конце 2010 завершено строительство волоконно-оптической линии связи на Воркутинском направлении Северной дороги. Волоконно-оптический кабель и смонтированная на каждой станции аппаратура цифровых систем передачи данных введены в эксплуатацию на самом северном участке Сосногорск - Воркута протяжённостью 700 км. Прокладка ВОЛС на участке Сосногорск - Воркута велась с 2007 года. На полигоне до станции Инта волоконно-оптический кабель типа ОКМС-А-6(2,4)Сп-24(2) укладывали в полосе отвода непосредственно в теле земляного полотна. Севернее на участке Инта - Воркута кабель типа ДПТ-024Т04-06-25,0/0,4-Х подвешивали на опоры линии электропередачи.

ОКМС-А-6(2,4)Сп-24(2) - кабель диэлектрический самонесущий с внешней оболочкой из полиэтилена, с силовыми элементами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, с 6 оптическими модулями с номинальным внешним диаметром 2,4мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 24 стандартными одномодовыми оптическими волокнами.

ДПТ-024Т04-06-25,0/0,4-Х - Оптический кабель марки ДПТ является полностью диэлектрическим изделием, основное применение которого - размещения на объектах электроэнергетики, при повышенном уровне внешних электромагнитных воздействий, а так же в качестве подвески на опорах линий связи, контактной сети железных дорог и линий электропередач[2].

Оперативно технологическая связь(ОТС) на участке Сосногорск- Лабытнанги с начала 2011 работает по волоконно-оптической линии связи на базе мультиплексора СМК-30, однако магистральная связь по прежнему осуществляется по двум симметричным кабелям МКПАБ - 7x4x1,05+5x2x0,7+1x0,7 с использованием аналоговых систем передачи П-306 и К-60п. Схема организации магистральной сети связи на базе аналоговой аппаратуры показана на рисунке 1.2. Для организации магистрального сегмента связи по ОК зарезервировано с 5 по 8 ОВ, а также не задействованы ОВ №№ 15,16.

1.2 Современные волоконно-оптические системы передачи

1.2.1 Стандартные ВОСП

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - синхронная цифровая иерархия - технология передачи высокоскоростных данных на большие расстояния с использованием в качестве физической среды проводных, оптических и радиолиний связи. Данная технология пришла на смену PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), которая обладала существенным недостатком: сложностью выделения из высокоскоростных потоков низкоскоростных трибутарных каналов. Причина заключается в том, что потоки более высокого уровня в PDH получаются путем последовательного мультиплексирования. Соответственно, для выделения потока необходимо развертывать весь поток, т.е. проводить операцию демультиплексирования. При этом придется устанавливать дорогостоящее оборудование в каждом пункте, где необходима такая процедур, что значительно увеличивает стоимость строительства и эксплуатации высокоскоростных линий PDH. Технология SDH призвана решить эту проблему. Скорости для SDH уже не ограничиваются 500 Мбит/сек, как это было в PDH. Пример сети SDH с промежуточным извлечением потока Е1 из потока STM-4 показан на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 - Схема построения сети SDH

Рассмотрим принципы построения синхронной цифровой иерархии. Скорость самого медленного цифрового потока в SDH, получившего название STM-1, составляет 155,52 Мбит/сек. Вся полезная нагрузка передается в, так называемом, виртуальном контейнере VC. Информация может быть загружена либо непосредственно в контейнер, либо если речь идет о потоках PDH, то используются дополнительные промежуточные контейнеры, возможно не с одним уровнем вложения. В любом случае в итоге, вся информация должна быть размещена в пределах виртуального контейнера STM-1.

К каждому виртуальному контейнеру добавляется заголовок, который несет в себе служебную информацию: адресную информацию, информацию для обнаружения ошибок, данные о полезной нагрузке и т.д. Контейнеры всегда имеют фиксированную длину. Для получения более высокой скорости применяется мультиплексирование 4-х потоков STM-1 в один поток STM-4.

Таким образом, удается получить скорость 622,08 Мбит/сек. Для получения еще большей скорости применяется еще одно мультиплексирование четырех STM-4 в один поток STM-16, для передачи которого требуется скорость 2488,32 Мбит/сек и т.д. Общая схема увеличения скорости: четыре STM-N мультиплексируются в один STM-4хN. В отличие от PDH общая схема мультиплексирования неизменна для любых скоростей. В таблице 1 ниже представлены первые шесть уровней иерархии SDH.

Таблица 1.1 - Уровни иерархии SDH

Обозначение потока SDH	Скорость потока, Mбит/с
STM-1	155,52
STM-4	622,08
STM-16	2488,32
STM-64	9953,28
STM-256	39813,12
STM-1024	159252,48

Причем SDH не ограничена STM-1024. На текущий момент основным ограничением для повышения скорости SDH являются максимально возможные скорости существующих технологий передачи данных. Теоретически, цифровую синхронную иерархию можно продолжать и дальше до бесконечности. Преимущественно SDH используется при строительстве магистральных линий связи[4].

1.2.2 ВОСП нового поколения

С развитием компьютерных сетей, Интернета, технологий передачи данных (FR, ATM и т.д.) инфраструктуру транспортных сетей на основе SDH все чаще применяют для организации цифровых каналов сетей передачи данных (т.е. строят наложенные сети поверх SDH). Недостатки использования «классического» SDH для передачи данных наиболее остро стали проявляться при необходимости предоставления широкополосных услуг связи локальных сетей[3].

Во-первых, это необходимость в преобразовании интерфейсов LAN (Ethernet) к интерфейсам SDH (E1, E3, STM-1, STM-4 и т.д.), используя промежуточные устройства, такие, как FRAD, ATM IAD, IP маршрутизаторы и т.д. Во-вторых, небольшой ряд возможных скоростей передачи данных (который к тому же слабо корелируется с рядом скоростей LAN: 10, 100, 1000 Мбит/с), значительно ограничивает возможности эффективного предоставления услуг, либо требует применения в подключаемом оборудовании дополнительных схем (например, инверсное мультиплексирование). Таким образом типичный результат при добавлении служб данных к традиционным SDH сетям -- увеличение сложности оборудования и повышение стоимости.

Для преодоления этих ограничений, производители SDH оборудования пошли по пути создания систем SDH следующего поколения (Next Generation SDH, NG SDH). Оборудование NG SDH имеет интегрированные интерфейсы передачи данных (в частности, Ethernet), а также использует новые технологии, которые позволяют более эффективно выделять требуемую полосу для служб данных и обеспечивать низкую стоимость внедрения этих технологий в уже существующие сети, так как поддержка дополнительной функциональности требуется только на граничных узлах сети.

Ethernet поверх SDH (EoS) -- самая распространенная реализация систем NG SDH. Так опрос Light Reading более 150 операторов, предоставляющих на своих сетях услуги Ethernet, показал, что подавляющее большинство (42%) приходится на Ethernet поверх SONET/SDH (на втором месте Ethernet поверх MPLS с 16%). Применение интерфейсов Ethernet в системах NG SDH естественно и закономерно:

- Один и тот же физический интерфейс может работать в широком диапазоне скоростей, позволяя при необходимости изменять скорость подключения без замены оборудования;

- Устраняется необходимость промежуточного преобразования интерфейсов при передаче данных из одной локальной сети в другую (а такой трафик составляет основной объем от всего трафика данных);

- Значительно снижаются затраты на подключение.

На рисунке 1.4 приведена функциональная схема реализации служб Ethernet в рамках технологии NG SDH

Рисунок 1.4 - Функциональная схема Ethernet поверх SDH

Встроенный Ethernet коммутатор является опциональным, однако его наличие расширяет набор реализуемых в сети Ethernet служб. Встраиваемая в Ethernet коммутатор поддержка VLAN (802.1Q), технологии Q-in-Q (802.1ad), приоритезации кадров 802.1p в сочетании с GFP, VCAT, LCAS и остальными возможностями SDH позволяют строить региональные Ethernet сети (Metro-Ethernet) операторского класса. К таким дополнительным возможностям относятся схемы самовосстановления сети и средства эксплуатации, администрирования и обслуживания.

Технология Ethernet не имеет встроенных средств эксплуатации, администрирования и обслуживания (OA&M), обеспечивающих развитые средства диагностики, обнаружения и локализации аварий, мониторинг производительности. При реализации EoS эти функции обеспечиваются встроенными в SDH средствами OA&M. Это важно и критично для тех сетей и тех операторов, которые предоставляют услуги на основе SLA. Поэтому, если сравнивать сеть EoS с коммутаторами Ethernet поверх «темного волокна», то в последнем случае мы имеем дешевый и прямолинейный способ поддержки служб Ethernet, не оставляющий сомнений в том, за что придется платить. И если это домовая сеть, предоставляющая своим абонентам широкополосный доступ в Интернет, то такой подход вполне оправдан. Когда нам надо обеспечить надежный Ethernet транспорт для бизнес приложений (особенно в сочетании со службами выделенных каналов E1), то зачастую EoS наиболее эффективный способ.

Системы SDH следующего поколения -- многофункциональные мультисервисные платформы, предоставляющие множество услуг без дороговизны и сложности наложенных сетей[5]..

1.3 Системы удаленного мониторинга оптических волокон

Контролировать состояние и измерять параметры ВОЛС необходимо как в процессе монтажа, так и во время эксплуатации. Кроме того это требуется делать при авариях - для определения их причины и места, при ремонтных работах - для определения качества проведенных ремонтных работ, для профилактики - с целью предупреждения аварий и повышения надежности ВОЛС.

В процессе эксплуатации возникает необходимость контроля полного затухания тракта и затухания, вносимого сростками. В случае аварии, при обрыве ОК или ОВ, требуется быстро и точно определить место обрыва.

Для прогнозирования аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг состояния тракта и анализировать изменение его состояния, находить и анализировать существующие в нем неоднородности.

В настоящее время при измерении параметров оптического тракта наиболее распространенным является рефлектометрический метод. В методе импульсной рефлектометрии (OTDR) формируется короткий зондирующий оптический сигнал, который через оптический разветвитель вводится в исследуемое ОВ. Сигнал, отраженный на неоднородностях, поступает на фотоприемное устройство рефлектометра. Временной анализ отраженного сигнала обеспечивает фиксацию эволюции зондирующего сигнала вдоль ВОЛС с последующим определением параметров тракта.

Оптические рефлектометры позволяют измерять: общее затухание (дБ) и распределение затухания - погонное затухание в ОВ (дБ/км); затухания, вносимые неоднородностями (разъемные и неразъемные соединения, прочие неоднородности); координаты неоднородностей.

Следует отметить основные характеристики оптических рефлектометров:

-диапазон длин волн зондирующего излучения лямбда s: 0,85 и 1,31 мкм - для многомодовых 0В; 1,31, 1,55 и 1,625 мкм -для одномодовых ОВ;

-динамический диапазон измерений, который определяет максимальное затухание в измеряемом 0В при заданном времени усреднения;

-разрешение по расстоянию, обеспечивающее возможность различить две неоднородности на ОВ;

-ближняя зона нечувствительности;

Современные оптические рефлектометры представляют собой измерительные устройства с возможностями мощного персонального компьютера и обеспечивают измерение, обработку и накопление первичного отраженного сигнала; обработку, анализ и хранение рефлектограмм, а также возможность обмена информацией и дистанционного управления с помощью сетевых решений. С их помощью можно успешно решать задачи измерения параметров ВОЛС.

Интенсивное развитие современных телекоммуникационных сетей и необходимость обеспечения их безотказной работы выдвигают на первый план задачу централизованного документирования и контроля сетевого кабельного хозяйства с возможностью прогнозирования и минимизации времени устранения неисправностей возникающих в волоконно-оптических линиях связи. Наиболее эффективно данная задача решается с помощью автоматизированных систем администрирования волоконно-оптических кабелей, включающих систему удаленного контроля оптических волокон (Remote Fiber Test System -- RFTS), программу привязки топологии сети к географической карте местности, а так же базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля.

Независимо от метода контроля оптических волокон, система должна обеспечивать:

- Дистанционный автоматический контроль пассивных и активных оптических волокон кабелей;

- Документирование волоконно-оптического кабельного хозяйства;

- Автоматическое обнаружение неисправности ВОЛС с указанием ее точного местоположения на основе сравнения текущих и эталонных результатов измерения параметров ВОЛС;

- Проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме по запросу оператора системы;

- Различные способы оповещения персонала о повреждении оптических кабелей (визуальная и звуковая сигнализация, автоматическая рассылка сообщений на пейджер, по заданным адресам электронной почты, по факсу);

- Автоматический анализ изменения параметров оптических волокон во времени на основе накапливаемых в процессе мониторинга данных;

- Для обеспечения функции управления процессом инсталляции ВОК должен быть предусмотрен удаленный доступ к системе по различным каналам связи с использованием портативного компьютера или рефлектометра со специальной функцией удаленного доступа;

- Совместимость с Bellcore форматом хранения рефлектограмм. Эта функция предназначена для возможности загрузки в систему данных измерений, произведенных на сети с помощью рефлектометров различных фирм-производителей.

- Система должна иметь возможность интеграции в общую сеть управления телекоммуникациями (TMN) сети связи оператора.

Важнейшей функции системы RFTS является то, что она постоянно автоматически ведет сбор и статистический анализ результатов тестирования оптических волокон сети. Статистический анализ с использованием корреляционных, многофакторных методов, а также современных нейросетевых методов дает возможность обнаруживать и прогнозировать неполадки волокна задолго до того, как они приведут к серьезным проблемам в сети.

проектирование волоконный оптический связь

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Сравнительный анализ оборудования NG-SDH

В настоящее время на российском рынке представлены четыре системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования

В настоящее время на российском рынке производителей оборудования NG-SDH представлен несколькими основными компаниями. Выделим три основных производителя[8].

Производитель: Alcatel-Lucent

Мультиплексор Metropolis AMU 1655:

Модульный мультиплексор с поддержкой Gigabit Ethernet over SDH и защитой матрицы кроссконнектов.

Тип/класс: Мультиплексор Metropolis AMU 1655

Основные технические характеристики: Два типа корзин (с 1 или с 4 трибутарными слотами). Поддержка до 4 интерфейсов STM-16, до 8 интерфейсов STM-4/1 на основных платах. Различные типы трибутарных плат, 63 E1 на одной трибутрной плате, поддержка Gigabit Ethernet over SDH. Поддержка интерфейсов CWDM и одноволоконных интерфейсов.

Область применения: Универсальный мультиплексор -- Доступ, Магистральные и Городские транспортные сети.

Преимущества и отличительные особенности: Защита матрицы кроссконектов. Основные платы включают матрицу, контроллер и 4 порта SDH. Уникальная компактность в своем классе -- 8 систем в конструктиве 2,2 м на 300 мм.

63 порта E1 (варианты 120 и 75 Ом) трибутарная плата 2xSTM-4 или 8хSTM-1 (SFP)

2Ч10/100 Base-T+ 4 x E1 (120 & 75 Ohm)

2Ч10/100/1000 Base-T или 2 x GBE (SX и LX на основе SFP)+4 x E1 (120 & 75 Ohm)

4Ч10/100 Base-T + 32 x E1 (120 & 75 Ohm)

Любая интерфейсная плата занимает один интерфейсный слот любого варианта полки. Поддерживаются платы 1643AM-AMS через адаптер.

Производитель: Lucent Technologies

Мультиплексор и система передачи WaveStar ADM 16/1 предназначен для организации каналов STM-16 в городских и магистральных сетях. WaveStar ADM 16/1 может использоваться как терминальный мультиплексор 1+1 и 1x0, мультиплексор ввода-вывода, локальный WaveStar® ADM 16/1кросс-коммутатор.

Одной из главных функциональных возможностей WaveStar® ADM 16/1 является ввод/вывод и гибкая кросс-коммутация потоков 2 Мбит/с непосредственно на уровне STM-16. Поддерживаются механизмы защиты, MS-SPRing, DNI, VC-SNC/N, MSP.

С установленной картой WaveStar® TransLAN™ мультиплексор WaveStar ADM 16/1 выполняет функции мультисервисного сетевого элемента с поддержкой стандартов IEEE 802.1q и IEEE 802.1p, обеспечивая высокоэффективный транспорт данных и голоса по каналам SDH. Мультиплексор поддерживает интерфейсы: DS1, E1, E3, DS3, E4, 10/100 Base-T Ethernet, STM-0, STM-1, STM-4, STM-16 и подключение к системам DWDM.

Основные характеристики:

Основным функциональным элементом системы является матрица кросс-коммутации 64 x 64 HOVC и 32 x 32 LOVC, которая обеспечивает гибкую маршрутизацию линия-линия, линия-триб, триб-триб. Матрица поддерживает кросс-коммутацию на уровнях VC-12, VC-3 и VC-4(-4c). Высокая степень интеграции позволяет осуществлять в одной субстойке ввод-вывод следующих потоков: 504x1,5 Мбит/с, 504x2Мбит/с, 48x34 Мбит/с, 96x45 Мбит/с, 96xSTM-0, 64x10/100 BASE-T Ethernet, 32x140 Мбит/с, 32xSTM-1 и 8xSTM-4.

Единая платформа для применения в сетях STM-16, STM-4 и STM-1.

Единый сетевой элемент для соединения колец STM-16, STM-4,STM-1.

Поддержка протокола сообщений синхронизации ETSI

Преобразование AU-3/TU-3.

Интегрированный оптический усилитель и предусилитель.

Резервирование ключевых блоков.

Сетевое управление: WaveStar® ITM-SC, Navis® Optical NMS.

Производитель: Натекс

FlexGain A2500 - полнофункциональный мультиплексор выделения/добавления уровня STM-16, который может быть использован для создания сетей кольцевой и линейной топологии с интерфейсами STM-1, STM-4/ STM-4c, STM-16/STM-16c и 1000 Base SX Gigabit Ethernet. Мультиплексор A2500 приходится «старшим братом» мультиплексору A155 и предназначен для построения магистральных сетей уровня STM-16. В мультиплексоре предусмотрены аппаратное резервирование основных блоков (питания, кросс-коммутации) и резервирование любых интерфейсов с равной скоростью по схеме 1:1. Мультиплексор также имеет весь диапазон оптических приемопередатчиков на различные скорости и расстояния. Интерфейс Gigabit Ethernet, поддерживающий функции QoS VLAN, позволяет использовать мультиплексор для построения магистральных сетей передачи данных.

Шасси мультиплесора FlexGain A2500 Extra выполнено в 19” стандарте и предназначено для размещения в телекоммуникационную стойку или шкаф. В шасси установлены основные модули оборудования: модуль управления, модуль кросскоммутационной матрицы, модуль питания и блок вентиляторов. Дополнительно предусмотрена установка двух плат агрегатных интерфейсов (STM-16) и восьми плат компонентных интерфейсов.

Интерфейсы компонентных потоков: Е1, Е3, STM-1 (электрические), STM-1 (оптические), STM-4/STM-4c, Gigabit Ethernet с возможность расширения до STM-16/STM-16c.

Мультиплексоры серии FlexGain имеют встроенные HTTP-серверы и SNMP-агенты для локального и сетевого управления. Каждый мультиплексор оборудован полноценным IP-маршрутизатором, поддерживающим протоколы RIP и OSPF. IP-данные передаются через стандартные DCC байты SDH-заголовков. Мультиплексоры имеют многоуровневую систему авторизации, что обеспечивает защиту от случайного проникновения злоумышленников в настройки мультиплексора. Каждый мультиплексор в сети имеет уникальный IP-адрес, что позволяет отказаться от использования внешнего программного обеспечения для управления мультиплексорами. Данный мультиплексор идеально подходит пря проектирования магистральных NG-SDH сетей, поэтому мы и выбираем его проектирования сети нашего участка.

2.2 Техническое описания мультиплексора FlexGain A2500 Extra

Оборудование FlexGain A2500 Extra использует все преимущества технологии SDH. Данное оборудование представляет собой многофунциональный мультиплексор добавления/выделения и обладает многообразными интерфейсами (включая передачу сигналов на скоростях 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 45 Мбит/с, 155 и 622 Мбит/с, скорость может быть увеличена до 2,48 Гбит/с). Используя интерфейсы STM-4c, STM-16c и Gigabit Ethernet, FlexGain A2500 Extra позволяет объединить локаные/корпоративные/глобальные сети и обеспечить высокий уровень защиты трафика. Схема организации связи при помощи FlexGain A2500 Extra показана на рисунке 2.1.

Во многих странах мира скорость STM-16 является эталонной для магистральных сетей. Оборудование FlexGain A2500 Extra может быть использовано для построения такого вида сетей. Используя оптические усилители с помощью оборудования FlexGain A2500 Extra можно передавать информацию на достаточно большие расстояния, также FlexGain A2500 Extra может работать совместно с оборудованием, использующим технологию волнового уплотнения DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - мультиплексирование по длине волны высокой плотности).

Рисунок 2.1 - Схема применения НАТЕКС FlexGain A2500 Extra

Технические характеристики занесены в таблицы 2.1 и 2.2

2.3 Расчетная часть

2.3.1 Расчет и оптимизация длины регенерационного участка

Количество регенераторов, которые необходимо установить на линии, найдем по формуле:

(2.1)

где: l - длина линии, км,

l_ру - максимальная длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры, км.

Элементарный кабельный участок - вся физическая среда передачи между соседними окончаниями участка. Окончание участка - граница, выбранная условно в качестве стыка оптического волокна с регенератором.

Точка S - линейная сторона оптического шнура на оптическом кроссе в точке окончания участка на передающей стороне.

Точка R - линейная сторона оптического шнура на оптическом кроссе в точке окончания участка на приемной стороне.

Для расчета и оптимизации длины регенерационного участка руководствуются двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического волокна[1].

Если исходить из затухания с учетом всех потерь, имеющих место в линейном тракте, то расчетная формула длины регенерационного участка выглядит следующим образом:

l_ру (Э_п - _рс n_рс - _нс n_нс - _t - _B)/(+ _нс/l_c) (2.2)

Здесь: Э_п - энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как разность мощности оптического сигнала на выходе Р_вых=2 дБм (таблица 1.3) и входе Р_вх=-28 дБм (таблица 1.3) указанных в технических характеристиках аппаратуры ВОСП:

Э_п = Р_вых - Р_вх =- 2 - (- 28) = 26 дБм,;

- коэффициент затухания оптического волокна: = 0,20 дБ/км для л=1,55мкм Параметры оптического волокна представлены в таблице2.3;

Таблица 2.3 -Технические параметры оптического волокна SMF-28™CPC6

Параметр	Значение
Рабочая длина волны, нм	1310 1550
Коэффициент затухания, дБ/нм, не более:
- на длине волны 1310 нм	0,34
- на длине волны 1550 нм	0,20
Удельная хроматическая дисперсия:
- на длине волны 1310 нм	12,8
- на длине волны 1550 нм	17,5
Результирующая удельная полоса пропускания, МГц·км:	Дл=2 нм	Дл=4 нм	Дл=35 нм
- на длине волны 1310 нм	>120000	61000	6900
- на длине волны 1550 нм	12600	6300	720
Коэффициент хроматической дисперсии, пc/нм·км, не более:
- в интервале длин волн (1285-1330) нм	3,5
- в интервале длин волн (1530-1565) нм	18
Наклон дисперсионной характеристики в области длины волны нулевой дисперсии, пс/нм2·км, не более:
- в интервале длин волн (1285-1330) нм	0,092
Диаметр модового поля, мкм;
- на длине волны 1310 нм	9,2±0,4
- на длине волны 1550 нм	10,35±0,08
Геометрия стекла:
- собственный изгиб волокна	>4,0 м
- диаметр отражающей оболочки - неконцентричность сердцевины	125,0±1,0 мкм <0,5 мкм
- некруглость оболочки	1,0 %

n_рс - число разъёмных соединителей (установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ) n_рс = 2;

_рс - потери в разъёмном соединителе дБ (таблица 2.4);

n_нс - число неразъёмных соединителей на участке регенерации,

- потери в неразъемных соединениях (таблица 2.5), дБ Потери в неразъемных соединениях определяются из характеристик сварочного аппарата, которым было произведено соединение волокон. Технические характеристики сварочного аппарата представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.4 - Технические характеристики оптических соединителей SC для одномодовых волокон SMF

Внешний вид
Обозначение	SC SM
Физические характеристики
Тип соединения (фиксация)	Защелка с фиксатором (дизайн push-pull)
Стыковка	Скругленный торец, физический контакт, плавающий наконечник, конструкция без утягивания кабеля
Оптические характеристики
Вносимые потери:
PC	< 0,5 дБ
SPC	< 0,5 дБ
UPC	< 0,5 дБ
APC	< 0,5 дБ
Обратные потери:
PC	< -27 дБ
SPC	< -40 дБ
UPC	< -50 дБ
APC	< -60 дБ

Таблица 2.5 - Технические характеристики сварочного аппарата Fujikura FSM-30S

Типы свариваемых волокон	SMF, GI, DS, GS, ED
Средние потери на сварном соединении:	SMF	GI	DS
	0.04 дБ	0.01 дБ	0.05 дБ
Функция внесения потерь в месте сварки	Преднамеренное внесение потерь в диапазоне от 0.5 до 20 дБ с шагом 0.5 дБ для создания затухания в линии
Коэффициент отражения от сварного соединения:	не более -60дБ
Длина зачищаемых волокон:
при покрытии волокна 0.25 мм	>8 мм
покрытии волокна 0.9 мм	>16 мм
Программы сварки:	4 стандартных и 30 изменяемых
Метод просмотра места сварки:	Телекамера и 4-х дюймовый ЖКИ дисплей
Проверка механической прочности места сварки:	Растягивающее усилие 200 гр, дополнительный тест 450 гр
Электропитание:	сеть переменного тока(85-265В) постоянного тока (10-15В) АКБ FBR-5 (12В)
Размеры:	210х187х173 мм
Вес:	8.0 кг (сварочный аппарат) и 4.0 кг (кейс)

_t - допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры;

_В - допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка со временем;

l_c - строительная длина кабеля.

Расчёт проводится для всего тракта передачи.

Так как у нас мультиплексоры расположены на крупных станциях: Сосногорск, Ираель, Печера, Инта, Сивая Маска, Воркута, Лабытнанги, наш проектируемая сеть связи разбивается на несколько участков. Рассчитаем регенерационные участи для каждого отдельно.

1)Сосногорск - Ираель = 117,2 км

2)Ираель - Печера = 132 км

3)Печера - Инта = 180 км

4)Инта - Сивая Маска = 141 км

5)Сивая Маска - Воркута = 130 км

6)Сивая Маска- Лабытнанги = 194км

Определим число число неразъёмных соединителей на рассматриваемых участках:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

где l_c = 4 км - строительная длина кабеля.

Допуски на потери от старения во времени элементов в зависимости от комбинации источников и приемников излучения возьмем из таблицы 1.3.

Допуски на потери б_в=4 дБ

Определим длину регенерационного участка по формуле 2.2 для каждого участка:

1) l_ру ? (26- 0,5·2 - 29·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 75,4 км

2) l_ру ? (26- 0,5·2 - 32·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 74,9 км

3) l_ру ? (26- 0,5·2 - 44·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 72,5 км

4) l_ру ? (26- 0,5·2 - 34·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 74,4 км

5) l_ру ? (26- 0,5·2 - 31·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 75 км

6) l_ру ? (26- 0,5·2 - 47·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 72 км

Так как L > l_ру , значит необходимо применение регенераторов (ЛР). Подсчитаем число регенераторов для каждого участка по формуле 2.1

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Всего необходимо 8 регенераторов.

Правильность выбора регенерационного участка проверим с учетом дисперсионных свойств оптического волокна. Максимальная длина регенерационного участка с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия:

l_max 0,25/В, (2.3)

где В - скорость передачи информации; В=2,488·10⁹ бит/с;

- среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.

Для одномодовых волокон величина находится из соотношения:

= К·?л·_н, (2.4)

где К = 10^-12

л - ширина полосы оптического излучения;

_н- нормированная среднеквадратичная дисперсия.

= К·?л·_н = 10^-12·0,2·3 = 0,6·10^-12 с/км

l_max 0,25/0,6·10^-12 ·2,488·10⁹ = 167,4 км

Длина регенерационного участка, полученная на основе этого расчёта, должна быть:

l_ру ? l_max ? 167,4 км

Рассчитанные ранее l_ру удовлетворяет данному условию.

2.3.2 Определение отношения сигнал/шум

Отношение сигнал/шум или вероятность ошибки, отводимые на длину регенерационного участка для цифровой волоконно-оптической системы связи определяется по формуле:

(2.5)

где - вероятность ошибки, приходящаяся на 1 км оптического линейного тракта (для магистральной сети 10^-11, для внутризоновой 1,67·10^-10, для местной 10^-9). Для расчетов возьмем наибольший регенерационный участок l_ру =75 км

Для проектируемой ВОЛС:

2.3.3 Расчет надежности системы

По теории надежности отказы рассматриваются как случайные события. Интервалом времени от момента включения до первого отказа является случайной величиной, называемой «время безотказной работы».

Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0…. Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом интервале - равна:

. (2.6)

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов , представляющая собой условную плотность вероятности отказов в момент , при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями и существует взаимосвязь.

. (2.7)

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна . В этом случае:

. (2.8)

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины «время безотказной работы».

час^-1 . (2.9)

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов:

(2.10)

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов.

Пусть , ,… - вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, n- количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы (такой вид соединения элементов в теории надежности называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов:

, (2.11)

где - интенсивность отказов системы, час^-1;

- интенсивность отказа i-го элемента, час^-1.

Среднее время безотказной работы системы определяется:

, час. (2.12)

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых систем относится коэффициент готовности, который определяется по формуле:

, (2.13)

где - среднее время восстановления элемента (системы), он соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

Линейный тракт, в общем случае, состоит из последовательно соединенных элементов (кабель, НРП, ОРП - обслуживаемый регенерационный пункт), каждый из которых характеризуется своими параметрами надежности, и отказы в первом приближении происходят независимо, поэтому для определения надежности магистрали можно использовать приведенные выше формулы.

В нашем случае линейный тракт состоит из последовательно соединенных участков кабеля и мультиплексоров (ОРП). При проектировании ВОЛС должна быть рассчитана ее надежность по показателям:

коэффициент готовности и наработка на отказ. При этом полученные данные должны сопоставляться с показателями надежности для соответствующего типа сети: местная, внутризоновая, магистральная.

коэффициент готовности оборудования линейного тракта для магистральной линии максимальной протяженности = 1400 км должен быть больше 0,99; наработка на отказ должна быть более 350 часов (при времени восстановления ОРП или оконечного пункта (ОП) менее 0,5 часа и времени восстановления оптического кабеля менее 10 часов).

Интенсивность отказов линейного тракта определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП и кабеля:

, (2.14)

где - интенсивности отказов НРП и ОРП;

- количество НРП и ОРП;

- интенсивность отказов одного километра кабеля;

L - протяженность магистрали.

А так как кабельная магистраль не содержит НРП, то интенсивность отказов НРП не учитываем.

Средняя по России интенсивность отказов 1 км оптического кабеля равна =3,8810^-7 час^-1. Согласно техническому описанию, наработка на отказ мультиплексора аппаратуры FlexGain A2500 Extra равна 20 годам или 175200 часов, откуда интенсивность отказов будет равна .Значения необходимых для расчетов параметров возьмем из таблицы 2.6

Таблица 2.6 - Показатели надежности

Показатели надёжности	ОРП	Кабель на 1 км
Интенсивность отказов , 1/ч	0,610-7	3,8810-7
Время восстановления повреждения,tв, ч	0,5	3,0

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

.

Вероятность безотказной работы в течение суток часа:

.

В течение недели часов:

.

В течение месяца часов:

.

Рассчитаем коэффициент готовности. Предварительно найдем среднее время восстановления связи по формуле:

,ч (2.15)

где - время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 2.7

Таблица 2.7 - Данные расчета вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы	Интервал времени t, ч
	0	24	168	720
Р(t)	1	0,9998	0,937	0,756

В результате расчетов можно сделать вывод, что проектируемая магистральная сеть связи способна выполнять заданные функции с необходимым качеством.

2.4 Разработка схемы организации магистрального сегмента сети связи

2.4.1 Размещение аппаратуры магистральной сети связи

Мультиплексоры на проектируемом участке расположены на крупных станциях: Сосногорск, Ираель, Печера, Инта, Сивая Маска, Воркута, Лабытнанги. Расположим регенераторы таким образом чтобы длина регенерационного участка не превышала расчетные, полученные в пункте 2.3.1. Результаты занесем в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 - Регенерационные участки.

Станция	Тип оборудования	Расстояние регенерационого участка, км
Сосногорск	Мультиплексор	72,7	-
Седь-Вож	Регенератор		44,5
Ираель	Мультиплексор	46,2
Каджером	Регенератор		73,2
Кожва	Регенератор	12,6
Печера	Мультиплексор		70,3
Янью	Регенератор	66,5
Кожим	Регенератор		42,3
Инта	Мультиплексор	72,6
Бугры полярные	Регенератор		68,5
Сивая Маска	Мультиплексор	61,5
Чум	Регенератор		68
Воркута	Мультиплексор	-
Чум	Регенератор	70,1	-
Хорота	Регенератор		42,8
Собь	Регенератор	70
Лабытнанги	Мультиплексор		-

На станции Чум ставим два регенератора , потому что там идет ответвление на станцию Лабытнанги. Так как на участках Ираель - Печера и Чум - Лабытнанги перегоны не позволяют нам добиться выполнения неравенства (2.2) ставим дополнительно еще по одному регенератору. Схема организации магистральной сети связи показана на рисунке 2.1.

2.4.2 Расчет и построение диаграммы уровней передачи

При проектировании и эксплуатации системы связи необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках тракта передачи. Чтобы охарактеризовать изменения уровня сигнала вдоль линии связи используют диаграмму уровней - график, который показывает распределение уровней вдоль тракта передачи.

Для построения диаграммы уровней необходимо рассчитать ослабление всех регенерационных участков по формуле:

, (2.16)

где - уровень мощности на приеме, ;

- уровень мощности источника излучения (таблица 2.2), = -2;

- потери в разъемном соединении (таблица 2.4 ), =0,5;

- количество разъемных соединений;

- потери в неразъемных соединениях (таблица 2.5), =0,04;

- количество неразъемных соединений;

- коэффициент затухания ОВ(таблица 2.3), =0,2.

По схеме организации магистральной сети связи на рисунке 2.1 находится 14 участков регенерации. Результаты расчетов представлены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Расчет ослаблений регенерационных участков

Регенерационный участок	Длина регенерационного участка, км	Количество неразъемных соединений	Уровень мощности на приеме, дБ
Сосногорск - Седь-Вож	72,7	18	-21,895
Седь-Вож - Ираель	44,5	11	-14,565
Ирель-Каджером	46,2	11	-14,99
Каждером-Кожва	73,2	18	-22,02
Кожва-Печера	12,6	3	-6,27
Печера-Янью	70,3	17	-21,255
Янью-Кожим	66,5	16	-20,265
Кожим-Инта	42,3	10	-13,975
Инта-Бугры Полярные	72,6	18	-21,87
Бугры полярные-Сивая Маска	68,5	17	-20,805
Сивая Маска-Чум	61,5	15	-18,975
Чум-Воркута	68	17	-20,68
Чум-Хорота	70,1	17	-21,205
Хорота-Собь	42,8	10	-14,1
Собь-Лабытнанги	70	17	-21,18

На основании полученных расчетов строим диаграмму уровней рисунок 2.2

Рисунок 2.2 Диаграммы уровней на участках Сосногорск-Воркута и Чум-Лабытнанги

Исходя из полученных результатов, делаем вывод, что полученные уровни на приеме не ниже минимального уровня приема, а значит и регенераторы расставлены верно.

2.5 Разработка схемы удаленного мониторинга оптических волокон

2.5.1 Общие и специальные требования к системам RFTS крупных ВОСС

Система RFTS должна предусматривать возможность наращивания (вместе с развитием сети) и перехода на новые методы измерений при использовании новых сетевых технологий, например, технологии плотного волнового мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing). Поэтому система RFTS должна иметь полностью модульную архитектуру.

Система RFTS должна предусматривать возможность альтернативной передачи результатов тестирования волокон ОК по резервным каналам, например - уже существующим низкоскоростным каналам связи, а модули RTU системы должны “уметь” работать в автономном режиме, сохраняя локально результаты измерений каждого волокна и передавая информацию на центральный сервер периодически по независимым каналам связи по заранее заданной программе.

Важна возможность гибкой и экономичной организации системы RFTS для больших сетей. Потому предпочтительны системы, позволяющие устанавливать в узлах RTU сети как оптические рефлектометры, совмещенные с оптическими коммутаторами, так и только оптические рефлектометры или только оптические коммутаторы.

Система RFTS должна предусматривать возможность локального управления узлами. Для обслуживания большой сети требуется значительное количество персонал. Поэтому важна возможность локального управления модулями системы RFTS, без использования внешнего компьютера (notebook). Это позволяет не только снизить затраты на установку системы RFTS, но и упростить обслуживание такой системы, так как обслуживающему персоналу не потребуется носить с собой дополнительное оборудование.

Система RFTS должна иметь возможность распределенного управления со станций ONT, подключенных к сети управления - конфигурирование всех или определенных узлов RTU и получение всей или частичной информации от центрального блока управления TSC в зависимости от прав доступа.

Компания или корпорация, устанавливающая систему RTFS, может использовать для своей корпоративной сети различные ГИС. Поэтому необходимо, чтобы система RFTS поддерживала не только свой внутренний формат электронных карт, но и все форматы, поддерживаемые основными ГИС.

Для массового обучения обслуживающего персонала работе с центральным сервером и узлами системы RFTS необходимо, чтобы станции ONT системы RFTS работали под широко распространенными операционными системами семейства Win32.

Следует отметить, что с практической точки зрения очень важной является возможность автономной работы модулей и узлов системы RFTS и сохранение результатов измерений каждого волокна в собственной памяти с последующей периодической передачей информации на центральный сервер по заданной программе. Например, узел системы может запоминать по одной рефлектограмме в день за последний месяц, по одной в час - за последнюю неделю и с интервалом в 10 минут за последние сутки. При такой схеме в любой момент можно восстановить всю динамику отказов и аварий ОК, как развивавшихся в течение долгого периода времени, так и произошедших внезапно (например, вследствие обледенения ОК в грозозащитном тросе, подвешенном на опорах воздушных линий электропередачи). Результаты измерений волокон в ОК в течение времени непосредственно перед отказом ОК являются незаменимым материалом для анализа причин возникновения отказов ОК и предотвращения подобных отказов в масштабах всей сети.

В системе RFTS можно реализовывать различные схемы и методы наблюдения за состоянием волокон и ОК. Свыше 90% неисправностей связаны с повреждением ОК в целом и будут обнаружены, если тестируется хотя бы одно оптическое волокно в кабеле. Это означает, что при относительно невысоких требованиях к надежности ВОЛС можно постоянно вести тестирование только одного волокна в ОК.

Допускается тестирование как 'темных' волокон ОК, т. е. волокон, по которым не передаются данные цифровой сети связи в момент тестирования, так и активных волокон. При этом по состоянию контролируемого резервного оптического волокна судят об исправности всего кабеля, и, по некоторым данным этот способ мониторинга ВОК обеспечивает выявление около 90% нарушений кабеля. При этом тестирование активных волокон проводится на длине волны излучения вне рабочей полосы пропускания и никак не влияет на качество передачи. Однако для тестирования активных волокон требуется установка на ВОЛС в сети спектральных мультиплексоров WDM (Wavelength Division Multiplexer) и обводных фильтров (рисунок 2.3). Поэтому метод тестирования активных оптических волокон в сети требует больших затрат, и имеет смысл его применять только для волокон, на которых установлены цифровые системы передачи с особо важными каналами повышенной надежности, или в случае отсутствия темных волокон в ОК[13].

Рисунок 2.3 - Общая схема тестирования темных и активных волокон

Как было сказано в п. 1.1 в волоконно-оптической сети связи Сосногорской железной дороги на всех направлениях имеется свободные волокна №№ 15,16, следовательно, они будут использоваться для проведения тестирования. Использование на участке Сосногорск - Лабытнанги метода тестирования по активному волокну с использованием спектральных мультиплексоров экономически не эффективно, следовательно, будем использовать схему тестирования по темному оптоволокну.

2.5.3 Сравнение существующих RFTS

Автоматизированные системы непрерывного мониторинга ОК сетей связи выпускаются рядом зарубежных компаний. В настоящее время на российском рынке представлены четыре системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования:

-AccessFiber (компания Agilent Technologies, бывшая Hewlett-Packard);

-Atlas (компания Wavetek Wandel&Goltermann);

-FiberVisor (компания EXFO);

-Orion (компания GN Nettest).

Известны также системы RFTS SmartLGX (Lucent Technologies), OCN-MS (Nicotra Sistemi) и некоторые другие, но они слабо представлены на отечественном рынке.

Сравнительный анализ систем автоматизированного мониторинга волокон в ОК ВОЛС основан на результатах, опубликованных в технической периодике и на Web-сайтах основных производителей систем RFTS . В таблицах 2.9 и 2.10 представлены функциональные и технические характеристики систем RFTS для мониторинга ОК ВОЛС.

Окончательный выбор той или иной системы должен производиться с учетом стоимости конкретной системы мониторинга ОК для всей планируемой сети и с учетом ее дальнейшего развития.

Таблица 2.9 - Технические характеристики систем

Таблица 2.10 - Функциональные характеристики систем

Сравнительный анализ различных систем RFTS показывает, что для практического применения лучшими в функциональном и техническом плане являются системы FiberVisor (EXFO), Orion (GN Nettest) и Atlas (Wavetek Wandel&Goltermann). С учетом требований расширяемости, масштабируемости и возможности интеграции с различными ГИС предпочтение следует отдать системе FiberVisor (EXFO).

Архитектура систем мониторинга FiberVisor (EXFO)

Архитектура построения системы FiberVisor (EXFO) (рисунок 2.4) включает следующие функциональные элементы и устройства :

-аппаратную часть;

-систему управления;

-а также интегрированные элементы:

-геоинформационную систему (ГИС) привязки топологии сети к карте местности;

-базы данных ОК, оборудования сети, критериев и результатов тестирования ОК ВОЛС и сети в целом, и другие внешние базы данных.

Рисунок 2.4 - Архитектура системы RFTS

Аппаратная часть включает:

- блоки дистанционного тестирования волокон RTU (Remote Test Unit), в которые могут устанавливаться модули оптических рефлектометров OTDR (Optical Time Domain Reflectometer), модули доступа для тестирования волокон OTAU (Optical Test Access Unit) - оптические коммутаторы и другие модули;

- центральный блок управления TSC (Test System Control) представляет собой РС компьютер с операционной системой Windows или UNIX и прикладным программным обеспечением администрирования кабельной сети;

-станции контроля сети ONT (Optical Network Terminal).

Элементами системы управления RFTS являются: станции контроля сети ONT (notebook или стационарные ПК); соответствующее программное обеспечение; блоки управления в RTU; центральный блок управления TSC и сетевое оборудование, обеспечивающее связь между компонентами управления RFTS.

В стратегически важных точках сети устанавливаются блоки RTU. Конфигурация системы RFTS (выбор блоков RTU, их размещение по узлам сети и комплектация модулями OTDR, OTAU и др.) оптимизируется исходя из топологии сети, стоимости оборудования, требований надежности системы RFTS и других критериев. При этом тестироваться могут как пассивные волокна ВОЛС (метод тестирования пассивных оптических сетей), так и активные волокна (метод тестирования активных оптических сетей).

Дистанционный контроль осуществляется оптическим импульсным рефлектометром, диагностирующим состояние волокна по обратному рассеянию световой волны при введении в волокно зондирующих импульсов. OTDR является самым важным компонентом в RFTS, позволяет обрабатывать, анализировать и проводить измерения и возможность идентификации текущей рефлектограммы относительно эталонной.

Оптический рефлектометр периодически снимает данные по затуханию с подключаемых к нему оптических волокон сети. Каждая полученная рефлектограмма сравнивается с эталонной, отражающей обычно исходное состояние волокна. Если отклонение от нормы превышает определенные, заранее установленные пороги (предупреждающий или аварийный), то соответствующий блок RTU автоматически посылает на центральный сервер системы предупреждение или сообщение о неисправности. Все рефлектограммы также поступают на центральный сервер, который сохраняет их в базе данных для дальнейшей обработки. Центральный сервер системы обеспечивает доступ ко всем результатам тестирования волокон для любой станции контроля сети и автоматически рассылает сообщения о неисправностях в зависимости от уровня серьезности события на заранее заданные IP- или электронные адреса, пейджеры и телефоны, узлы обслуживания ВОЛС[14].

2.5.4 Техническое описание оборудования RFTS фирмы EXFO

Устройство дистанционного тестирования FOD-7102 (рисунок 2.5)представляет собой полнофункциональный оптический рефлектометр, предназначенный для работы в системе дистанционного тестирования. Ethernet и телефонный модем позволяют полностью управлять устройством по существующим местным электронным сетям. RTU состоит из модуля рефлектометра, оптических переключателей и внутреннего контроллера. Для установки и отладки предусмотрена возможность подключения клавиатуры и монитора к RTU.

Рисунок 2.5 - FOD-7102 - Система дистанционного тестирования

Работа в составе автоматизированной системы диагностики, измерения параметров и определения мест неисправностей оптических кабелей и компонентов оптической сети.

FOD-7102 автономно и непрерывно опрашивает до 16 волокон в минуту, записывает данные на встроенный накопитель на жестком диске и передает их на удаленный компьютер. В случае тревоги обслуживающий персонал может принять данные из любой точки локальной сети или через телефонный модем.

Все функции могут быть включены с удаленного компьютера. Оператор может сравнивать файлы из архива или другого рефлектометра, сохранять и архивировать изображения, автоматически находить события, изменять их.

Использование RTU позволяет установить источники увеличенных оптических потерь и устранить их до возникновения неисправности. Во внутренней памяти может быть запомнено до 10000 изображений для дальнейшего архивирования и нахождения критических точек[12].

Технические характеристики FOD-7102 занесены в таблицу 2.11

Таблица 2.11 - Технические характеристики FOD-7102

Длина волны, нм	1550±20, (дополнительно 850±20, 1310±20, 1625±10)
Динамический диапазон, дБ	30 (при длительности импульса 20 мкс. с усреднением в течение 3 мин при отношении сигнал / шум = 1)
Мертвая зона по событиям, м	5
Мертвая зона по затуханию, м	20
Диапазон расстояний, км	20, 40, 80, 160
Длительность импульса, нс	50, 100, 300, 1000, 3000, 10000, 20000
Линейность дБ/дБ	±0.05
Разрешение по затуханию, дБ	0.001
Разрешение по расстоянию, м	1.2
Число точек данных	16 000
Точность	±(1м+0.005%*расстояние+неточность индекса волокна)
Внутренняя память	до 10000 рефлектограмм
Число тестируемых волокон	4 (дополнительно до 16-ти)
Емкость встроенного накопителя, Гб	20
Формат изображений формат	Bellcore, 10000 изображений (стандартно)
Выходы тревоги	4 выхода реле
Сигналы тревоги	телефонный звонок, факс, e-mail, сообщение на экране
Рабочая температура	от 0 до 50oC
Питание	DC вход от -36 до -72 В; AC вход 110/220 В, 50-60 Гц
Размеры, мм	19”, 134x483x460

2.5 Расчет дальности действия оптического рефлектометра

Основным элементом блоков дистанционного тестирования является оптический рефлектометр. От характеристик оптического рефлектометра зависят не только параметры тестирования оптического волокна, но и пункты расположения всего модуля RTU. Для того чтобы тестирование проводилось по всем областям оптического кабеля, но при этом минимизировать количество блоков RTU на выбранном объекте, иначе говоря, для оптимального расположения модулей RTU необходимо рассчитать дальность действия оптического рефлектометра, входящего в состав системы RFTS.

Дальность действия оптического рефлектометра напрямую зависит от динамического диапазона. Так как точность измерения расстояния зависит от точности измерения времени t и правильного задания при измерениях значения показателя преломления среды n максимально возможное расстояние, которое может контролировать OTDR с заданной точностью при заданной длительности тестирующих импульсов, будет равно:

(2.17)

где Дl - пространственная разрешающая способность OTDR,

n - показатель преломления по оси сердцевины волокна;

Дn - погрешность указания показателя преломления;

t - время усреднения сигнала;

Дt - длительность импульса;

k - коэффициент учитывающий влияние разветвителя 0,7.

Дальность обнаружения неоднородности зависит от динамического диапазона рефлектометра и характеристик волокна. Кроме этого, в OTDR накладываются ограничения, вызванные тем, что мощность отраженного сигнала Р_r, при заданной мощности источника излучения Р₀, зависит от длительности импульса Дt, а самый слабый сигнал, который может быть обнаружен с отношением сигнал/шум S/S_n =1, зависит от ширины полосы пропускания Дf предусилителя. Для учета этого фактора рассмотрим вначале пространственную разрешающую способность OTDR.

Пространственная разрешающая способность Дl характеризует способность OTDR обнаружить два соседних события, одно из которых может быть отражательным, и определяет возможность выделения близко расположенных неоднородностей. Очевидно, что Дl зависит от длительности импульса Дt излучаемого лазером, и ширины полосы пропускания усилителя Дf:

(2.18)

где Дf - ширина полосы пропускания усилителя;

V_г - групповая скорость распространения оптического импульса.

(2.19)

где с - скорость распространения световой волны в волокне;

n - показателя преломления среды.

Как видно из данного выражения, V_г зависит от показателя преломления среды, равного 1,5 для большинства кремниевых волокон. Такое значение n обеспечивает скорость распространения V_г = 0,2 м/нс.

Учитывая формулу (2.6), пространственную разрешающую способность можно определить:

(2.19)

В ближней зоне волокна разрешающая способность показывает, насколько близко к коннектору передней панели прибора может быть расположено неотражательное событие (например, сращивание) и насколько точно оно может быть измерено.

Произведем расчет пространственной разрешающей способности, исходя из технических данных используемого рефлектометра и заданных параметров тестирования:

n = 1,5;

Дn = 0,2•10^-6;

t = 180 с;

Дt =100 нс;

Дf = 3 МГц/км.

Тогда, получим:

Определим максимально возможное расстояние, которое может контролировать OTDR:

Как было показано выше, чем больше длительность тестирующего импульса, тем больше динамический диапазон рефлектометра, следовательно, тем большую длину оптического волокна он может измерить. С другой стороны, чем меньше длительность тестирующего импульса, тем лучше разрешающая способность рефлектометра, следовательно, выше качество измерений

По результатам расчетов разработаем схему организации дистанционного мониторинга оптических волокон в волоконно-оптической сети связи Калининградской железной дороги на базе системы FiberVisor (EXFO).

Для контроля состояния оптических волокон достаточно установить пять блоков дистанционного тестирования на станциях Сосногорск, Печера, Инта Сивая Маска и Лабытнанги. При этом на станциях Инта и Печера мониторинг будет производиться в двух на правлениях на север и на юг, а также на Сивой Маске тестирование волокон будет проходить в двух направлениях: в сторону Воркуты и в сторону Лабытнанги. Мониторинг на участке от станции Сосногорск до станции Воркута будет производится по ОВ №15, а на участке от станции Сивая Маска до станции Лабытнанги по ОВ №16. Центр управления будет располагаться на станции Сосногорск в Доме Связи. На рисунке 2.6 показана схема организации удаленного мониторинга оптических волокон.

Рисунок 2.6 - Схема организации удаленного мониторинга волокон

3. ОХРАНА ТРУДА

3.1 Аттестация помещений связевых линейных станций по микроклиматическим условиям

3.1.1 Характеристики микроклиматических условий

Темой дипломного проектирования является проектирование магистральной сети связи на участке Соногорск-Лабытнанги. Северной железной дороги. Эффективность использования аппаратуры волоконно-оптической сети связи определяется не только техническими параметрами, но и условиями труда. Среди всего комплекса условий подробно рассмотрим метеорологические условия, так как географический характер предполагает большие перепады температуры на протяжении всего года, то основным вопросом будет поддержание необходимых параметров микроклимата в помещении связевых типовых станций участка Сосногорск-Лабытнанги.

Микроклимат производственных помещений - метеорологические условия внутренней среды этих помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры поверхностей ограждающих конструкций, технологического оборудования и теплового облучения. Показателями, характеризующими микроклимат по [Руководство Р2.2.023-94 СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений], являются:

- температура воздуха;

- относительная влажность воздуха;

-скорость движения воздуха;

- интенсивность теплового излучения.

В кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и других производственных помещениях при выполнении работ операторского типа, связанных с нервно-эмоциональным напряжением, должны соблюдаться оптимальные величины температуры воздуха 22 - 24°С, его относительной влажности 60 - 40% и скорости движения (не более 0,1 м/с). Перечень других производственных помещений, в которых должны соблюдаться оптимальные нормы микроклимата, определяется отраслевыми документами, согласованными с органами санитарного надзора в установленном порядке. [Руководство Р2.2.023-94 СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.]

Оптимальные микроклиматические условия - это сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности. Сочетание параметров микроклимата, которые при длительном систематическом воздействии на человека могут вызвать переходящие и быстронормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов теплорегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей, рассматриваются как допустимые климатические условия. При этом не возникает повреждение организма или нарушение состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшения самочувствия и понижение работоспособности.

Существование допустимых климатических условий возможно в тех случаях, когда по технологическим требованиям производства, техническим и экономическим причинам не представляется возможным обеспечить остальные условия.

3.1.2 Влияние микроклиматических условий на организм человека

Микроклимат производственных помещений оказывает значительное влияние на работника. Отклонение отдельных параметров микроклимата от определенных значений снижает работоспособность, ухудшает самочувствие работника и могут привести к профессиональным заболеваниям.

Температура воздуха оказывает существенное влияние на самочувствие и результаты труда человека. Низкая температура вызывает охлаждение организма и может способствовать возникновению простудных заболеваний. При высокой температуре возникает перегрев организма, что ведет к повышенному потоотделению и снижению работоспособности. Повышенная влажность воздуха затрудняет испарение влаги с поверхности кожи и легких, что ведет к нарушению терморегуляции организма и, как следствие, к ухудшению состояния человека и снижению работоспособности. При пониженной относительной влажности (менее 20 %) у человека появляется ощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей.

3.1.3 Нормирование микроклиматических параметров

В зависимости от энергозатрат организма предусматривается три категории работ, характеристики которых приведены в табл. 3.1. (Руководство Р2.2.023-94 СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.)

Производственные помещения по категории выполняемых в них работ характеризуются в соответствии с ведомственными нормативными документами, исходя из категорий работ, выполняющих 50 и более процентами работающих в данном помещении.

Таблица 3.1 - Категории работ по энергозатратам организма

Работа	Категория работы	Энергозатраты организма (расход энергии при выполнении работы) Ккал/ч	Характеристики работы
Легкая физическая	Iа Iб	Менее 120 120-150	Производится сидя и не требует физического напряжения Производится сидя, стоя или связана с ходьбой и сопровождается некоторым физическим напряжением
Физическая средней тяжести	IIа IIб	150-200 201-250	Связана с ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требует определенного физического напряжения Выполняется стоя, связана с ходьбой, переноской небольших (до 10 кг) тяжестей и сопровождается умеренным физическим напряжением
Тяжелая физическая	III	Более 250	Связана с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требует больших физических усилий

В таблице 3.2 даны оптимальные и допустимые нормы параметров микроклимата с учетом периода года и категории работ. При этом к теплому периоду относится период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха плюс 10^оС и выше. При температуре наружного воздуха ниже плюс 10^оС период считается холодным.

Во всех производственных помещениях АТС на постоянных рабочих местах параметры микроклимата должны соответствовать требованиям «Санитарных норм микроклимата производственных помещений № 4088-86».

В залах с работающей вычислительной техникой, на рабочих местах с пультами, при операторских видах работ и т.д., параметры микроклимата должны быть следующими:

- в холодный период года температура воздуха, скорость его движения и относительная влажность должны составлять: 22-24^оС; 0,1 м/с; 60-40 %; температура воздуха может колебаться в пределах 21 - 25^оС при сохранении остальных параметров микроклимата в указанных выше пределах;

- в теплый период года температура воздуха, его подвижность и относительная влажность должны соответственно составлять: 23-25^оС; 0,1-0,2 м/с; 60-40 %; температура воздуха может колебаться в пределах 22 - 26^оС при сохранении остальных параметров микроклимата в указанных выше пределах.

3.1.4 Контроль состояния микроклиматических условий

Контроль состояния микроклимата в производственных помещениях позволяет поддерживать условия труда, близкие к оптимальным, что увеличивает производительность и комфортность труда, снижает заболеваемость работающих.

Температура воздуха на рабочих местах измеряется термометрами на уровне 1,3 - 1,5 м от пола в нескольких точках. Если температура пола заметно отличается от температуры окружающих предметов, то необходимо проводить измерения температуры и на уровне ног, т.е. на высоте 0,2 - 0,3 м от пола. У одного термометра поверхность резервуара для ртути зачернена, а у другого - посеребрена. Зачерненный резервуар поглощает тепло, а посеребренный - отражает.

Таблица 3.2 - Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений

		Температура, °С	Относительная влажность, %	Скорость движения, м/с
		оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая на	оптимальная,	допустимая на
Период года	Категория работ		верхняя граница	нижняя граница		рабочих местах	не более	рабочих местах
			на рабочих местах		постоянных и		постоянных и
			Постоян-ных	Непостоян-ных	Постоян-ных	Непостоян-ных		непостоянных, не более		непостоянных*
Холодный	Легкая - Iа	22-24	25	26	21	18	40-60	75	0,1	Не более 0,1
	Легкая - Iб	21-23	24	25	20	17	40-60	75	0,1	Не более 0,2
	Средней тяжести - IIа	18-20	23	24	17	15	40-60	75	0,2	Не более 0,3
	Средней тяжести - IIб	17-19	21	23	15	13	40-60	75	0,2	Не более 0,4
	Тяжелая - III	16-18	19	20	13	12	40-60	75	0,3	Не более 0,5
Теплый	Легкая - Iа	23-25	28	30	22	20	40-60	55 (при 28°С)	0,1	0,1-0,2
	Легкая - Iб	22-24	28	30	21	19	40-60	60 (при 27°С)	0,2	0,1-0,3
	Средней тяжести - IIа	21-23	27	29	18	17	40-60	65 (при 26°С)	0,3	0,2-0,4
	Средней тяжести - IIб	20-22	27	29	16	15	40-60	70 (при 25°С)	0,3	0,2-0,5
	Тяжелая - III	18-20	26	28	15	13	40-60	75 (при 24°С)	0,4	0,2-0,6

/

Температура воздуха:

Т=Т_Ч - К• (Т_Ч - Т_С), (3.1)

где Т_Ч и Т_С - показания соответственно зачерненного и посеребренного термометров;

К - параметр парного термометра, определяемый при его изготовлении.

При контроле влажности воздуха различают абсолютную, максимальную и относительную влажности.

-Абсолютная влажность - это парциальное давление водяных паров в воздухе. Она может быть охарактеризована давлением водяных паров или их массой в единице объема воздуха.

-Упругость насыщенного пара при данной температуре, т.е. наибольшее возможное количество водяных паров в воздухе при данной температуре, называют максимальной влажностью.

-Относительная влажность представляет собой отношение абсолютной и максимальной влажностей, выраженное в процентах. Относительную влажность измеряют специальными приборами: психрометрами и гигрометрами. Психрометр состоит из двух термометров: сухого и влажного, резервуар которого смачивается водой, влажность определяется разностью их показаний. Принцип гигрометра основан на свойстве человеческого волоса изменять длину при изменении влажности[9].

Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры и кататермометры. Анемометр - прибор, определяющий число оборотов вертушки, вращающейся за счет энергии воздушного потока. При скоростях от 9 до 20 м/с используются чашечные анемометры, а при малых скоростях от 0,3 до 10 м/с - крыльчатые.

После аттестации рабочих мест измеренные микроклиматические параметры заносятся в «Типовой паспорт санитарно-технического состояния предприятия связи».

3.2 Методы и средства обеспечения нормальных микроклиматических условий

Заданные параметры микроклимата в производственных помещениях обеспечиваются целым рядом различных мероприятий, различных в разные периоды года. Так как характер климата в рассматриваемой в дипломном проекте местности субарктический с зимним периодом более полу года, то требуются отопительные мероприятия.

Большинство используемых помещений связевых на участке Сосногорск - Лабытнанги находятся на линейных одноэтажных станциях собранных из железобетонных плит без внешнего и внутреннего утепления поверхности стен, чердак холодный (не отапливаемый).При дальнейшем рассмотрении отопительных мероприятий будем использовать стандартное помещение связевой с параметрами :

Соотношение внутренних размеров помещения 4м. глубина , 3 м. ширина, 2.5 м. высота (объем помещения составляет 30 м²). Помещение имеет одну стену выходящую на улицу с окном имеющим двойной стеклопакет. План административного помещения станции представлен на рис. 3.1

Рисунок 3.1 - План административного помещения типовой станции участка Сосногорск - Лабытнанги.

Поддержание микроклимата в помещении производится сплит-системой производства фирмы DaikinFT25CV1A показанной на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 - Сплит - система Daikin FT25CV1A.

Принцип работы сплит-системы заключается в том, что если помещение требуется охладить, то из теплообменника внешнего блока по одной медной трубке фреон поступает в теплообменник внутреннего блока, а там обдувается вентилятором, в результате чего из внутреннего блока выходит холодный воздух. Если воздух в помещении надо нагреть, то при помощи теплового насоса внешний конденсатор превращается в испаритель, а испаритель становится конденсатором. Кроме конденсатора и испарителя, в сплит-систему входит компрессор, который устанавливается во внешнем блоке. Основная функция компрессора -- сжимать фреон для придания этому газу свойств, которые значительно повышают КПД кондиционера. На рисунке 3.3 представленупрощенный принцип и структура работы сплит-системы.

Рисунок 3.3 -Упрощённая структура работы сплит-системы.

В летний период поддержание микроклимата сводится к уменьшению температуры за счет охлаждения помещения, зимой наоборот.

3.3 Производительность систем кондиционирования

Производительность сплит-систем обуславливается необходимым количеством воздуха, подаваемого в помещения для обеспечения заданных параметров воздуха в рабочей зоне. Состояние воздуха внутри помещения зависит от характера совершаемых в нем работ, времени пребывания в нем людей, времени года, а также месторасположения по климатическим зонам.

Для расчета систем кондиционирования в летний период необходимы следующие начальные условия:

- Состояние воздуха внутри помещения t_В=23°С и _В=60%.

- Расчетные параметры наружного воздуха принимаются для заданного района

Температура насыщенного воздуха t_н^л= 26,2 °С

Энтальпия t_н^л = 50,2 кДж/кг

Барометрическое давление р_в = 760 ммрт.ст.

- Количество персонала, работающего в помещении - 3 человека.

- Мощность оборудования Р = 4 кВт.

- Площадь помещения F = 12 м.

Полная производительность сплит-системы

L_п'=L_пk_пот (3.1)

где L_п- количество приточного воздуха в отдельное помещение кг/ч;

k_пот - коэффициент учитывающий потери воздуха их воздухопроводов. При установке кондиционера внутри помещения k=1. Количество приточного воздуха определяется по формуле:

L_п=Q/(l_в-I_п), (3.2)

Q - суммарное поступления тепла в помещение;

l_в и I_п - теплосодержание внутреннего и приточного воздуха.

Поступление тепла в помещение.

а) Теплопоступление от людей. Тепловыделение от одного человека qq принимаетсяпо данным таблицы. 25 [6]:

Для легкой работы сидяQ_ч= m_чq_ч = 3х72 = 216Вт (3.3)

б) Теплопоступление от оборудования определяется из соотношения

Q_oб=0,25P (3.4)

Q_oб = 0,25х4000 =1000Вт.

в) Тепловыделение от электроосвещения определяется по нормам освещения на

1 м² площади пола.

Удельное выделение на освещенность

q_осв = 4,5 Вт/м²

Q_ocв = q_освF_пол⁼ 4,5х12 = 49 Вт. (3.5)

г) Количество тепла, поступающего с воздухом при открывании дверей, можно принимать по удельной величине теплопритока, отнесенного к единичной площадке пола q_инф⁼ 10-20 Вт/м². Для помещения площадью до 150 м²q_инф=20 Вт/м².

Q_инф= 20F_пол = 20х12⁼ 240 Вт. (3.6)

Суммарное поступление тепла в помещение

Q=Q_ч+Q_oб +Q_ocв+ Q_инФ (3.7)

Q = 216 + 1000 + 49 + 240 = 1505 Вт.

В зимний период для поддержания заданных параметров микроклимата в производственном помещении необходимо проводить отопительные мероприятия. Для этого необходимо знать теплопотери данного помещения.

Расчёт потери теплоты, возмещаемой отоплением, следует определять из теплового баланса. Так как расчеты могут быть достоверны только в случае индивидуального расчета теплопотерь каждого помещения, то как пример в данном случае воспользуемся возможностью применения калькулятора для расчёта теплопотерь прямоугольного жилого помещения использующего в качестве главного алгоритма нормативную методику , предложенную в книге Л.Е. Школьника «Печное отопление малоэтажных зданий». Автор программы Владимир Романов г. Москва , данная программа распространяется бесплатно на сайте http://vladirom.narod.ru . Внешний вид программы с введенными данными по нескольким пунктам представлен на рисунке 3.4

а)

б)

Рисунок 3.4 -Калькулятор для расчёта теплопотерь прямоугольного жилого помещения. а) - расчётное поле стены «А», б) итоговые данные.

Получаем общую теплопотерю помещения Q_тр=13460 Вт.

Тепловой баланс отапливаемого помещения находят из уравнения:

Q_тр+Q_c.о+Q_быт=0 (3.8)

Где Q_тр - трансмиссионные потери теплоты через ограждения здания (помещения); Q_с.о- тепловая мощность системы отопления, которая является искомой величиной при определении теплового баланса; Q_быт-суммарные теплопоступления за счет всех внутренних источников теплоты, за исключением системы отопления.

Q_быт- уже было найдено Q_быт= Q_oб+Q_ocв+Q_ч=1265 Вт

Получаем Q_с.о=13460-1265=12195 Вт

Вывод: для поддержания заданных параметров микроклимата в производственном помещении необходимо в летний период привносить 1505Вт энергии, а в зимний период 12195 Вт.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Технико-экономическая оценка инноваций

Основными показателями, характеризующими эффективность модернизации магистральной сети связи, являются чистый дисконтированный доход (или интегральный эффект) и срок окупаемости затрат по реконструкции. Чистый дисконтированный доход (ЧДД), или интегральный эффект, определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенный к начальному шагу, или как превышение, интегральных результатов над интегральными затратами.

Срок окупаемости (Т_ок) - минимальный временной интервал от начала осуществления проекта, за пределами которого интегральный эффект становится не отрицательным, то есть это период, начиная с которого все затраты, связанные с нововведением покрываются суммарными результатами. Чем короче срок окупаемости, тем выше достоинство проекта.

Эффективность проведения модернизации сети связи оценена показателями, отражающими: соотношение затрат и получаемых результатов при эксплуатации новой организации магистральной связи.

Для определения эффективности модернизации сети связи определен также срок окупаемости или период возврата единовременных затрат. При этом срок окупаемости представляет собой минимальный временной интервал, за пределами которого интегральный экономический эффект становится неотрицательным, те капитальные затраты целиком покрываются суммарными затратами от осуществления модернизации[10]..

4.2 Расчет капитальных затрат

Для определения величины капитальных затрат на организацию магистральной сети связи на железнодорожном участке Сосногорск-Лабытнанги составляются сметные документы.

Сметная стоимость определяется с учетом затрат на стоимость составляющих компонентов оборудования и инструментов, монтаж оборудования в стойки, программного обеспечения, транспортные и прочие расходы. Основные виды капитальных затрат сводятся в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Основные виды капитальных затрат на внедрение ВОСС

Оборудование	Коли-чество	Ед. измерения	Цена за ед., руб.	Общая стои-мость, руб.
мультиплексор FlexGain A2500 Extra	7	шт	771983	5403881
Регенератор RGN-3GSFM	10	шт	36552	365520
Итого	5769401

Таким образом, капитальные затраты организацию связи составят

С_к =5769401 руб.

4.3 Расчет эксплуатационных расходов

4.3.1 Расчет заработной платы обслуживающего персонала

Текущие расходы при эксплуатации сети связи складываются из затрат на заработную плату, отчислений на социальное страхование, расходов на материалы и запасные части, топливо, электроэнергию, амортизационных отчислений и прочих расходов.

Сумма всех издержек составляющих эксплуатационные расходы:

С_э=Т+С_Н+М+Э+А+П, (4.1)

где Т - заработная плата персонала, обслуживающего проектируемые сооружения и устройства связи с начислениями, руб.;

С_Н - отчисления на социальные нужды (34,3% от фонда заработной платы, руб.);

М - стоимость материалов и запчастей, руб.;

Э - стоимость электроэнергии, руб.;

А - амортизационные отчисления, руб.;

П - прочие расходы.

Годовой фонд заработной платы может быть рассчитан по формуле:

Т = 12 ? (Ч_i З_i (1 + К₁)(1 + К₂)), (4.2)

где Ч_i - численность работников каждой должности;

З_i - месячный тарифный оклад работника каждой должности;

К₁ - доля премий и доплат за работу в ночное время, праздничные дни и прочее, К₁=0,76;

К₂ - доля дополнительной заработной платы (в основном доплата к отпуску) от всей начисленной основной заработной платы, К₂ = 0,5.

Так как в дипломном проекте мы лишь добавляем оборудование для организации магистральной связи, а оперативно технологическая связь на участке обслуживается бригадами РЦС поэтому, для обслуживания оборудования магистральной сети связи необходимо дополнительно три человека: инженер 13 разряда, два инженера 11 разряда.

Тарифные оклады работников принимаем по данным тарифной сетки Северной железной дороги - филиала ОАО «Российские железные дороги»:

- инженер 13 разряда - 17200 руб.

- инженер 11 разряда - 15400 руб.

Таким образом, годовой фонд заработной платы составит:

Т = 12•(17200 + 2•15400)•(1 + 0,76) •(1 + 0,5) = 1530144 руб.

4.3.2 Расчет расходов на социальное страхование

Расходы на социальные нужды определяются в размере 34,3% от фонда заработной платы.

С_н = Т•0,343 (4.3)

С_н = 1530144•0,343 = 520249 руб.

4.3.3 Расчет расходов на материалы и запасные части

Расчет расходов на материалы и запасные части принимаются в размере 1% от затрат на модернизацию сети связи на проектируемом участке.

М =5769401•0,01=57694 руб.

4.3.4 Расчет расходов на электроэнергию

Расходы на электроэнергию определяются по формуле:

(4.4)

где: P_Н - суммарная потребляемая мощность аппаратурой, кВт;

t_cp - среднее время работы аппаратуры, ч/сут;

К_ПОТ - коэффициент потерь, 0,6.

Ц - стоимость 1 кВт*час, 2,03 руб.

4.3.5 Расчет амортизационных отчислений и прочих расходов

Амортизационные отчисления установлены в размере 4,8% от ориентировочной стоимости сетевого оборудования.

А= 5769401 •0,048=276931 руб.

Прочие расходы принимаются в размере 3% от фонда заработной платы.

П=1530144•0,03=45904 руб.

Таким образом, амортизационные отчисления составят 276931руб., а прочие расходы 45904 руб. Используя расчетные данные, определим эксплуатационные расходы для проектируемой системы связи.

Расчет эксплуатационных расходов.

С_э =1530144+520249+57694+293+276931+45904 = 2459771руб.

Таким образом, эксплуатационные расходы для проектируемой системы связи на заданном железнодорожном участке составят 2459771руб.

4.4 Определение экономической эффективности

4.4.1 Расчет доходов

Тарифные доходы - это доходы предприятия, получаемые от реализации своих услуг по установленным тарифам.

Доходы основной деятельности - это доходы, получаемые предприятием от клиентуры за предоставление услуг связи по установленным тарифам.

Расчёт тарифных доходов производится на основании объёма услуг связи средних доходных такс по видам услуг связи, либо по утверждённым тарифам. Тарифные доходы сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Тарифы на использование ГАТС

Вид дохода	Стоимость, руб.
Абонентская плата за предоставление STM-4 , руб.	61857
Ежегодная оплата, руб.	742284

Расчет доходов основной деятельности производится по формуле:

D_Т = Q L (4.5)

где D_T - тарифные доходы, тыс.руб;

Q - объем услуг связи (количество каналов) соответствующего вида в ед.;

L - утверждённый тариф;

Количество каналов STM-4, предоставляемых для организации городской сети интернет, на заданном участке составляет 8.

Dt = 8 742284 = 5938272 руб. = 5938 тыс.руб.

4.4.2 Расчёт прибыли

Прибыль является обобщающим показателем, характеризующим всю производственно-хозяйственную деятельность предприятия. Прибыль от реализации услуг определяется как разность между тарифными доходами и эксплуатационными расходами, и определяется по формуле:

Пр = Dt - С_Э. (4.6)

Прибыль от реализации услуг равна:

Пр = 5938272 - 2459771= 3478501 руб.

Налог на прибыль составляет 26 %, тогда:

Н = 0,26 Пр. (4.7)

Налог на прибыль равен:

Н = 0,26 3478501=904410 руб.

Чистая прибыль предприятия, остающаяся в его распоряжении, определяется по формуле:

Пч = Пр - Н, (4.8)

Чистая прибыль предприятия:

Пч = 3478501 -904410 = 2574090 руб.

4.5 Расчет показателей эффективности проекта

Расчет чистого дисконтированного дохода производится по формуле:

(4.9)

где Р_t - результат рассчитанный на t-ом шаге расчёта;

З_t- затраты осуществляемые на том же шаге расчёта ;

л_t - коэффициент дисконта.

(4.10)

где Т _сс- срок службы (1-10 лет).

Е_Н - нормативный коэффициент, сравнительной экономической эффективности.

Е_н = 1 / 10 = 0,1

Чистый дисконтированный доход (ЧДД):

Э = Пч - Е_н · С_к, (4.11)

Э = 2574090 -0,1·5769401 =1997149 руб.

Расчет индекса доходности производим по формуле:

Э_к = Пч / Е_н ^. С_к , (4.12)

Э_к = 2574090 /(0,1·5769401)=4,46

Расчет срока окупаемости:

Т_р = К / Пч , (4.13)

Т_р = 5769401/2574090 =2,24 года.

Расчет внутренней нормы доходности проекта производим по формуле:

Е_р = Пч / С_к, (4.14)

Е_р = 2574090 /5769401=0,45.

Расчеты показателей эффективности проекта сведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Показатели эффективности проекта.

Показатели эффективности	Значения
Расчетный период, лет	10
Норма дисконта	0,1
Общая сумма капитальных затрат, рублей	5769401
Индекс доходности проекта	4,46
Чистый дисконтированный доход проекта, рублей	1997149
Срок окупаемости проекта, лет	2,24
Внутренняя норма доходности	0,45.

Данные расчета показателей эффективности окупаемости проекта приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Данные расчета показателей эффективности инвестиционного проекта

Год	Капитальные вложения, рублей	Прибыль, рублей	Коэффициент дисконтирования	Приведенный эконом. эффект, рублей	ЧДД проекта, рублей
1	-5769401	2574090	1	2574090	-3195311 -3195311 3195311 -3195311
2	-	2574090	0,91	2340082	-855229
3	-	2574090	0,83	2127347	1272118
4	-	2574090	0,75	1933952	3206070
5	-	2574090	0,68	1758138	4964208
6	-	2574090	0,62	1598307	6562515
7	-	2574090	0,56	1453007	8015522
8	-	2574090	0,51	1320915	9336437
9	-	2574090	0,47	1200832	10537269
10	-	2574090	0,42	1091665	11628935

Расчеты показали, чистый дисконтированный доход ЧДД > 0

(ЧДД = 11628935), а индекс доходности проекта ИД > 1 (ИД = 7.13) График окупаемости проекта представлен на рисунке 4.1.

Произведенные расчеты показывают экономическую эффективность модернизации организации магистральной связи на участке Сосногорск-Лабытнанги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте определена возможность повышения качества магистральной связи за счет внедрения новых цифровых систем коммутации. Цифровая сеть связи позволяет снизить эксплуатационные расходы при улучшении количества и качества предоставляемых услуг в сравнении с аналоговой сетью связи.

Экономические расчет показывают, что затраты на модернизацию магистральной сети связи окупаются за счет предоставляемых услуг связи и Internet.

На основании вышеперечисленного можно сделать вывод: модернизация данного участка связи является необходимой, т.к. существующая сеть связи не удовлетворяет потребностей в обеспечении качественной связью, сдерживает внедрение современных технологий, а также не позволяет сократить затраты на свое обслуживание.

Таким образом, проектируемая волоконно-оптическая сеть связи является целесообразной и отвечает современным требованиям

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бирюков Н.Л., Стеклов В.К. Транспортные сети и системы электросвязи. Системы мультиплексирования - К.: Системы и сети, 2003.-352 с.

2. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи- М.: Радио и связь, 2007. - 224 с.

3. Крук Б.И.,. Нопантонопуло В.Н, Шувалов В.Н. Телекоммуникационные системы и сети.В 3 томах. Том 1. - Современные технологии. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 647 с.

4. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. - М.: Радио и связь, 2002.-327 с.

5. Бакланов И.Г. SDH, NGSDH: практический взгляд на развитие транспортных сетей. М.:Метротек,2006. - 736 с.

6. Скворцов Б.В., Иванов В.И., Крухмалев В.В. Оптические системы передачи. - М.: Радио и связь, 2004. - 224с.

8. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы. М.:Политех-4, 2004 - 234 с.

9.Сидоров Ю.П. Основы кондиционирования воздуха на предприятиях ж. д. Транспорте. - М.: Транспорт 2004 г.-145с.

10. Карпов И.В., Климович С.Г., Хляпова Л.И. Экономика, организация и планирование хозяйства сигнализации и связи. - М.: Желдориздат, 2002-273с.

11. Легичев С.К. Отделение стройся // Гудок ,2006. №2. -с.15.

12.http://www.ocs01.ru/catalog/code

13.http://www.connect.ru/

14.http://www.scribd.com/