5. Аналіз і розрахунок транспортної мережі ЗТВ на основі SDH+DWDM. 5.1 Вибір топології. Для даної траси, я пропоную використати топологію „кільце з захистом 1+1”, тому що вона є простою топологією, проте з 100% резервуванням типу 1+1 дозволяє забезпечити високу живучість мережі. Ця топологія широко використовується при побудові SDH мереж. Головна перевага цієї топології – простота організації захисту типу 1+1, завдяки наявності в синхронних мультиплексорах двох пар оптичних агрегатних виходів: схід – захід, які дають можливість формування подвійного кільця з зустрічними потоками.
Рис.21 Топологія кільце з захистом 1+1 на рівні трибних блоків Кільцева топологія володіє рядом інтересних властивостей, які дозволяють мережі самовідновлюватись, тобто бути захищеною від деяких характерних типів відмов. 5.2 Вибір технології. 5.2.1 Технологія DWDM. Для даної траси, я пропоную використати технологію DWDM. Це відносно нова технологія, яка зявилась в 90-х роках минулого століття. Це транспортна технологія, яка дозволяє передавати любий трафік, і дуже просто нарощувати вже існуючі швидкості передачі. Спрощена схема системи має вигляд:
Рис.23 Блок – схема системи з WDM Передаюча частина системи приймає n=4 вхідних потоків даних ( які кодуються цифровими імпульсними послідовностями з і-тою довжиною несучої хвилі ) від різних джерел ( для прикладу на 1-ому каналі показаний SDH мультиплексор SMUX, на n-ому каналі – ATM мультиплексор). Ці потоки обробляються відповідними інтерфейсними блоками Инт і модулюють несучі з допомогою оптичних модуляторів Мі. Модульовані оптичні несучі мультиплексуються за допомогою мультиплексора WDM Mux в агрегатний блок на виході, після якого підсилюються і попадають в волокно. На приймальній стороні з виходу волокна приймається потік, підсилюється попереднім підсилювачем ПУ, демодулюється, тобто розділяється на складові потоки з відповідними несучими, які детектуються за допомогою детекторів Д, і в кінці демодулюються демодуляторами ДМ, які відновлюють на виході вихідні імпульсні послідовності. 5.2.2 Вузькосмугові і широковосмугові WDM. Ера WDM, практично почалась з обєднання двох несучих 1310 і 1550 нм, що дозволяло подвоїти ємність системи. Розрізняють системи широкосмуговогоWDM ( рознесення по довжині хвилі складає 240 нм) і вузькосмугові WDM ( рознесеня по довжині хвилі в них на порядок нижче 24-12 нм). Такий поділ систем WDM на широкосмуговий і вузькосмуговий здається в даний час не зовсім коректним, тому що в широкосмугових WDM спектр не перекривається, а складається з двох ізольованих смуг. З іншої сторони в наш час формується клас дійсно широкосмугових систем DWDM, смуга яких перекривається в суміжних вікнах прозорості (3 і 4), формуючи смугу порядку 92 нм від 1528-1620 нм (в майбутьньому можливо що ця смуга буде перекривати діапазон 1280-1620 нм), якщо орієнтуватись на харектеристики піонера в цій області WaveStar AllMetro DWDM Sustem компанії Lucent Technologies, яка використовує волокно, яке знімає пік затухання в області 5-го вікна прозорості. 5.2.3 Канальний (частотний) план. Хоч розраховувати і зараз на сумістність обладнання різних виробників систем DWDM не приходиться, потрібно було стандартизувати номінальний ряд несучих –„канальний (частотний) план”, щоб дати виробникам орієнтир на майбутьнє, а також позиціонувати вже існуючі WDM і DWDM системи. 5.2.3.1 Стандартний канальний план. Початково в основу проекта стандарту ITU-T G.692 був покладений план з рівномірним розміщенням несучих частот каналів з мінімальним кроком на 0,1 ТГц. Вибрана область частот покриває стандартизований діапазон 5,1 ТГц і практично відповідає діапазоду довжин хвиль (від 1528.77 до 1569.59 нм) АВХ щироко використовуваних оптичних підсилювачів. При використані постійного кроку 100 ГГц в цьому діапазоні можна максимально розмістити 51 канал з несучими, вказаними в верхньому ряду таблиці.
Табл.4 Стандартний канальний план з кроком 100 ГГц Крім вказаного пропонувалось використання кроку 0.2 ТГц:
Табл.5 Стандартний канальний план з кроком 200 ГГц В роботі приведена таблиця відповідаюча кананим планам обладнання WDM семи провідних виробників з якої видно, що всі вони відповідають цьому плану. Крім того виявилось, що весь стандартний план розділений на два піддіапазони: S (Short band), в якому використовуються більш короткі довжини хвиль,і L (Long band), в якому використовуються більш довгі довжини хвиль. Вибір того чи іншого піддіапізону диктується нерівномрністю АВХ, яка досягається в ньому. Аналізуючи АВХ оптичних підсилювачів стає зрозуміло, що кращим в цьому випадку піддіапазон L, в якому можна одержати добру нерівномірність навіть зі стандартними оптичними підсилювачами без спеціального вирівнювання.
Табл.6 Практика використання стандартного канальног плану
5.2.3.2 Перспективний канальний план Розширення числа каналів можна досягнути трьома шляхами: зменшення кроку до 50 ГГц і частковим розширенням частотного плану до 191.0 ТГц, що дає можливість довести число каналів максимально до 102; кардинальне зменшення кроку до 25 ГГц і подвоєнням числа каналів до 162, або максимально до 204; розширення стандартної смуги вправо до частот порядка 186 ТГц (1612 нм), що дозволяє подвоїти смугу до 10.2 ТГц за рахунок часткового використання 4-го вікна прозорості. Перший шлях був використаний компанією Ciena, другий – Lucent. Експлуатація вдвічі більшої смуги 10.2 ТГц, хоч і вимагає використання спеціальнтх надширокосмугових оптичних підсилювачів з АВХ, яка охоплює всю смугу, але дає можливість збільшити число каналів вдвічі. Це можна зробити, розбивши загальну смугу підсилення на дві: C – Band (Conventional Band) – проста смуга і L – Band (Longwave Band) – довгохвилева смуга. Говорять про смугу C – Band, як про смугу, яка складається з високочастотної частини (синьої смуги) В і низькочастотної смуги (червоної смуги) R. Тоді для систем WDM одержуємо наступну перспективну схему канального плану на 102 канали з кроком 100 ГГц і 204 канала з кроком 50 ГГц:
Рис. 24 Перспективна схема розширеного канального плану В даний час існує тенденція розширення цього плану вправо, приблизно до 1620 нм. Разом з цим зрозуміло, що подальше розширення числа каналів потребує розширення канального плану і вліво в сторону коротких хвиль. Формально ( з точки зору затухання ) освоєння повного діапазону 1260 – 1620 нм довжиною 360 нм (в деяких роботах його розширюють до 400 нм за рахунок зміщення правої межі до 1660 нм ) дозволить розмістити дуже багато каналів: 528 (при кроці 100 ГГц), 1057 (при кроці 50ГГц) і 2114 (при кроці 25 ГГц). Проте лімітуючим тут буде реалізована смуга підсилення широкосмугових оптичних підсилювачів (перекрити одним підсилювачем смугу в 53 ТГц в даний час не можливо). Інший шлях – ще більше зменшення кроку до 12.5 ГГц – також здається межою можливого. Поки що така точність підтримуєтися тільки вимірюючими приладами і не підтримується існуючими мультиплексорними модулями WDM. 5.3 Вибір обладнання Для даної траси, я пропоную використати обладнання WaveStar ADM 16/1 фірми Lucent Technologies. Це інтелектуальний мультиплексор і система передачі 3-го покоління з високою прпускною здатністю, може мультиплексувати стандартні швидкості PDH i SDH до більш високих рівнів, до 2.5 Гбіт/с. Однією з головних функціональних можливостей WaveStar ADM 16/1 є можливість вводити/виводити і гнучка кросс – комутація потоків 2 Мбіт/с безпосередньо з STM-16. Крім цього, обладнання дозволяє підключати і потоки 34,45,51,140,155,620 Мбіт/с. Підтримуються механізми захисту SNCP, MSP, MS-SPRing, DNI. Для зменшення часу на встановлення і тестування даний мультиплексор може поставлятись з наперід виконаними кабельними зєднаннями. Основні характеристики: Сумарна пропускна здатність: до 504 потоків по 2 Мбіт/с або до 36 потоків STM-1; Захист: MS-SPRing, SNCP, MSP, DNI; Можливість кросс-комутації VC-4,VC-3 і VC-12; Єдина платформа для використання в мережах STM-16, STM-4, STM-1; Єдиний мережевий елемент для обєднання кілець; Підтримка широкого спектру використання: мультиплексор вводу/виводу, кінцевий мультиплексор, локальний кросс – конектор; Підтримка протоколу повідомлень синхронізації ETSI; Перетворення інтерфейсів AU-3/TU-3; Можливість комбінації різних видів корисного навантаження; Інтегрований оптичний підсилювач; Віддалене обслуговування і управління за допомогою системи мережевого управління Lucent Technologies WS-NMS Компактна незалежна конструкція, простота встановлення; Резервування ключових блоків. Ці функції роблять WaveStar ADM16/1 одним з найбільш економічно ефективним і гнучким мережевим елементом, серед існуючих на ринку. Хоч система першочергово була зконструйована для використання на рівні STM-16, вона також може бути використана в системах з нижчим рівнем ієрархії. Як результат своєї модульної конструкції, система може бути зконфігурована у вигляді: Кінцевої системи, в лінійних конфігураціях мереж; Системи мультиплексування з функцією вводу/виводу (ADM), яка працює нарізних рівнях ієрархії в кільцевих або лінійних конфігураціях; Системи місцевої кросс – комутації. WaveStar ADM 16/1 підтримурізні механізми захисної комутації: Захисна комутація секції мультиплексування (MSP); Захисна комутація тракту або мережевого зєднання (SNCP/N) для віртуальних контейнерів високог (HO) і низького порядку (LO); Захисна комутація секції мультиплексування типу MS SPRing на рівні STM-16; Функціонування в якості здвоєного вузла для зпряження двох підмереж (DNI) з функцією вводу/продовження. Як і всі інші мережевіелементи, що випускаються цією фірмою, WaveStar ADM 16/1 керується Інтегрованою Системою Управління Транспорту (ITM). WaveStar ADM 16/1 відноситься до третього покоління транспортних систем SDH. Ситема може продаватись з продукцією SDH Lucent Technologies 1-го і 2-го поколінь. Що робить WaveStar ADM 16/1 одним із головних блоків мереж SDH, що використовується.
Рис.25 Блок-схема системи WaveStar ADM 16/1 Система DWDM OLS 400G WaveStar забезпечує для операторів звязку можливість одночасної комбінації і узгодження комбінації каналів. Система OLS 400G забезпечує можливість гнучкого нарощення до 80 каналів STM-16. При використані оптичних функцій, наприклад вводу/виводу оптичних потоків і керуванням підсиленням, реалізованих в цій ситемі, оператор звязку може автоматично адаптувати конфігурацію каналів у відповідність потребам по відношенню до смуги пропускання.
Рис.26 Блок-схема системи OLS 400G ADM 16/1 може бути обладнаний блоками лінійного інтерфейсу STM-16, які випускаються в декількох варіантах. Для цієї траси потрібно вибрати два блоки: SI-EML-U 16.2/1 (2.5 Гбіт/с, для передачі на дуже довгі відстані, потрібен для оптичного підсилення); SI-16EML 9xxx/1(DWDM,2.5 Гбіт/с, потрібен для системи 400G, параметри х – в діапазоні від 9190 до 9585 – представляє частоти 191.90 ТГц(1565 нм) – 195.85 ТГц(1530 нм) з кроком 50 ГГц). 5.5 Вибір оптичого кабелю. Лінія звязку є однією з найдорожчих частин системи передачі інформації. Для даної траси, я пропоную використати оптичне волокно AllWave фірми Lucent Technologies. Технічні характеристики: Фірмова назва Allwave Тип волокна NZDSF+ Відповідність стандарту G.655 Робоче вікно прозорості 1285 – 1620 нм Затухання дБ/км <0.35(1310) <0.31(1382) <0.25(1550) Довжина хвилі відсічки, нм 1260/- Довжина хвилі нульової дисперсії, нм 1300 – 1322 Нахил кривої при нульовії дисперсії пс/нм/км 0.092/0.088 Область не нульової дисперсії, нм >1322 Дисперсія поляризаційної моди (PMD) для протяжної лінії, пс/км 0.05 Обмеження на швидкість передачі, Гбіт/с 40 Груповий показник заломлення 1.466 (1310) 1.467 (1550) Діаметр оболонки, мкм 125 Діметр покриття, мкм 245 1)Тип волокна – стандартне одномодове волокно позначається як SSF, ОМ волокно зі зміщеною дисперсією – DSF і для волокон з не нульовою дисперсією- NZDSF. Знак „+” означає, що дисперсійний параметр D додатній.Дисперсія на робочій довжині хвилі може бути розрахована по формулі: (1.1) де - довжина хвилі нульової дисперсії, а S0 – нахил кривої при нульовій дисперсії. 2) Довжина хвилі відсічки – птиводяться два значення : для серцевини і кабелю в цілому, якщо кабель використовується для передачі несучих з довжинами хвиль нижче ніж довжина хвилі відсічки, то виникатимуть додаткові моди, що можуть привести до підвищення дисперсії. 3) Довжина хвилі нульової дисперсії – разом з нахилом при нульовії дисперсії дає можливість оцінити значення дисперсії для даної дожини хвилі. 5.6 Розрахунок довжини регенераційної ділянки Через затухання і дисперію в оптичному волокні на трасі існує така відстань на якій вже неможливо прийняти сигнал. Тому на магістралях протяжність яких більше ніж 70 – 80 км пропонується використовувати ругенератори. Регенератор – пристрій цифрового лінійного тракту який підсилює лінійний сигнал, відновлює форму імпульсів і коректує часові тактові інтервали. Для розрахунку довжини регенераційної ділянки існує дві методики: по затуханню і по дисперсії. При розрахунку використовуються вони обидві, але довжина регенераційної ділянки вибирається більше число. Методика по затуханню Вся траса складається з певної кількості будівельних довжин кабелю, найчастіше 2 км, які зварені між собою, і кожне місце зварки вносить затухання 0.1 дБп. Крім цього узгоджуючі пристрої вносять затухання 1 дБп. (1.2) де дБп, =0.1 дБп, N – кількість будівельних довжин кабелю, Азап – запас по динамічному діапазону апаратури для врахування впливу кліматичних, механічних і часових факторів на передавальні вьастивості тракту, - кілометричне затухання волокна. Підставимо у формулу 1.2 всі необхідні данні: Методика по дисперсії Для розрахунку по дисперсії використовують наступну формулу: (1.3) (1.4) (1.5) (1.6) Підставивши всі необхідні у формули 1.3 – 1.6 одержимо довжину регенераційної ділянки подисперсії:
Отже для цієї траси оберемо Lрег=143.3 км, що ми одержали по методиці для розрахунку по дисперсії.
Рис.27 Блок схема кільця Київ – Житомир-Вінниця- Кіровоград- Черкасси
Рис.6.5. Схема мережі західного територіального вузла на основі кільцевої топології Загальна протяжність кільця рівна 1055 км. Точки у яких встановлюємо обладнання OLS 400G + ADM 16/1 WaveStar фірми Lucent Technologies та відстані між ними : Ужгород-Львів – 190 км ; Львів-Луцьк – 140 км ; Луцьк-Рівне – 60 км ; Рівне-Хмельницький – 130 км ; Хмельницький-Тернопіль – 100 км ; Тернопіль-Чернівці – 135 км ; Чернівці- Івано-Франківськ – 110 км ; Івано-Франківськ –Ужгород – 190 км. Оскільки відстані між точками Ужгород-Львів та Івано-Франківськ – Ужгород є завеликими, то між Ужгородом та Львовом у м. Дрогобич встановлюємо регенератор OLS , відповідно між Івано-Франківськом та Ужгородом у Мукачево також встановлюємо регенератор OLS.
6.Розрахунок РРЛ траси Київ-Вінниця. Alcatel 9600-LSY є рішенням для радіозв’язку на великі відстані в регіональних і національних мережах. Продукти сімейства Alcatel 9600-SKY працюють в діапазонах 4, 4u, 6l, 6u, 7 , 8, 11 ГГц. Вони підтримують конфігурації N+0/N+1, здатні працювати з потоками N*STM-1 або STM-N,проте крім цього підтримуються і порівняно невеликі конфігурації типу 1+0/1+1/2+0. Архітектура цих продуктів заснована на блоках для установки всередині будівель,які включають високопродуктивні системи, що вміщають до 10 приймачів-передавачів на одній стандартній стійці ETSL, з обмеженим енергоспоживанням.Системи Alcatel 9600 LSY володіють могутніми засобами протидії загасанню сигналів в багато маршрутному середовищі. До них відносяться: поперечні еквалайзери, багатоканальні безконтактні перемикачі, блок компенсації просторового розносу, що конфігуруються ATPC і багаторівнева кодова модуляція . Висока потужність передавача, оптимальна чутливість приймача і малі втрати при відгалуженнях роблять 9600 ідеальним рішенням для магістральних систем передачі інформації. Компактність пристроїв 9600 LSY і економічне енергоспоживання скорочують терміни установки і технічного обслуговування,а однорідність систем, що працюють на різних частотах і в різних конфігураціях, скорочує потребу в запчастинах і полегшує підготовку фахівців. Радіо системи
Конфігурація системи N+0 або N+1 N+0 або N+1 N+0 або N+1 N+0 або N+1 N+0 або N+1 N+0 або N+1 N+0 або N+1
Табл. Технічні характеристики РРС Alcatel 9600-LSY. Для даної РРЛ застосуємо радіосистему 9674LSY яка працює на довжині хвилі ?=0.04 м. Дана система може передавати 16 стволів з потоком STM-1, ми використовуємо 4 ствола, що дає потік STM-4. інші стволи можуть використовуватись для резервування або переходу на STM-16. В містах Київ та Вінниця встановлюємо КРС (кінцеві радіорелейні станції),тому що саме КРС розташовуються на кінцях магістральної лінії\ чи на кінцях ліній, які відгалужуються від магістральної. На КРС відбувається введення і виділення повідомлень, що передаються по РРЛ. За допомогою з’єднувальних ліній зв’язуються з міськими телефонними станціями (МТС), які є джерелом повідомлень що передаються по РРЛ. ВРС (вузлові радіорелейні станції встановлювати не потрібно, адже нам необхідно здійснювати важливих відгалужень. У містах Фастів і Ружин встановлюєм ПРС (проміжні радіорелейні станції). Які призначені для прийому від попередньої станції модульованих сигналів, їх підсилення і передачі на наступну станцію. Ці станції обладнуються автоматизованою апаратурою і є не обслуговуваними. Управління і спостереження за ними проводяться з КРС чи ВРС автоматично чи дистанційно за допомогою спеціальної системи телеобслуговування.
6.3. Визначення висот антенних опор Оскільки трансляція відбувається на сантиметрових хвилях, дальність зв’язку визначається в першу чергу прямою видимістю, так як радіохвилі цього діапазону розповсюджуються за рахунок поверхневої хвилі прямолінійно (дифракція виражена слабо). Для збільшення відстані прямої видимості між РРС, їх антени встановлюють на мачтах висотою до 100м і по можливості на пагорбах. 6.3.1. Профіль траси Особливості рель’єфу місцевості при розрахунку і проєктуванні РРЛ враховуються за допомогою профілів інтервалів лінії. Профіль інтервала відображає вертикальний розріз місцевості між сусудніми радіорелейними станціями зі всіма висотними відмітками. Для зручності при побудові профілів використовують параболічний масштаб, у якому всі висоти відкладаються не по радіусах, як потрібно робити в дійсності, а по осі ординат, а відстані – не по дузі кола, а по осі абсцис. Тоді лінія, яка зображує на профілі рівень моря, або умовний нульовий рівень, від якого вдраховуються усі висоти, матиме вигляд параболи. ; де а – геометричний радіус Землі (а = 6370 км), k – відносна координата заданої точки: , Ri – відстань до поточної точки, R0 – довжина прольоту.
Рис.28 Профіль прольту м.Фастів-м.Київ
6.3.2. Мінімальна зона Френеля Максимальна дальність радіорелейного зв'язку визначається не тільки фізичною прямою видимістю, але і радиовидимістю (для високих частот критично, щоб 1-а зона Френеля не торкалася поверхні), що залежить від частотного діапазону використовуваних РРС. Тому основним критерієм для розрахунку висоти підвісу антен на прольоті є умова відсутності екранування перешкодами мінімальної зони Френеля при субрефракції радіохвиль. Відомо, що основна частина енергії передавача поширюється у бік прийомної антени усередині мінімальної зони Френеля, що представляє еліпсоїд обертання з фокусами в крапках передавальної і приймальні антен. Розрахунок радіуса мінімальної зони Френеля: , де На пересіченому прольоті, що існує близько 80% часу повинний бути обраний з умови:
Тобто дорівнює радіусу мінімальної зони Френеля. При цьому просвіт вибирають з урахуванням рефракції: , де - середнього значення градієнта діелектричної проникності тропосфери; - стандартного відхилення ; приблизні значення на території прольоту,
Висоти підвісу антен визначаються з профілю траси. Для цього відкладаємо по вертикалі від критичної крапки розрахований просвіт, і знаходимо висоти та . h1 = 40 м (антену встановлюємо на телевежі на висоті 260 м над рівнем моря), і провівши лінію визначаємо, що h2 = 33 м.
6.4 Енергетичний розрахунок Енергетичний розрахунок виконується для кожного прольоту РРЛ. Середній рівень потужності сигнала на вході приймача, дБм, визначається на основі першого рівняння передачі:
де - рівень потужності передавача; - коефіцієнти підсилення відповідно передавальної та приймальної антен; - коефіцієнти корисної дії (ККД) антенно – фідерного тракту відповідно на передачі та прийомі; W0 – послаблення поля у вільному просторі; - середні множник послаблення поля вільного простору, який залежить від виду рефракції радіохвиль, (для відкритої траси з величиною просвіту H0 приблизно рівний 1 або 0дБ, тому не враховується) Величина Рпер виражені в децибелах відносно 1 мВт. Послаблення вільного поля у вільному просторі визначається за формулою: , де ( - довжина хвилі; R0 – довжина прольоту. ККД антенно – фідерного тракту у зв’язку зконструктивними особливостями (прийомопередавачі об’єднані з антеною у моноблок) становлять приблизно 0,9 або –5 дБ. Коефіцієнт підсилення параболічних антен разраховується за формулою: , де D – діаметр зеркала антени; q = 0,6...0,9 – коефіцієнт використання поверхні зеркала антени. Потужність прийнятого сигналу Рпр= –45.85дБм, а чутливість приймача –74.3дБм, тобто нормальний прийом, тобто запас послаблення становить: 28,45дБ. Цей запас дає можливість надійного зв’язку за несприятливих погодних умов, які погіршують радіозв’язок, таких, як: опади, температура, тиск, вологість. Аналогічний розрахунок проводять для інших прольотів траси.
