Модернизация, телекоммуникационного оборудования в ЗАО "Кузбассэнергосвязь"

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение. 3

2 Обоснование необходимости реконструкции ВОЛП на участке Кемерово-Новокузнецк.. 6

3 Выбор оборудования.. 7

4 Выбор системы передачи и типа оптического кабеля.. 12

4.1 Расчет числа каналов. 12

4.2 Выбор системы передачи. 16

4.3 Выбор типа оптического кабеля. 21

5 Разработка структурной схемы организации связи.. 25

6 Комплектация оборудования.. 26

6.1 Расположение оборудования на объектах “Кузбассэнергосвязь”. 30

7 Расчет параметров надежности ВОСП.. 33

8 Расчет оптических и передаточных параметров оптического кабеля.. 37

8.1 Расчет оптических параметров кабеля. 37

8.2 Расчет передаточных параметров оптического кабеля. 40

8.2.1 Расчет затухания. 40

8.2.2 Расчет дисперсии. 42

8.3 Расчет длины регенерационного участка. 45

8.3.1 Расчет количества и помехоустойчивости линейных регенераторов. 45

8.4 Расчет коэффициента битовых ошибок BER внутризонового участка ВОСП   53

9 Электропитание аппаратуры.. 53

10 Оценка экономической эффективности проектируемой оптической транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь» 

10.2 Расчет капитальных затрат. 58

10.3 Расчет численности производственных работников. 59

10.4 Расчет затрат на эксплуатацию.. 60

10.4 Расчет доходов от услуг связи. 63

10.5 Оценка экономической эффективности капитальных вложений на проектируемый участок сети. 64

10.6 Оценка эффективности инвестиций. 64

11 Управление транспортной сетью... 68

12 Техника безопасности и жизнедеятельности.. 72

12.1 Анализ объективных факторов производственной опасности. 72

12.2 Требования по технике безопасности на рабочем месте. 73

12.2.1 Санитарные нормы.. 73

12.2.2 Освещенность. 74

12.2.3 Защита от статического электричества. 75

12.2.4 Электромагнитное излучение. 75

12.2.5 Опасность поражения электрическим током. 79

12.2.6 Влияние шума. 80

12.3 Разработка защитных мероприятий на рабочем месте. 81

12.3.1 Расчет заземления. 81

12.3.2 Электробезопасность. 83

12.3.3         Основные защитные мероприятия. 84

12.4 Разработка инструкций по технике безопасности на рабочем месте при работе с компьютером. 87

12.4.1 Общие требования. 87

12.4.2 Электробезопасность. 88

12.4.3 Пожарная профилактика. 89

12.4.4 Ответственность за невыполнение инструкций. 90

13 Заключение. 90

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 92

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 94

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 95

Приложение В.. 101

Приложение Г. 102

1 Введение

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и гибкости информационных сетей.

Противодействовать растущим объемам, передаваемой информации на уровне сетевых магистралей, можно только привлекая оптическое волокно. И 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 в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Волоконная оптика, став главной рабочей лошадкой процесса информатизации общества, обеспечила себе гарантированное развитие в настоящем и будущем. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Стало допустимым подключение рабочих станций к информационной сети с использованием волоконно-оптического кабеля.

Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.

Цифровые системы передачи (ЦСП) информации характеризуются специфическими, отличными от аналогов систем, свойствами. Основные преимущества этих систем заключаются в следующем:

- более высокая помехоустойчивость, что позволяет значительно облегчить требования к условиям распространения сигнала линии передачи;

- возможность интеграции систем передачи сообщений и их коммутации;

- незначительное влияние параметров линии передачи на характеристики каналов;

- возможность использования современной технологии в аппаратуре ЦСП;

- отсутствие явления накопления помех и искажений вдоль линии передачи;

- более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК);

- легкость засекречивания передаваемой информации.

Самым существенным достоинством ЦСП предоставляется возможность передачи цифровых данных между ЭВМ и вычислительными комплексами без каких-либо дополнительных устройств преобразования или специальных аппаратных средств. Действительно, параметры стандартного аналогового канала оптимизируются по критериям заданного качества передачи речевого сообщения. Поэтому некоторым характеристикам (таким, как групповое время запаздывания) уделяется меньшее внимание, чем искажениям, оказывающим более ощутимое влияние на качество передачи. Использование аналоговой сети для передачи данных требует специальных мер, приводящих к существенным затратам, для компенсации неравномерности характеристики группового времени запаздывания, что обычно и делается в модемах передачи данных и всевозможных устройствах преобразования сигналов (УПС). В противоположность этому в ЦСП основным параметром, которым характеризуется качество передачи, является коэффициент ошибок.

Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте передачи реализуются достаточно просто. В случае необходимости влияние ошибок, возникающих в тракте, можно практически полностью исключить, воспользовавшись теми или иными способами защиты от ошибок.

В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) цифровые системы передачи нашли самое широкое распространение как наиболее приемлемые по своим физическим принципам для передачи. При этом основной недостаток ЦСП – широкая полоса частот, как отмечалось выше, отходит на второй план, поскольку ВОЛС при прочих равных условиях имеют неограниченную полосу пропускания по сравнению с электропроводным (металлическим) кабелем.

На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного допуска. Развитие сетей связи без надежных транспортных информационных магистралей невозможно. Основу таких магистралей и составляют волоконно-оптические и радиорелейные системы передачи с технологическими решениями SDH, WDM, АТМ.

Можно полагать, что в ВОСП второго поколения усиление и преобразование сигналов в регенераторах будут происходить на оптических частотах с применением элементов и схем интегральной оптики. Это упростит схемы регенерационных усилителей, улучшит их экономичность и надежность, снизит стоимость.

В третьем поколении ВОСП предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по созданию принципиально новых АТС, коммутирующих световые, а не электрические сигналы. Имеются примеры создания многопозиционных быстродействующих оптических переключателей, которые могут использоваться для оптической коммутации.

Целью данного дипломного проекта является модернизация транспортной сети ЗАО «Кузбассэнергосвязь» на участке Кемерово – Новокузнецк. Необходимо выбрать аппаратуру SDH, составить комплектацию оборудования, разработать схему организации связи с возможностью ввода/вывода цифровых потоков в узлах сети для предоставления различного вида услуг связи.

2 Обоснование необходимости реконструкции ВОЛП на участке Кемерово-Новокузнецк

Причины расширения:

1. Объем передаваемого трафика приближается к максимальной емкости системы.

2. Существующее оборудование и программное обеспечение не обеспечивает необходимую передачу данных (технологию Ethernet) на магистральных участках.

Цель расширения:

1. Организация высокоскоростной сети передачи данных до 2 Гб/с.

В настоящее время ЗАО Кузбассэнергосвязь осуществляет эксплуатацию сети SDH уровня STМ-4 построенную на базе оборудования фирмы Эрикссон (AXD620-2). Сеть состоит из оптического кольца, уровня STM-4 (кольцо объединяет крупные города области Кемерово, Белово, Новокузнецк).

Проектом планируется расширение кольца до уровня STM-16.

Распределение нагрузки:

Основной трафик будет распределяться между узлами связи ЦУС (г.Кемерово), ЦЭС (г.Белово), ЮЭС (г. Новокузнецк).

3 Выбор оборудования

Аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDH) всех видов должна соответствовать стандартам международного союза Электросвязи (МСЭ).

Основным и наиболее универсальным изделием аппаратуры SDH является цифровой мультиплексор называемый синхронным мультиплексором.

Чтобы добавлять в сеть или изымать из нее цифровые потоки, или транспортные единицы и группы со скоростями 2, 34, 140 или 155 Мбит/с используются мультиплексоры ввода/вывода (ADM).мультиплексоры могут выполнять функции перестановки временных позиций каналов и трактов, а также поддерживать функции конфигурирования и контроля сети.

Для организации связи на участке Кемерово – Ленинск-Кузнецкий – Белово – Прокопьевск – Новокузнецк, с учетом рассчитанного числа потоков (506Е₁), необходим мультиплексор уровня STM-16 со скоростью передачи 2488 Мбит/с. Аппаратуру и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные фирмы-изготовители, такие как «Alcatel», «Siemens», «Nortel», «NEC», «Huawei Technologies», «Marconi» и другие. Практически все производители представлены на российском рынке.

Приведем сравнительный анализ мультиплексоров фирм «Huawei Technologies» (OptiX OSN 3500) и «Marconi» (ОМS 16-64). Для организации связи необходим мультиплексор уровня STM-16.

Таблица 3.1. Технические характеристики мультиплексоров

Кроме этого оба мультиплексора имеют административные интерфейсы управления: один интерфейс удаленного техобслуживания RS232 DCE с доступом по модему, один интерфейс системы сетевого управления, один последовательный интерфейс управления (F&f), 4 последовательных интерфейса (1~4) для прозрачной передачи.

Таблица 3.2. Стоимость оборудования

Как видно из таблиц 3.1 и 3.2 при практически одинаковых технических характеристиках экономически выгоднее воспользоваться услугами компании «Huawei Technologies». Кроме того на интерфейсных картах у «Huawei Technologies» большее число портов, что ведет к уменьшению числа слотов для установки. Главными достоинствами сетей реализованных на оборудовании «Huawei Technologies» являются:

-        высокая надежность, за счет использования современных методов защиты, как оборудования так и трафика;

-        простота обслуживания и развитие сети, модульный принцип построения оборудования и программного обеспечения;

-        полное соответствие рекомендациям ITU-T, ETSI;

-        удобство обслуживания, наличие сервисных центров фирмы на территории России.

На основании вышесказанного воспользуемся услугами компании «Huawei Technologies».

Для организации «кольца» Кемерово – Белово – Новокузнецк остановим выбор на мультиплексоре OptiX OSN 3500.

Оборудование OptiX OSN 3500 компании «Huawei Technologies» предназначено для организации по одному линейному тракту 30240 каналов ТЧ или ОЦК (основной цифровой канал) с тактовой частотой 2488 МГц.

OptiX OSN 3500 представляет собой построенный на единой платформе мультиплексор SDH с функцией ввода/вывода и гибкой архитектурой.

Мультиплексор OptiX OSN 3500 является мультиплексором SDH уровня STM-16. Возможно использование данной системы в режимах мультиплексора ввода/вывода, оконечного (терминального) мультиплексора, регенератора. Устройство обеспечивает транспортировку голосового и информационного трафика с высокой пропускной способностью и применяется в транспортных и магистральных сетях.

Особенностью OptiX OSN 3500 является то, что функции линейного блока, блока кросс-коммутации, блока синхронизации, блока SCC (System Control and Connection) интегрированы на одной плате, что высвобождает ресурсы слотов. В «корзине» 15 слотов для плат обработки, 16 слотов для плат интерфейсов, 1 слот для платы вспомогательного интерфейса и три модуля вентиляторов.

В системе OptiX OSN 3500 осуществляется интеграция функций Ethernet- доступа с той же платформой SDH, которая обеспечивает передачу голосового трафика. Система OptiX OSN 3500 поддерживает:

-        трафик Ethernet 10/100/1000 Мбит/с;

-        высокоуровневый протокол управления каналом передачи данных, процедура доступа к каналу SDH, обобщенная процедура формирования кадров;

-        коммутацию на уровне 2, а также возможность классификации Ethernet-трафика в соответствии с определениями стандарта IEEE 802.1Q-tag;

-        прозрачную передачу и конвергенцию Ethernet-трафика;

-        схему регулировки пропускной способности канала (LCAS);

-        услуги EPL – частная линия Ethernet, EVPL – виртуальная частная линия Ethernet, EPLn/EPLAN – частная локальная сеть Ethernet, EVPLn/EVPLAN – виртуальная частная локальная сеть Ethernet.

Емкость кросс-коммутации в системе OptiX OSN 3500 достигает 58,75 Гбит/с на высоком уровне или 5 Гбит/с на низком, с возможностью расширения до 20 Гбит/с. Емкость матрицы кросс-соединения составляет 1,25 Гбит/с.

В системе OptiX OSN 3500 широкий набор интерфейсов: STM-16 – максимально 8 портов в «корзине», STM-4 – максимально 46 портов, STM-1- максимально 92 порта, Fast Ethernet – максимально 92 порта в подстативе, Gigabit Ethernet – максимально 30 портов, Е3 – максимально 48 портов, Е1- максимально 504 портов в подстативе.

В системе OptiX OSN 3500 разнообразные механизмы защиты:

-        платы Е1 и Е3, защита 1:N;

-        платы кросс-соединения и синхронизации, 1+1, горячее резервирования;

-        плата SCC, 1+1, горячее резервирования;

-        плата распределение питания -48V, 1+1, горячее резервирования;

-        плата источника питания 3,3V, 1:N, централизованное горячее резервирование.

Система обеспечивает возможность контроля за автоматическим балансом трафика в широкополосной сети и позволяет повысить пропускную способность.

Существует возможность плавного повышения производительности путем добавления или замены плат кросс-коммутации и модулей оптического интерфейса.

4 Выбор системы передачи и типа оптического кабеля

4.1 Расчет числа каналов

Число каналов, связывающих Кемеровскую область и Новокузнецк, зависит от численности населения проживающего в этих городах, а также от заинтересованности отдельных групп населения в связи.

Численность населения в любом населенном пункте и области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения РФ. На основании данных последней переписи населения, которая проводилась в 2002 году, население Кемеровской области составляет 2 миллиона 982 тысячи человек, население города Новокузнецк – 578 тысяч человек. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном строительстве следует учитывать прирост населения. Средний годовой прирост населения в данной местности, лежит в пределах 2-3 процентов (принимаем равным 2 процента).

Количество населения Н_t, чел., в заданном пункте с учетом среднего прироста определяется по формуле:

,                                 (3.1.1)

где    Н₀ – число жителей во время переписи населения, человек;

р – средний годовой прирост населения в данной местности, в процентах;

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

Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперед.

Следовательно:

t = 5 + (t_n – t₀),                                         (3.1.2)

где t_n – год составления проекта; t₀ – год, к которому относятся данные переписи населения.

Используя формулы (3.1.1) и (3.1.2) рассчитаем численность населения в населенных пунктах:

t = 5 + (2006 – 2002) = 9 лет.                                              

Определение населения в Кемеровской области:

= 2816670 человек.                          

Определение населения в городе Новокузнецке:

=677220 человек.                     

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения f_т, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах от 0,1 до 12 процентов.

В дипломном проекте f_т следует принять равным 10%.

Расчет количества телефонных каналов междугородной связи произведем по приближенной формуле:

                          (3.1.3)

где    α₁ и β₁ – постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задаются равными 5%, тогда α₁ = 1,3; β₁ = 5,6;

у – удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, у = 0,05 Эрл;

m_a и m_b – количество абонентов, обслуживаемых автоматическими междугородными телефонными станциями (АМТС).

Для определения количества абонентов, обслуживаемых АМТС в зависимости от численности населения в зоне обслуживания, примем коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,38 и произведем расчет по следующей формуле:

.                                            (3.1.4)

По формуле (3.1.4) рассчитаем количество абонентов в зоне обслуживания АМТС:

для Кемеровской области:  = 1070334 абонента,

для города Новокузнецка:  = 257343 абонента.

Используя формулу (3.1.3) определим количество телефонных каналов для проектируемой линии:

 = 1354 канала.                 

Необходимо учесть организацию и других видов связи, например телеграфная связь, передача данных, газет, сигналов вещания. Общее число каналов рассчитывается по формуле:

n_аб = n_тлф + n_тг + n_в + n_пд + n_г,                             (3.1.5)

где    n_тлф – число двухсторонних каналов для телефонной связи;

n_тг – число каналов тональной частоты (ТЧ) для телеграфной связи;

n_в – число каналов ТЧ для передачи сигналов вещания;

n_пд – число каналов ТЧ для передачи данных;

n_г – число каналов ТЧ для передачи газет.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то общее количество телефонных каналов рассчитывается по упрощенной формуле:

                                                (3.1.6)

Следовательно, число каналов ТЧ, необходимых для организации связи, равно:

 = 2708 каналов.                            

Рассчитаем число первичных двухмегабитных потоков, исходя из соотношения:

30 ТЧ = 1Е₁,                                            (3.1.7)

Число двухмегабитных потоков равно:

Е₁ =  = 90 потоков.                                  

На основании данных, предоставленных инженерно-техническим отделом Кемеровского узла электросвязи (КУЭС), в пунктах выделения нагрузка распределится следующим образом:

-        г. Ленинск-Кузнецкий: 21Е₁;

-        г. Белово: 28Е₁;

-        г. Прокопьевск: 51Е₁.

Тогда, общее количество потоков равно:

Е₁ = 90 + 100 = 190 потоков.                                    

По каналам связи также передаются каналы Internet. Нагрузка (в единицах скорости передачи) пользователей сети Internet определяется по формуле:

,                                           (3.1.8)

где    V – скорость передачи;

Э – удельная нагрузка в час наибольшей нагрузки (ЧНН);

N – количество пользователей.

Согласно рекомендациям отдела передачи данных КУЭС, доля обычных (модемных) пользователей сети Internet (N_ио), при нагрузке 0,04 Эрл в ЧНН и скорости 56 кбит/с составляет 95 %, доля пользователей сети (банки, коммерческие организации) работающих на скорости 1,5 Мбит/с (N_ИDSL) составляет 5 %, при нагрузке 0,3 Эрл в час наибольшей нагрузки.

В результате расчета получаем:

=0,127·10⁹ бит/с,                     

=0,482∙10⁹ бит/с.                     

Учитывая, что скорость основного цифрового канала составляет 64 кбит/с, определим количество каналов:

n_ИО = 1984 канала или 66Е₁,                                               

n_ИDSL = 7530 каналов или 250Е₁.                                       

Общее количество каналов, необходимых для доступа в сеть Internet:

n_и = 1984 + 7530 = 9514 каналов или 316Е₁.

Определим общее число двухмегабитных потоков:

n_{кем. нкз} = 190 + 316 = 506 потоков.

Таким образом, на проектируемом участке будет организовано 506 первичных цифровых потоков, что соответствует 15180 каналам ТЧ.

4.2 Выбор системы передачи

Для полного развития всех сфер деятельности человека требуется внедрение самой современной аппаратуры, а телекоммуникационные сети должны быть цифровыми, иметь гибкую, легко управляемую структуру и при этом обеспечивать возможность совместной работы аппаратуры разных фирм-изготовителей как на сети одного оператора, так и при взаимодействии нескольких операторов.

Наиболее полно выполнить эти требования можно на основе средств SDH – синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH).

На сегодняшний день технология SDH заслуженно считается не только перспективной, но и достаточно апробированной технологией для создания транспортных сетей. Технология SDH обладает рядом важных достоинств с пользовательской, эксплуатационной и инвестиционной точек зрения:

-        умеренная структурная сложность, снижающая затраты на монтаж, эксплуатацию и развитие сети, в том числе подключения новых узлов;

-        широкий диапазон возможных скоростей – от 155 Мбит/с (STM-1) до 2,488 Гбит/с (STM-16) и выше;

-        высокая надежность системы, благодаря централизованному мониторингу и управлению;

-        надежность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что сеть использует волоконно-оптические кабели, передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех;

-        архитектура и гибкое управление системы позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети.

Перечисленные достоинства делают решения, основанные на технологии SDH, рациональными с точки зрения инвестиций. В настоящее время она может считаться базовой для построения современных транспортных сетей как для корпоративных сетей различного масштаба, так и для сетей связи общего пользования.

Для организации связи на участке Кемерово-Новокузнецк, с учетом рассчитанного числа потоков (506Е₁), необходим мультиплексор STM-16 со скоростью передачи 2488 Мбит/с.

Аппаратуру и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные фирмы-изготовители, такие как «Alcatel», «Siemens», «Nortel», «Huawei» и другие. Практически все производители представлены на российском рынке.

Воспользуемся услугами фирмы «Huawei» и остановим выбор на мультиплексоре Optix OSN 3500.

Оборудование Optix OSN 3500 фирмы «Huawei» предназначено для организации по одному линейному тракту 30240 каналов ТЧ или ОЦК (основной цифровой канал) с тактовой частотой 2488 МГц.

Мультиплексор Optix OSN 3500 является компактным мультиплексором SDH уровня STM-16. Возможно использование данной системы в режимах мультиплексора ввода/вывода, оконечного (терминального) мультиплексора, регенератора.

Для организации связи на проектируемом участке используем топологию «линейная цепь» и «плоское кольцо». «Линейная цепь» – это линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных, а остальные ввода/вывода.

На рисунке 4.1 приведена схема соединения «Линейная цепь».

Рисунок 4.1 – Схема соединения «Линейная цепь»

Оконечный (терминальный) мультиплексор (Terminal Multiplexer - TM) –оконечное устройство сети с некоторым числом каналов доступа и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами.

Соединение «плоское кольцо» - рисунок 4.2.

Рисунок 4.2–Схема соединения «Плоское кольцо»

Сочетание элементарных топологий линейной структуры построения сети и с кольцевой топологией, позволяет реализовать архитектуру построения транспортных сетей SDH любой сложности и назначения.

Мультиплексоры ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer - ADM) – осуществляют сквозную коммутацию потоков в обоих направлениях, поступающих с агрегатных портов, а так же позволяют вводить (Add)/выводить (Drop) отдельные цифровые компонентные сигналы. Мультиплексор имеет два или четыре агрегатных порта, к которым подключаются волоконно-оптические линии связи.

Терминальные мультиплексоры будут установлены в Кемерово и Новокузнецке, мультиплексоры ввода/вывода в городах Ленинск-Кузнецкий, Белово, Прокопьевск.

Для соединения волоконно-оптических кабелей, несущих сигнал STM-16 к удаленному сетевому элементу SDH, используются агрегатные интерфейсы.

Используем интерфейс на 1550 нм большой дальности действия. В таблице 4.1 приведены параметры оптического интерфейса.

Таблица 4.1 – Параметры оптического интерфейса