Проектирование ВОЛП г. Якутск - г. Магадан
По
дисциплине: «Физические основы передачи информации по ВОЛС»
На тему:
«Проектирование ВОЛП г. Якутск - г. Магадан»
Исходные данные
Численность населения, человек:
г. Якутск - 246279
г. Магадан - 106425
Диаметр сердцевины оптического волокна,
: 8,5 мкм
Показатель преломления сердцевины
оптического волокна, : 1,478
Показатель преломления оболочки
оптического волокна, : 1,475
Длина волны источника излучения, : 1,31 мкм
Мощность сигнала на выходе
регенератора,: +7 дБ
Минимальная мощность сигнала на
входе фотоприемника
регенератора, : 59 дБ
Потери в неразъемных соединениях, : 0,5 дБ
Потери в разъемных соединениях, : 2,0 дБ
Введение
г. Якутск.
Столица Республики Саха (Якутия), порт на реке
Лене. Численность населения 246279 (по данным переписи за 2002г.), крупный
культурный, научный центр на северо-востоке России. Этот город известен своей
алмазогорной промышленностью, масштабной транспортной сетью (речной
пассажирский и грузовой транспорт). Все сферы отраслей, необходимые для
активного развития (пищевая, энергетическая) присутствуют - наиболее известными
предприятиями считаются Якутская ГРЭС и Якутская ТЭЦ, а также можно назвать
Якутский хлебокомбинат, Якутский гормолзавод, газоперерабатывающий завод, ЯКСМК
(Якутский комбинат строительных материалов и конструкций). Несмотря на развитие
речных перевозок, у города имеются некоторые проблемы с другими видами
сообщений, включая электротранспорт. Городской и пригородный транспорт
представляется в виде автобусов; на данный момент ведется строительство
Якутско-Амурской Железнодорожной магистрали, чье предназначение соединить
Якутск с «большой землей».
г. Магадан.
Численность населения (по данным переписи за 2002г.)
- 106425, центр Магаданской области и порт на северо-востоке России. В
Магадане, довольно сильно развита горнодобывающая и рыбная промышленность,
здесь производят тяжелую горную технику и запчасти к ней (Магаданский
ремонтно-механический завод). Транспортная инфраструктура развита слабо.
Федеральная автодорога «Колыма» - ключевое связующее звено между Магаданом и
Якутией, а для северо-восточных районов Республики Саха - это единственный путь
выхода к Охотскому морю. Наиболее востребованным средством передвижения на
дальние следования считается воздушный транспорт.
Необходимость линии ВОЛС между городами
обусловлена весьма похожей сферой деятельности как в Магадане, так и в Якутске.
Ее наличие помогло бы обеспечить наиболее быструю и качественную связь, что
является необходимым условием для успешной торговли и общего развития
инфраструктуры этих городов.
трасса кабель сигнал оптоволокно
1. Расчет числа каналов на магистрали
Число каналов, связывающих заданные оконечные
пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени
заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.
Количество населения в заданном пункте и его
подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения определяется по
формуле:
где - численность населения по переписи,
p=2% -
среднегодовой прирост населения,
t - период,
определяемый как разность между назначенным годом проектирования и годом
проведения переписи населения:
где - год составления проекта, то есть
2012,
- 2002 год, к которому относятся
данные H0.
г. Якутск
г. Магадан:
Определим количество абонентов в зоне АМТС по
формуле (средний коэффициент оснащенности населения примем за 0,4)
и - количество абонентов,
обслуживаемых той или иной оконечной АМТС.
г.Якутск:
г.Магадан:
Количество телефонных каналов
рассчитывается по формуле:
где α1 и -
постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным
потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ; ;
- коэффициент тяготения, ;
у - удельная нагрузка, т.е. средняя
нагрузка, создаваемая одним абонентом, Эрл;
Кроме телефонных каналов между
заданными городами необходимо организовать каналы для передачи следующих видов
сообщений:
Телеграфных, nтг : 30% от
телефонных,
Проводного вещания, nпв: 30% от
телефонных,
Передачи данных, nпд: 8% от
телефонных,
Транзитные каналы, nтр: 10% от
телефонных,
Телевизионные каналы, nтв: 1600
(стандартное значение)
Отсюда, общее число каналов между
двумя междугородними станциями заданных пунктов:
В это число включены также
телевизионные каналы, поскольку проектируемая магистраль является частью
магистральной первичной сети. Следовательно, нам нужно выбрать станцию, которая
смогла бы обслуживать все 1742 канала.
2. Выбор кабеля и системы передачи
Для организации работы используется система
"Сопка-4М"', задействовано 1770 каналов, 28 будут находиться в
резерве.
Таблица 1 -
Характеристики системы передачи «Сопка-4М»
Характеристика
|
Значение
|
Число
каналов ТЧ
|
1920
|
Скорость
передачи , Мбит/с
|
139,264
|
Тип
источника излучения
|
ЛД
|
240
|
Кабель используется универсальный (для прокладки
в грунт и канализацию), марки ОМЗКГМ(Н)-10А-01-0,7-16-(7,0).
Конструкция кабеля:
Рисунок 1 - Конструкция
ОМЗКГМ(Н)-10А-01-0,7-16-(7,0): 1. Оптическое волокно; 2. Гидрофобный
заполнитель 3. Центральная трубка 4. Стальная проволока 5. Защитный шланг
Таблица 2 - Характеристика кабеля
ОМЗКГМ(Н)-10А-01-0,7-16-(7,0)
Характеристика
|
Значение
|
Тип
сердечника
|
Повивный
|
Тип
оптических волокон
|
ITU-T G.651
|
Число
оптических волокон
|
16
|
Материал
силового элемента
|
Стеклопластик
|
Материал
влагозащитной оболочки
|
Защитная
оболочка из
полиэтилена
|
Тип
защитного покрытия
|
Защитный
шланг из безгалогенного ПЭ
|
Строительная
длина, км
|
8
|
Допустимое
тяговое усилие, кН
|
7,0
|
3.
Выбор и характеристика трассы ВОЛП
В таблицах 3.1 и 3.2 приведены характеристики
левой и правой стороны трассы Якутск - Магадан.
Таблица 3.1 - Характеристика левой стороны
трассы
Показатели
|
Всего
|
Участок
|
|
|
ОП1-
ОРП2
|
ОРП2-ОРП3
|
ОРП3-ОРП4
|
ОРП4-ОРП5
|
ОРП5-ОРП6
|
ОРП6-ОРП7
|
ОРП7-ОРП8
|
ОРП8-ОРП9
|
ОРП9-ОП10
|
Протяженность
трассы, км
|
1862
|
238
|
240
|
223
|
118
|
200
|
238
|
132
|
134
|
209
|
Переходы
через дорогу, переход
|
20
|
3
|
2
|
2
|
2
|
0
|
5
|
2
|
3
|
1
|
автомобильные
|
20
|
3
|
2
|
2
|
2
|
0
|
5
|
2
|
1
|
железные
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Переходы
через реки, переход
|
22
|
2
|
3
|
0
|
3
|
4
|
3
|
3
|
2
|
2
|
судоходные
|
5
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
несудоходные
|
17
|
1
|
2
|
0
|
2
|
3
|
3
|
2
|
2
|
2
|
Таблица 3.2 - Характеристика правой стороны
трассы
Показатели
|
Всего
|
Участок
|
|
|
ОП1-
ОРП2
|
ОРП2-ОРП3
|
ОРП3-ОРП4
|
ОРП4-ОРП5
|
ОРП5-ОРП6
|
ОРП6-ОРП7
|
ОРП7-ОРП8
|
ОРП8-ОРП9
|
ОРП9-ОП10
|
Протяженность
трассы, км
|
1862
|
238
|
240
|
223
|
118
|
200
|
238
|
132
|
134
|
209
|
Переходы
через дорогу, переход
|
4
|
0
|
1
|
0
|
1
|
3
|
2
|
0
|
4
|
автомобильные
|
18
|
4
|
0
|
1
|
0
|
1
|
3
|
2
|
3
|
4
|
железные
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Переходы
через реки, переход
|
22
|
1
|
2
|
1
|
3
|
4
|
6
|
3
|
1
|
1
|
судоходные
|
4
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
несудоходные
|
18
|
1
|
1
|
1
|
2
|
3
|
6
|
2
|
1
|
1
|
Вывод: Трасса будет проходить по правой стороне
автодороги, так как данная трасса содержит наименьшее количество сложно
преодолимых препятствий.
4. Расчет параметров передачи оптического
волокна
Расчет числовой апертуры, нормированной частоты
и числа мод.
Числовая аппертура оптического волокна
определяет угол вводе излучения в оптическоге волокно при котором достигается
режим полного внутреннего отражения.
Определим числовую апертуру по формуле:
Одним из главных параметров
оптического волокна является нормированная частота. Данный параметр определяет
режим работы оптического волокна.
Если нормированная частота находится в
пределах 0 < < 2,405,
то режим работы одномодовый, если > 2,405 - режим многомодовый.
Определим нормированную частоту :
где dс
- диаметр сердцевины ОВ, мкм;
- длина волны излучателя, мкм;
,Гц
Так как результат расчета
нормированной частоты 0 < < 2,405, то режим передачи
заданного оптического волокна будет одномодовый.
Определим число направляемых мод для
одномодового ступенчатого волокна:
Полученный результат расчета
подтверждает одномодовый режим передачи оптического волокна.
Расчет ослабления сигнала ОВ
Ослабление сигнала в ОВ обусловлено
собственными потерями и дополнительными кабельными потерями ,
обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при
деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных
оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания (ослабления):
Величина в реальных
условиях составляет 0,1-0,3 дБ/км, в нашем случае примем ее равной 0,2 дБ/км. Собственные потери состоят из
трех составляющих: ослабления за счет поглощения ; ослабления за счет наличия в
материале ОВ посторонних примесей ; ослабления за счет потерь на
рассеяние :
Тогда коэффициент затухания определяется по
формуле:
дБ/км
Чем больше коэффициент затухания,
тем меньше длина регенерационного участка.
.3 Расчет дисперсии и пропускной
способности ОВ
Полоса частот ∆F,
пропускаемая ОВ, определяет оббьем информации, который можно с заданным
качеством передать по ОК. Теоретически по ОВ можно организовать огромное число
каналов на большие расстояния, а практически ∆F
ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на другой конец приходит искаженным
вследствие различия фаз его составляющих. Данное явление оценивают величиной
уширения τи
передаваемых импульсов.
Уширение импульса, отнесенное к 1 км, называют
дисперсией. Для одномодового волокна дисперсия рассчитывается по формуле:
где ∆λ=2нМ - ширина
спектра излучения источника; λ=1,31мкм:
M(λ)=-5 пс/(км∙нм)
- коэффициент удельной материальной дисперсии ОВ
B(λ)=8пс/(км∙нм)
- коэффициент удельной волновой дисперсии ОВ.
,пс/км
Коэффициент широкополосности ΔF, МГцкм определяет полосу частот,
которую можно передать по волокну.
Коэффициент широкополосности ΔF:
=166,6 МГцкм
Система передачи работать по этому
волокну может, так как ∆F больше скорости передачи fт : ∆F=166,6 МГцкм > fт=139,264
Мгц.
5. Расчет длины регенерационного участка
Длина регенерационного участка
определяется двумя параметрами: затуханием и дисперсией оптического волокна.
Расчет необходимо производить с учетом данных параметров.
Длина регенерационного участка
определяется по формулу (5.1):
(5.1)
где - минимальная мощность сигнала на
входе фотоприемника регенератора;
- мощность сигнала на выходе
регенератора;
an, ap - потери в
неразъемных и в разъемных соединениях соответственно;
- строительная длина кабеля;
- коэффициент затухание ОВ.
,км
Длина регенерационного участка по дисперсии
определяется по формуле (5.2):
(5.2)
где fт
-
тактовая частота, Гц. fт
=
139,264 МГц.
,км
Из полученных значений выбираем
наименьшее, следовательно, длина регенерационного участка должна быть не более
82,4 км.
(5.3)
Для секции ОП1 - ОП2 равно:
nру=
На рисунке 3 представлена схема размещения НРП:
Рисунок 3 - Схема размещения НРП
6. Составление сметы на строительство ВОЛП
Смета на строительство является основным
документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений,
финансирование и расчет между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.
Смета на строительство проектируемой ВОЛП
представлена в таб. 4.
Таблица 4 - Смета на строительство проектируемой
ВОЛП
Наименование
работ и материалов
|
Ед.
изм.
|
Кол-во
на всю линию
|
Стоимость
материалов и работ, руб.
|
Зарплата,
руб.
|
|
|
|
На
ед.изм
|
На всю линию
|
На
ед.изм
|
Кабель
|
км
|
178.5
|
42760
|
7632660
|
|
|
Прокладка
кабеля кабелеукладчиком
|
км
|
161.75
|
6600
|
1067550
|
17100
|
2765925
|
Прокладка
кабеля вручную (с учетом рытья и засыпки траншеи)
|
км
|
8.75
|
6300
|
55125
|
5800
|
50750
|
Строительство
телефонной канализации
|
км
|
4
|
10200
|
40800
|
3000
|
12000
|
Протягивание
кабеля в канализации
|
км
|
4
|
1370
|
5480
|
750
|
3000
|
Устройство
переходов через шоссейные и ж.д дороги
|
переход
|
15
|
4500
|
67500
|
13900
|
208500
|
Устройство
переходов через реки
|
переход
|
9
|
8100
|
72900
|
12100
|
108900
|
Монтаж,
измерение и герметизация муфт
|
шт
|
30
|
2880
|
86400
|
3600
|
36000
|
Итого,
руб
|
9028415
|
|
3185075
|
Заработная
плата, руб
|
3185075
|
Накладные
расходы на заработную плату 87% от 3185075, руб
|
2771015,25
|
Итого
(9028415+1,87*3185075),
руб
|
14984505,25
|
Плановое
накопление 8% от 14984505,25, руб
|
1198760,42
|
Всего
по смете, руб
|
16183256,67
|
Количество муфт на регенерационном участке
рассчитывается по формуле (6.1):
(6.1)
где - длина регенерационного участка,
Стоимость канало-километра определяется по
формуле (6.2)
(6.2)
где С - стоимость канало-километра,
руб/канкм,
nab -
количество каналов, которые задействованы,
- длина магистрали на участке
ОП1-ОП2, км
7. Расчет надежности ВОЛП
Надежность - комплексное свойство, которое в
зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать
долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание
этих параметров. Надежность ОК - свойство сохранять во времени в установленных
пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять
требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.
Коэффициент готовности ВОЛС выражает оценку
вероятности того, что ВОЛС окажется в работоспособном состоянии в произвольный
момент времени, кроме планируемых периодов, в течении которых он подвергается
профилактическому контролю.
Среднее число отказов ОК за счет внешних
повреждения на 100 км кабеля в год μ=0,34.
Интенсивность отказов ОК за 1 час на длине
трассы ВОЛП определится по формуле (7.1)
(7.1)
где L
- длина проектируемой магистрали,
- количество часов в году.
Интенсивность отказов линейного
тракта определится
по формуле (7.2):
(7.2)
где λk
- интенсивность отказов на одном километре кабеля в час,
- интенсивность отказов на ОП в
час,
- интенсивность отказов на НРП в
час,
Наработка на отказ - среднее значение времени
наработки между двумя последовательными отказами.
Наработка на отказ линейного тракта определяется
по формуле (7.3):
(7.3)
=7633,6 часов
Время восстановления ОК - продолжительность
восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.
Среднее время восстановления
линейного тракта определяется
по формуле (7.4):
(7.4)
где =10 ч - среднее время восстановления
1 км кабеля,
=0,5 ч - среднее время устранения
повреждения на ОП,
=2,5 ч - среднее время устранения
повреждения на НРП.
=5,7 часов
При существующей на эксплуатации
стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа,
коэффициент простоя определяется по формуле (7.5):
(7.5)
=0,00075
Коэффициент готовности линейного
тракта определяется
по формуле (7.6):
(7.6)
=0,99925>0,9985
Суммарное значение и рано
единице. Так как коэффициент готовности >0,9985, то параметры надежности
соответствуют современным требованиям.
Заключение
Был произведен расчет числа каналов, связывающих
города Москва и Рязань. В результате вычислений в данной курсовой работе был
произведен расчет количества каналов передачи на магистрали, между городами
Москва - Рязань (на первом этапе будет задействовано 6150 каналов, а 24 каналов
останется в резерве); был произведен выбор системы передачи и кабеля; был
произведен выбор и характеристика трассы, оборудования, произведен расчет
параметров трассы, рассчитана длина регенерационных участков, составлена смета
затрат на строительство проектируемой ВОЛП и рассчитана стоимость
канало-километра (1 кан/км=15,09 руб/канкм), а также
рассчитаны коэффициенты надежности и готовности.
Библиография
1. Физические основы передачи
информации по ВОЛС: методические указания по выполнению курсового проекта /
Е.И. Гниломёдов - Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» 2014.
2. Атлас автомобильных дорог
России
3. Горлов Н.И., Микиденко А.В.,
Минина Е.А. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП. - Новосибирск,
2012
4. Э.Л. Портнов. Принципы построения
первичных сетей и оптические кабельные линии связи. - М.: Горячая линия -
Телеком, 2009