Проектирование инфокоммуникационной оптической сети связи железной дороги

 

Введение

Устройства многоканальной связи оказывают большое влияние на показатели работы железных дорог. Многоканальная связь получила широкое распространение на железнодорожном транспорте. Особенно большое значение эта связь приобретает в связи с разбросанностью подразделений железнодорожного транспорта на большие расстояния. Управление работой отдельных хозяйственных единиц требует организации между командными пунктами (Министерство путей сообщения, управления дорог и т.п.) и низовыми организациями оперативной (например, телефон) и документальной (телеграф, передача данных) связи. Обеспечение оперативной отчетности и сбора данных от отдельных подразделений для фиксации проделанной работы и составление оперативных планов возможно только при четко работающей оперативной и документальной связи. Организация различных видов оперативно-технологической связи требует создания между отдельными станциями, узлами и административными пунктами соответствующего числа каналов связи.

Оперативно-технологическая связь прошла длительный путь развития на основе разработки и последовательной модернизации своей технической базы, а также поисков новых технических решений. Имеющиеся теперь на железнодорожном транспорте устройства оперативно-технологической связи были созданы в результате многолетнего труда большого коллектива транспортных специалистов.

Ведутся поиски новых принципов построения аппаратуры групповой связи и способов организации групповых каналов на базе цифровых систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Использование этих способов вместе с самой современной элементной базой обеспечит значительное повышение качества и надежности связи.

В настоящее время широкое применение получили волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

 

 

 

 

 

 

 

1 Анализ информационной оптической  сети связи железной дороги

 

1. Описание дороги

 

Юго-Восточная железная дорога — одна из железных дорог России, филиал ОАО «РЖД».

Несмотря на название, унаследованное от прошлых времен, дорога пролегает по территории областей расположенных на юго-западе европейской части России: Воронежской, Белгородской, Волгоградской, Ростовской, Курской, Рязанской, Тамбовской, Тульской, Липецкой, Саратовской, Пензенской. Управление дороги находится в Воронеже. Эксплуатационная длина дороги — 3 648,3 км (на 1991 год).  Главное здание управления ЮВЖД в Воронеже

В состав дороги входят отделения: Белгородское, Мичуринское, Елецкое, Ртищевское, Лискинское. Основные узловые станции дороги: Елец, Лиски, Отрожка, Ртищево, Грязи, Кочетовка, Балашов, Богоявленск, Раненбург, Поворино, Таловая, Россошь.

Дорога граничит с железными дорогами: Приволжской (по ст. Дуплятка включительно, Ильмень исключительно, Благодатка включительно), Куйбышевской (по ст. Кривозёровка исключительно), Московской(по ст. Елец включительно, Ефремов, исключительно, Павелец-1 исключительно, Ряжск-1 исключительно), Северо-Кавказской (по ст. Чертково исключительно) и железными дорогами Украины. Граница с Северо-Кавказской железной дорогой находится на территории Чертковского района Ростовской области и проходит по станции Чертково.

Первой железной дорогой в границах Юго-Восточной дороги стала Рязанско-Козловская железная дорога построенная в 1866 году. Эта линия была продолжена до Воронежа и Ростова-на-Дону в 1871 году. В 1868—1871 году построена дорога Елец — Грязи — Борисоглебск — Царицын и линия Козлов — Тамбов — Саратов (её строило общество Тамбово-Саратовской железной дороги, но ныне Юго-Восточная железная дорога владеет участком от Мичуринска до Благодатки включительно). В период с 1880 по 1890 год построены линии и ветви железной дороги: Харьков — Балашов, Елец — Валуйки, Таловая — Калач. В те же годы общество Рязано-Уральской железной дороги строит линии Астапово — Данков, Лебедянь — Елец, Богоявленск — Сосновка, Раненбург — Павелец с ветвью на Троекурово — Астапово, Данков — Волово, Иноковка — Инжавино.

В 1893 году было создано акционерное общество Юго-Восточных железных дорог, объединившее Козлово — Воронежско — Ростовскую и Орлово — Грязи — Царицынскую железные дороги.

В 1956 году паровозное депо Ртищево, обслуживающее самый грузонапряжённый ход Пенза — Поворино, переходит на тепловозную тягу. В 1985 году в состав Юго-Восточной железной дороги вошло Ртищевское отделение. В 1989 году — Белгородское отделение так же вошло в состав Юго-Восточной железной дороги.

В пределах дороги находится несколько заводов выпускающих продукцию для нужд железных дорог или ремонтирующих подвижной состав: Воронежский тепловозоремонтный завод, Воронежский вагоноремонтный завод, Мичуринский локомотиворемонтный завод, Тамбовский вагоноремонтный завод.

Дорога награждена орденом Трудового Красного Знамени в 1988 году.

В постсоветское время Юго-Восточная железная дорога подверглась сокращению рельсовой сети. Были демонтированы ветки Лев Толстой — Троекурово, Куликово Поле — Волово — Тёплое. На некоторых направлениях сокращались объёмы пригородного сообщения. Несмотря на это, дорога продолжает обновлять парк подвижного состава новыми электровозами ЭП1М, электропоездами ЭД9М и незначительным количеством тепловозов ТЭП70БС

 

Рисунок 1 – Схема Юго-Восточной железной дороги

 

2. Выбор топологии построения информационной оптической сети связи

 

При проектировании систем для железнодорожной связи приоритетными являются показатели надежности, которые связаны со способностью

восстановления после отказов в сети, включая отказы линий связи, узлов и оконечных устройств. Топология сети должна обеспечивать локализацию неисправностей, возможность отключения отказавшего оборудования, введение обходных маршрутов и изменения конфигурации сети.

Простота технического обслуживания сети определяется тем, насколько выбранная топология позволяет упростить диагностирование, локализацию и устранение неисправностей.

Линейной топологией, или схемой «точка-точка», принято называть схему, связывающую два узла сети (оконечные станции), на каждом из которых формируются и заканчиваются все информационные потоки, передаваемые между узлами. Для их передачи посредством ВОСП используются два волокна (по одному в каждом направлении передачи), а при резервировании волокон – четыре (резерв 1+1 или 1:1). Она является наиболее простой и используется при передаче больших цифровых потоков по высокоскоростным магистральным каналам.

Развитием линейной топологии при последовательном соединении узлов сети (или нескольких пунктов выделения каналов) является цепочечная топология с возможностью многократного ввода-вывода в узлах сети (пунктах выделения каналов) одного общего для всех пунктов выделения канала (схема «точка-многоточка») или разных каналов из единого цифрового потока.

Звездная топология сети характеризуется тем, что каждый узел сети (пункт выделения каналов) имеет двухстороннюю связь по отдельной линии с центральным узлом – концентратором (обладающего функциями мультиплексора ввода – вывода и системы кроссовой коммутации), благодаря которому и обеспечивается полная физическая связность сети. Необходимо отметить, что при общем стандартном наборе функций оборудования SDH/СЦИ, определяемом рекомендациями МСЭ, мультиплексоры, выпускаемые конкретными производителями оборудования могут не иметь полный набор вышеперечисленных возможностей, либо, наоборот, иметь дополнительные.

Наиболее характерной топологией для сетей SDH/СЦИ является кольцевая. Она характеризуется тем, что узлы сети (пункты выделения каналов) связаны линейно, но последний из них соединен с первым, образуя замкнутую петлю (кольцо). В кольце возможна организация однонаправленной и двунаправленной передачи цифрового потока между узлами сети. Основное преимущество этой топологии состоит в легкости организации защиты благодаря двум оптическим входам в мультиплексорах, позволяющих создать двойное кольцо со встречными цифровыми потоками. Система защиты организуется двумя способами. Первый способ защиты позволяет переключать «основное» кольцо на «резервное». В этом варианте блочные виртуальные контейнеры имеют доступ только к основному кольцу. В случае обрыва ВОК происходит замыкание основного и резервного колец на границах поврежденного участка. При этом приемник передатчик выходного блока мультиплексора соединяется с той его стороной, где произошел обрыв кабеля. Это приводит к образованию нового кольца. Второй способ состоит в том, что блочные виртуальные контейнеры передаются одновременно в двух противоположных направлениях по разным кольцам. Если происходит сбой в одном из колец, система управления автоматически выбирает тот же блок из другого кольца. Программы управления мультиплексорами поддерживают либо один из двух, либо оба способа защиты.

Кольцо, организованное оптическими волокнами внутри одного ВОК называется «плоским». При использовании волокон кабелей, проложенных по разным трассам между узлами сети (пунктами выделения каналов) и двунаправленной передачи цифрового потока, кольцо является «выпуклым»

Карта Юго-Восточной железной дороги представлена на рисунке 1.

 

Стилизованная схема Юго-Восточной железной дороги представлена на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – Стилизованная схема Юго-Восточной железной дороги

 

Рисунок 3 – Стилизованная схема Юго-Восточной железной дороги с сокращенными названиями станций

 

3. Структура информационной оптической сети связи  и расчет каналов на ее участках

 

Волоконно-оптические сети связи в общем случае являются двухуровневыми и состоят из транспортной или магистральной сети, и сетей абонентского доступа.

В транспортной сети циркулируют крупные цифровые потоки с максимально высокой скоростью передачи между узлами, в которых осуществляется доступ к этим потокам, их разделение на более мелкие цифровые потоки и распределение последних в сети абонентского доступа.

Особенностью существующей железнодорожной первичной сети связи является ее иерархическая структура, отражающая структуру управления технологическими процессами на дорожном, отделенческом и местном (включая внутриобъектовый) уровнях.

Дорожная сеть включает в себя дорожный (ДУ) и отделенческие (ОУ) узлы связи и соединяющие их линии передачи. По каналам и трактам дорожной первичной сети осуществляется передача информации между управлением железной дороги и отделениями дороги, а также между отделениями железной дороги.

Отделенческая сеть связи имеет ряд специфических особенностей в построении ее первичной и вторичных сетей, которые заставляют считать целесообразным выделение отделенческих связей в отдельный уровень иерархии сети. Отделенческая сеть включает в себя отделенческий узел связи (ОУ), узлы связи участковых (УС), промежуточных (ПС) и оконечных (ОС) станций и линии передачи, их соединяющие. По каналам отделенческой сети осуществляется передача информации между отделением железной дороги и станциями, а также между железнодорожными станциями.

Местную сеть связи организуют в пределах крупных железнодорожных узлов и станций. Она включает в себя местные узлы, оконечные станции, соединительные и абонентские линии передачи. Местную сеть организуется в пределах крупных железнодорожных узлов и станций, чтобы обеспечить потребности в каналах для оперативного руководства эксплуатационной работой.

При проектировании магистрали связи используются следующие каналы:

• каналы СПД (E1) – каналы систем передачи данных;
• каналы ОТС (E0) – каналы оперативно-технической связи;
• каналы ОбТС (E0) – каналы телефонной сети общего пользования.

При расчете количества каналов используются следующие коэффициенты:

• K1 – коэффициент количества каналов между станцией (ст.) и отделенческим узлом (ОУ);
• K2 – коэффициент количества каналов между двумя ОУ;
• K3 – коэффициент количества каналов между ДУ и ОУ.

 

Рисунок 4 – Схема соединений между станциями на дорожном уровне

Рисунок 5 – Схема соединений между станциями на отделенческом уровне

 

Пример расчета числа каналов для участка ОУ1 – ОУ3:

k2+2k3= K2·(E1+3/2·E0)+2 K3·(E1+3/2·E0)=600·(E1+3/2·E0)+2400·(E1+3/2·E0)= =600·E1+900·E0+2400·E1+3600·E0 =3000·E1+4500·E0

Пример расчета числа каналов E1 для участка ОУ1 – ОУ3:

4500 E0\30=150 E1

150 E1+3000 E1=3150 E1

3150 E1\63=50 STM1

 

 

Таблица 1 – Типы и количество каналов на каждом из участков железной

             дороги

№	Участок	Сумма	Расчет числа каналов при K1=200; K2=600; K3=1200	Количество Е1	Количество STM-1
1	ОУ1(ДУ) -ОУ2	k2+2k3	3000E1+4500Е0	3150Е1	50
2	ОУ1 – ОУ3	k2+2k3	3000E1+4500Е0	3150Е1	50
3	ОУ1 – ОУ4	k2+2k3	3000Е1+4500Е0	3150Е1	50
4	ОУ2 – ОУ6	k2+k3	1800E1+2700Е0	1890Е1	30
5	ОУ2 – ОУ7	k2	600Е1+900Е0	630Е1	10
6	ОУ3 – ОУ4	k2	600E1+900Е0	630Е1	10
7	ОУ3 – ОУ7	k2+k3	1800E1+2700Е0	1890Е1	30
8	ОУ4 – ОУ5	k2+k3	1800E1+2700Е0	1890Е1	30
9	ОУ5 – ОУ6	k2	600E1+900Е0	630Е1	10
10	ОУ1 – ст.1	k1	200Е1+300Е0	210Е1	4
11	ОУ1 – ст.2
12	ОУ2 – ст.11
13	ОУ2 – ст.12
14	ОУ3 – ст.3
15	ОУ3 – ст.4
16	ОУ4 – ст.5
17	ОУ4 – ст.6
18	ОУ5 – ст.7
19	ОУ5 – ст.8
20	ОУ6 – ст.9
21	ОУ6 – ст.10
22	ОУ7 – ст.13
23	ОУ7 – ст.14