Контрольная работа по «Проектирование цифровых систем»

Основним елементом оптичного кабелю є оптичне волокно (світловод), виконане у вигляді тонкого скляного волокна циліндричної форми, по якому передаються світлові сигнали з довжинами хвилі 0,85... 1,6 мкм. Світловод має двошарову конструкцію і складається з серцевини і оболонки з різними показниками заломлення.

Серцевина служить для передачі електромагнітної енергії.

Призначення оболонки - створення кращих умов відбиття на границі «серцевина - оболонка» і захист від перешкод з навколишнього простору. В існуючих конструкціях оптичних кабелів застосовуються світлопроводи двох типів: багатомодові (ступінчасті і градієнтні) і одномодові. За частотно - пропускної здатності та дальності передачі кращими є одномодові світловоди.

 

Рисунок 2.6 - Типы оптических кабелей связи

 

Все різноманіття існуючих типів кабелів можна розділити на три групи:

• кабелі з повивной концентричній скруткою;
• кабелі з фігурним сердечником;
• плоскі кабелі стрічкового типу.

В оптичних кабелях крім оптичного волокна, як правило, є наступні елементи:

• силові зміцнюючі стрижні, які сприймають на себе поздовжнє -навантаження на розрив;
• армуючі елементи, що підвищують стійкість кабелю при механічних впливах;
• заповнювачі у вигляді суцільних пластмасових ниток;
• зовнішні захисні оболонки, що оберігають кабель від проникнення вологи, парів шкідливих речовин і зовнішніх механічних впливів.

В даний час оптичні кабелі випускаються як вітчизняними, так і зарубіжними компаніями. У Росії великими виробниками оптичних кабелів є: ЗАТ «Москабель - Фуджікура», ЗАТ НФ «Електропровід», ЗАТ «Самарська оптична кабельна компанія» і ВАТ «Завод Саранськкабель».

У даному дипломному проекті для реалізації транспортної мережі будуть використані три типи оптичних кабелів: для прокладки в грунті, підвісний і для прокладки в каналізації. Перевагу у виборі виробника оптичного кабелю віддано продукції ЗАТ НФ «Електропровід». Основні параметри обраних оптичних кабелів для будівництва транспортної мережі показані в таблиці 2.4

 

Таблиця 2.4 - Основні параметри оптичних кабелів

Параметры	Тип прокладки кабеля
	в канализации	в грунте	подвесной
Марка кабеля	ОКС-М	ОКБ-Т	ОКА-Т
Число оптических волокон	4 – 72	4 – 24	4 – 24
Компания – производитель волокна	Fujikura	Fujikura	Fujikura
Тип волокна	ОМ	ОМ	ОМ
Число пластмассовых (металлических) модулей	6 – 12	1 (метал.)	1 (метал.)
Диаметр трубки модуля, мм	2	3,0 – 6,0	3,0 – 6,0
Число/диаметр корделей	-/2,0	-/3,0 – 6,0	-/3,0 – 6,0
Внешний диаметр кабеля, мм	15,0	18,5	18,5
Масса кабеля, кг/км	190	436	540
Рабочая температура окружающей среды, °С	-40 - +50	-40 - +50	-60 - +60
Минимальный радиус изгиба кабеля, мм	250	250	300
Допустимое растягивающее усилие, кН	1,5	7,0	3,5 – 7,0
Длина поставки, км	2,0	2,0	2,0

 

На наступному етапі курсової роботи визначимо сумарне затухання на одній з ділянок проектованої транспортної мережі між комутатором «Cisco ME 3600X 24CX» і маршрутизатором «Cisco 7603 OSR». Сумарні втрати aУ на ділянці мережі розраховуються за формулою:

 

aУ = nрс • AРС + nнс • aнс + at + aв, (3.11)

 

де nрс - кількість рознімних з'єднувачів, nрс ≈ 3;

AРС - втрати в роз'ємних  з'єднаннях, AРС ≈ 0,6 дБ;

nнс - кількість нероз'ємних  з'єднань;

aнс - втрати в нероз'ємних  з'єднаннях, aнс ≈ 0,02 дБ;

at - допуск на температурні  зміни загасання оптичного волокна, at = 1 дБ;

aв - допуск на зміну  характеристик компонентів на  ділянці з часом, aв ≈ 5 дБ.

Кількість нероз'ємних з'єднань розраховується за формулою:

 

 (3.12)

 

де Lуч - довжина ділянки, Lуч ≈ 9 км;

lсд - будівельна довжина  кабелю, згідно таблиці 3.1 lсд = 2 км.

aУ = 3 • 0,6 + 3 • 0,02 + 1 +5 ≈ 7,8 (дБ)

Сумарне затухання на одній з ділянок проектованої транспортної мережі між комутатором «Cisco ME 3600X 24CX» і маршрутизатором «Cisco 7603 OSR» склало приблизно 7,8 дБ.

 

2.3 Вибір обладнання мережі  LTE

 

2.3.1 Вибір керуючого обладнання  мережі LTE

Управління абонентськими сесіями і послугами в мережах LTE здійснюється за допомогою базової пакетної мережі EPC (Evolved Packet Core). Мережа ЕРС містить наступні вузли та логічні елементи:

ММЕ (Mobility Management Entity) - вузол керування мобільністю - відповідає за вирішення завдань управління мобільністю абонентського терміналу, управління безпекою мобільного зв'язку (NAS Security), управління службою передачі даних;

SGW (Serving Gateway) - обслуговуючий  шлюз мережі LTE - відповідає за  обробку та маршрутизацію пакетних  даних вступників із / в підсистему  базових станцій;

PGW (Public Data Network Gateway) - шлюз  від / до мереж інших операторів - відповідає за передачу голосу  і даних з / в мережі оператора LTE в інші мережі 2G, 3G, яку не-3GPP та Internet;

HSS (Home Subscriber Server) - сервер  абонентських даних;

PCRF (Policy and Charging Rules Function) - вузол  виставлення рахунків абонентам  за надані послуги;

DHCP / DNS - сервер виділення IP-адрес.

Рішення з реалізації мережі EPC LTE розроблені компанією «Cisco Systems». Основою ідеї реалізації стало поєднання функцій MME, SGW і PGW в одному шасі мультисервісної платформи «Cisco ASR 5000 PCS3», як показано на малюнках 2.6 і 2.7.

Маршрутизатор «Cisco ASR 5000 PCS3» спеціально розроблений для мобільних широкосмугових мереж. Він відрізняється розподіленою архітектурою, вбудованими інтелектуальними функціями, масштабованість і надійністю.

Рисунок 2.7 - Решение компании "Cisco Systems" по объединению функций сети ЕРС на базе одной платформы "Сisco ASR 5000 PCS3"

 

Платформа «Cisco ASR 5000 PCS3» дозволяє оператору зв'язку нарощувати продуктивність і ємність без масових закупівель додаткового обладнання. Маршрутизатор «Cisco ASR 5000 PCS3» у своїх мережах використовують більше 250 операторів мобільного зв'язку в світі.

Переваги платформи «Cisco ASR 5000 PCS3»:

• інтегровані мережеві функції, вбудовані сервіси з високою пропускною здатністю;
• резервування всіх компонент;
• автоматичне відновлення абонентських сесій в рамках одного шасі;
• функція копіювання процесів та їх станів;
• доступність платформи 99,9999%;
• відновлення сесій не перевищує 2 сек.;
• відсутність спеціалізованих виділених сервісних плат і модулів;
• процесорні ресурси автоматично адаптуються до потреб системи;
• захист пам'яті для окремих процесів;
• загальне програмне забезпечення;
• оновлення програмного забезпечення здійснюється без переривання сервісів;
• програмні функції розподілені по всій платформі.

Архітектура платформи «Cisco ASR 5000 PCS3» показана на мал 2.8.

 

Рисунок 2.8 – Архитектура платформы «Cisco ASR 5000 PCS3»

 

Головною відмінністю платформи «Cisco ASR 5000 PCS3» є наявність вбудованих сервісів «In-line Services»:

DPI - глибока інспекція  пакетів - дозволяє аналізувати трафік  і персоніфікувати послуги, надаючи  абонентам різні якість обслуговування  та гнучкі правила тарифікації  залежно від типу трафіку;

• виявлення трафіку однорангових протоколів в реальному масштабі часу; визначає різні правила: пропуск або блокування, специфічна тарифікація, контроль споживаної смуги пропускання;
• фільтрація контенту на основі аналізу URL в запитах Нттр від мобільних абонентів;
• персональний NAT / Firewall.
• Коротка технічна характеристика платформи «Cisco ASR 5000 PCS3»:
• пропускна здатність: 320 Гбіт / с;
• кількість сесій: 4 млн.;
• мережеві інтерфейси: 10/100/1000 Ethernet, 10 Гбіт / с Ethernet, OLC / CLC Line Cards (ATM, POS, Frame Relay);
• вхідна напруга: DC 40 - 60 В;
• розміри (в Ч ш Ч г): 63,23 Ч 44,45 Ч 60,95 мм;
• повна маса: 139,25 кг;
• максимальна потужність: 800 Вт;
• допускається встановлення до трьох «Cisco ASR 5000 PCS3» в стійку 42 RU.

 

2.3.2 Вибір обладнання базової  станції eNode Band LTE

Основні постачальники обладнання базової станції eNB LTE в Росії будуть компанії «Nokia Siemens Networks», «Huawei» і «Ericsson». В кінці 2011 року в нашій країні було запущено власне виробництво обладнання eNB LTE на базі науково-виробничої фірми «Микран» під контролем компанії «Nokia Siemens Networks» в місті Томську.

При виборі обладнання базової станції eNB LTE потрібно керуватися, в першу чергу, здатністю підтримки даними обладнанням інших стандартів мобільного зв'язку. Так само не варто забувати про заплановану вихідної потужності приймача-TRX та інших технічних характеристиках.

Для планованої мережі, враховуючи її особливості, можна зробити вибір на користь обладнання компанії «Nokia Siemens Networks». Як устаткування радіодоступу пропонується використовувати базову станцію «Flexi Multiradio».

За даними НВФ «Микран», мультістандартний базова станція «Flexi Multiradio» пропонує унікальні можливості з побудови сайтів. При використанні даної eNB гарантується низьке електроспоживання, відповідність вимогам ємності при постійно зростаючому мобільному трафіку і висока спектральна ефективність.

Антенна система «Flexi Multiradio» заснована на технології активних антен, яка об'єднує антену і радіоустаткування в єдиний функціональний блок, що має окремі підсилювачі потужності для кожного елемента антени. Активна антена дозволяє здійснювати формування променів - фокусування окремого радіоподключенія і його напрямок на конкретного користувача.

Базова станція «Flexi Multiradio» встановлена і функціонує у більш ніж 200 операторів мобільного зв'язку в світі і удостоєна ряду нагород за програмне керування радіомережею та енергоефективність.

Базова станція «Flexi Multiradio» складається з двох основних елементів: системного модуля для цифрової обробки сигналів і радиомодуля з трьома прийомопередавачами.

Базова станція «Flexi Multiradio» показано на малюнку 2.9

 

Рисунок 2.9 - Базовая станция "Flexi Multiradio" компании «Nokia Siemens Networks»

 

Радіочастотний модуль з трьома прийомопередавачами зображений на малюнку 2.10. Повна назва продукту: «Flexi RF Module Triple 90 W». Радіомодуль відповідає за обробку радіочастотних сигналів. Універсальний радіомодуль «Flexi Multiradio» можна використовувати при будь-якому типі установки, зокрема, при встановленні всередині і зовні приміщень, при розподільній установці, установці на опорах.

Потужність вихідного сигналу радиомодуля з розрахунку на один сектор може досягати 240 Вт; так само радіомодуль може забезпечувати подачу вихідного сигналу потужністю 80 Вт на кожен з трьох секторів. Модуль здатний розподіляти несучі в діапазоні 60 МГц. Радіомодуль підтримує будь-яке поєднання технологій GSM, 3G, LTE і LTE +.

 

Рисунок 2.10 - Радиочастотный модуль "Flexi RF Module Triple 90 W"

 

2.3.3 Вибір обладнання електроживлення

Електроживлення обладнання базової станції здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В. Напругу живлення 220 В взято з трансформаторної підстанції (ТП) і заведено в приміщення для розміщення обладнання базової станції.

Напругу живлення надходить у ввідно-розподільний пристрій, звідки живлення подається на контур загального освітлення, систему опалення, кондиціонер і джерело безперебійного живлення (ДБЖ) змінного струму.

ІПБ змінного струму включає в себе випрямно-зарядний пристрій, блок акумуляторних батарей та інвертор. Від випрямно-зарядного пристрою харчування постійного струму 48 В подається на комутатор «Cisco ME 3600 X 24CX», підзарядку акумуляторних батарей та інвертор. Акумуляторна батарея включається в роботу у разі припинення подачі живлення від ТП. Інвертор перетворює постійний струм напругою 48 В у змінний струм напругою 220 В і живить радіомодулі «Flеxi Multiradio» (РМ).

Для захисту внутрішнього обладнання від перенапруги в розріз кабелю живлення ставляться грозорозрядники, з'єднані з «землею» через заземлювальну шину (ГЗШ).Схема электропитания базовой станции показана на рисунке 2.11.

 

Рисунок 2.11 - Схема электропитания базовой станции

 

Зробимо розрахунки потужності споживаної обладнанням для визначення типу автоматичних вимикачів, групи обліку електроенергії і ДБЖ змінного струму.

 

2.3.4 Розрахунок споживаної потужності

Щоб знайти потужність по змінному струму (РАС), потрібно потужність по постійному струму (РDC) розділити на коефіцієнт корисної дії (ККД) випрямних пристроїв (0,8 - 0,9).

Вихідні дані для розрахунку споживаної потужності наведені в таблиці 2.5

 

Таблиця 2.5 - Вихідні дані для розрахунку потужності

Оборудование	Количество, шт.	Потребляемая мощность, Вт	РАС/РDC
Радиомодуль «Flexi Multiradio» (РМ)	3	790	РАС
Коммутатор «Cisco ME 3600 X 24CX» (КОМ)	1	228	РDC

 

Потужність по змінному струму визначається за формулою:

 

РАС = РDC / 0,8 (4.1)

 

РКОМ = 228/0, 8 = 285 (Вт).

Для того, щоб знайти сумарну потужність Рсум споживану обладнанням, скористаємося такою формулою: