Лазер
накачки обеспечивает активизацию легированного
отрезка оптического волокна, и, конечно,
для него требуются корпус и питание. В
современных волоконно-оптических линиях
примерно на каждом сотом километре кабеля
располагается EDFA и лазер накачки. Таким
образом, магистраль протяженностью 3000
км должна содержать 30 таких устройств.
Вот почему компании, предоставляющие
услуги в области связи, так заинтересованы
в разработке DWDM-систем с оптическими
усилителями, в которых настолько велико
расстояние между промежуточными усилителями-ретрансляторами.
В демультиплексоре
выходной оптический сигнал снова разделяется
по длинам волн. Для этого в демультиплексоре
используется набор зеркал, сквозь которые
проходит весь свет, кроме лучей с заданной
длиной волны. Таким образом, каждое зеркало
отражает излучение с определенной длиной
волны, направляя его на соответствующий
приемник. На рис. 7.16 показано, как работает
такой DWD-демультиплексор.
Для упрощения
мы привели схему, рассчитанную на демультиплексирование
только четырех сигналов, хотя на практике
многие системы обеспечивают разделение
до 64 сигналов с разными длинами волн.
Рис. 2.21 Оптический демультиплексор
Рассмотрев
рис. 2.20, нетрудно сделать вывод, что технология
DWDM может быть реализована в двух вариантах
— однонаправленном и двунаправленном.
В однонаправленной системе DWDM все сигналы
с разными длинами волн проходят по оптическому
волокну в одном направлении.
Поэтому
для передачи данных в противоположном
направлении необходимо второе волокно.
В двунаправленной системе DWDM для передачи
сигналов в двух направлениях спектральные
каналы разбиваются на две группы. Хотя
при этом отпадает необходимость во втором
волокне, общая пропускная способность
системы снижается и, кроме того, каждый
мультиплексор теперь должен выполнять
две операции - и мультиплексирование,
и демультиплексирование. Из-за этого
усложняется терминальное оборудование.
2.8.3 Другие компоненты DWDM
Два важных
компонента систем DWDM заслуживают особого
внимания. Это мультиплексор ввода-вывода
(Add/Drop Multiplexer, ADM) и оптический коммутатор.
Мультиплексор ввода-вывода, как следует
из его названия, выполняет выборочный
ввод сигналов с определенными длинами
волн в оптическое волокно и вывод их из
него без преобразования оптического
сигнала в электрический. На рис. 2.22 схематически
изображено одно из таких устройств. Они
используются ь тех местах DWDM-коммуникаций,
где собирается большое количество речевых
и информационных сигналов, которые уплотняются
в спектральные каналы и затем добавляются
в DWDM-систему. Подобным же образом в определенных
точках сети сигналы с заданными длинами
волн могут удаляться (выводиться) из системы.
Рис. 2.22 При помощи мультиплексора
ввода-вывода сигналы с определенными
длинами волн могут выборочно вводиться
в волокно, по которому передается несколько
сигналов, и выводиться из него
Вторым
важным компонентом DWDM-систем, который
в настоящее время проходит стадию испытаний
и вскоре появится в коммерческом исполнении,
является оптический коммутатор. Это устройство
с N входными
и N выходными портами, позволяющее направлять
сигнал с определенной длиной волны из
любого входного порта в любой выходной
порт. Сейчас несколько компаний тестируют
оптические коммутаторы. В 2001 году был
достигнут значительный прогресс в разработке
оптических коммутаторов на основе миниатюрных
электромагнитных зеркал, выполненных
по технологии, получившей название MEMS
(микроэлектромеханические системы).
На рис.
2.22 приведен пример оптического коммутатора N*N. Обратите внимание, что на вход коммутатора
могут подаваться сигналы с различными
длинами волн из демультиплексора DWDM или
непосредственно из других оптических
систем, совместимых с оптическим коммутатором.
Подобным же образом выходной сигнал оптического
коммутатора может быть направлен на один
из портов мультиплексора DWDM или в другую
оптическую систему связи. Так, при использовании
оптических коммутаторов в коммуникационных
центрах обеспечивается значительная
гибкость маршрутизации между DWDM-системами
сигналов с разными длинами волн. Работая
непосредственно со световыми лучами,
оптические коммутаторы позволяют обойтись
без преобразования оптических сигналов
в электрические и обратно, а также затрат
на соответствующее дорогостоящее оборудование.
2.8.4 Пространственное
разделение каналов и
стандартизация DWDM
Самым важным параметром в технологии
плотного волнового мультиплексирования
бесспорно является расстояние между
соседними каналами. Стандартизация пространственного
расположения каналов нужна, уже хотя
бы по тому, что на ее основе можно будет
начинать проведение тестов на взаимную
совместимость оборудования разных производителей.
Сектор по стандартизации телекоммуникаций
Международного союза по электросвязи
ITU-T утвердил частотный план DWDM с расстояние
между соседними каналами 100 ГГц (
нм), (табл. 6). В тоже время большие дебаты
продолжают идти вокруг принятия частотного
плана с еще меньшим расстоянием между
каналами 50 ГГц (
нм). Без понимания того, какие ограничения
и преимущества имеет каждый частотный
план, операторы связи и организации, планирующие
наращивание пропускной способности сети,
могут столкнуться со значительными трудностями
и излишними инвестициями.
Сетка 100 ГГц. В табл. 2.7 показаны
сетки частотного плана 100 ГГц с различной
степенью разреженности каналов. Все сетки
кроме одной 500/400 имеют равноудаленные
каналы. Равномерное распределение каналов
позволяет оптимизировать работу волновых
конвертеров, перестраиваемых лазеров
и других устройств полностью оптической
сети, а также позволяет легче выполнять
ее наращивание.
Реализация той или иной сетки
частотного плана во многом зависит от
трех основных факторов: типа используемых
оптических усилителей (кремниевого или
фтор-цирконатного) скорости передачи
на канал - 2,4 Гбит/с (STM-16) или 10 Гбит/с (STM-64),
влияния нелинейных эффектов, причем все
эти факторы сильно взаимосвязаны между
собой.
Стандартные EDFA на кремниевом
волокне имеют один недостаток - большую
вариацию коэффициента усиления в области
ниже 1540 нм,что приводит к более низким
значения соотношения сигнал/шум и нелинейности
усиления в этой области. Одинаково нежелательны
как сильно низкие, так и сильно высокие
значения коэффициента усиления. С ростом
полосы пропускания минимальное допустимое
по стандарту соотношение сигнал/шум возрастает
- так для канала STM-64 оно на 4-7 дБ выше, чем
для STM-16. Таким образом, нелинейность коэффициента
усиления кремниевого EDFA сильней ограничивает
размер зоны для мультиплексных каналов
STM-64 (1540-1560 нм), нежели чем для каналов STM-16
и меньшей емкости (где можно использовать
практически всю зону усиления кремниевого
EDFA, несмотря на нелинейность).
Сетка 50 ГГц. Более плотный,
пока не стандартизированный частотный
план сетки с интервалом 50 ГГц позволяет
эффективней использовать зону 1540-1560 нм,
в которой работают стандартные кремниевые
EDFA. Наряду с этим преимуществом, есть
и минусы у этой сетки. Во первых, с уменьшением
межканальных интервалов возрастает влияние
эффекта четырехволнового смешивания,
что начинает ограничивать максимальную
длину межрегенерационной линии (линии
на основе только оптических усилителей).
В настоящее время ведутся работы
по созданию надежных фтор-цирконатных
EDFA, обеспечивающих большую линейность
(во всей области 1530-1560 нм) коэффициента
усиления. С увеличением рабочей области
EDFA становится возможным мультиплексирование
40 каналов STM-64 с интервалом 100 ГГц общей
емкостью 400 ГГц в расчете на волокно.
Рис.2.23 Спектральное размещение
каналов в волокне
2.9 Расчет надежности
волоконно-оптического передающего
устройства
Надежностью называется
свойство объекта, системы, изделия, устройства
или их частей выполнять заданные функции,
сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в заданных
пределах, соответствующих заданным режимам
и условиям эксплуатации, технического
обслуживания, хранения и транспортировки.
Расчет надежности основывается
на следующих допущениях:
Все элементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсивность отказов
для этих элементов одинакова;
Все элементы работают в нормальных
технических условиях;
Интенсивность отказов всех
элементов не зависит от времени (срока службы);
Отказы элементов являются
событиями случайными и независимыми;
Все элементы работают одновременно;
Отказ любого элемента приводит
к отказу всей системы;
При расчете надежности
блока волоконно-оптического передающего
устройства необходимо определить
вероятность безотказной работы
устройства в произвольном интервале
времени t, которая определяется
выражением:
,
где L – интенсивность отказов
устройства;
t – время, за которое определяется
вероятность безотказной работы.
Интенсивность отказов элементов
в рабочем режиме определяется по формуле:
(2.1)
где
номинальная интенсивность отказов,
определяемая по таблицам средне групповых
интенсивностей отказов для каждой группы
элементов;
коэффициент учитывающий уровень
электрической нагрузки и температуру
среды непосредственно у элемента;
коэффициент учитывающий условия
эксплуатации.
(2.2)
где коэффициент
для стационарной аппаратуры;
для относительной
влажности до 98% при температуре
40°С из табл.4.3 [17];
при эксплуатации на
высотах до 1км;
Подставляя численные значения
в (6.2) получаем:
Значения
находим для каждой группы элементов,
учитывая что при разработке принципиальной
схемы выбор элементной базы был произведён
из условия, что бы коэффициенты нагрузки
элементов не превышали рекомендуемых
значений, а эксплуатация происходит в
наихудших условиях (tmax = 60°C).
Интенсивность отказов элементов
i-й группы определяем по формуле:
(2.3)
где
количество элементов в i-й группе.
Для определения параметра
потока отказов всего блока воспользуемся
следующей формулой:
(2.4)
где k- количество групп элементов.
Подставляя численные значения
из табл.6.1 получаем:
Средняя наработка на отказ
для нормального закона распределения
определяется по формуле:
(2.5)
Вероятность безотказной работы
устройства p(t) определяем
по формуле:
(2.6)
График зависимости приведён
на рис.6.1.
Используя формулу (6.6) определим
вероятность безотказной работы в течении
одного года(8760часов):
Рис. 2.20 Зависимость вероятности
безотказной работы от времени
Среднее время восстановления
работоспособности блока волоконно-оптического
передающего устройства определим по
формуле:
(2.7)
где
- коэффициент одновременной замены
элементов,
.
Коэффициент готовности
определяется по формуле:
(2.8)
3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЧАСТЬ
3.1 Технико-экономическое
обоснование
Технология оптической системы,
цель объединения сетей на базе протокола
IP – это уменьшение общих затрат, суммирующихся
не только из капитальных расходов на
приобретение и инсталляцию телекоммуникационного
оборудования, но и так же из затрат на
его содержание. Теоретически – одна объединенная
сеть уменьшила бы потребность в техническом
персонале – одни и те же специалисты
стали бы заниматься и телефонией, и системами
передачи потоков данных. При наличии
одного канала доступа в распределенной
сети связи также снизило бы ежемесячные
траты. Направляя речевой трафик через
корпоративную магистральную сеть передачи
данных, можно значительно снизить затраты
на стандартные телефонные услуги. Уменьшение
количество используемого оборудования
гораздо уменьшает стоимость. Использование
технологии IP-телефонии позволяет экономить
около 70% средств на затраты, около 60-80%
средств, выделяемых для организаций каналов
доступа и около 50% средств на текущее
обслуживание и ремонт сетей.
3.2 Расчет
затрат на разработку устройства
Экономическая часть данного
дипломного проекта представляет расчет
затрат на сборку (fast-сетей) технологии
Frame Relay который заключается в определении
себестоимости. Себестоимость (С) это затраты
на производство продукции выраженное
в денежной форме. Затраты, являющиеся
элементами себестоимости, определяются
в отраслевых методических указаниях
по планированию, учету и калькулированию
себестоимости продукции.
Затраты на сборку (fast-сетей)
технологии Frame Relay состоят из :
- материальные затраты (затраты
на комплектующие детали) Зм;
- заработная плата (Зп);
- отчисления на социальные
нужды (Зо);
- электроэнергия на производственные
нужды (Зэ);
- прочие производственные
расходы (Зпр).