Тема дипломной работы: Проектирование участка волоконно-оптической линии связи Хабаровск – Комсомольск-на-Амуре

Проектирование участка волоконно-оптической линии связи Хабаровск – Комсомольск-на-Амуре.

Данная работа на настоящий момент актуальна, т.к. этот проект находится в стадии развития. 

Введение

В настоящее время системы связи стали одной из основ развития общества. Рост потребностей в передаче информации привел к тому, что в конце 1990-х годов объемы передачи информации по международным сетям связи многократно возросли за счет такого феномена, как Интернет[1,8,22]. Последовавший рост пропускной способности каналов связи намного превысил самые смелые прогнозы (рис. В.1).

Это предъявляет новые требования к современным сетям связи, их пропускной способности. Общепринято, что удовлетворить потребности современного общества в передаче информации возможно только на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
К главным преимуществам ВОЛС относятся: высокая помехоустойчивость; слабая зависимость качества передачи от длины линии; стабильность параметров каналов ВОСП; возможность построения цифровой сети связи и самое главное - высокие технико-экономические показатели [8,12,13,14,25].
В качестве основы на ВОЛС будут использоваться системы спектрального уплотнения (WDM), а также системы синхронной цифровой иерархии (SDH). Техническая реализация таких систем – это многоканальные волоконно-оптические системы передачи (ВОСП), которые широко используются как на магистральных, так и зоновых сетях связи страны. Поэтому организация связи на отдельных участках оптических сетей будет обеспечиваться с помощью ВОСП[10,14,21,25,34] .
Экспоненциальный рост потребления фиксированного и мобильного трафика в регионах Дальнего Востока обусловил необходимость активного развития инфраструктуры в данном регионе[31,39,44,49].
Так летом 2007 г. на Сахалине была проложена подводная ВОЛС между материковой частью РФ и о. Сахалин. Общая протяженность линии составляет 214 км. Пропускная способность сети равна 2,5 Гбит/с, а максимальная емкость кабельной системы – 40 каналов по 10G. Она построена на цифровом оборудовании SDH уровня STM-16 (2,5 Гбит/сек.). Данная ВОЛС является частью проекта «Хоккайдо-Сахалин» – подводной волоконно-оптической линии между Японией и Россией. Этот проект играет большую роль не только для нашей страны, но и для всего мира, ведь данная магистраль позволила осуществить обмен трафиком между Европой и Азией, который ранее был возможен только через магистрали на дне Индийского океана.
В 2012 г. у четверки крупнейших операторов РФ появились глобальные планы на развитие отечественных ВОЛС. Так, в мае 2012 года года операторы «Ростелеком», «ВымпелКом» (бренд «Билайн»), «МегаФон» и «МТС» подписали соглашение о совместном строительстве подводной волоконно-оптической линии «Сахалин-Магадан-Камчатка». Однако, в 2014 году «большая тройка» отказалась от данного проекта и вся ответственность легла на компанию «Ростелеком». В результате, к 2017 году по дну Охотского моря были проложены и запущены в тестовом режиме две подводные ВОЛС: Сахалин - Магадан и Сахалин – Камчатка.
Пропускная способность сети должна составить 8 Тбит/с (80х100G), а общая протяженность кабелей – порядка 2 тыс. км. Волоконно-оптический кабель проложен по дну моря, что позволило в четыре раза сократить путь до Петропавловска-Камчатского по сравнению с наземным маршрутом, который проходит по безлюдным землям в зоне вечной мерзлоты и сложнейших климатических условий. После ввода в эксплуатацию подводной линии связи, она повысит уровень проникновения телекоммуникационных услуг на Камчатке и Магаданском крае, тем самым решит проблему цифрового неравенства между регионами, которая существует на Дальнем Востоке. Такая пропускная способность даст возможность предоставить жителям регионов безлимитные тарифы доступа к сети интернет на высоких скоростях, 200 различных телеканалов, в том числе, в формате HD, а также целый спектр других инновационных сервисов, таких как облачные услуги, услуги ЦОД, доступ к контент-порталам и др.
Строительство ВОЛС в самых восточных районах страны, — при оправданных инвестициях сможет создать отказоустойчивую резервируемую систему передачи данных в областях со сложными ландшафтными и климатическими условиями.
За годы существования оптоволокна были найдены способы уменьшить количество вспомогательного оборудования на линиях связи, в том числе и регенераторов. Сегодня благодаря усилителям сигнала и прочему специализированному оборудованию подводные регенераторы практически не используются. Но зато возник новый рынок – усилителей сигналов для
ВОЛС, который и сегодня успешно развивается.
Чтобы сделать процесс проведения ВОЛС менее затратным и длительным, изобретаются новые технологии передачи данных, новые оптические кабели (более надежные и мощные), новое оборудование для очистки и усиления сигнала. Кроме того, все оборудование требует проведения тщательнейших тестов перед тем, как оно станет частью сети на дне океанов, ведь малейшая недоработка или брак может стоить десятков миллионов долларов в дальнейшем[31,36,37,39,40].
Учитывая стоимость проведения ВОЛС, а также уровень их востребованности в наше время, данное направление деятельности является чрезвычайно перспективным и многообещающим.
Таким образом, решение задачи проектирования волоконно-оптической линии, соединяющей материковую часть территории Дальнего Востока, остров Сахалин и полуостров Камчатка , т.е. линии «Хабаровск – о.Сахалин – п/о Камчатка» разбивается на два больших этапа: 1 этап - проектирование линии «Хабаровск – о.Сахалин» и 2 этап – проектирование линии «о.Сахалин – п/о Камчатка». Для реализации первого этапа нам необходимо обеспечить дополнительную ВОЛС между Хабаровском и Комсомольском-на-Амуре, это не только повысит надежность линии, но и увеличит пропускную способность на данном участке до необходимых нам 8 Тбит/с.
Исходя из вышесказанного можно сформулировать цель выпускной квалификационной работы, которая заключается в решении задачи 1 этапа работ, а именно – в разработке и проектировании дополнительной ВОЛС «Хабаровск – Комсомольск-на-Амуре», являющегося одновременно магистральным и внутризоновым.
Для достижения поставленной в дипломном проекте цели необходимо решить следующие основные задачи:
1. Разработать эскизный проект внутризоновой сети, прилегающей к участку магистральной линии «Хабаровск – Комсомольк-на-Амуре». Это позволит обосновать структуру (топологию) внутризоновой сети, наметить этапы ее практической реализации.
2. Осуществить проектирование подводных участков линии. Это позволит выбрать наиболее оптимальный по технико-экономическим показателям способ реализации.
3. Обосновать выбор телекоммуникационной технологии передачи информации на участках внутризоновой сети. Это позволит грамотно состыковать проектируемую внутризоновую сеть с магистральными и международными линиями и ляжет в основу выбора конкретной ЦВОСП на опорных участках сети.
4. Провести оценку параметров проектируемой системы передачи. Это позволит осуществить обоснованный выбор типа оптического кабеля, разработать структурную и функциональную схемы ВОСП.
Решение вышеперечисленных задач будет способствовать достижению поставленной в дипломном проекте цели, а именно – построение структуры оптической сети связи на основе перспективных телекоммуникационных технологий и её технической реализации на базе современных ВОСП.
Существующая на данный момент структура внутризоновой сети «Хабаровск – Комсомольск-на-Амуре» не отвечает современным требованиям и не обеспечивает необходимую пропускную способность, что является значительным «тормозом» в дальнейшем развитии всего дальневосточного региона.
Учитывая выше сказанное, можно заключить, что тема дипломного проекта, связанная с решением задачи 1 этапа проектирования внутризоновой сети связи приоритетного региона России, а именно – «Проектировании участка волоконно-оптической линии связи Хабаровск – Комсомольск-на-Амуре» на базе современных телекоммуникационных технологий, является актуальной.

1. Теоретическая часть

1.1. Эскизное проектирование магистрально-зоновой сети [2,3,7,23,25,27]

1.1.1.Постановка задачи проектирования

Как следует из задания – целью дипломного проекта является проектирование магистрально-зоновой сети региона на основе современных и перспективных телекоммуникационных технологий.
Исходная внутризоновая сеть региона представляет из себя цифровую ВОЛС и на данный момент времени характеризуется недостаточной пропускной способностью. Данная сеть примыкает к участку магистральной линии связи «Владивосток-Новосибирск», который по сути является магистрально-международным, реализованным на линии оптического кабеля, характерной особенностью которого является высокая пропускная способность.
Для успешного решения поставленной в дипломном проекте задачи необходимо определиться со стратегией построения внутризоновой сети региона.
В соответствии с 1 этапом развития дальневосточного региона в 2007 г. была завершена прокладка волоконно-оптического кабеля на участке «Хабаровск-Южно-Сахалинск». При этом материковый сегмент был соединен с сахалинским сегментом с помощью 190-километрового подводного волоконно-оптического кабеля, уложенного на дно Татарского пролива. Данная линия реализована на базе цифрового оборудования SDH уровня STM-16 (2,5 Гбит/ с.). Планируемая максимальная емкость кабельной системы 400G (40 каналов по 10G).
Сказанное поясняется рис.1.1.

Рис.1.1. Исходная ВОЛС «Хабаровск-Южно-Сахалинск» (1 этап)

Ввод в эксплуатацию кабельной системы на Сахалин лег в основу построения высокоскоростной сети острова и, одновременно, стал частью реализации международного проекта по прокладке 570-километрового участка волоконно-оптического кабеля от Сахалина до Хоккайдо (Япония).
В качестве недостатков реализованного технического решения можно отметить следующее:
- не решена задача резервирования данной волоконно-оптической линии;
- в связи с бурным ростом трафика Интернета, емкость линии не удовлетворяет требования внутренних и внешних потребителей.
Поэтому в рамках 2 этапа с целью дальнейшего развития дальневосточного региона будут продолжены работы по устранению отмеченных выше недостатков 1 этапа, а именно – решение задачи резервирования и существенное увеличение пропускной способности сети (от сотен Мбит/с до единиц Тбит/с).
Решение данных задач и будет являться целью данного дипломного проекта.
На следующем 3 этапе запланировано строительство подводной ВОЛС «Сахалин-Магадан-Камчатка». В мае 2012 г. подписано соглашение между ОАО «Мобильные Теле Системы», ОАО «Ростелеком», ОАО «Вымпелком» (товарный знак «Билайн») и ОАО «Мегафон» о проведении совместных работ. Проектные работы планируется завершить в 2013 г. Планируемая пропускная способность системы составит 8 Тбит/с.
Прокладка новой линии повысит уровень проникновения телекоммуникационных услуг на Камчатке и Магаданском крае, тем самым решит проблему цифрового неравенства между регионами Дальнего Востока. Волоконно-оптический кабель будет проложен по дну Охотского моря, что позволит в четыре раза сократить путь до Петропавловска-Камчатского по сравнению с наземным вариантом прокладки, который проходит по безлюдным землям в зоне вечной мерзлоты и сложнейших климатических условиях.