Магистральды ТОБЖ-нің техникалық сипаттамаларының есептері

 

Мазмұны

 

Кіріспе

1. SТМ-64 сандық жаңғырту жүйесінің негізгі қағидалары

1.1. Синхронды сандық иерархияның негіздері

1.2. Ақпарттық ағындардың мультиплекаторлық әдістері

2. ТОБЖ туралы негізгі мәліметтер    

2.1. Талшықты – оптикалық кабельдер    

2.2. Оптикалық талшықтар. Жалпы талаптар    

2.3. Оптикалық талшықтардан жарық сәулелерін тарату    

2.4. Оптикалық талшықтарда  таралатын модалар    

2.5. Бір модалы оптикалық талшықтар    

2.6. Константты таралу және фазалық жылдамдық      

3.Оптикалық талшықтарда орындалатын үдерістер және олардың жылдамдыққа әсері мен ақпараттарды беру қашықтығы

3.1. Оптикалық талшықтардың әлсіреуі   

3.2. Дисперсия    

3.3. Дисперсиялық ортада жарық импульстерінің таралуы    

3.4. Поляризацияланған модалық дисперсия    

4. Қисық дисперсияны компенсациялау әдісі    

4.1. Дисперсияны компенсациялау әдістері    

4.2. Дисперсияны компенсациялайтын оптикалық талшықтар    

4.3. Айнымалы кезеңдегі брэгговтық торламалардың компенсаторлары   

4.4. Планарлық интерферометрлердің және микро-оптикалық құрылғылардың негізіндегі қисық дисперсияның компенсаторлары

4.5. Жаңғырту арқылы басқару немесе сәулелену қабылдағыштарына негізделген дисперсияның компенсациялау тәсілдері

5. Магистральды ТОБЖ-нің техникалық сипаттамаларының есептері    

5.1. Дисперсияны және кедергілерді есептеу кезінде қолданылатын қабылдап-өткізу жабдықтардың немесе ТОК-дің құжаттық техникалық мәліметтері 

5.2. ТОБЖ дисперсиясының есебі    

5.3. Энергетикалық бюджеттің есебі    

5.4. Дисперсияны компенсациялау есебімен бірге байланыс желісінің есебі

Қорытынды ......………………….………………………………………………….62

Қолданылған әдебиеттер тізімі.............…………………………………..……….65

Белгіленуі және қысқартылуы..................................................................................62

Қосымша……..........………………………………………………………........…...68

 

 

Кіріспе

Соңғы жүз жылдықта, әсіресе, соңғы он жыл көлемінде техника саласының ғарыштап  дамыған уақыты болды. Өсу, дамудың барысы әлбетте білім беру жүйесіне де өз ықпалын тигізіп отыр. Қазір кез-келген салада техниканың ролі өте зор екені даусыз.

 Кең байтақ даламызда домбыраның қос ішегіндей тартылған темір жолдар ел мен елді, жер мен жерді байланыстырып, жолаушылар мен жүк тасымалында тоқтаусыз қызмет етуді қамтамасыз етіп келеді. Қашаннан да теміржол – тіршіліктің қуатын арттыратын күре тамыры екені белгілі. Осы ретте сан мыңдаған жолаушылар тағдырын «мойнына алған», тонналап жүк тиеген пойыздардың қауіпсіз қозғалысын сақтау – теміржол саласындағы ең өзекті мәселелердің бірі. Бүгінгі таңда еліміздегі тасымалданатын жүктердің 70 пайызға жуығы теміржол көліктеріне тиесілі екен. Бұл теміржол саласының ел ішіне үлкен сенімге ие екендігін айғақтай түседі. Осыған орай, теміржол мамандарын дайындайтын оқу орындарының да міндеттері мен жауапкершіліктері өте қатаң болмақ. Бүгінгі күнде теміржол тасымалын дамытуда инновациялық технологиялардың маңызы зор. Мәселен, айтар болсақ:

- жаңаша жол техникаларын пайдалану арқылы негізгі магистральдардың инфраструктурасын қалыптастыру;

- жаңа теміржол желілерінің құрылысын жүргізу;

- басқарудың автоматтандырылған диспетчерлік орталықтандырылуын және талшықты – оптикалық байланыс желісінің құрылысын өзіне қосатын тасымалдау процесінің басқару орталығын толықтай ақпараттандыру;

- локомотив және вагон жасау заводтарын, сондай-ақ оларға заводтық және деполық жөндеу жұмыстары мен жылжымалы құрамдарды жаңарту жұмыстарын дамыту;

- отандық ғылыми орталықтарды ашу;

- өндірістік жұмыстардың сапасын арттыруда заманауи диагностикалық құрылғыларды пайдалану.

Теміржол саласы мамандарының алдында тұрған тағы бір маңызды міндет – пойыздар қозғалысы қауіпсіздігін қамтамасыз етіп, ақау оқиғаларын болдырмау. Уақыт талабымен санасып, қарышты қадам басып, ел экономикасына елеулі үлес қосып келе жатқан теміржол көлігіндегі тасымал қызметін арттырып, қауіпсіздікті қамтамасыз етуде ақпараттық, технологиялық жобалардың қажеттілігі белгілі. Заманауи ақпараттық технологиямен толықтырылып жатырған болат жолдың саласы төмендегідей құрылғылармен уақыт өткен сайын жаңаруда:

- диспетчерлік орталықтандыру мен диспетчерлік бақылаудың жаңа жүйелері;

- қолданыстағы тасымал процесі жүйесін дамытып, заманауи жүйемен алмастыру;

- телекоммуникациялық инфрақұрылымды қалыптастыру жұмыстарын жүзеге асыру;

- теміржол құрылысының жаңа заманға сай рельс бекітпелерін, бағдаршамдардың бағыттама бұрмалармен байланысуын, локомотивтердің жаңа түрлерінің қолданысқа енгендігін.

Телекоммуникация және жаңғырту әлемі жиілікті ресурстардың динамикалық дамушы сұраныстармен тығыз байланысты. Бұл үрдіс негізінен Internet қолданушылардың саны өсуімен және халықаралық ақпараттардың жеткізілу көлемінің өсуімен байланысты. Сондықтан да, байланыс жабдықтарын жеткізушілер заманауи ақпарттық желілерді құру кезінде талшықты – оптикалық кабельдер жүйесін жиі қолданады.  Бұл телекоммуникациялық магистральдың тартылуы мен локкальды сандық желінің құрылысына тікелей қатысты. Оптикалық талшықтар (ОТ) қазіргі уақытта ақпартты беруге арналған толықтай физикалық орта және белгіленген арақашықтықта ақпараттың көп ағынын беруге арналған болашағы мол орта болып саналады.

Талшықты – оптикалық байланыс желісін (ТОБЖ) кең көлемде қолдану шет елдерде 40 жыл бұрын басталған.   Аймақ аралық масштабта синхронды сандық иерархияның (SDH) талшықты-оптикалық желісінің құрылысы алдыңғы қатарда тұр. Біздің өмірімізге талшықты – оптикалық интерфейс Ethernet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM локальды және аймақты желілер арқылы енгізілді. 

Қазіргі уақытта бүкіл әлемнің байланыс қызметін жеткізушілері бір жыл ішінде жер астымен, мұхиттардың, өзендердің түбінен, тоннелдер мен коллекторлар арқылы талшықты – оптикалық кабельдердің мыңдаған киллометрлерін орналастыруда. Көптеген компаниялар: соның ішінде IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Alcoa Fujikura, Siemens, Pirelli ірі компаниялар талшықты – оптикалық технология аймағына қарқынды зерттеу жұмыстарын жүргізуде.  Алдыңғы қатарлы технологияларға талшықты- оптикалық магистарльдың өткізу қабілетін өсіру мүмкіндігіне ие DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) толқынының ұзындығы бойынша өте тығыз толқынды мультипликация әдісін  жатқызуға болады. ТОБЖ қолдану аймағы барынша кең көлемді – қалалық және ауылдық байланыс пен борттық комплекстерден (ұшақ, ғарыш кемесі, корабльдер, теміржол көліктері) жоғарғы ақпараттық сыйымдылыққа ие үлкен арақашықтықтағы байланыс жүйелеріне дейін. Оптикалық талшықты байланыс негізінде ақпарат берудің жаңа жүйелері пайда болуы мүмкін. ТОБЖ базасында бірегей көп мақсатты интегральды желі өрбиді. Талшықты – оптикалық жүйені көріністердің жоғарғы сапасын қамтамасыз ететін және абоненттерге ақпараттық қызмет көрсету мүмкіндігін кеңейтетін кабельдік телевиденияда коп қолданады.

Көп канальды ТОБЖ халықаралық магистральды және аймақтық байланыс желілерінде, сондай-ақ, СОБ құрылғыларын байланыстыру тораптарында кеңінен қолданады. Бұл бір ОТ бір уақытта  әр түрлі толқынның ұзындықтарына көптеген ақпарттық сигналды тарата алуымен түсіндіріледі, яғни, оптикалық кабельдер (ОК) бойынша ақпараттың өте үлкен көлемін беруге болады. Әсіресе, теміржол және су асты оптикалық магистралындары тиімді және үнемді. ОК негізінде әр түрлі топологиядағы (сақиналы, жұлдызшалы және т.б.) локальды сандық желілер пайда болады.  Мұндай желілер сандық орталықтарды біріккен ақпараттық жүйеде жоғарғы өткізу қабілетімен, сапалылығымен және рұқсат етілмеген желілерден қорғау қасиетімен біріктіреді. ОК жеңілдігі, аз габариттілігі, тұтанбайтындығы байланыс аппараттарында және мобильдік құрылғыларда өте қолайлы.

«Бейнеу –Жезқазған» теміржол құрылысы жолға төселіп, сигналдандыру және байланыс саласының құрылысы басталған кезде басқарудың автоматтандырылған диспетчерлік орталықтандырылуын және талшықты – оптикалық байланыс желісінің құрылысын өзіне қосатын тасымалдау процесінің басқару орталығын толықтай ақпараттандыру жүйесі Бейнеу жерінде орнатылады.

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. SТМ-64 сандық  жаңғырту жүйесінің негізгі қағидалары

1.1. Синхронды сандық  иерархияның негіздері

 

Алғашқы желілердің құрылымы  жеткізілген ақпараттар ағынын біріктіру және ажырату арқылы анықтайды, сондықтан, ондағы қолданылатын жүйе иерархиялық әдіс бойынша құрылады.

Иерархияның алғашқы дәрежесіне сәйкес ЖСЖ алғашқы деп аталады; бұл ЖСЖ-де ақпараттық ағынның алғашқы сигналдары пайда болады. Жаңғырту жүйесінің  иерархиялық екінші дәрежесі алғашқы сигнал мен екінші сигналды байланыстырады, одан әрі осылай жалғаса береді. ЖСЖ иерархиясының екі түрі қазір дамыған елдерде қолданылуда: плезиохронды сандық иерархия (PDH) және синхронды сандық иерархия (SDH). ЖСЖ типтерінің барлығына алғашқы сигнал болып, 64 кбит/с берілетін жылдамдықтағы сандық ағын болып саналады, бұл негізгі сандық канал болып табылады (НСК). НСК сигналдарын біріктіру үшін топтық жоғары жылдамдықтағы сандық сигналдар каналдарды уақытша бөлу әдісінде қолданылады.

Телекоммуникацияның жаңа технологиялары импульсті – кодты модуляцияның (ИКМ) және каналдарды уақытша бөлудің мультиплекаторы негізінде мәліметтерді берудің бірдей сандық әдістеріне байланысты дамиды. Плезиохронды сандық иерархияда PDH мәліметті берудің төмен жылдамдығында каналдардағы битті теңестіретін қажетті мәнді  қосу жолымен шығу ағындарының жылдамдығын  мультиплексордың өзі теңестіреді. Осыдан келіп PDH кемшіліктерін анықтауға болады – төмен жылдамдық кезінде ақпараттың берілуі мультиплексорсыз іске аспайды. PDH кемшіліктері синхронды сандық иерархияны  SDH дүниеге әкелуге себепші болды, SDH жеткізілген ақпараттар ағынын жинақтау/ажыратуды қажет етпейтін және иерархиялық қатардың жеткізілу жылжамдығын жүйелей алатын енгізу/шығару операцияларын орындай алады [1].

PDH алдында SDH төмендегідей жетістіктерге ие:

- PDH жинақтау/ажыратуды қажет етпейтін сандық ағындарды енгізу/шығару мүмкіндігімен желіні ықшамдау;

- кедергілерден қорғау – жіберілген ақпарат электромагниттік кедергілерге шалдықпайтын талшықты-оптикалық кабельдерді (ТОК) қолданылады;

- талаптар бойынша өткізу аралығын анықтау  - басқа каналға ауысу жолымен белгілі бір секунд ішінде осы сервис іске қосылады;

- кез-келген трафикті беруге арналған айқындық – Frame Relay, ISDN және ATM заманауи технологияларын қоса алғанда басқа да технологиялармен құрастырылған трафикті беруге арналған виртуальды контейнерлерді ескерте отырып қолданылатын факт;

- қолданудың әмбебаптығы – ондаған локальдық желіні біріктіретін жаһандық желіні немесе жаһандық магистральды  және корпоративті желілерді жасап шығаруға арналған технологияларды қолдану;

- қуатты күшейтудің қарапайымдылығы – иерархияның барынша жоғары келесі жылдамдығына ауысу аппаратураларын орналастыру үшін әмбебап тіректер бар

SDH барлық участкені қамти  алатын жіберілген ақпараттарды  бақылау және басқару функцияларын орындай алатын әмбебап көліктік жүйені ұйымдастыра алады. Ол PDH барлық сигналын тасымалдауға есептелген, сондай-ақ әрекет ететін және келешегі мол қызметтерді, соның ішінде асинхронды тасымалдау әдісі (АТМ) қолданылатын қызметтерді біріктіретін (ISDN)кең аралықты сандық желі.

SDH желілік сигналдары  синхронды көліктік модульдер / STM (Synchronous Transport Module) (1.1-кесте) деп аталады. Олардың алғашқысы - STM-1 – 155 Мбит/с ақпартты жіберу жылдамдығына сәйкес. Олардың әрқайсысы алдыңғыға қарағанда 4 есе жылдамдыққа ие, соңында олар синхронды мультиплексирға айналады. Қазіргі уақытта SDH жүйесі иерархияның соңғы болжамдарына сәйкес пайдаланылуда және өңделуде: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 немесе 155,52, 622,08, 2488,32, 9953,28, 39813,12 Мбит/с. Алғашқы үш деңгей (ескіше атағанда бірінші, төртінші және он алтыншы) ITU-T Rec. G.707 [2] соңғы болжамында стандартталды.

1.1-кесте

Синхронды көліктік модульдердің желілік сигналдары

Деңгей	Модульдер	Жіберілу жылдамдығы
1	STM-1	155,52 Мбит/с
4	STM-4	622,08 Мбит/с
16	STM-16	2488,32 Мбит/с
64	STM-64	9953,28 Мбит/с
256	STM-256	39813,12 Мбит/с

 

STM-1 –дегі STM-N немесе STM-N –дегі STM-4*N мультиплекаторы сызба бойынша анықталады. Жіберілу жылдамдығының өсуі импульстік сигналдың ұзақтығының қысқаруына әкеледі. Сондықтан да, ОТ бойынша таралу кезінде «размывание» (3.2-бөлімді қараңыз) және импульстердің бір-біріне «наплывание» болады.  ТОБЖ өте ұзақ кезінде сәулелену қабылдағышы бөлінген импульстарды ажырата алмайды. Соның нәтижесінде ұзақтықты өсіруді анықтайтын дисперсия бойынша талаптар күшейтіледі.