Разделы

Схема организации связи на базе технологии плотного волнового мультиплексирования (DWDM) для участка Москва–Казань

С момента изобретения телефона в 1875 году, ставшего отправной точкой в развитии телефонной связи, методов и технологий передачи голоса, прошло сто лет прежде чем в 1975 году появился первый микрокомпьютер. Все это время системы связи были аналоговыми (в мире практически вплоть до середины 60-х, в России до середины 70-х годов). До этого цифровых систем связи практически не было, несмотря на то, что импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) была известна с 1937 года, в специализированные цифровые компьютеры - с 1939 года. Импульсные методы модуляции интенсивно развивались с начала 40-х в связи с развитием радиолокации, однако ИКМ не находила широкого практического применения ввиду громоздкости цифрового оборудования, вплоть до появления в 1959 году компьютеров второго поколения, использующих транзисторы в качестве элементной базы.

Начало использования цифровых технологий в сетях передачи данных было связано с ИКМ, а именно с системами цифровой телефонии на основе кабельных (медных) сетей связи, применяемых для передачи голоса.

Первой коммерческой цифровой системой передачи голоса, использующей ИКМ и методы мультиплексирования с временным разделением каналов (TDM), считают систему компании BellSystem (США), установленную в Чикаго в 1962 году. Система давала возможность передавать 24 голосовых канала по медному кабелю, проложенному между офисами компании BellSystem. Каждый голосовой канал использовал скорость передачи 64 кбит/с, а все каналы объединялись с помощью мультиплексора в единый поток двоичных данных со скоростью 1536 кбит/с (с учетом служебного канала 8 кбит/с он приобретал скорость 1544 кбит/с).

Стремительное развитие микропроцессорной техники и технологии, зародившейся в 1971 году с появлением первого микропроцессора компании Intel, сделало возможным реальное внедрение цифровой техники в системы связи (телекоммуникационные системы) и привело к широкому распространению и развитию компьютерных сетей, давших вторичный мощный импульс развитию сетей передачи голоса и данных на основе ИКМ.

Сетевые компьютерные технологии, разработанные первоначально на основе ЭВМ общего назначения, или мэйнфреймов, вот уже около 20 лет применяются для объединения в сеть персональных компьютеров. Широко использование сетевых технологий для создания LAN стало доступно только тогда, когда производительность и функциональные возможности микропроцессоров выросли настолько, что смогли удовлетворить высоким требованиям по управлению сетью связи.

Сетевые цифровые технологии развивались до последнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса. Технологии локальных сетей - напротив, использовались, в основном, для передачи данных. Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов как за счет мультиплексирования низкоскоростных первичных каналов T1, так и за счет использования более рациональных методов модуляции, например, использования дифференциальной ИКМ и ее модификаций, позволивших применять для передачи голосового сигнала более низкие чем 64 кбит/с (основной цифровой канал - ОЦК) скорости: 40,32, 24, 16, 8 и 5,6 кбит/с. Развитие схем мультиплексирования привело к возникновению трех цифровых иерархий с разными (для разных групп стран) уровнями стандартизованных скоростей передачи или каналов.или T2/E2, DS3 или Т3/Е3, DS4 или Т4/Е4. Эти иерархии, названные плезиохронными (т.е. почти синхронными) цифровыми иерархиями PDH (ПЦИ), широко использовались и продолжают использоваться как в цифровой телефонии, так и для передачи данных.

В 1984 году была разработана технология синхронной цифровой иерархии компанией Bellcore под названием: «Синхронные оптические сети», SONET.

Первый вариант стандарта появился в 1984 году. Затем эта технология была стандартизирована комитетом T1 ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии.

Основной целью разработчиков международного стандарта было создание такой технологии, которая позволяла бы передавать трафик всех существующих цифровых каналов (как американских T1-T3, так и европейских E1-E3) в рамках высокоскоростной магистральной сети на волоконно-оптических кабелях и обеспечила бы иерархию скоростей, продолжающую иерархию технологии PDH, до скорости в несколько гигабит в секунду.

В результате длительной работы удалось разработать международный стандарт SynchronousDigitalHierarchy, SDH (спецификации G.707-G.709), а также доработать стандарты SONET таким образом, что аппаратура и стеки SDH и SONET стали совместимыми и могут мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH - как американского, так и европейского. В терминологии и начальной скорости технологии SDH и SONET остались расхождения, но это не мешает совместимости аппаратуры разных производителей, а технология SONET/SDH фактически стала считаться единой

В основе данных технологий заложен метод временного разделения информационных потоков (TDM - timedivisionmultiplexing) с формированием синхронных транспортных модулей STM-N (N=1, 4, 16, 64, 256) со скоростями передачи информации соответственно: STM-1 - 155 Мбит/с, STM-4 - 622 Мбит/с, STM-16 - 2,5 Гбит/с, STM-64 - 10 Гбит/с, STM-256 - 40 Гбит/с. Эта технология предусматривает объединение нескольких входных низкоскоростных потоков в один составной высокоскоростной канал (агрегатный поток). Использование технологии TDM позволило увеличить пропускную способность волоконно-оптических линий связи до 10 Гбит/с (STM-64).

Бурное развитие интернета и информационных технологий потребовало внедрения широкополосных систем и, как следствие, модернизации систем TDM. Вначале процесс развития пошел по экстенсивному пути за счет наращивания скорости передачи: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64. Однако вскоре выяснилось, что этот путь является тупиковым, прежде всего по техническим соображениям: крайне сложная и дорогая модуляция передающих лазеров, девиация их частоты излучения, уменьшение соотношения сигнал-шум, усиление влияния дисперсии на таких скоростях. Разрешить противоречия помогло свойство оптического волокна: возможность передачи информации на нескольких длинах волн одновременно. С технической точки зрения прорыв был связан с созданием усилителей сигналов на основе оптического волокна, легированного эрбием (EDFA).

Этот новый способ передачи информации по оптическому волокну получил название технология волнового мультиплексирования оптических каналов (wavelength division multiplexing - WDM), или технология спектрального уплотнения каналов. В технологии WDM нет многих ограничений и трудностей, свойственных технологии TDM. Для повышения пропускной способности линии связи вместо увеличения скорости передачи в оптическом канале, как это делается в системах TDM, системы WDM позволяют увеличить число каналов (в данном случае - длин волн), применяемых в системах передачи. При этом в определенных случаях технология WDM позволяет увеличить пропускную способность существующей сети без дорогостоящей замены оптического кабеля.

В России развернуты и полномасштабно функционируют практически в каждом регионе, начиная с 1993 года, десятки крупных сетей SDH. Технология SDH активно осваивается регионами. Использование SDH позволило резко повысить скорость передачи на сети РФ в целом, доведя ее сегодня в отдельных участках до 2,5 Гбит/с, а также потенциально подготовив сеть к внедрению технологии DWDM. Возможности систем DWDM настолько впечатляющи, что позволяют говорить о достижении суммарной пропускной способности в линии связи в одном оптическом волокне на уровне до 10 Тбит/с и выше. Весь вопрос в том, реализуются ли эти перспективы в России?

На основе внедрения современных информационных и телекоммуникационных средств и технологий должны быть достигнуты требуемые показатели надежности и готовности сетей связи. Среди наиболее важных задач хозяйства - повышение уровня сервисного обслуживания клиентов железнодорожного транспорта и конкурентоспособности предоставляемых услуг связи на рынке телекоммуникаций и транспортных услуг, а также достижение финансовой прозрачности хозяйственной деятельности.

По уровням иерархии сеть связи ОАО «РЖД» подразделяется на магистральную и сети связи технологического сегмента. По функциональному назначению - на первичные сети, осуществляющие передачу информации, и вторичные, обеспечивающие специализированные виды услуг, предоставляемых пользователям (сети общетехнологической связи - ОбТС, оперативно-технологической связи - ОТС, сети передачи данных - СПД и др.)

По протяженности волоконно-оптических кабелей сеть ОАО «РЖД» занимает второе место среди всех сетей России, уступая только холдингу «Связьинвест». Однако при этом имеется более 20 тыс. км воздушных линий, что составляет 9% общей протяженности сети; из них более 13 тыс. км не дублировано кабельными линиями. Действует более 84 тыс. км линий кабелей с медными жилами, что составляет 48% общей протяженности сети. Еще используются аналоговые радиорелейные линии на 7 тыс. км.

Таким образом, около 65% сети приходится на малоэффективные линии, находящиеся в эксплуатации несколько десятков лет, подверженные различным внешним влияниям, оснащенные устаревшей аналоговой техникой со слабо развитыми системами контроля и управления. Значительная часть всех линий (45%) нуждается в реконструкции.

Проведенный технический аудит и анализ полученных результатов дали информационную базу для выработки предложений по развитию хозяйства связи на период до 2030 г. На предыдущих этапах развития хозяйства связи зачастую были реализованы неудачные или неоптимальные решения. В результате мы имеем низкий уровень унификации из-за использования разнотипного оборудования. Прежде всего, это относится к первичной сети связи дорожного уровня и к вторичным сетям оперативно-технологической связи.

Наличие отдельных (выделенных), как правило, не связанных между собой вторичных сетей, в частности ОбТС, ОТС и др., не позволяет использовать ресурсы одной сети в интересах другой. Применение специализированной аппаратуры связи, разработанной специально и исключительно для железнодорожного транспорта, обусловливает монополизм поставщика оборудования. В существующих сетях невозможна полная реализация ряда систем сетевой поддержки, таких как системы синхронизации и управления сетями связи. Все это существенно усложняет процесс эксплуатации и увеличивает расходы на нее.

Модернизация и дальнейшее развитие технологической сети связи ОАО «РЖД» должно идти по пути планомерной замены линий металлического кабеля оптическими линиями связи. Из эксплуатации необходимо выводить оборудование с истекшим сроком амортизации. Предстоит заменить и существующее цифровое оборудование, которое к настоящему времени морально устарело или не отвечает требованиям международных и отечественных стандартов. Необходимо ликвидировать аналоговый сегмент сети, провести модернизацию существующей цифровой сети, продолжить развитие за счет использования перспективных телекоммуникационных технологий.

Сейчас развивать магистральную сеть на основе оборудования систем передачи на уровне STM-1 (155 Мбит/с) нецелесообразно. Необходимо внедрять на всей сети масштабируемые системы передачи уровня не ниже STM-64. Для разгрузки сети SDH на основном направлении увеличения трафика «Запад - Восток» предстоит построить магистральную сеть DWDM с использованием свободных оптических волокон магистрального волоконно-оптического кабеля, в случае его отсутствия - проложить новый.

    Другие материалы

    Разработка территориальной модели и электрической схемы блока сети сухопутной подвижной службы
    В современном мире подвижная связь играет очень важную, незаменимую роль. Мобильной связью пользуются люди совершенно разных профессий для решения абсолютно разных задач. Сотовая связь, ...

    Синтез системы автоматизированного управления электроприводом ленточного конвейера дозатора
    Одним из наиболее прогрессивных видов транспорта, обеспечивающих высокую производительность при больших грузопотоках, является конвейерный транспорт. В современном производстве конвейер ...

    Расчет импульсного усилителя
    Усилителем электрических колебаний называется устройство, которое позволяет при наличии на его входе колебания с некоторым уровнем мощности получить на выходной нагрузке те же коле ...

    Копирайт 2018 : www.ordinarytech.ru