Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка проекта оптической линии связи между населенными пунктами

Содержание:

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
СОКРАЩЕНИЙ.. 3

ВВЕДЕНИЕ. 4

1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
АСПЕКТОВ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ.. 7

1.1
Принципы построения волоконно-оптических линий связи. 7

1.2
Исследование архитектуры построения волоконно-оптических линий связи  14

1.2.1. Архитектура
«точка-точка». 14

1.2.2 Архитектура сети
«линия». 15

1.2.3 Архитектура сети
«звезда». 16

1.2.4 Архитектура «кольцо». 17

1.2.5 Смешенная архитектура. 18

1.3 Анализ
основных направлений развития ВОЛС в Российской Федерации  33

2. ВЫБОР ТРАССЫ ДЛЯ
ПРОКЛАДКИ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ И НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ.. 39

2.1
Характеристика оконечных пунктов. 39

2.2
Физико-географический очерк по трассе ВОЛС.. 40

2.3
Обоснование необходимости строительства кабельной линии и выбор трассы.. 41

2.4
Обоснование и расчёт числа каналов. 43

2.5
Обоснование выбора системы связи. 47

2.6
Расчёт характеристик оптического волокна и выбор оптического кабеля  53 3. ПРИНЦИП ОРГАНИЗАЦИИ И
СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ.. 57

3.1
Топология и структурная схема проектируемой сети. 57

3.2
Прокладка оптического кабеля. 61

3.3
Соединение оптического кабеля и трубопровода. 64

3.4
Монтаж оптического кабеля. 65

3.4.1
Требования к неразъемным соединениям ОК.. 65

3.4.2
Организация рабочего места монтажа ОК.. 66

3.4.3
Монтаж муфт и оконечных устройств. 67

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЛС.. 69

4.1
Расчет  капитальных вложений на
строительство ВОЛС.. 69

4.2
Расчет годовых эксплуатационных расходов. 71

4.3
Расчет доходов от основной деятельности. 73

4.4
Расчет срока окупаемости. 73

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И МОНТАЖЕ ВОЛС.. 75

5.1
Анализ опасных и вредных производственных факторов при строительстве и монтаже
ВОЛС.. 75

5.2
Разработка мероприятий по обеспечению безопасности жизнедеятельности при
проведении работ. 77

5.3
Организация безопасности жизнедеятельности при прокладке ОК в грунт  80

5.4
Организация безопасности жизнедеятельности при монтаже ОК.. 81

5.5
Разработка мероприятий по организации пожарной безопасности при проведении
работ. 84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 86

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ   88

Введение:

В
современных условиях развития научно-технического прогресса постоянно растет
объем обрабатываемых информационных ресурсов. Результаты теоретических и
экспериментальных исследований, говорят о том, что рост объемов передаваемых
данных увеличивается пропорционально росту валового продукта. Данный факт
определяется требованиями расширения взаимосвязей между разнообразными звеньями
производственной деятельности и увеличением объемов информационных ресурсов в
самых различных сферах жизни человеческого общества. Сегодня стремительно
повышаются требования к качеству и скорости связи данных, разрабатываются новые
современные сервисные предложения различных операторов связи.

Качественная
и стабильная связь требуется для оперативного управления сферами человеческой
деятельности, роста обороноспособности государства, удовлетворения культурных и
бытовых потребностей граждан.

В
настоящее время очень масштабное развитие и непосредственное применение
получает волоконная оптика. Значительные темпы роста данного направления на
мировом рынке превышают другие направления в области организации связи и
составляют примерно 40 % в год.

Отмечу
основные преимущества оптических кабелей. Наряду с экономией цветных металлов,
они обладают нижеприведенными достоинствами:

—
большая широкополосность, и, как следствие, возможность организации связи
значительного потока данных;

—
низкие потери;

—
отличные массо-габаритные характеристики;

—
защищённость относительно внешних воздействий, а так же переходных помех;

—
безопасность эксплуатации (отсутствие искрения, а так же коротких замыканий).

Как
указывалось выше, основным преимуществом оптического волокна является  огромная пропускная способность. Время
показывает, что современные потребности человека постоянно увеличиваются,
причем, со скорость гораздо более высокой, чем можно предполагать. Два десятка
лет назад ВОЛС использовались, как правило, для организации магистральных линий
связи — для соединения городов, стран и континентов. На сегодняшний день
волоконно-оптические сети охватывает здания отдельных городов и поселков, а так
же широко применяются при организации сетей в конкретных помещениях и офисах.
Мощные  многоуровневые современные
системы связи используют очень сложные "интеллектуальные" технические
средства и компоненты и требуют четкого контроля, а так же квалифицированного
технического обслуживания.

Увеличение
потребностей в расширении пропускной способности полосы пропускания носит по
истине взрывной характер. Данный факт вынуждает разработчиков современных
систем связи формировать такие решения, которые располагают значительным
запасом пропускной способности, а так же позволяют увеличивать параметры
производительности сетей.

Тема
данной выпускной квалификаций работы – «Разработка проекта оптической линии
связи между населенными пунктами». В работе рассматриваются населенные пункты,
расположенные в северном регионе – г. Ноябрьск и п. Ханымей.

Цель
работы – разработка проектных решений по строительству волоконно-оптической
линии связи на участке г. Ноябрьск — п. Ханымей.

Исходя
из цели работы, в процессе ее выполнения необходимо решить следующие задачи:

—
исследовать принципы построения волоконно-оптических линий связи;

—
произвести исследование архитектуры построения волоконно-оптических линий связи;

—
произвести классификацию оборудования, необходимого для построения ВОЛС;

—
рассмотреть организацию управления и мониторинга ВОЛС;

—
исследовать характеристику оконечных пунктов;

—
привести физико-географический очерк по трассе ВОЛС;

—
дать обоснование необходимости строительства кабельной линии;

—
произвести выбор трассы на загородном участке;

—
произвести обоснование и расчёт числа каналов;

—
произвести обоснование выбора системы связи;

—
дать характеристику выбранной системы связи;

—
произвести расчёт характеристик оптического волокна и выбор оптического кабеля;

—
произвести расчет длины регенерационного участка и размещение НРП;

—
определить структуру и топологию проектируемой сети;

—
дать рекомендации по организации строительства ВОЛС;

—
дать рекомендации по монтажу оптического кабеля системы связи;

—
произвести необходимые проверочные измерения системы;

—
обосновать экономическую эффективность ВОЛС;

—
разработать вопросы обеспечения безопасности жизнедеятельности при
строительстве и монтаже ВОЛС.

Объект
исследования – волоконно-оптическая линия связи на участке г. Ноябрьск — п.
Ханымей.

Предмет
исследования – поиск оптимальных решений в процессе проектирования
волоконно-оптическая линия связи на участке г. Ноябрьск — п. Ханымей.

В
ходе написания настоящей выпускной квалификационной работы предполагается
изучить большой объем теоретической информации, которая будет необходима для
дальнейшей трудовой деятельности по специальности.

Заключение:

После
возникновения и последующего развития линий связи, появился новый, очень
эффективный способ коммуникаций между абонентами. Изначально сети и системы
связи использовались, как правило, для научных целей, однако, затем они стали
применяться во все областях человеческой деятельности. Основная масса сетей при
этом существовала обособленно друг от друга, решая конкретные задачи для
отдельных групп пользователей.

Системы
связи сегодня являются основой развития человеческого общества. Спрос на
различные услуги связи — от телефонной связи до предоставления широкополосного
доступа в сеть Интернет — стабильно увеличивается. Данный аспект формирует
выдвижения новых требований, предъявляемых к современным сетям связи,
пропускной способности систем связи, надежности и гибкости систем связи.
Общепризнанным фактом является утверждение о том, что реализация потребностей
человеческого общества в получении необходимых информационных ресурсов возможна
сегодня на базе применения волоконно-оптических систем и линий связи.

Сегодня
волоконно-оптические линии связи широко применяются повсеместно, поэтому анализ
данной тематики является в высшей степени актуальной.

В
выпускной квалификационной работе получены нижеприведенные результаты.

Подробно
изучен район проектирования, особенности климатических условий проектирования,
обоснована необходимость строительства ВОЛС.

Разработана
схема организации связи, на которой указаны оконечные и промежуточные пункты,
оборудование, установленное в этих пунктах.

Рассмотрены
методы прокладки, монтажа и измерений ВОЛС, вопросы по охране труда и технике
безопасности, а так же воздействие на окружающую среду.

Проведен
расчет значений основных экономических показателей, которые указывают на
высокую эффективность реализации данного проекта.

В
процессе проектирования:

—
произведен выбор трассы строительства ВОЛС;

—
произведен выбор необходимого оборудования и оптических кабелей;

—
разработана схема организации связи;

—
проработаны вопросы строительства и монтажа ВОЛС;

—
проанализирована методика измерения основных параметров ВОЛС;

—
обоснована экономическую эффективность разработанного проекта;

—
рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности.

Таким
образом, проектируемая ВОЛС является целесообразной и отвечает современным
требованиям. В процессе выполнения выпускной квалификационной работы изучен
огромный объем теоретической информации по тематике исследования.  По завершению выпускной квалификационной
работы можно достоверно утверждать, что все поставленные цели работы достигнуты
и задачи полностью решены. Произведено:

1.
Обоснование необходимости строительства.

2.
Выбор трассы строительства ВОЛС  на
исследуемом участке.

3.
Выбор трассы строительства  ВОЛС и
способа прокладки ОК.

4.
Выбор оборудования, необходимого для строительства ВОЛС.

5.
Выбор оптических кабелей.

6.
Определение длины регенерационного участка.

7.
Разработка схемы организации связи.

8.
Измерения на ВОЛС.

9.
Обоснована экономическая эффективность ВОЛС.

10.
Анализ опасных и вредных производственных факторов при строительстве и монтаже
ВОЛС.

По
завершению работы необходимо отметить, что все поставленные задачи выполнены,
цель работы в полной мере достигнута.

Фрагмент текста работы:

1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ
ЛИНИЙ СВЯЗИ

1.1 Принципы построения волоконно-оптических линий связи Рассматривать
свет, как поток особых частиц впервые предложил Ньютон. Еще в 1905 году Альберт
Эйнштейн, основываясь на теорию Планка, заявил о новой форме корпускулярной
теории света, которая на сегодняшний день носит название квантовой теорией
света. В 1917 году Эйнштейн обоснованно предсказал наличие явления вынужденного
(индуцированного) излучения, на основе использования которого были созданы
такие приборы, как квантовый усилитель.

В
1951 году советскими учеными В. А. Фабрикантом, М. М. Вудынским и Ф. А.
Бутаевой было получено авторство на открытие принципов действия первого
оптического усилителя. Чуть позднее — в 1953 году предположение о квантовом
усилителе сделал ученом Вебером. В 1954 г. советские физики Н. Г. Басов и А. М.
Прохоров выдвинули предложение по конкретному проекту молекулярного газового генератора,
а так же усилителя с теоретическим обоснованием. Независимо от них к подобной
идее пришли ученые Гордон, Цейгер и Таунс. Они опубликовали в 1954 году
сообщение о разработки квантового генератора, функционирующего на пучке молекул
аммиака. Чуть — позднее в 1956 г. — Бломберген определеил возможность
разработки квантового усилителя, работающего на основе твердого парамагнитного
вещества. А в 1957 году подобный усилительный элемент был спроектирован
Фехером. Сковелем и Зайделем. Основная масса квантовых генераторов и
усилителей, построенных до 1960 г., функционировали в СВЧ диапазоне. Они
получили название – мазеры — название происходило от аббревиатуры «Microwave
amplification by stimulated emission of radiation», что переводится, как  «усиление микроволн по средствам вынужденного
излучения».

Следующий
этап эволюции волоконных оптических систем связан с непосредственным
перенесением известных принципов работы в оптический диапазон частот.

В
1958 году физики Таунс и Шавлов теоретически смогли обосновать создание
оптического квантового генератора (ОКГ), функционирующего на твердом теле. В
1960 году Мейман спроектировал первый импульсный квантовый генератор на рубине.
Практически одновременно с Мейманом вопрос о проектировании квантовых
генераторов и усилителейх независимо 
был  исследован советскими
учеными  Н. Г. Басовым,  Ю. М. Поповым, О. Н. Крохиным.

В
1961 году физики Джанаван, Беннет и Эрриот создали первый в своем роде газовый
генератор. В 1962 г. был воплощен в жизнь полупроводниковый оптический квантовый
генератор, первый в своем роде. Оптический квантовый генератор получил название
лазера. Термин «Лазер» сформировался в результате замены буквы «м» в слове
«мазер» на букву «л» (от английского «light – свет»).

Тематика,
связанная с волоконной оптикой, как отдельное направление техники,
сформировалась в начале 50-х годов двадцатого века. В это время промышленностью
выпускались тонкие волокна из разнообразных прозрачных материалов (например,
стекло, кварц). Ранее были сделаны предположения о том, что если необходимым
образом выбирать оптические характеристики внутренней и наружной среды
оптического волокна, то луч света, который введен через торец кабеля в его
сердечник, будет распространяться исключительно по нему, отражаясь при этом от
оболочки кабеля. Даже в том случае, когда волокно будет изогнуто, луч света
будет удерживаться внутри сердечника кабеля.

Световой
луч, попав непосредственно в оптическое волокно, способен распространяться по
произвольным криволинейным траекториям в зависимости от положения оптического
волокна. Отмечу, что имеет место полная аналогия с протеканием по кабелю
электрического тока. Именно поэтому оптическое волокно называют светопроводом
(световодом). Волокна из стекла или кварца, толщина которых всего в 2–3 раза
превышает толщину человеческого волоса, являются очень гибкими и прочными.
Хотя, стоит отметить, что световоды, производимые в 50-х годах были
недостаточно прозрачными. При длине 5-10 м световой сигнал в них поглощался
практически полностью.

По
современным меркам волоконная оптика или ВОЛС (Волоконно-Оптические Линии
Связи) имеет совсем недавнюю историю. Однако использование света для связи
информации имеет более давние традиции.

Использование
света для связи сообщений в современном понимании телекоммуникаций началось в
1790-х с изобретением во Франции оптического телеграфа. К середине 19-го века
общая протяженность линий равнялась 5000 км. Во второй половине 19-го столетия
телеграф Морзе полностью вытеснил оптический телеграф. В конце 19-го столетия
продолжились изобретения в области связи света. Фотофон Белла был одним из
представителей. В то же время английский изобретатель Тиндалл показал
возможность связи света в гнущемся водяном шланге, закладывая основы связи
света в замкнутой среде.

Следующим
крупным событием, которое послужило началом развития ВОЛС, стало изобретение
лазера во второй половине 20-го века. В 1962 году был изготовлен первый
прототип полупроводникового лазера (который используются в линиях
оптоволоконной связи). Передатчик был изготовлен, однако среда связи ещё
отсутствовала. В 1962 году вышла статья Чарльза Као, где он предложил
использовать стекловолокно (оптоволокно) для связи сигнала и обозначил
минимальные требования к затуханию (на тот момент это было 20 дБ/км). К
сожалению, технология получения чистого стекла на тот момент не позволяла
получить затухание менее 1000 дБ/км. Не прошло и 10 лет, как специалисты
лаборатории Corning получили стекловолокно с затуханием менее 20 дБ/км при
длине волны 633 нм, которое удовлетворяло необходимым условиям, предложенным
Чарльзом Као. После прорыва в производстве оптоволокна сразу же появились (на
тот момент в лабораторных условиях) полупроводниковые лазеры, способные
работать при комнатной температуре. Из-за сложности изготовления одномодовых
волокон первыми на рынок вышли многомодовые оптоволоконные кабели (для длины
волны 850 нм). Однако почти сразу же выявилась подверженность многомодовых
волокон повышенной дисперсии, которая сильно ограничивала регенерационный
участок (также затухание в 2 дБ/км было значимым фактором).

В
дальнейшем многомодовые волокна начали повсеместно вытесняться одномодовыми, и
на текущее время даже сети доступа основаны на одномодовой технологии.
Следующее поколение передатчиков уже работало во втором оптическом окне с
длиной волны 1310 нм. Дисперсия в этом диапазоне минимальна (при затухании до
0,5 дБ/км).

Следующим
шагом было «освоение» третьего оптического окна (1550 нм), где затухание почти
стремится к минимально возможному (0,2 дБ/км), и применение волокон со
смещенной дисперсией (G.655).

Следующим
прорывом было применение эрбиевых усилителей (EDFA), которые убрали потребность
в регенераторах (применяя вместе с компенсаторами дисперсии). Примерно в то же
время появилась технологическая возможность внедрять системы спектрального
уплотнения (исторически первой была CWDM, потом появилась DWDM), которые позволили
увеличить скорость связи по одному волокну до нескольких терабит в секунду.

Следующим
вызовом в развитии оптоволоконных линий связи была экономическая составляющая.
На ранних этапах цена на оптоволокно и компоненты была заоблачной. По мере
развития производства цены начали снижаться, однако трудоёмкость монтажа и
необходимость в высокой квалификации персонала сохраняла очень высокую
себестоимость прокладки оптоволоконных линий. Для примера на ранних этапах
развития волоконной оптики для монтажа (особенно спайки волокон) требовался
специалист экстра класса. После постепенного удешевления монтажного
оборудования, компонентов, а главное, упрощения и ускорения самой процедуры
монтажа, телекоммуникационные компании обратили внимание на пассивные оптические
сети доступа (PON). Появление специальных волокон с устойчивостью к изгибам
(G.657 A) лишь ускорило этот процесс. В данное время пассивные сети (основной
представитель GPON) прочно закрепились на рынке и отвоёвывают позиции у
технологии доступа на основе витой пары, приближаясь всё ближе и ближе к
абоненту.

Резюмируя
сказанное, на текущий момент оптоволокно полностью вытеснило медные линии из
магистральных сетей и в течении ближайших 10 лет сделает то же самое в сетях
доступа, принимая во внимание растущую потребность в скорости доступа, которую
медные кабели обеспечить уже не в состоянии. Не за горой появление линий с
общей ёмкостью в сотни и тысячи Тбит/с на магистральных участках и десятки
гигабит на участках доступа («последней мили»).

Проектирование
ВОЛС — совокупность мероприятий по подготовке специальной документации для
осуществления монтажа и правильной эксплуатации системы ВОЛС. Очевидно, что от
качества проекта системы ВОЛС зависит многое, например:

—
уровень сложности монтажа системы ВОЛС и ее пуско-наладка;

—
доступность для обслуживания системы ВОЛС;

—
безотказность работы системы ВОЛС, ее надежность;

—
стоимость монтажных работ и комплектующих в отношении системы ВОЛС, а также,
стоимость ее обслуживания, то есть — профилактики и ремонта;

—
возможность контролировать подрядчиков, выполняемых монтаж и пуско-наладку
системы ВОЛС, а также легко и грамотно произвести приемку монтажных работ;

—
возможность развития системы ВОЛС в дальнейшем, при необходимости, и многое
другое.

Из
приведенного выше перечня видно, что если поверхностно отнестись к
проектированию ВОЛС или вообще пренебречь проектированием, монтаж, эксплуатация
и дальнейшее обслуживание системы ВОЛС будет дороже обычного.

Проектирование новой ВОЛС, проведение реконструкции работающей сети и
системы являются основой каждой инженерной системы и сложной задачей, которая
включает в себя как определение оптимального технического решения,