Резервирование оптических волокон

Количество избыточных волокон магистральных и распределительных сетей PON участков, определенных на этапе проектирования.

Пропускная способность волоконно-оптического кабеля (ВОК) на основных участках PON от АТС к ОРШ или к переходным муфтам с шоссе на распределение жилых районов, определяется на основе номинальной мощности, с учетом резерва количества волокон на кабель (не менее 30% от проектной мощности).

Примечание: Высокая избыточность выражается в дополнительной резервной ОВ, ОВ предполагает использование свободной технологии в качестве резерва, и (или) в целях дальнейшего расширения сети, создания обходных путей.

Предоставление оптических волокон в распределительных кабелях на сплиттер, чтобы обеспечить основу возможности модернизации (дополнительный OРКСп) абонентской сети до уровня 100% проникновения (+1 резервного волокна на вход разветвителя).

Число ОВ в мульти-модуле ВОК магистрального участка избирается с учетом резервных ОВ.

На абонентском участке резервирование ОВ не предусматривается.

Вопросы оптимизации затрат на строительство и сокращение времени окупаемости проектов следует рассматривать вместе с вопросом о будущей стоимости сетевых операций. Одной из основных проблем, влияющих на этот параметр, является вопрос о надежности и резервирования сети.

Надежность сети наиболее часто оценивается средним временем до отказа, а также доступность определяется общим временем за год, в течение которого абонент использовал работоспособную сеть.

Доступность зависит от надежности линейного участка, кабеля и активного оборудования во время ремонтных работ, а также существующей системы сетевого резерва. Система резервирования является важным компонентом общей защиты пользователей от аварий в сети.

В отличие от кольцевой топологии городских транспортных сетей SDH, надежность архитектуры дерева PON сети сильно зависит от места возникновения обрыва волокна, как бы будет трудно непрерывно дистанционно мониторить уровень физического сегмента и нет никаких лишних каналы.

В среднем время простоя сети представляет собой сочетание надежности и аварийного восстановления сетевого времени. В среднем, предполагается, что неисправность в узле доступа (повреждение станции) может быть устранена в течение 2-х часов, а локализация неисправности и линейной части и абонентская сторона (линейные повреждения) в течение следующих 12 часов. Для классического PON дерева без каких-либо оговорок по оценкам, среднее времени простоя сети 350 мин / год, что превышает 53 мин / год (наличие здоровой сети 99,99%) - требуемое значение для сетей с множественным доступом [19].

Принимая во внимание, что большинство несчастных случаев на сети, связанных с механическими повреждениями (поломки) оптического волокна, вопрос о физической резервной оптической сети является наиболее важным. FSAN Международный форум совместно с Международным институтом электросвязи (ITU-T) в рамках рекомендации G.983.1. определяет необходимость обязательного резервирования волокон в районах, расположенных между узлом доступа OLT и сплиттерными блоками ОРШ, ОРК, т.е. волокна, которые несут агрегированный трафик с нескольких абонентов.

Во время резервирования (имеется 30% запасных волокон на магистральном участке от ODF до ОРШ с доступом переключения при авариях шнурами связи, и на месте распределения до ОРКСп подача 2х волокон), а также наличие взаимосвязи между шкафами дает шанс сократить среднее время простоя сети до 90 мин/год.

Среднее время простоя сети так же зависит от быстрой локализации и исправности на линейном участке сети. В случае сети PON быстрая локализация разрыва бывает очень трудоемкой, так как использование простых методов рефлектометрии (OTDR) не дает желаемого результата.

Иной метод, который называется «в лоб», заключается в выезде аварийных бригад для обнаружения неисправности или размещение сплиттерных блоков на точке доступа. Данный метод хоть и простой, но так же увеличивает расходы на эксплуатацию сети PON в масштабах города [20].

4.5 Расчёт параметров оптического кабеля

Если у одномодовых ВС есть изгибы или соединения, то габариты поля моды будут немаловажным фактором влияющим на характеристики затухания. Таким образом, увеличение размера поля моды ухудшает пропускание света в изгибах, но уменьшает потери в разъемных и неразъемных соединениях.

Апертура - угол между оптической осью и образующей конуса света, попадающего в конец оптического волокна, в котором происходит условие полного внутреннего отражения.

Рассчитаем показатель преломления оболочки n2, исходя из оптических характеристик кабеля: числовая апертура NA=0,13.

Известно что:

, (4.5)

где n1 – показатель преломления сердцевины, равный 1,4681.

Тогда показатель преломления оболочки n2:

(4.6)

Принимая во внимание, что граница между ядром волокна двух сред является прозрачное стекло, возможно, не только отражение оптического луча, но и его проникновение в оболочку. Для того, чтобы не допустить переход энергии к оболочке и излучения в окружающую среду, должны соблюдать условие полного внутреннего отражения и апертуру.

Зная, показатели преломления оболочки n2 и сердцевины n1 рассчитаем относительную разность показателей преломления D:

(4.7)

Если у одномодовых ВС есть изгибы или соединения, то габариты поля моды будут немаловажным фактором влияющим на характеристики затухания. Таким образом, увеличение размера поля моды ухудшает пропускание света в изгибах, но уменьшает потери в разъемных и неразъемных соединениях.

Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Нормированная частота определяется по формуле (4.8):

, (4.8)

где a – радиус сердцевины оболочки, а = 4,5 мкм;

n1 – показатель преломления сердцевины, n1=1,4681;

n2 – показатель преломления оболочки, n2=1,4623.

Подставляем значения в формулу 4.8:

Модой называется вид волн, другой структуры. Многомодовый характер поля означает, что электромагнитная волна, распространяющаяся по оптическому волокну образована несколькими различными типами волн. Достаточно знать нормированную частоту V для определения режима работы оптического волокна, так что, когда V ³ 2,405 - многомодовое, и в этом дипломном проекте V = 2,371, т.е. одномодовому.

Определим критическую частоту:

, (4.9)

где Рпт = 2,405 – тип волны, для одномодового режима; с = 3 × 108 м/с– скорость света в вакууме;

d = 9 мкм – диаметр волокна.

Критическая длина волны:

(4.10)

Критический угол qс, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения:

(4.11)

ОК имеет два значимых параметра: затухание и дисперсию.

Затухание находит расстояние регенерационных участков и для трактов оптических кабелей, свои потери в волоконных световодах и дополнительные потери, обусловленные сручиванием, а также сгибанием световодов при наложении покрытий и защитных покрытии в процессе изготовления оптического кабеля.

Собственные потери ВС состоят в основном из потерь поглощения и рассеяния. Механизм потерь, возникающих при распространении в оптическом волокне электромагнитной энергии объясняется следующим образом: часть мощности, подаваемой на вход оптического волокна, рассеивается из-за изменений в направлении распространения лучей на неровности и их распад в окружающем пространстве, а другая часть мощности поглощается иными веществами, выделяется в виде джоулева тепла [21].

Потери на поглощение зависят от чистоты материала и наличие примесей может достигать значительной величины.

Потери на рассеяние ограничивают минимальные допустимые предельные значения потерь в оптических волокнах.

Потери энергии на поглощение:

, (4.12)

где tgd = 10-10 – угол потерь,

l – рабочая длина волны, нм;

дБ/км

Потери на рассеяние:

(4.13)

дБ/км

Общие потери:

(4.14)

a = 2,584+2,99 =5,183 дБ/км

Тогда для нашего случая при длине волокна 5 километров общие потери составят:

(4.15)

L =5,183∙ 5= 25,915,дБ

Границы изменения фазовой скорости:

n 2=1,4623= 2,052×105км/с,

где с – скорость света.

Границы изменения волнового сопротивления:

где z0 - волновое сопротивление воздуха, 376,71 Ом.