Разработка подводной волоконно-оптической региональной системы передачи

Тема дипломной работы: «Разработка подводной волоконно-оптической региональной системы передачи».
Дипломная работа содержит 56 страниц, из них: 25 рисунков, 2 таблиц.
Перечень ключевых слов: волокно, система, кабель, подводная оптическая связь, технология, оборудование.
Цель работы: анализ мирового опыта строительства подводных волоконно-оптических систем передачи и оценка проекта ПВОЛС «Сахалин-Магадан-Камчатка».
Область применения: интернет, телевидение высокого, услуги на основе облачных технологий, услуги ЦОД, доступ к контент-порталам, услуги мобильного Интернета, мобильного ТВ, финансовые сервисы ...

Реферат 1
Содержание 2
Введение 3
1. Развитие подводных волоконно-оптических систем связи 6
1.1 История оптоволоконной системы связи в мире 6
1.2 Определение подводной волоконно-оптической системы связи 9
1.3 Виды подводных ВОЛС 11
2. Подводные оптические системы передачи 15
2.1 Подводные оптические сети передачи в мире 15
2.2 Российские подводные ВОЛС 17
2.3 Необходимость организации подводной системы связи на Дальнем Востоке 19
2.4 О компаниях Ростелеком и Хуавей 21
2.5 Этапы строительства ПВОЛС «Сахалин-Магадан-Камчатка» 23
2.6 Планирование, проработка и прокладка подводных волоконно-оптических линий связи 25
2.7. Энергетическое оборудование для ПВОЛС 33
2.8. Подводные волоконно-оптические кабели 35
2.9 Подводные оптические усилители 37
3. Технологии, используемые в ПВОСП 40
3.1 Пропускная способность подводной сети связи «Сахалин-Магадан-Камчатка» 40
3.1.1 Технология SDH 41
3.1.2 Технология WDM 44
3.1.3 Технология DWDM 45
3.2 Типы оптических волокон 49
3.2.1 Оптическое волокно типа NZDS 51
Заключение 53
Список литературы 5

Сегодня связь играет важную роль в нашем мире. Если раньше для передачи информации использовались медные кабели и провода, то теперь наступило время оптических телекоммуникационных технологий. Сейчас активно распространяется необычный способ соединения целых стран. Это подводные оптоволоконные кабеля.
Подводные кабели предназначены для осуществления многоканальной связи на большие расстояния (до 10 000 км) и пригодны для прокладки на глубину до 7500 м. Здесь используются в первую очередь такие достоинства оптического кабеля, как малогабаритные размеры и масса, а также большая длина регенерационных участков и высокая пропускная способность оптического тракта.

28,0
32х10
2
640
SEA-ME-WE-3
Franse telecom, Chine telecom
Германия/ Южная Корея
1999
39,0
48х10
1
480
Yellow
Level 3, Global Grossing
Великобри тания/США
2000
7,0
40х10
4
1600
Flag Atlantic-3
Flag Telecom
США/Франция
2001
14,5
40х10
6
2400
Sea-Me-We-4
Alcatel-Lucent
Франция/Сингапур
2005
20,0
64х10
2
1280
APG
Chine telecom, NTT Com
Япония/Юж.Корея/Сингапур
2014
10,4
170х40
8
54400
Сахалин-Магадан-Камчатка
Huawei Technologies
Сахалин/Магадан/Камчатка
2016
1,855
100х40
2
8000
2.2 Российские подводные ВОЛС
Россия осуществила уже целый ряд проектов по подведению подводных волоконно-оптический линий. В 90-х гг. ХХ в. были проведены линии «Дания-Россия №1», «Россия-Япония-Корея», «Италия-Турция-Украина-Россия». Правда, эти линии связи на данный момент уже достаточно изношены, да и скорость передачи данных у них сравнительно низкая – 560 Мбит/с9.
В декабре 2007 года завершилось строительство подводной волоконно-оптической кабельной системы HSCS (Hokkaido-Sakhalin Cable System, кабельная система Хоккайдо-Сахалин). Система соединила телекоммуни-кационные сети России и Японии на маршруте Невельск-Исикари, обеспечив доступ глобальным компаниям и операторам связи к трансконтинентальной магистрали EurasiaHighway - транзитному маршруту между Европой и азиатскими странами.
Рис. 7. Подводная ВОЛС «Хоккайдо-Сахалин»
Подводный кабель позволил впервые соединить телекоммуникационные сети стран Европы и Юго-Восточной Азии через территорию России. Этот проект играет большую роль не только для нашей страны, но и для всего мира, ведь данная магистраль позволила обмен трафиком между Европой и Азией, который ранее был возможен только через магистрали на дне Индийского океана. ВОЛС Хоккайдо-Сахалин имеет протяженность в 570 км и пропускную способность в 640 Гбит/с.(Рис. 7)
.
2.3 Необходимость организации подводной системы связи на Дальнем Востоке
В 2012 году было подписано соглашение о намерениях по совместному строительству ПВОЛС «Сахалин-Магадан-Камчатка» между министерством связи и массовых коммуникаций России, компанией Ростелеком и операторами «Большой тройки». Не прошло и года, как сотовые операторы МТС, «Билайн», «Мегафон» вышли из проекта. «Ростелеком» был вынужден все расходы взять на себя. По итогам открытого запроса предложений на выбор производителя оборудования, поставщика услуг в рамках проекта ПВОЛС «Сахалин-Магадан-Камчатка» победителем была признана фирма ООО «Техкомпания Хуавей», которая получает право заключения договора на поставку оборудования, вспомогательного оборудования и материалов, а также выполнения работ и оказания услуг.
Сейчас оптоволокном охвачено только 20,5% населенных пунктов, в которых проживает 75,1% населения всего Дальнего востока. Остальные 25% населения обеспечены Интернетом только через спутники. Это значит, что жители Дальнего Востока не могут получить высокоскоростные безлимитные тарифы, новейшие услуги и сервисы. Таким образом, необходимо обеспечить всех дальневосточников современными услугами связи.
«Новая подводная ВОЛС имеет огромное значение в решении вопросов устранения цифрового неравенства для Дальневосточного региона, - сказал Сергей Калугин. 
- Данная ВОЛС значительно повысит уровень проникновения телекоммуникационных услуг в Магадане, области и Камчатском крае. Реализация проекта позволит предоставить жителям этих городов и ближайших населенных пунктов спектр инновационных сервисов, требующих высоких скоростей передачи данных: безлимитные тарифы на Интернет, телевидение высокого качества с возможностью просмотра каналов в формате HD, услуги на основе облачных технологий, услуги ЦОД, доступ к контент-порталам, а также услуги мобильного Интернета, мобильного ТВ и финансовые сервисы».
По проекту предстоит строительство ПВОЛС общей протяженностью около 1 тыс. 855 км и емкостью кабельной системы 4 оптических волокна, а также выполнение всего необходимого перечня работ по подводной и наземной части. Максимальная пропускная способность ПВОЛС составит 8Тбит/с.
Волоконно-оптический кабель будет проложен по дну Охотского моря, что позволит 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.
Рис. 8. Сеть связи Дальневосточного региона
2.4 О компаниях Ростелеком и Хуавей
«Ростелеком» - российская телекоммуникационная компания. Предоставляет услуги местной и дальней телефонной связи, широкополосно го доступа в Интернет (первое место в России по количеству абонентов), интерактивного телевидения, сотовой связи и др. По данным компании, её услугами пользуются более 100 млн жителей России.
«Ростелеком» выступает исполнителем мероприятий различных государственных программ в области информационных технологий: создание и развитие инфраструктуры электронного правительства (включая  портал государственных услуг), телекоммуникационное обеспечение избирательного процесса (функционирование ГАС «Выборы», организация системы видеонаблюдения за выборами), другие мероприятия. Обладает крупнейшей магистральной сетью связи в стране общей протяженностью около 500 тысяч км.
Huawei является мировым лидером в области разработки ИКТ-решений. Инновационная политика, отвечающая запросам клиентов, и тесное сотрудничество позволили компании добиться высоких результатов в разработке телекоммуникационных сетей, корпоративных и клиентских решений. Мы стремимся создать максимально выгодные условия для операторов, предприятий и клиентов, предоставляя им конкурентоспособные решения и услуги. Наше оборудование для сетей связи, продукты и решения IT, a также смарт-устройства используются в 170 странах мира. Объем продаж Huawei в 2013 году составил 39,6 млрд. долл., и компания заняла 285 место в списке Global Fortune 500. 
Huawei инвестирует более 10% дохода от продаж в НИОКР, а более 45% сотрудников компании, общая численность которых составляет 150000 человек, вовлечены в процесс исследований и разработок. Используя свои знания и опыт в области ИКТ, мы помогаем преодолеть цифровое неравенство, предоставляя возможность использовать преимущества широкополосных услуг независимо от географического положения. Компания вносит свой вклад в устойчивое развитие общества, экономики и защиту окружающей среды, создает экологичные решения, позволяющие сократить потребление энергии, природных ресурсов и выброс углекислого газа. Посредством локализации наших операций и создания глобальной цепочки поставок, мы способствуем оптимизации локальных инновационных инициатив и укреплению взаимовыгодного сотрудничества.
Глобализация связи и телекомунникаций становится все более выраженной. В тесном сотрудничестве с нашими партнерами мы стремимся к созданию эффективной и интегрированной цифровой логистической системы, которая позволит усилить взаимосвязанность и взаимодействие между разными людьми, разными вещами, вещами и людьми. Данные процессы будут способствовать развитию безграничных возможностей и потенциала для каждого в каждой точке земного шара.
2.5 Этапы строительства ПВОЛС «Сахалин-Магадан-Камчатка»
Осенью 2014 года «Ростелеком» завершил обследование и подготовительные работы на берегу охотского моря в районе поселка Усть-Большерецк. Во втором квартале 2015 года там подготовят площадку и оборудование для приема ПВОЛС, для этого будет выполнено горизонтально-управляемое бурение основных скважин. Электричеством новый объект инфраструктуры связи обеспечит компания «Камчатскэнерго». До зимы береговые станции должны быть полностью оборудованы основным и вспомогательным оборудованием.
До ноября 2015 года продолжится прокладка наземных участков линии на Сахалине ив Магаданской области. Параллельно в Петропавловске, Елизове, Вилючинске уже начались и будет продолжена замена медных кабелей внутригородской зоны на оптические, пропускная способность которых на порядок выше.
С июня по сентябрь 2015года пройдет самый главный этап работ. Первую линю подводной волоконно-оптической линии связи проложат по дну Охотского моря от города Оха на Сахалине до поселка Ола Магаданской области и оттуда до Магадана. Вторая линия пройдет от Охи до Усть-Большерецка, далее по земле в Петропавловск-Камчатский.
Уже сейчас на заводах Huawei изготавливают подводный кабель. Он будет содержать 4 оптических модуля вокруг сердечника и иметь мощную защиту от внешних воздействий.
«Подразделение компании, Huawei Marine, имеет большой опыт прокладки подводных кабелей. Но у Охотского моря есть свои особенности. Это глубины, доходящие до двух километров, высокий риск повреждения кабелей рыбацкими сетями и якорями судов. Поэтому для строительства ПВОЛС уже построены специальные роботы, задача которых на дне моря выкопать траншею под кабель, уложить его и заилить», - рассказал директор камчатского филиала ОАО «Ростелеком» Андрей Сунн.
Строительство должно завершиться к декабрю 2015 года. Всю следующую зиму и часть весны специалисты «Ростелеком» будут налаживать оборудование. Заработать оптоволокно должно в июне 2016 года. (Рис. 8)
Рис. 8. Плановые этапы строительства подводной линии «Сахалин – Магадан - Камчатка»
2.6 Планирование, проработка и прокладка подводных волоконно-оптических линий связи
При планировании маршрута прокладки кабеля для подводной оптоволоконной линии связи необходимо принимать во внимание различные факторы. Во-первых, маршрут должен быть экономически выгодным и безопасным, так как использование различных способов защиты кабеля приводит к увеличению стоимости проекта и увеличивает срок его окупаемости. Во-вторых, в случае прокладки кабеля между разными странами, необходимо получить разрешение на использование прибрежных вод той или иной страны. Так же необходимо получить все необходимые разрешения и лицензии на проведение кабелеукладочных работ.
Следующим этапом является исследование потенциальных рисков при укладке кабеля. Проводится предварительный анализ маршрута, исследуется морфология и геология морского дна (сейсмическая активность, подводный вулканизм, поля песочных волн, выход скальных пород, подводные оползни и обвалы), океанография и метеорология.
Метеорология важна при прокладке кабеля, особенно в высоких широтах и открытом океане, так как неблагоприятные погодные условия могут существенно задержать сроки прокладки кабеля.
Геологическое исследование маршрута прокладки кабеля должно определить топографию морского дна и дать информацию о морском грунте. Качество исследования грунта должно быть обеспечено образцами грунта и исследованиями донных отложений. Также, может возникнуть необходимость проведения глубоководного бурения, с целью предоставления более полной информации о морском дне.
Исследование маршрута прокладки включает в себя геофизические (измерение глубины моря, сканирование поверхности дна гидролокатором бокового обзора (Рис. 9), профилирование дна) и геотехнические (возможность и способы бурения) исследования. Также проводится определение плотности грунта.
Рис. 9. Пример сканирования поверхности океана гидролокатором бокового обзора. На грунте, на расстоянии 100 м от предполагаемого маршрута прокладки кабеля, видны останки погибшего корабля и крупные валуны10.
Для обеспечения стабильной работы кабеля в мелководных районах проводится определение средней температуры морского дна в месте прокладки кабеля.
Возможны отклонения от географического маршрута прокладки кабеля. Эти отклонения приводят к увеличению длины кабеля при рассчитанных географических расстояниях и проявляются при обходе волнообразных образований морского дна и при небольших отклонениях от реального маршрута прокладки кабеля. Для относительно плоского дна степень отклонения принимается равной 0,35% для кабеля, укладываемого в траншею. Эта степень отклонения возрастает до 0,8% в областях, где кабель укладывается непосредственно на поверхность.
При проведении работ в прибрежных областях необходимо принимать во внимание глубины, на которых может работать корабль-кабелеукладчик. Эти глубины обычно составляют 15-20 м.
После анализа всех факторов, влияющих на возможность повреждения кабеля происходит выработка рекомендаций для безопасного маршрута прокладки и проводится выбор способов защиты кабеля от внешних воздействий.
Всего существует два основных способа защиты кабеля: бронирование и укладка кабеля в траншею, выкапываемую на дне.
Бронирование кабеля обеспечивает более низкий уровень защиты кабеля от внешних воздействий, но зато предоставляет высокий уровень доступности к кабелю (это особенно важно при проведении ремонтно-восстановительных работ).
Закапывание кабеля в траншею обеспечивает высокий уровень защиты, но значительно снижает доступность к кабелю. Также закапывание кабеля приводит к снижению уровня защиты при движении донных отложений. При прокладке кабеля с берега практикуется укладка кабеля в специальные трубы
На континентальном шельфе наиболее надёжная защита может обеспечиваться посредством зарывания кабеля в траншею, глубина которой находится ниже проникновения какой-либо внешней опасности.
Однако, несмотря на достоинства, зарывание кабеля также приводит к проведению дополнительных исследований морского дна с целью определения оптимальной глубины закладки кабеля, методов рытья траншеи, условий и состояния грунта.
Разрабатывать маршрут прокладки кабеля желательно таким образом, чтобы требовалась минимальная длина участков с применением бронированного кабеля и зарывания кабеля в траншею. Это связано с высокой стоимостью, как производства кабеля, так и укладки кабеля, а также возможностью последующих ремонтно-восстановительных работ.
Также важно сделать правильный выбор при определении места для береговой станции энергоснабжения и выбор маршрута прокладки кабеля от станции энергоснабжения до берега.
Бухта, где будет проводиться укладка кабеля с берега в море, должна обеспечивать возможность применения тяжёлой техники и иметь удобную топографию морского дна. Также нужно принимать во внимание и метеоусловия. Необходимо учесть близость расположения других кабелей или трубопроводов, возможность пересечения с ними. Так же следует рассмотреть возможность параллельной укладки кабеля (параллельно уже существующему кабелю).
Особенно важно, чтобы корабль-кабелеукладчик (рис. 10) мог легко подойти к берегу, потому что в противном случае придётся использовать буксиры и прочие вспомогательные средства, мало подготовленные для проведения работ по укладке подводного оптоволоконного кабеля.
При проведении работ на берегу необходимо получить разрешение владельца прибрежной зоны.
Параллельно с проработкой маршрута необходимо проведение разработки надёжных методов извлечения, ремонта и восстановления кабеля в случае поломки.
Рис. 10. Пример корабля-кабелеукладчика.
Прокладка кабеля в прибрежной части Охотского моря осуществляется следующим образом.
При работе на мелководье и в прибрежной части возможно привлечение водолазов.
После водолазного обследования проводится расчистка дна морского участка трассы на протяженность выполняемых работ.
Во избежание повреждения пляжа бухты, на земной поверхности методом горизонтального бурения по направлению к морю пробуривается
скважина (Рис.11).
Рис. 11. Горизонтальное бурение.
Выходная точка скважины находится приблизительно на 15-20 метровой глубине, предоставляя кораблю-кабелеукладчику необходимую свободу для работы и маневрирования.
Для повышения надежности и безопасности эксплуатации подводной волоконно-оптической линии связи, прокладка кабеля с берега в море осуществляется в защитных пластиковых трубах полиэтилена высокого давления (ПЭВД) диаметром 90 - 110 мм.
С корабля-кабелеукладчика подаётся стальной трос и соединяется с капроновым проводником, уложенным в кабельном канале, к другому концу стального троса крепится кабель. С помощью троса кабель затягивается в защитную ПЭВД трубу. Конец кабеля, вытянутый на берег, укладывается на береговом креплении.
После этого у выхода из кабельного канала на грунт опускается подводный буксируемый кабелеукладчик (плуг) (Рис.12). Оптоволоконный кабель заправляется в кабельный канал кабелеукладчика и к плугу крепится буксирный трос корабля-кабелеукладчика. После чего начинается укладка кабеля с заглублением в грунт на глубину от 1 до 3 метров от окончания защитного ПЭВД кожуха до выхода из бухты. После укладки кабеля траншея зарывается.
В процессе прокладки постоянно контролируется величина заглубления кабеля в грунт, оптические и электрические параметры кабеля.
Рис. 12. Подводный буксируемый кабелеукладчик
По завершении прокладки проводятся оптические и электрические измерения проложенных участков кабеля для подтверждения постоянности его свойств.
Прокладка подводного оптоволоконного кабеля в открытом море.