Проектирование первичной транспортной сети связи железнодорожного транспорта: от основ SDH/DWDM к современным решениям OTN и расчетным методикам

Надежность и безотказность транспортной сети связи (ТСС) на железнодорожном транспорте — это не просто вопрос эффективности, а критический фактор безопасности и оперативности управления сложнейшей системой, ежедневно обеспечивающей движение миллионов людей и тонн грузов. В условиях постоянно растущих требований к объему передаваемой информации, скорости и качеству связи, от выбора технологий и точности проектирования первичной ТСС зависит бесперебойное функционирование всей железнодорожной инфраструктуры. Исторически сложившаяся четырехуровневая структура управления связью на железнодорожном транспорте, включавшая уровни ОАО «РЖД», железной дороги, отделения дороги и линейных подразделений, серьезно усложняла и снижала оперативность технологического процесса, что привело к разработке и принятию в 2005 году «Концепции технического и организационного развития телекоммуникаций ОАО «РЖД», заложившей основы для модернизации и унификации сети.

Настоящая курсовая работа посвящена всестороннему изучению теоретических основ, современных технологий (SDH, DWDM, OTN) и методик инженерных расчетов, необходимых для проектирования первичной (магистральной) транспортной сети связи на железнодорожном транспорте. Целью работы является создание детального проекта первичной ТСС, включающего обоснование выбора оборудования, расчет потребной емкости и параметров регенерационных участков. Для достижения этой цели в работе последовательно решаются следующие задачи:

• Анализ нормативно-технических и организационных основ построения первичной ТСС на железнодорожном транспорте.
• Детальный обзор методик определения требуемой пропускной способности и расчета канальной емкости.
• Изучение современных технологий магистральных сетей связи (SDH, DWDM, OTN) и их применения на сети РЖД.
• Рассмотрение методов и подходов к обеспечению высокой живучести сети.
• Освоение методики инженерного расчета длины регенерационного участка волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
• Обзор современного оборудования для магистральных сетей связи РЖД с учетом перспектив импортозамещения.

Структура работы организована таким образом, чтобы обеспечить последовательное и логичное изложение материала, начиная с общих принципов и нормативных требований, переходя к конкретным расчетным методикам и завершая обзором актуальных технологий и оборудования.

1. Нормативно-технические и организационные основы построения первичной транспортной сети связи на железнодорожном транспорте

Проектирование любой крупномасштабной инфраструктуры, особенно такой критически важной, как транспортная сеть связи железнодорожного транспорта, немыслимо без строгого соблюдения нормативно-технических требований и глубокого понимания организационной структуры объекта. В России основополагающим документом, регламентирующим этот процесс, являются «Нормы технологического проектирования цифровых телекоммуникационных сетей на федеральном железнодорожном транспорте (НТП ЦТКС-ФЖТ-2002)», утвержденные МПС России 10 июля 2002 г. Эти нормы, наряду с ГОСТами и внутренними распоряжениями ОАО «РЖД», формируют тот каркас, на котором строится современная сеть связи, задавая строгие рамки для всех этапов от планирования до эксплуатации, что критически важно для обеспечения безопасности и надежности движения поездов.

1.1. Общая структура и классификация сетей связи ОАО «РЖД»

Сеть связи ОАО «РЖД» представляет собой сложную, многоуровневую систему, которая исторически развивалась в соответствии с административной структурой железнодорожного транспорта. Сегодня она строится по двухуровневой схеме, включающей магистральный и технологический сегменты. Магистральный сегмент обеспечивает связь на уровне управления Компании и управлений дорог, а также предоставляет каналы связи во вторичные сети на магистральном, дорожном и отделенческом уровнях. Технологический сегмент, в свою очередь, ориентирован на обеспечение связи для непосредственных производственных процессов и оперативного управления движением поездов.

По району действия, традиционно, виды связи на железнодорожном транспорте разделяются на четыре основные группы:

• Магистральные – обеспечивают связь между управлениями железных дорог, связывают крупные узлы и регионы. Магистральная цифровая сеть связи российских железных дорог (МЦСС) строится на системах передачи синхронной цифровой иерархии (SDH) уровня STM-1 — STM-16 и обеспечивает все услуги междугородной, международной и местной связи, а также взаимодействует с Взаимоувязанной Сетью Связи России.
• Дорожные – охватывают территорию одной железной дороги, соединяя управления дорог с отделениями и крупными станциями.
• Отделенческие – функционируют в пределах отделений дорог, обеспечивая связь между отделенческими узлами и линейными подразделениями.
• Станционные – сосредоточены на территории железнодорожных станций, обеспечивая связь внутри станции для оперативного управления маневровой работой и грузовыми операциями.

Значительным этапом в развитии сети стала «Концепция технического и организационного развития телекоммуникаций ОАО «РЖД», принятая в 2005 году. Эта концепция стала ответом на сложности и снижение оперативности, присущие исторически сложившейся четырехуровневой структуре управления связью. Она нацелена на оптимизацию архитектуры, унификацию технологий и повышение общей эффективности телекоммуникационной инфраструктуры, заложив фундамент для ее дальнейшей модернизации и перехода к более гибким и высокопроизводительным решениям.

1.2. Требования к организации и топологии первичной сети

Топология первичной сети связи на железнодорожном транспорте не является произвольной, а строго регламентируется принципами, направленными на обеспечение максимальной надежности и живучести. Для магистрального сегмента ключевым является принцип «Каждый сетевой узел с каждым». Это означает, что магистральные сетевые узлы (МСУ) должны иметь прямые соединения со всеми другими МСУ, образуя полносвязную топологию. Такая избыточность каналов критически важна для обеспечения живучести первичной сети электросвязи в целом, позволяя сохранять работоспособность даже при выходе из строя одного или нескольких звеньев. Соединения между магистральными и дорожными сетевыми узлами (МСУ-ДСУ) также выполняются по комбинированной схеме, сочетающей принципы полносвязности и радиально-узлового построения.

Дорожная и отделенческая первичные сети электросвязи, напротив, организуются по радиально-узловому принципу. Это означает, что сетевые узлы и станции низшего уровня соединяются со своими узлами и станциями высшего уровня, формируя древовидную или звездообразную структуру вокруг центрального узла. Примером такой организации является цифровая сеть оперативно-технологической связи железной дороги, которая может состоять из отдельных участков, каждый из которых включает не более 30-50 коммутационных станций ОТС, соединенных между собой одним или двумя цифровыми потоками E1 (кольца нижнего уровня). Эти кольца нижнего уровня соединяются с узловыми станциями и распорядительной станцией соответствующего направления потоками E1, образуя кольцо верхнего уровня, содержащее несколько потоков E1. Диспетчерские связи, критически важные для управления движением, организуются на основе распорядительной коммутационной станции и исполнительно-распорядительных/исполнительных коммутационных станций, соединенных каналами первичной сети. Диспетчерский принцип подразумевает подчинение выделенной групповой связи одному командиру (диспетчеру), который должен всегда иметь возможность легко и быстро вызывать любую станцию или группу станций подчиненного ему участка.

При выборе технологий для организации первичной сети электросвязи приоритет отдается проводным системам передачи. В частности, первичная сеть на базе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) развивается за счет цифровых систем передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH), а на медных кабелях — за счет высокоскоростных систем HDSL. ВОЛС или радиорелейные линии связи (РРЛ) могут использоваться для увеличения мощности первичной сети и обеспечения резервирования, однако их применение требует тщательного технико-экономического обоснования.

Критерии выбора сетевых технологий многообразны и включают:

• Количество предоставляемых услуг и объем трафика в сетевых узлах.
• Качество обслуживания (QoS).
• Масштабируемость сети.
• Стоимость сети и срок окупаемости.
• Эффективность управления.
• Совместимость с существующей кабельной инфраструктурой и имеющимся сетевым оборудованием.
• Возможность взаимосвязи с другими сетями.
• Надежность и совместимость аппаратуры систем передачи и коммутации.

1.3. Основная нормативно-техническая документация в проектировании ТСС РЖД

Проектирование и эксплуатация транспортной сети связи на железнодорожном транспорте в Российской Федерации регулируются обширным комплексом нормативных документов, которые обеспечивают стандартизацию, надежность и безопасность.

Основополагающими являются:

• «Нормы технологического проектирования цифровых телекоммуникационных сетей на федеральном железнодорожном транспорте (НТП ЦТКС-ФЖТ-2002)», утвержденные МПС России 10 июля 2002 г. Этот документ устанавливает основные требования к системам и средствам связи, используемым в цифровых сетях связи федерального железнодорожного транспорта, а также к выполнению проектных работ. НТП ЦТКС-ФЖТ-2002 является своего рода «библией» для инженера-проектировщика, описывая принципы построения, структуру, параметры и требования к оборудованию.
• ГОСТ 34014-2016 «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ. СЕТЬ ОПЕРАТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ». Данный ГОСТ определяет технические требования и методы контроля цифровой и цифро-аналоговой сети оперативно-технологической связи на железнодорожном транспорте. Он регламентирует качество передачи, надежность, параметры интерфейсов и другие критически важные аспекты, которые напрямую влияют на безопасность движения и оперативность управления.
• ГОСТ Р 53111-2008 «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки». Этот стандарт чрезвычайно важен для обеспечения отказоустойчивости. Он предусматривает оценку показателей устойчивости (надежности и живучести) сети электросвязи расчетным путем по значению вероятности связности направлений и каналов электросвязи. Принципы, заложенные в этом ГОСТе, ложатся в основу проектирования топологии сети с учетом резервирования и возможностей восстановления.
• ГОСТ 21655-87 «Каналы и тракты магистральной первичной сети единой автоматизированной системы связи. Электрические параметры и методы измерений». Несмотря на свой возраст, этот ГОСТ содержит фундаментальные требования к электрическим параметрам каналов и трактов, которые сохраняют актуальность при взаимодействии с аналоговыми компонентами или при использовании определенных методов измерений. Он определяет такие важные параметры, как затухание, частотные характеристики, шумы и другие, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации каналов ТЧ.

Помимо вышеуказанных ГОСТов и НТП, проектировщики руководствуются различными распоряжениями ОАО «РЖД», которые могут касаться конкретных вопросов организации связи, внедрения новых технологий, стандартизации оборудования или процедур эксплуатации. Например, распоряжения могут регулировать порядок технического обслуживания, модернизации или расширения существующих сегментов сети. Совокупность этих документов формирует комплексную правовую и техническую базу, обеспечивающую единообразие подходов и высокое качество проектирования ТСС на железнодорожном транспорте.

2. Расчет пропускной способности и канальной емкости транспортной сети

Основой любого проекта сети связи является точное определение необходимой пропускной способности и канальной емкости. Без этого невозможно ни обоснованно выбрать оборудование, ни гарантировать бесперебойную передачу всех видов сообщений. Этот раздел посвящен методикам, позволяющим произвести такие расчеты, опираясь на стандартизированные единицы измерения и нормативные параметры.

2.1. Основные единицы измерения и параметры каналов передачи

В истории развития телекоммуникаций сложились две основные единицы измерения емкости каналов: аналоговая и цифровая.

• Канал тональной частоты (ТЧ): Исторически является единицей измерения емкости аналоговых систем передачи. Представляет собой стандартизованный частотный диапазон 300-3400 Гц, предназначенный для передачи телефонных сигналов, а также сигналов данных, факсимильной и телеграфной связи. Несмотря на повсеместный переход к цифровым системам, понятие ТЧ канала сохраняет свою актуальность при расчете требований к транзиту и при взаимодействии с устаревшим оборудованием или сетями.
• Основной цифровой канал (ОЦК): В цифровых системах передачи аналогом канала ТЧ является основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи 64 Кбит/с. Именно 64 Кбит/с является базовым «кирпичиком» для построения всех иерархий цифровых потоков, таких как E1 (2048 Кбит/с, включающий 30 ОЦК для полезной нагрузки и 2 для сигнализации/синхронизации).

Нормативные параметры каналов ТЧ, установленные еще ГОСТ 21655-87 и «Нормами на электрические параметры каналов ТЧ магистральной и внутризоновых первичных сетей», по-прежнему служат ориентиром для проектирования и оценки качества каналов, даже если они реализованы на цифровой основе. Ключевые параметры включают:

• Максимальная протяженность номинальной цепи канала ТЧ магистральной и внутризоновой сетей без участков местной сети составляет 13700 км. Это значение определяет возможности трансконтинентальной связи.
• Предельное число транзитов ТЧ в такой цепи должно быть не более 6 (то есть, не более 7 простых каналов ТЧ), из них 4 транзита — на участке магистральной сети. Транзит — это промежуточная точка, где сигнал демодулируется и ремодулируется, или преобразуется из одного формата в другой, что неизбежно приводит к накоплению искажений.
• Номинальное значение остаточного затухания каналов на частоте 1020 Гц составляет -17 дБ при четырехпроводном окончании. Остаточное затухание характеризует суммарное ослабление сигнала на протяжении всего канала.
• Эффективно передаваемая полоса частот канала ТЧ составляет 0.3-3.4 кГц. Это гарантирует достаточную разборчивость речи и передачу большинства аналоговых сигналов данных.
• Средняя длительная мощность сигналов, передаваемых по каналу ТЧ, не должна превышать 32 мкВт, а максимальная, определенная с вероятностью превышения 10^-3, — 1250 мкВт. Эти параметры важны для предотвращения перегрузки оборудования и обеспечения нормального уровня сигнала.

Понимание этих параметров и единиц измерения критически важно для корректного расчета пропускной способности и емкости, а также для оценки соответствия проектируемой сети нормативным требованиям.

2.2. Методика расчета предельного числа каналов для заданной нагрузки

Расчет необходимой канальной емкости на магистральных участках является одним из центральных этапов проектирования ТСС. Этот процесс требует не только знания базовых единиц измерения, но и владения методиками, позволяющими определить оптимальное количество каналов для обеспечения заданного качества обслуживания при определенной нагрузке.

Для расчета предельного числа каналов, занятых под передачу определенного вида сообщений, используется «Методика распределения каналов ТЧ в системах передачи» (М., 1983 г.), которая, несмотря на свой возраст, содержит фундаментальные принципы теории телетрафика и применима в современных условиях с учетом цифровых эквивалентов.

Общий подход к расчету включает следующие шаги:

1. Определение видов трафика и их интенсивности: Первым шагом является категоризация всех видов сообщений, которые будут передаваться по сети. Это может быть:
   • Телефонная связь: Диспетчерская, поездная, междугородная связь. Для каждого вида определяется средняя длительность разговора, средняя интенсивность вызовов в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) и допустимая вероятность потерь (например, 0.01 для абонентских сетей, 0.001 для транзитных).
   • Передача данных: Системы телемеханики, телеуправления, АСУ, интернет-трафик. Здесь важен объем передаваемых данных, требуемая скорость и задержка.
   • Сигнализация: Сигналы СЦБ (систем централизации, блокировки и авторегулирования), сигнализация об авариях, охранная сигнализация. Эти виды трафика часто имеют приоритетный характер и требуют минимальных задержек и высокой надежности.
   • Видеосвязь: Для служебных целей, мониторинга.
2. Перевод всех видов трафика в единицы ОЦК (64 Кбит/с): Для унификации расчетов все аналоговые каналы ТЧ и цифровые потоки данных переводятся в эквивалентное число ОЦК. Например, поток E1 содержит 30 ОЦК полезной нагрузки.
3. Применение формул теории телетрафика: Для расчета необходимого числа каналов (ОЦК) для голосового трафика обычно используются формулы Эрланга B (для систем с потерями) или Эрланга C (для систем с ожиданием).
   • Формула Эрланга B для расчета вероятности потерь P_отк:

   Pотк = [AN / N!] / [Σk=0N (Ak / k!)]

   Где:

   • A — интенсивность нагрузки (Эрланг), A = λ × h (λ — интенсивность вызовов в час, h — средняя длительность разговора в часах).
   • N — число обслуживающих приборов (каналов).
   • Σ — сумма.

   На практике, чаще используются таблицы Эрланга или специализированное программное обеспечение для определения N при заданной A и P_отк.

4. Учет резервирования и живучести: При расчете канальной емкости необходимо закладывать резерв для обеспечения живучести сети. Это может быть 100% резервирование (N+N) для критически важных направлений или частичное резервирование (N+1, N+M), а также использование механизмов самовосстановления (например, кольцевые структуры SDH, OTN).
5. Определение необходимого числа высокоскоростных потоков: Полученное суммарное число ОЦК агрегируется в стандартные цифровые потоки (E1, E3, STM-1, STM-4, STM-16 и т.д.) для определения требуемой пропускной способности первичной сети.
   • Например, если по расчетам для определенного участка требуется 120 ОЦК для телефонной связи и 60 ОЦК для передачи данных, то суммарно потребуется 180 ОЦК.
   • Поскольку каждый поток E1 содержит 30 ОЦК, это будет эквивалентно 180 / 30 = 6 потокам E1.
   • Эти 6 потоков E1 могут быть организованы в один поток STM-1 (который может содержать до 63 потоков E1) или агрегированы в более высокоскоростные потоки в зависимости от дальнейшей архитектуры сети.

Таким образом, расчет потребной канальной емкости — это итерационный процесс, требующий анализа видов трафика, применения теорий телетрафика, учета стандартов и требований к надежности, а также выбора оптимального оборудования для агрегации потоков.

3. Современные технологии построения магистральных сетей связи на железнодорожном транспорте: SDH, DWDM, OTN

Эволюция технологий магистральных сетей связи на железнодорожном транспорте отражает общемировые тенденции к увеличению пропускной способности, гибкости и эффективности передачи данных. От синхронной цифровой иерархии (SDH) до систем волнового уплотнения (DWDM) и оптических транспортных сетей (OTN) — каждая новая технология привносила свои уникальные преимущества, позволяя РЖД адаптироваться к растущим потребностям в обмене информацией.

3.1. Технология синхронной цифровой иерархии (SDH) на сети РЖД

Магистральная цифровая сеть связи российских железных дорог (МЦСС) исторически строилась на основе технологии синхронной цифровой иерархии (SDH — Synchronous Digital Hierarchy). В свое время SDH представляла собой революционный шаг вперед, обеспечивая высокую надежность и управляемость трафика, что полностью удовлетворяло потребности технологических процессов железнодорожного транспорта.

Принципы SDH:
SDH основана на принципах временного разделения каналов (ВРК/TDM — Time Division Multiplexing). Это означает, что различные потоки данных последовательно передаются по одному каналу, занимая определенные временные интервалы (тайм-слоты). Основные преимущества SDH заключались в:

• Синхронность: Все элементы сети синхронизированы от единого опорного генератора, что упрощает выделение и ввод/вывод низкоскоростных потоков без необходимости их полного демультиплексирования.
• Стандартизация: SDH является международным стандартом (ITU-T G.707), обеспечивающим совместимость оборудования различных производителей.
• Гибкость: Позволяла эффективно организовывать потоки данных различной скорости (от E1 до STM-N). На сети МЦСС РЖД использовалось оборудование уровней STM-1 (155 Мбит/с), STM-4 (622 Мбит/с) и STM-16 (2.5 Гбит/с).
• Отказоустойчивость: SDH-сети легко конфигурируются в самовосстанавливающиеся кольцевые структуры, что значительно повышает их живучесть при обрывах линий или отказах оборудования.

Ограничения SDH:
Несмотря на свои преимущества, SDH столкнулась с ограничениями в условиях современного экспоненциального роста требований к пропускной способности и гибкости сети:

• Неэффективное использование полосы пропускания: TDM-принцип SDH неоптимален для передачи пакетного трафика (например, Ethernet, IP), где информация передается неравномерными «порциями». Для пакетного трафика SDH выступает лишь как транспортный «контейнер», часто оставляя часть емкости неиспользованной.
• Масштабируемость: Хотя SDH может агрегировать потоки до STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с), дальнейшее наращивание пропускной способности на уровне одного волокна становится крайне дорогим и сложным.
• «Тонкая гранулярность»: Выделение отдельных каналов на высоких скоростях требует полного демультиплексирования потока, что усложняет архитектуру и увеличивает задержки.

Эти ограничения стали катализатором для поиска новых решений, способных обеспечить качественно иной уровень пропускной способности и гибкости, что привело к активному внедрению технологий волнового уплотнения.

3.2. Системы волнового уплотнения (WDM/DWDM/CWDM)

На смену жестким ограничениям SDH в области пропускной способности пришли системы волнового уплотнения (WDM – Wavelength Division Multiplexing). WDM — это технология физического уровня, которая совершила революцию в оптических сетях, позволяя многократно увеличить пропускную способность одного оптического волокна.

Принципы WDM:
Суть технологии WDM заключается в одновременной передаче нескольких информационных каналов по одному оптическому волокну, используя для каждого канала свет определенной длины волны. Представьте себе оптическое волокно как многополосное шоссе, где каждая полоса (каждая длина волны) может нести отдельный поток данных, не мешая другим. Это достигается благодаря использованию оптических мультиплексоров, которые объединяют сигналы разных длин волн в одно волокно на передающей стороне, и демультиплексоров, которые разделяют их на приемной стороне.

Существуют две основные разновидности WDM:

• Плотное волновое уплотнение (DWDM — Dense WDM): Характеризуется использованием очень близких длин волн, что позволяет размещать большое количество каналов в относительно узком спектральном диапазоне.
  • Применение на магистральной сети РЖД: На магистральной сети РЖД активно используется DWDM-оборудование, способное организовывать от 40 до 80 оптических каналов с пропускной способностью каждого 10 Гбит/с. Современные решения DWDM могут передавать до 96 каналов x 200 Гбит/с в паре волокон, что обеспечивает колоссальный прирост пропускной способности. Это делает DWDM незаменимой для создания высокоскоростных магистральных связей, соединяющих крупные узлы и регионы.
  • Преимущества: Высочайшая пропускная способность, возможность использования оптических усилителей (EDFA) для увеличения дальности передачи без электрического преобразования сигнала.
• Разрежённое волновое уплотнение (CWDM — Coarse WDM): Отличается более широкими интервалами между длинами волн, что упрощает конструкцию оборудования, но ограничивает число каналов.
  • Применение на дорожной и региональной сетях РЖД: Аппаратура CWDM, с возможностью организации от 8 до 18 оптических каналов с пропускной способностью 2,5-10 Гбит/с, применяется на дорожной и региональной сетях. Это оптимальное решение для участков, где требуется увеличение пропускной способности, но не до таких экстремальных значений, как на магистрали, и где важна экономическая эффективность.
  • Преимущества: Более низкая стоимость оборудования, простота в эксплуатации, меньшие требования к температурной стабилизации.

Основные преимущества WDM:
Главное и неоспоримое преимущество WDM заключается в многократном увеличении пропускной способности существующих волоконно-оптических линий. Вместо прокладки новых оптических кабелей, что всегда дорого и трудоемко, операторы могут просто «уплотнить» уже имеющиеся, добавляя новые длины волн. Это значительно повышает экономическую эффективность и масштабируемость сети, позволяя оперативно наращивать емкость в ответ на растущий спрос.

3.3. Оптические транспортные сети (OTN) как перспективная технология для магистральной связи РЖД

Если DWDM можно рассматривать как мощный инструмент для увеличения пропускной способности на физическом уровне, то технология оптических транспортных сетей (OTN — Optical Transport Network) представляет собой следующий эволюционный шаг, предоставляя комплексное решение для управления этим огромным объемом трафика. OTN является основной технологией построения современных магистральных волоконно-оптических сетей связи, пришедшей на смену SDH/SONET, и активно рассматривается для внедрения на сети связи железнодорожного транспорта.

Описание технологии OTN:
OTN — это стандартизированная (согласно рекомендациям МСЭ-Т: G.871 — общие положения, G.870 — термины и определения, G.709 — структуры сигналов и отображения, G.872 и G.873 — архитектура сети, G.798 — функциональные характеристики оборудования, G.874, G.875 — модели управления информацией для элементов сети) технология, которая позволяет передавать по транспортной сети данные различных форматов (SDH, Ethernet, IP, ATM, Fibre Channel, InfiniBand и др.) внутри стандартных контейнеров с фиксированным временем доставки. По своей сути, OTN можно сравнить с «цифровой оберткой» для любого вида трафика, обеспечивающей его надежную и эффективную передачу.

Ключевой особенностью OTN является ее использование совместно с DWDM. Это позволяет передавать по одному оптическому волокну одновременно несколько каналов OTN ODU-k (Optical Data Unit) различного уровня на разных длинах волн. Таким образом, DWDM обеспечивает мультиплексирование по длинам волн, а OTN — структурирование и управление трафиком внутри этих оптических каналов.

Комплексный анализ преимуществ технологий DWDM и OTN:
Совместное использование DWDM и OTN предоставляет операторам связи, в том числе РЖД, ряд критически важных преимуществ:

• Многократное увеличение пропускной способности: Как уже упоминалось, WDM в десятки раз повышает пропускную способность волокон. Современные решения DWDM позволяют передавать до 96 каналов по 200 Гбит/с каждый в одной паре волокон, что обеспечивает беспрецедентный уровень емкости.
• Экономическая эффективность: OTN обеспечивает экономичный механизм для эффективного использования пропускной способности систем DWDM. Это достигается за счет:
  • Снижения эксплуатационных расходов: Путем консолидации различных служб передачи данных в одной оптической сети, что упрощает управление и обслуживание, устраняя необходимость в отдельных инфраструктурах для разных типов данных.
  • Оптимизации использования полосы пропускания: Динамическое распределение ресурсов в зависимости от потребностей в трафике.
  • Энергоэффективности: Использование передовых технологий мультиплексирования, таких как WDM, которое снижает потребность в дополнительной физической инфраструктуре, и применение высокоэффективных оптических усилителей (например, EDFA) вместо электрических регенераторов, что сокращает потребление энергии.
• Гибкость и масштабируемость: Технология OTN предоставляет возможность использовать как существующие, так и внедрять новые технологии, позволяя операторам наращивать емкость сети без изменения инфраструктуры. Это обеспечивает долгосрочную защиту инвестиций и адаптивность к будущим требованиям.
• Высокий уровень безопасности: Сети OTN, разработанные в соответствии с рекомендациями МСЭ, обеспечивают высокий уровень конфиденциальности и безопасности за счет четкого разделения трафика по выделенным каналам (ODU). Каждый ODU представляет собой логически изолированный канал, что предотвращает несанкционированный доступ и смешивание данных.
• Надежность: OTN позволяет операторам быстрее и эффективнее запускать новые услуги, исключая неопределенность при смешивании разнообразных сервисов в едином трафике. Встроенные механизмы контроля и коррекции ошибок, а также развитые возможности мониторинга производительности и защиты, значительно повышают надежность передачи данных. OTN обладает функциями кросс-соединения на электрическом или оптическом уровне, что позволяет создавать отказоустойчивые топологии, аналогичные SDH-кольцам, но с гораздо большей пропускной способностью и гибкостью.

В отличие от DWDM, которую можно рассматривать как предыдущую версию передачи «точка-точка», OTN, подобно SDH, обладает функцией кросс-соединения, но уже на электрическом или оптическом уровне, что делает ее гораздо более интеллектуальной и управляемой. Благодаря своим уникальным преимуществам, оборудование OTN постепенно вытесняет оборудование DWDM, становясь де-факто стандартом для построения магистральных ВОЛС. Позволяет ли это в полной мере решить задачу обеспечения бесперебойной и защищенной связи для критически важной инфраструктуры, такой как РЖД?

4. Проектирование отказоустойчивых сетей и оценка живучести

В условиях железнодорожного транспорта, где любая задержка или сбой связи могут привести к серьезным последствиям, вопрос отказоустойчивости и живучести сети является одним из приоритетных при проектировании. Живучесть не просто желательна, она является критически важным параметром, который необходимо не только обеспечивать на этапе проектирования, но и оценивать количественно.

4.1. Концепция живучести сети и нормативные требования

Живучесть сети — это ее способность сохранять работоспособность или выполнять заданные функции в условиях агрессивного воздействия внешних факторов, таких как обрывы кабелей, отказы оборудования, стихийные бедствия или преднамеренные атаки. Она отражает возможность сети сопротивляться разрушению и обеспечивать связность между узлами даже при частичном повреждении инфраструктуры. Количественная оценка живучести информационно-телекоммуникационных сетей связи (ИТСС) является одной из важнейших задач при их проектировании и разработке и оценивается вероятностью выживания направлений связи.

В Российской Федерации требования к живучести и надежности сетей связи регламентируются на государственном уровне. ГОСТ Р 53111-2008 «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки» является ключевым документом в этой области. Он предусматривает оценку показателей устойчивости (надежности и живучести) сети электросвязи расчетным путем, основываясь на значении вероятности связности направлений и каналов электросвязи. Этот стандарт обязывает проектировщиков не просто декларировать живучесть, а подтверждать ее расчетами и моделями, что гарантирует соответствие самым высоким требованиям безопасности.

Топологические решения для обеспечения живучести имеют первостепенное значение. При проектировании первичной сети электросвязи железнодорожного транспорта, особенно ее магистрального сегмента, ключевым принципом является соединение «Каждый сетевой узел с каждым» для магистральных сетевых узлов (МСУ). Такая полносвязная топология обеспечивает максимальную избыточность маршрутов и, следовательно, высокую живучесть сети в целом. В случае выхода из строя одного или нескольких каналов связи между МСУ, всегда существуют альтернативные пути для передачи трафика, что минимизирует вероятность полного разрыва связности.

4.2. Элементы и системы обеспечения живучести (ЭЖ и СОЖ)

Для системного подхода к обеспечению живучести сети необходимо четко разграничить и понять два ключевых понятия: Элементы Живучести и Системы Обеспечения Живучести. Этот методический прием формирования свойств, обеспечивающих живучесть, лежит в основе метода граничных оценок, предлагаемого для приближенного оценивания живучести.

Элементы живучести (ЭЖ):
ЭЖ представляют собой отдельные компоненты сети, отказ которых может повлиять на ее работоспособность и связность. К ним относятся:

• Узлы связи: Оборудование, коммутационные станции, маршрутизаторы, мультиплексоры, серверы.
• Линии связи: Оптические кабели, медные кабели, радиорелейные линии, спутниковые каналы.
• Активное и пассивное оборудование: Блоки питания, оптические усилители, кросс-коммутаторы, распределительные панели.

Очевидно, что чем более надежны и защищены отдельные ЭЖ, тем выше потенциальная живучесть всей системы.

Система обеспечения живучести (СОЖ):
СОЖ — это комплекс организационных, технических и программных мер, разработанных и внедренных для повышения живучести сети путем компенсации отказов ЭЖ и минимизации их последствий. Основные составляющие СОЖ включают:

• Резервирование: Создание избыточных ресурсов, которые могут быть задействованы в случае отказа основных. Это может быть:
  • Резервирование оборудования: Установка дублирующих модулей, блоков питания, коммутаторов.
  • Резервирование линий связи: Прокладка альтернативных оптических трасс, использование кольцевых топологий (например, SDH-кольца, механизмы защиты OTN).
  • Резервирование питания: Источ��ики бесперебойного питания (ИБП), дизель-генераторы.
• Маршрутизация с учетом сбоев: Использование протоколов маршрутизации, которые способны оперативно перенаправлять трафик в обход поврежденных участков (например, OSPF, ISIS для IP-сетей, механизмы переключения защиты в SDH/OTN).
• Системы мониторинга и управления: Автоматизированные системы, которые в режиме реального времени отслеживают состояние всех ЭЖ, выявляют сбои, уведомляют операторов и, по возможности, автоматически запускают процедуры восстановления.
• Процедуры восстановления: Четко определенные и отработанные алгоритмы действий персонала при возникновении аварийных ситуаций, включая аварийно-восстановительные бригады.

Эффективная СОЖ является залогом высокой живучести, позволяя сети не только выдерживать отдельные отказы, но и быстро восстанавливаться после более масштабных повреждений.

4.3. Методы оценки живучести информационно-телекоммуникационных сетей связи

Оценка живучести информационно-телекоммуникационных сетей связи — это сложная аналитическая задача, требующая применения специализированных методов. Точный расчет живучести базируется на рассмотрении ИТСС как восстанавливаемой системы, то есть системы, способной возвращаться в работоспособное состояние после сбоя.

Существуют различные подходы к оценке живучести, каждый из которых акцентирует внимание на определенных аспектах:

1. Метод прямого перебора состояний элементов сети связи: Этот метод является наиболее фундаментальным, но и наиболее ресурсоемким. Он заключается в систематическом переборе всех возможных состояний отказов отдельных элементов сети (узлов, линий связи) и оценке связности или функциональности сети для каждого из этих состояний. Для каждой комбинации отказов рассчитывается вероятность ее возникновения и соответствующая мера живучести. Затем эти значения усредняются с учетом вероятностей. Очевидно, что для крупных и сложных сетей с большим количеством элементов полный перебор становится вычислительно непосильным, поэтому применяются методы сокращения пространства состояний или статистического моделирования (например, метод Монте-Карло).
2. Метод граничных оценок: Для приближенного оценивания живучести предлагается метод граничных оценок, который основывается на методическом приеме формирования свойств, обеспечивающих живучесть, через элементы живучести (ЭЖ) и систему обеспечения живучести (СОЖ), как было описано выше. Этот метод позволяет получить верхние и нижние границы для показателей живучести без полного перебора состояний, что упрощает и ускоряет оценку на ранних этапах проектирования.
3. Виды живучести по объекту оценки: В зависимости от того, что именно является объектом оценки, выделяют три основных вида живучести:
   • Структурная живучесть: Выраженная через математическое ожидание числа погибших узлов, структурная живучесть отображает топологию сети. Она характеризует, насколько хорошо сеть сохраняет свою связность на уровне узлов при выходе из строя других узлов или линий. Высокая структурная живучесть означает, что даже при значительных повреждениях большая часть узлов останется доступной и связанной друг с другом.
   • Функциональная живучесть: Выраженная через математическое ожидание числа выживших соединений (межузловых потоков), функциональная живучесть является отображением характеристик потока в сети. Она оценивает способность сети продолжать передавать определенные объемы трафика или обеспечивать заданное количество связей между узлами при частичных повреждениях. Этот показатель более чувствителен к качеству обслуживания и пропускной способности каналов.
   • Потоковая живучесть: Потоковая живучесть позволяет оценить нагрузку дуг как до, так и после атаки на избыточные дуги, а также установить необходимый запас пропускной способности. Этот вид живучести фокусируется на способности сети поддерживать заданные потоки трафика, учитывая их объемы и приоритеты, при возникновении отказов. Она позволяет определить, какой объем трафика может быть успешно перенаправлен по резервным маршрутам и достаточен ли запас пропускной способности для этого.

При проектировании критически важных сетей, таких как ТСС железнодорожного транспорта, обычно применяется комбинация этих методов для получения наиболее полной и достоверной картины живучести системы.

5. Расчет параметров регенерационных участков волоконно-оптических линий связи

Проектирование волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) является ключевым элементом создания современной транспортной сети. Одним из наиболее важных и сложных инженерных расчетов является определение оптимальной длины регенерационного участка. Регенерационный участок ВОЛС — это часть линии, расположенная между оконечным оборудованием или между оптическими кроссами, где требуется восстановление или усиление оптического сигнала.

5.1. Факторы, ограничивающие длину регенерационного участка ВОЛС

Длина регенерационного участка (l_РУ) ВОЛС не может быть произвольной и определяется двумя основными передаточными характеристиками оптического кабеля: его коэффициентом затухания и дисперсией. Эти два фактора являются ограничивающими и вынуждают производить расчеты отдельно для каждого из них, выбирая затем наименьшее значение для определения реальной длины участка.

1. Затухание кабеля:
   • Суть явления: Затухание, или ослабление оптического сигнала, происходит по мере его распространения по волокну. Оно вызвано поглощением света материалом волокна и рассеянием света на неоднородностях.
   • Влияние на длину участка: Затухание приводит к уменьшению передаваемой мощности сигнала. Если мощность сигнала на приемной стороне упадет ниже чувствительности приемника, то достоверная передача информации станет невозможной. Таким образом, затухание оптического кабеля лимитирует длину регенерационного участка по энергетическим показателям. Чем выше коэффициент затухания волокна, тем короче должен быть регенерационный участок.
2. Дисперсия кабеля:
   • Суть явления: Дисперсия — это явление, при котором различные компоненты оптического импульса (например, разные длины волн или моды распространения) распространяются по волокну с разной скоростью. Это приводит к «растягиванию» оптических импульсов во времени.
   • Влияние на длину участка: Растягивание импульсов приводит к их наложению друг на друга и искажению, что в конечном итоге ограничивает пропускную способность кабеля. Если импульсы становятся настолько широкими, что начинают перекрывать соседние, приемник не сможет различить отдельные биты информации. Таким образом, дисперсия ограничивает пропускную способность кабеля и, как следствие, максимальную длину регенерационного участка при заданной скорости передачи.

Поскольку оба фактора имеют критическое значение, длина регенерационного участка должна удовлетворять условиям как по затуханию, так и по дисперсии. Расчеты производятся отдельно для каждого параметра, и выбирается наименьшее значение, которое будет гарантировать работоспособность линии.

5.2. Алгоритм расчета длины регенерационного участка по затуханию

Расчет длины регенерационного участка, ограниченной затуханием, является фундаментальным для проектирования ВОЛС. Он позволяет определить максимальное расстояние, которое может пройти оптический сигнал, сохраняя при этом достаточный уровень мощности для достоверного приема.

Формула расчета длины регенерационного участка по затуханию (l_РУ.зат):

lРУ.зат = (Ω − AЗ) / α

Где:

• Ω (Омега) — энергетический потенциал аппаратуры (дБ). Этот параметр характеризует разницу между мощностью оптического сигнала на выходе передатчика и минимальной чувствительностью приемника. Это своего рода «бюджет мощности», который система может себе позволить. Типичные значения для современных систем SDH/DWDM могут варьироваться от 20 до 35 дБ и выше.
• A_З — энергетический запас системы (дБ). Этот запас необходим для компенсации различных дополнительных потерь и деградации сигнала, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации. К ним относятся:
  • Эффект старения аппаратуры (снижение мощности передатчика, снижение чувствительности приемника).
  • Дополнительные потери при ремонтных работах (например, временные сращивания).
  • Некачественное сращивание волокон в процессе монтажа.
  • Дополнительные потери на оптических коннекторах и кроссовом оборудовании.
  • Температурные колебания, влияющие на затухание кабеля.

  Типичные значения A_З могут составлять от 3 до 8 дБ.

• α (альфа) — коэффициент затухания оптического кабеля (дБ/км). Этот параметр указывает, насколько ослабляется сигнал при прохождении одного километра волокна. Зависит от типа волокна и длины волны. Например, для одномодовых волокон на длине волны 1550 нм коэффициент затухания может составлять 0.18-0.22 дБ/км.

Пример расчета длины регенерационного участка по затуханию:
Допустим, у нас есть следующие параметры:

• Энергетический потенциал аппаратуры Ω = 28 дБ.
• Энергетический запас системы A_З = 6 дБ.
• Коэффициент затухания оптического кабеля α = 0.2 дБ/км (для одномодового волокна на 1550 нм).

Тогда длина регенерационного участка по затуханию будет:

lРУ.зат = (28 дБ − 6 дБ) / 0.2 дБ/км = 22 дБ / 0.2 дБ/км = 110 км.

Таким образом, по критерию затухания, максимальная длина регенерационного участка составляет 110 км.

5.3. Алгоритм расчета длины регенерационного участка по широкополосности (дисперсии)

Расчет длины регенерационного участка с учетом дисперсии является не менее важным, чем расчет по затуханию, особенно для высокоскоростных систем передачи. Дисперсия, растягивая оптические импульсы, может привести к их наложению и потере информации, даже если уровень сигнала остается достаточным.

Определение расчетной пропускной способности световода на 1 км длины (ΔF_х):

ΔFх = 1 / τ

Где:

• τ (тау) — дисперсия (с/км). Этот параметр характеризует временное «размытие» оптического импульса на единицу длины волокна. Чем меньше τ, тем выше пропускная способность.

Дальнейший, более точный расчет длины регенерационного участка по пропускной способности (ограниченной хроматической дисперсией) требует учета максимальной допустимой дисперсии для конкретной аппаратуры и скорости передачи.

Расчет длины регенерационного участка, ограниченной хроматической дисперсией (L_дисп):

Lдисп = Φ / D

Где:

• Φ (Фи) — допустимая дисперсия в кабельной системе (пс/нм). Этот параметр зависит от стандарта передачи (например, STM-16, STM-64) и скорости передачи. Он указывает максимальное значение дисперсии, которое может допустить конкретная аппаратура без существенного ухудшения качества сигнала.
• D — удельная хроматическая дисперсия волокна (пс/(нм·км)). Этот параметр характеризует, насколько сильно растягивается импульс на единицу длины волны и на единицу длины волокна. Зависит от типа оптического волокна.

Типовые значения для расчета:

Стандарт / Тип волокна	Допустимая дисперсия (Φ), пс/нм	Удельная дисперсия (D), пс/(нм·км)
STM-16 (2,5 Гбит/с)	10500	—
STM-64 (10 Гбит/с)	1600	—
Стандартное одномодовое волокно (SF)	—	20
Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF)	—	5,5

Пример расчета длины регенерационного участка по дисперсии:
Рассчитаем L_дисп для системы STM-64, использующей стандартное одномодовое волокно (SF).

• Допустимая дисперсия для STM-64 (Φ) = 1600 пс/нм.
• Удельная дисперсия для SF-волокна (D) = 20 пс/(нм·км).

Тогда длина регенерационного участка по дисперсии будет:

Lдисп = 1600 пс/нм / 20 пс/(нм·км) = 80 км.

Теперь, если бы мы использовали волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) для той же системы STM-64:

• Допустимая дисперсия для STM-64 (Φ) = 1600 пс/нм.
• Удельная дисперсия для NZDSF-волокна (D) = 5,5 пс/(нм·км).

Lдисп = 1600 пс/нм / 5,5 пс/(нм·км) ≈ 290,9 км.

Этот пример наглядно демонстрирует, как выбор типа волокна существенно влияет на максимальную длину регенерационного участка, ограниченную дисперсией, особенно на высоких скоростях передачи.

5.4. Определение оптимальной длины регенерационного участка ВОЛС

После проведения расчетов длины регенерационного участка по затуханию (l_РУ.зат) и по дисперсии (L_дисп) необходимо выбрать значение, которое удовлетворяет обоим условиям. Принцип здесь прост: «цепочка прочна настолько, насколько прочно ее самое слабое звено».

Правило выбора:
Оптимальная (или максимально допустимая) длина регенерационного участка ВОЛС определяется как наименьшее из полученных значений:

lРУ = min(lРУ.зат, Lдисп)

Пример окончательного определения длины регенерационного участка:
Вернемся к нашим примерам расчетов:

• l_РУ.зат = 110 км.
• L_дисп = 80 км (для системы STM-64 на стандартном одномодовом волокне).

В данном случае:

lРУ = min(110 км, 80 км) = 80 км.

Таким образом, для данной системы и выбранного типа волокна, максимальная длина регенерационного участка не должна превышать 80 км. Если же для той же системы STM-64 использовать волокно NZDSF, где L_дисп ≈ 290,9 км, то:

lРУ = min(110 км, 290,9 км) = 110 км.

Это подчеркивает важность проведения обоих расчетов и выбора типа волокна, которое позволит максимально эффективно использовать энергетический потенциал аппаратуры без ограничений по дисперсии. Корректное определение длины регенерационного участка гарантирует надежную и качественную передачу данных на проектируемой ВОЛС.

6. Обзор современного оборудования для магистральных сетей связи РЖД и перспективы импортозамещения

Модернизация транспортной сети связи ОАО «РЖД» является непрерывным процессом, требующим внедрения передового телекоммуникационного оборудования. Исторически эта задача решалась с привлечением иностранных производителей, но текущая геополитическая обстановка и курс на импортозамещение существенно изменили ландшафт рынка.

6.1. Используемое оборудование SDH/WDM на сети РЖД

Магистральная цифровая сеть связи (МЦСС) РЖД, связывающая все 17 управлений железных дорог и обеспечивающая транспортную среду для технологической связи, до недавнего времени активно использовала оборудование WDM иностранных производителей. Среди них были такие гиганты, как:

• Huawei (Китай): Один из мировых лидеров в области телекоммуникационного оборудования, чьи решения широко применялись благодаря своей производительности и надежности.
• ZTE (Китай): Еще один крупный китайский производитель, предлагающий широкий спектр решений для оптических сетей.
• ECI (Израиль): Компания, известная своими транспортными решениями для операторов связи.

Эти компании поставляли мультисервисные платформы, которые успешно эксплуатировались Региональными центрами связи на ряде железных дорог Российской Федерации. Эти платформы были ценны тем, что сочетали в себе возможности организации каналов и трактов синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH), пакетной передачи (например, Ethernet) и оптических каналов WDM. Такая конвергенция позволяла эффективно использовать одну и ту же физическую инфраструктуру для различных типов трафика, что упрощало управление и снижало затраты.

Основу первичной цифровой сети связи магистрального сегмента РЖД (МЦСС) формировали системы передачи синхронной цифровой иерархии уровня STM-1 — STM-16. Это обеспечивало достаточно высокую пропускную способность для того времени и хорошую управляемость, но с ростом потребностей в гигабитных скоростях и пакетной передаче данных, стало очевидно, что необходимы более современные и мощные решения. Переход к OTN, о котором говорилось ранее, является логичным шагом в этом направлении.

6.2. Отечественные решения и стратегия импортозамещения

В условиях ужесточения санкций и активной государственной политики импортозамещения, фокус внимания сместился на отечественных производителей телекоммуникационного оборудования. Этот сдвиг является стратегически важным для обеспечения технологического суверенитета критически важной инфраструктуры, такой как железнодорожный транспорт.

Роль компании «Т8»:
Ведущим отечественным производителем DWDM-оборудования стала Компания «Т8». Ее продукция, в частности, линейка «Волга», уже успешно используется на магистральных сетях крупнейших операторов связи России, таких как «Ростелеком», «Мегафон», МТС и «Вымпелком». Этот опыт подтверждает высокое качество и надежность отечественных разработок, что делает их крайне привлекательными для сетей связи технологического назначения, включая ОАО «РЖД».

Комплексные решения компании «Т8»:
Компания «Т8» предлагает не просто DWDM-оборудование, а комплексные решения по оптическому уплотнению, включающие как DWDM, так и перспективную технологию OTN. Эти решения обладают широкой функциональностью, позволяя напрямую подключать различные протоколы и скорости:

• SDH STM 1/4/16/64: Обеспечивается совместимость с существую��ей SDH-инфраструктурой и возможность постепенного перехода.
• Ethernet 1/10/40/100G: Поддержка высокоскоростной передачи данных для современных пакетных сервисов.
• Fiber Channel 8/16/32G: Важно для систем хранения данных и специализированных приложений.

Перспективы внедрения OTN на сети РЖД:
В свете этих возможностей, технология оптических транспортных сетей (OTN) с использованием аппаратуры со спектральным разделением каналов отечественного производства (как раз от таких компаний, как «Т8») рассматривается как стратегическое направление для применения на сети связи железнодорожного транспорта. Внедрение OTN позволит РЖД значительно увеличить пропускную способность магистральных каналов, повысить гибкость сети для поддержки разнообразных сервисов, обеспечить высокий уровень безопасности и надежности, а также снизить эксплуатационные расходы за счет консолидации инфраструктуры и энергоэффективности. Это не только соответствует политике импортозамещения, но и обеспечивает РЖД доступ к передовым технологиям, необходимым для дальнейшего развития и модернизации транспортной системы страны.

Заключение

Проектирование первичной транспортной сети связи на железнодорожном транспорте — это сложная, многогранная задача, требующая глубоких инженерных знаний, строгого соблюдения нормативных требований и постоянного отслеживания технологических инноваций. В рамках данной курсовой работы были всесторонне изучены и проанализированы ключевые аспекты этого процесса, подтверждая достижение поставленных целей и задач.

Мы рассмотрели фундаментальные нормативно-технические и организационные основы построения ТСС ОАО «РЖД», выявив специфику двухуровневой архитектуры, принципы топологии (например, «Каждый сетевой узел с каждым» для МСУ) и роль ключевых нормативных документов, таких как НТП ЦТКС-ФЖТ-2002 и соответствующие ГОСТы. Была детально проработана методика расчета пропускной способности и канальной емкости, включающая анализ видов трафика, применение единиц ТЧ и ОЦК, а также формул теории телетрафика для определения необходимого числа каналов.

Особое внимание уделено эволюции технологий магистральных сетей связи: от SDH, обеспечивавшей надежность и управляемость в прошлом, до систем волнового уплотнения (DWDM/CWDM), многократно увеличивших пропускную способность волокон, и, наконец, до оптических транспортных сетей (OTN) — перспективного решения, объединяющего высокую пропускную способность, гибкость и интеллектуальное управление трафиком. Подробный анализ преимуществ OTN показал ее потенциал для удовлетворения растущих потребностей РЖД.

Критически важным аспектом для железнодорожного транспорта является обеспечение отказоустойчивости и живучести сети. Мы определили концепцию живучести, рассмотрели требования ГОСТ Р 53111-2008, а также разграничили и описали Элементы Живучести (ЭЖ) и Системы Обеспечения Живучести (СОЖ), представив различные методы их оценки (структурная, функциональная, потоковая живучесть).

Значительная часть работы посвящена инженерным расчетам параметров регенерационных участков ВОЛС. Был детально представлен алгоритм расчета длины участка по затуханию и дисперсии, с приведением формул и числовых примеров, что обеспечивает практическую применимость полученных знаний.

Наконец, в работе проведен обзор современного оборудования для магистральных сетей связи РЖД, акцентируя внимание на стратегии импортозамещения и роли отечественных производителей, таких как компания «Т8», чьи решения на базе DWDM/OTN уже успешно применяются и имеют большие перспективы для железнодорожного транспорта.

Перспективы дальнейшего развития и модернизации первичной транспортной сети связи на железнодорожном транспорте неразрывно связаны с углубленным внедрением технологий OTN, дальнейшим развитием оптической инфраструктуры, а также усилением роли отечественных разработок. Это позволит создать высокопроизводительную, максимально надежную и защищенную сеть, способную эффективно поддерживать все технологические и управленческие процессы современного железнодорожного транспорта России.

Список использованной литературы

1. Прошина Л.Ф., Суркова М.В. Методическое руководство к курсовому проекту по проектированию устройств проводной связи на участке железной дороги по дисциплине «Системы железнодорожной связи». Свердловск, 1988.
2. Косова В.В. Оперативно-технологическая связь отделения железной дороги: Методы расчетов качества передачи. М.: Транспорт, 1993. 144 с.
3. Волков В.М. и др. Электрическая связь и радио на железнодорожном транспорте. Москва: Транспорт, 1991. 310 с.
4. Паршин А.В., Велигжанин Н.К. Методическое руководство к курсовому проекту по проектированию и строительству линии автоматики, телемеханики и связи на участке железной дороги по дисциплине «Линии автоматики телемеханик и связи». Части I и II. Свердловск, 1990.
5. Применение аппаратуры технологии DWDM на сетях связи железнодорожного транспорта. URL: https://pgups.ru/upload/iblock/c32/c32ec844a42b9383844f7724a1b069d2.pdf (дата обращения: 29.10.2025).
6. Нормы технологического проектирования цифровых телекоммуникационных сетей на федеральном железнодорожном транспорте — НТП ЦТКС-ФЖТ-2002. URL: https://ohranatruda.ru/ot_biblio/norma/137682/ (дата обращения: 29.10.2025).
7. Возможности применения технологии OTN на сети связи железнодорожного транспорта с использованием аппаратуры импортозамещения. URL: https://www.pgups.ru/upload/iblock/b09/b09f471e9a2636f1c2474f88100510ed.pdf (дата обращения: 29.10.2025).
8. Методы оценки живучести информационно-телекоммуникационных сетей связи. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-otsenki-zhivuchesti-informatsionno-telekommunikatsionnyh-setey-svyazi/viewer (дата обращения: 29.10.2025).
9. ГОСТ 21655-87 Каналы и тракты магистральной первичной сети единой автоматизированной системы связи. Электрические параметры и методы измерений. URL: https://vashdom.ru/gost/21655-87/ (дата обращения: 29.10.2025).
10. Нормы на электрические параметры каналов ТЧ магистральной и внутризоновых первичных сетей. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200003058 (дата обращения: 29.10.2025).
11. Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения. URL: http://www.usurt.ru/upload/uf/589/Proektirovanie_telekom_seti_dorogi_chast_1_Veligzhanin_Pashchenko_O.N.pdf (дата обращения: 29.10.2025).
12. ГОСТ Р 53111-2008 Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки. URL: https://vashdom.ru/gost/53111-2008/ (дата обращения: 29.10.2025).
13. ГОСТ 34014-2016 ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ. СЕТЬ ОПЕРАТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧ. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200140700 (дата обращения: 29.10.2025).
14. Оптические транспортные сети (Optical Transport Network, OTN) — TAdviser. URL: https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%9E%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%B5%D1%82%D0%B8_(Optical_Transport_Network,_OTN) (дата обращения: 29.10.2025).
15. Технология OTN | Разработки и технологии Т8. URL: https://t8.ru/razrabotki-i-tehnologii/otn/ (дата обращения: 29.10.2025).
16. Распоряжение ОАО «РЖД» от 16.05.2014 N 1198р (ред. от 22.02.2023) «Об утверждении Инструкции…». URL: https://docs.cntd.ru/document/420202868 (дата обращения: 29.10.2025).
17. Организация сетевых трактов и каналов передачи на первичных сетях. URL: https://uchebnik.online/telekommunikatsionnye-sistemy/organizatsiya-setevyh-traktov-kanalov-peredachi-33067.html (дата обращения: 29.10.2025).
18. Телекоммуникационные технологии, применяемые в сети связи ОАО «РЖД». URL: https://cyberleninka.ru/article/n/telekommunikatsionnye-tehnologii-primenyaemye-v-seti-svyazi-oao-rzhd/viewer (дата обращения: 29.10.2025).
19. Концептуальная модель сетей и систем связи железнодорожного транспорта. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kontseptualnaya-model-setey-i-sistem-svyazi-zheleznodorozhnogo-transporta/viewer (дата обращения: 29.10.2025).
20. Разница между DWDM и OTN. URL: https://www.fibermall.com/blog/differences-between-dwdm-and-otn.html (дата обращения: 29.10.2025).
21. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. URL: https://uchebnik.online/telekommunikatsionnye-sistemy/osnovy-postroeniya-telekommunikatsionnyh-sistem-33054.html (дата обращения: 29.10.2025).
22. Основы технологии DWDM. URL: https://t8.ru/wp-content/uploads/2021/03/osnovy-tehnologii-dwdm.pdf (дата обращения: 29.10.2025).
23. Комплексные решения по оптическому уплотнению (DWDM, OTN). URL: https://t8.ru/wp-content/uploads/2020/12/T8_OTN-DWDM_Presentation.pdf (дата обращения: 29.10.2025).
24. Современные цифровые технологии первичной сети технологической связи. URL: https://studfile.net/preview/10204702/page:3/ (дата обращения: 29.10.2025).