ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА

АННОТАЦИЯ

В работе рассматриваются вопросы контроля состояния современных волоконно-оптических систем передачи. Основное внимание уделяется информативным параметром данных систем. Показано, что мониторинг волоконно-оптических систем передачи сводится к анализу параметров среды распространения и пассивного коммутационного оборудования.

ABSTRACT

The paper considers the issues of monitoring the state of modern fiber-optic transmission system. Special attention is paid to the informative parameters of these systems. It is shown that the monitoring of fiber-optic transmission systems is reduced to the analysis of the parameters of the propagation transmission medium and passive switching equipment.

Ключевые слова: мониторинг, волоконно-оптические системы передачи

Keywords: monitoring, fiber-optic transmission systems

Важной особенностью современных телекоммуникационных систем является то, что происходит их качественное изменение. Суть этих изменений состоит в совершенствовании технических средств каналообразования и коммутации, внедрение новых технологий передачи информации и способов построения сетей. При этом радикально меняется структура трафика, при котором наряду с телефонными сообщениями все больший объем начинает занимать передача данных, другие виды сообщений. Развитие современных телекоммуникационных систем идет в направлении постоянного наращивания количества параметров их описания, что позволяет говорить об актуальности и необходимости изучения технологий измерений и используемых средств связи. 

Анализ [1–3] основных принципов построения и аспектов эволюции оптических сетей показал, что в настоящее время, в условиях постоянно растущих потребностей пользователей в предоставляемых им услугах и качестве, наиболее перспективными являются оптоволоконные технологии, в частности – волоконно-оптические системы передачи (ВОСП).

Волоконно-оптическая система передачи, в общем случае, включает в себя два основных компонента: оптоэлектронные приемо-передающие модули и оптическую среду распространения.

Оптоэлектронные приемо-передающие модули – устройства, обеспечивавшие преобразование электрического сигнала в оптический, ввод излучения в волокно и обратное преобразование оптического сигнала в последовательность двоичных электрических импульсов на приемной стороне [1]. Параметры данных устройств отражают скорость передачи, дальность связи и архитектуру сети в целом.

По мере усложнения технических объектов, повышения требований к качеству функционирования и увеличения ответственности выполняемых ими функций постоянно возрастает и актуальность этой проблемы.

Современные волоконно-оптические системы устанавливают новые системные параметры и требуют проведения более сложной процедуры измерений, чем традиционные системы. Поэтому возникает необходимость проводить измерения, которые ранее проводились лишь при производстве волоконно-оптических и оптоэлектронных компонентов, а также в лабораторных исследованиях.

Несмотря на сравнительно малую скорость протекания процессов изменения параметров в нормальных условиях эксплуатации широкого класса оптоэлектронных устройств, в современных ВОСП общее влияние изменений параметров элементов накладывает заметный отпечаток на качество предоставляемых услуг электросвязи. 

Процессы дрейфа параметров и вызываемые ими параметрические отказы требуют проведения специальных мероприятий, направленных на поддержание требуемого уровня качества функционирования оборудования ВОСП.

Другой характерной тенденцией развития технологий связи является широкое использование средств автоматизации для организации мониторинга и управления телекоммуникационными сетями.

Решение данных задач возлагается на подсистему мониторинга. Разработка подсистемы мониторинга решается с учетом конкретных типов систем, осо­бенностей выполняемых ими задач, характеристик, определяющими их состояние, элементной базой и целесообразностью автоматизации процесса контроля состояния параметров. Вместе с тем существует ряд общих принципов, используемых при разработке таких подсистем. К ним следует отнести, прежде всего, определение рационального (оптимального) набора и количества контролируемых параметров, характеризующих состояние объекта, их количественных показателей (номинальных значений и допусков).

Реализация этих принципов обеспечивает решение следующих задач:

• определения рационального (оптимального) количества параметров, контролирующих состояние параметров;
• синтеза структуры автоматизированной системы контроля;
• разработки алгоритмов ее работы.

В результате формируются технико-экономические характеристики автоматизированной системы контроля технического состояния ВОСП [4-6].

Мониторинг – система сбора/регистрации, хранения и анализа небольшого количества ключевых (явных или косвенных) признаков/параметров описания данного объекта для вынесения суждения о поведении/состоянии данного объекта в целом. То есть, для вынесения суждения об объекте в целом на основании анализа небольшого количества характеризующих его признаков.

Основное предназначение системы мониторинга – это выявление проблем, возникающих при эксплуатации ВОСП, таких как:

– обеспечение надежности и работоспособности линий связи;

– поддержание характеристик волокна на требуемом уровне;

– непредсказуемые сбои в работе из-за старения и деградации волокна;

– долгий поиск места неисправности.

Мониторинг состояния – наблюдение за состоянием объекта для определения и предсказания момента перехода в предельное состояние. Результат мониторинга состояния объекта представляет собой совокупность диагнозов составляющих его компонентов, получаемых на неразрывно примыкающих друг к другу интервалах времени, в течение которых состояние объекта существенно не изменяется. Принципиальным отличием мониторинга состояния от мониторинга параметров является наличие интерпретатора измеренных параметров в терминах состояния – экспертной системы поддержки принятия решений о состоянии объекта и дальнейшем управлении.

В зависимости от эксплуатационных факторов, выделяют следующие виды мониторинга:

– непрерывный автоматический контроль состояния ОВ;

– мониторинг «темных» (свободных) и «светлых» (занятых) ОВ;

– отображение состояния ОВ на графе трасс и таблицах статистики, интеграция с электронной картой, вывод рефлектограмм [7];

– возможность проведения измерения в автоматическом и ручном режимах, удаленным и локальным пользователем.

Основной задачей любого вида мониторинга является своевременное обнаружение изменений в наблюдаемых параметрах. Основными наблюдаемыми параметрами в оптических системах передач являются параметры, сказывающиеся на увеличение общего. Включение в подсистему мониторинга процедур прогнозирования позволит противодействовать постепенным параметрическим отказам.

Для ВОСП основной средой возникновения и накопления затухания является оптический линейный тракт, состоящий из, непосредственно, среды распространения (оптического волокна), соединительных и коммутационных элементов и активного оборудования. Основной проблемой мониторинга в оптической среде является фактор, связанный с невозможностью анализа оптического сигнала после его преобразования в активном оборудовании.

Наиболее существенными для обеспечения надежности ВОСП в период эксплуатации являются параметры оптического волокна.

Важнейшим информативным параметром ВОСП является мощность импульсного излучения. Отсюда возникает проблема контроля и измерения не только мощности оптического излучения, но и параметров ее распределения во времени и пространстве, а также трансформации этих параметров в процессе прохождения сигнала.

Основными измеряемыми параметрами в данной области являются:

– измеряемое двумя методами – методом двух точек (на прохождение), либо методом обратного рассеяния с применением оптических рефлектометров, затухание сигнала при прохождении волоконно-оптического кабеля (или другого элемента);

– ширина полосы пропускания волоконно-оптического тракта (характеристика многомодового оптического волокна);

– расстояние до места повреждения (длина) оптического кабеля;

– числовая апертура оптического волокна;

– профиль показателя преломления;

– диаметр сердцевины волокна (для многомодового волокна) и диаметр пятна модового поля (для одномодового волокна);

– длина волны отсечки;

– хроматическая дисперсия;

– уровень средней и максимальной мощности источников излучения;

– абсолютная чувствительность, спектральный и динамический диапазон приемников излучения;

– динамические характеристики источников и приемников излучения в широком временном диапазоне.

Результат мониторинга параметров представляет собой совокупность измеренных значений параметров, получаемых на неразрывно примыкающих друг к другу интервалах времени, в течение которых значения параметров существенно не изменяются.

Параметры среды распространения указываются в паспорте линии из всей совокупности изменяемыми во времени являются: поглощение, рассеяние, возвратные потери. Данные потери возникают в следствие деградации оптического волокна, воздействия на кабельную систему сдавливающих, растягивающих усилий и возникновения изгибов, что ведет к изменению геометрических размеров среды распространения, тем самым, внося неоднородности различного рода.

На рисунке 1 показаны потери в коммутационном оборудовании, которые возникают в следствие старения самих коммутационных и соединительных элементов, изменения величины зазоров в разъемных соединителях.

­­– минимальный уровень мощности на приеме; ­­– максимальный уровень мощности на приеме; – минимальная мощность, вводимая в тракт; – максимальная мощность, вводимая в тракт.

Рисунок 1. Взаимосвязь оптических параметров

Необходимо контролировать уровень затухания таким образом, чтобы уровень мощности сигнала на приеме не достигал ниже значения .

Таким образом, мониторинг ВОСП сводится к анализу параметров среды распространения и пассивного коммутационного оборудования.

В региональных сетях доступа, ВОСП используются в простейших топологиях и предназначены для организации взаимодействия и определения привязки транспортной сети и сети доступа, что так же не требует наличия активного оборудования в направлении, как указано на рисунке 2.

Рисунок 2. Региональная сеть доступа

Таким образом, проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

• анализ показал, что все параметры волоконно-оптической системы передачи сводятся к двум совокупностям: постоянные и энергетические (характер которых может быть изменен под воздействием внешних факторов или в период эксплуатации). Наибольшей информативностью обладают энергетические параметры;
• в силу специфики применения оптических систем передачи на сетях связи, преимущественно используются простейшие топологические структуры, предназначенные для привязки к транспортной сети;
• анализ показал, что наиболее целесообразным с точки зрения оперативности и удобства реализации является постоянный контроль эксплуатационных параметров с использованием метода одностороннего измерения;
• постоянный контроль среды передачи позволяет значительно повысить ее надежность за счет распараллеливания процессов и устранения времени на поиск типа и расстояния до неисправности;
• непрерывный контроль волокон позволяет системе сигнализировать об ухудшении качества кабеля, если это вызывает превышение пороговых значений пользователя по техническим характеристикам, а также расширить функции системы прогностическим контролем;
• применение системы мониторинга с прогнозированием позволит персоналу заблаговременно выявить необратимые ухудшения эксплуатационных параметров, приводящих к перерыву связи и заранее принять меры по обеспечению качества функционирования ВОСП.

Список литературы:

1. Дмитриев С.А., Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы. – 3-е изд. – М.: Техносфера, 2010. – 608с.
2. Родина О.В. Волоконно-оптические линии связи. Практическое руководство. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009. 400 с.
3. Халилов М.М. и Далибеков Л.Р. Методологические аспекты построения системы мониторинга волоконно-оптических систем и сетей телекоммуникаций. Конференция аспирантов, магистров и студентов “Информационно-телекоммуникационные технология”.Т. ТУИТ. 2010 г.
4. ГОСТ 27908-88 "Стыки цифровых волоконно-оптических систем передачи первичной сети ЕАСС. Номенклатура и основные параметры"
5. ГОСТ 28871-90 "Аппаратура линейных трактов волоконно-оптических систем передачи. Методы измерения основных параметров"
6. Рекомендация МСЭ-Т G.671 Характеристики передачи оптических компонентов. 2005.
7. Листвин А. В., Листвин В. Н., Рефлектометрия оптических волокон.  – М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с.