К вопросу об эффективности применения системы мониторинга оптических кабелей на транспортных сетях операторов связи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

К вопросу об эффективности применения системы мониторинга оптических кабелей на транспортных сетях операторов связи

Высокий уровень качества и надежности функционирования современных сетей электросвязи не может быть обеспечен без организации эффективного технического обслуживания ВОЛС. Наиболее перспективной является стратегия обслуживания по фактическому техническому состоянию объектов технической эксплуатации (ОТЭ), которая основана на техническом диагностировании и прогнозировании состояния ОТЭ. Данная задача может быть решена с помощью автоматизированной системы мониторинга оптических кабелей (СМОК) с программой привязки топологии сети к географической карте местности, а также базой данных об элементах сети и результатах ее тестирования. В такой системе удаленное тестирование волокон выполняется с помощью оптических рефлектометров, характеризующих параметры волокна по обратному рассеиванию распространяющейся в нем световой волны. Сокращение продолжительности простоев при внедрении СМОК достигается за счет обнаружения постепенно развивающихся скрытых отказов в ОВ на диагностируемых участках ЭКУ в процессе мониторинга ЛКС ВОЛС, что позволяет принимать решения по устранению неисправностей до их возникновения применением оптимальной стратегии восстановления, основанной на использовании информации о предотказовом состоянии (или обнаружении намечающегося отказа). Проведен анализ технико-экономической эффективности мероприятий по внедрению СМОК на транспортных сетях связи по критерию надежности исходя из соотношения затрат на потери трафика из-за неисправностей и затрат на мероприятия по повышению показателей надежности путем внедрения системы мониторинга.

Ключевые слова: мониторинг, оптический кабель, транспортные сети, ВОЛС

Алексеев Е.Б.,

ФГОБУ ВПО МТУСИ aeb@srd-mtuci.ru

Бурдин ВА,

Климов Д.А.,

ФГОБУ ВПО МТУСИ

Высокий уровень качества и надежности функционирования современных сетей электросвязи не может быть обеспечен без организации эффективного технического обслуживания волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП). Система технического обслуживания линейно-кабельных сооружений связи (ЛКС) представляет собой комплекс взаимосвязанных подразделений, технических средств, а также нормативных документов и стратегии, определяющей порядок выполнения работ по техническому обслуживанию ВОЛП для обеспечения заданных показателей качества передачи информации [7, книга 3]. Создание эффективной системы технического обслуживания ВОЛП позволяет обеспечивать на пракгике полную реализацию назначенного ресурса (не менее 25 лет эксплуатации), сокращать время простоя из-за отказов ЛКС, снижать эксплуатационные затраты. Известно, что техническое обслуживание включает организационные и технические мероприятия, которые в общем случае могут рассматриваться как стратегия, имеющая четко поставленные цели функционирования и реализуется через определенные модели.

На сегодняшний день, как в нашей стране, так и за рубежом, накоплен значительный опыт эксплуатации сложных объектов большой протяженности - кабельных линий связи, систем железнодорожной связи и автоматики, продуктопро-водов различного назначения, объектов энергетики и т.п., анализ которого позволяет выделить некоторые общие тенденции реализаций стратегий технического обслуживания

таких объектов [2-5]. Наиболее перспективной является обслуживание объекта технической эксплуатации (ОТЭ) по фактическому техническому состоянию ОТЭ.

Стратегия обслуживания по фактическому техническому состоянию объектов основана на техническом диагностировании и прогнозировании состояния объекта, что и определило ее другое название - стратегия экспертнодиагностического обслуживания. С помощью средств технического диагностирования проводят непрерывный или периодический контроль параметров состояния объекта эксплуатации. На основании результатов диагностирования и контроля принимают решения о необходимости проведения регламентных работ, о составе, объеме и времени проведения этих работ, а также о времени проведения очередного конгроля технического состояния объекта эксплуатации. При реализации экспертно-диагностического обслуживания технические эксперты разрабатывают сценарий обслуживания ОТЭ на основе прогноза, а затем менеджеры корректируют его на основе управления рисками.

В [3] рассмотрен трехуровневый процесс принятия решения при реализации прогнозирующей стратегии обслуживания. На первом уровне на основе технической информации об ОТЭ (база данных по параметрам ОТЭ на момент ввода в эксплуатацию, срок службы оборудования, нештатные воздействия, результаты предыдущих испытаний и диагностики) разрабатывают несколько сценариев технического обслуживания, оценивают техническую эффективность и реализуемость каждого из них.

На втором уровне технические специалисты прогнозируют остаточный ресурс ОТЭ, а экономисты рассчитывают затраты, которые необходимы для технического обслуживания в течение расчетного срока службы. В итоге второго уровня выбираются возможные варианты решений.

На третьем высшем уровне менеджеры на основе механизма управления рисками принимают решение: продолжить эксплуатацию ОТЭ, провести дополнительную диагно-

стику ОТЭ с помощью системы мониторинга, провести необходимые работы по доведению параметров ОТЭ до требуемых значений.

Очевидно, что эффективность такой реализации во многом определяется точностью прогнозов. Эго требует разработки моделей, прогнозирующих состояние ОТЭ, и практической проверки их работоспособности. Исходными данными для достоверной экспертизы состояния ОТЭ являются отдельные параметры системы с имеющимся количественным составом персонала и его квалификацией. Важной проблемой является достоверность и достаточность информации для выработки управляющих решений и, соответственно, актуализация базы данных. Известно, что далеко не все процессы технической эксплуатации ЛКС ВОЛИ могут быть автоматизированы и, соответственно, возможности актуализации данных также ограничены. Отсюда следует ключевая роль организации технического учета [6]. При автоматизации части процессов ТО несовершенство системы техучета не позволяет получать актуальную и полную информацию, что ограничивает возможности принятия корректных управленческих решений. Другими словами, если не наладить техучет, то автоматизация контроля отдельных параметров объекта вряд ли даст существенный эффект. Но, при соответствующей организации техучета автоматизация диагностики позволяет повышать степень актуальности информации, строить более совершенные модели и, как следегвие, повышать точность прогнозов.

Таким образом, автоматизация диагностики ЛКС ВОЛП на транспортных сетях не может ограничиваться системами удаленного контроля оптических волокон кабелей связи. Последние являются важнейшей из компонент систем автоматизированного контроля ЛКС ВОЛП, но только одной из компонент. Соответственно к системе мониторинга параметров и показателей качества волоконно-оптических линий сетей связи в целом помимо требований по контролю состояния оптических волокон посредством обнаружения и регистрации событий, связанных с появлением неоднородностей или их изменением за заданные пользователем пределы, а также привязки событий на оптическом кабеле к ситуации на карге, должны предъявляться следующие требования. Возможность контроля температурного режима в помещениях сооружений, охраны сооружений с использованием контактной сигнализации, обеспечение формирования базы данных, достаточной для эксплуатации ЛКС, обеспечение формирования отчетов по параметрам, заданных пользователем, обеспечение возможности использования удаленных комплектов (рефлектометров) разных изготовителей. Программное обеспечение системы должно предусматривать возможность работы с электронной картой или с ее эмулятором, формирование базы данных по документированию сети с привязкой данных пользователя к элементам, включая данные по кабелю, по ситуационной схеме, данные

о владельцах сторонних коммуникаций и сооружений по основным реквизитам этих организаций и их руководителей. Должна быть обеспечена возможность автоматической синхронизации баз данных, созданных в разных подразделениях, согласование баз данных системы с существующей базой ЛКС, возможность ввода в базу данных технологических карт, инструкций, схем оповещений. Также требуется возможность осуществления выборки протяженности ВОК, ОВ, количества муфт по заданию, формирования баз состава и выборки трассовых объектов, выборки участков с аварий-

ным или предупредительным состоянием, формирования отчетов по филиалам и структурным подразделениям.

Эффективность применения СМОК заключается в выявлении постепенных (скрытых) отказов в процессе диагностики ОВ, что позволит применить стратегию оптимального восстановления ВОЛС, то есть снизить среднее время простоя в год [7]. Причем, как отмечено выше, одним УК можно осуществлять диагностику последовательно нескольких ОВ с использованием оптических коммутаторов, что позволяет в целом снизить затраты при проведении мониторинга ЛКС ВОЛС. Чем больше ОВ диагностируются одним УК, тем меньше затраты на внедрение СМОК, но тем больше продолжительность периода Т повторения диагностики каждого из ОВ, то есть велика опасность продолжительного скрытого отказа. Дтя оценки оптимальной периодичности мониторинга ВОЛС воспользуемся аппаратом оптимизации решений при организации технической эксплуатации объектов технической эксплуатации (ОТЭ) методом профилактического технического обслуживания. При этом ОВ является ОТЭ, состояние которого во времени иллюстрируется на рис. 1.

Время восстановления Тв примем равным 10 часов, а интенсивность явных отказов А. в час при средней протяженности ЭКУ (протяженности Ь диагностируемого ОВ) определится как [8]:

, V х Ь т

ЛОК = ---------------->

8760 х 100

где V = 0,34 - среднее число отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год (по статистике повреждений из опыта эксплуатации).

Т

Рис. 1

Как показали опросы специалистов организаций, эксплуатирующих ВОЛП, общее пожелание по периодичности и времени мониторинга ОВ - непрерывный мониторинг. Естественно, следует понимать, что при непрерывной работе лазера период опроса одного ОВ равен Тир п, где Т,,,, - среднее время, необходимое для идентификации и измерения параметров событий на характеристике обратного рассеяния ОВ, п - число ОВ подключенных к одному УК. Необходимое время усреднения зависит от протяженности контролируемого ОВ и динамического диапазона ОВ. Обычно оно лежит в пределах от 10 с до 60 с. Однако, при выявлении новых событий для его более детального изучения может потребоваться увеличение времени усреднения до 3-10 минут. Дтя ориен-

тировочной оценки Топт средняя продолжительность Т„р может быть принята 30 с как наиболее вероятное значение при большом числе испытаний. Интенсивность постепенных (скрытых) отказов Л, как показывает анализ характеристик причин неисправностей в оптических кабелях, составляет около 70 % от явных отказов [9]. При оценке оптимальной периодичности Топт мониторинга ВОЛС необходимо учитывать, что продолжительность Т„р не влияет на коэффициент простоя, так как диагностика ОВ проводится без перерыва связи, но зато влияет на периодичность мониторинга Т и на затраты, связанные с осуществлением мониторинга С. Поэтому Т„,„ необходимо вычислять с учетом Т1|р по формулам [10]:

2Т (1-М )+АТ2

пр В пр

ОПТ

л

2Т

пр

л

2Т С

тс — I "Р "Р

от А ' С...

(2)

(3)

соответственно при оптимизации продолжительности периода Т повторения диагностики каждого из ОВ по минимизации коэффициента простоя к и минимуму затрат.

[10]:

Кп • + 12ЛТ .

Пгшп в V пр

С, . = -/2АТ С С •

1тт V ПР ПР ш

(4)

(5)

отличаться величины С„„ и С„„ а также и значение

пр

для каждого иерархического уровня СМОК.

При решении задач оптимизации по критерию надежности лучше использовать выражение для коэффициента простоя (неготовности): у о _ ХоТ „

IX ц — *

1 + Х0Тв

(2)

где: ^ _ - интенсивность явных отказов для периода

Т

1 о

нормальной эксплуатации.

При последовательном соединении но надежности высоконадежных элементов ОТЭ суммарный коэффициент простоя равен:

К„=1К,М

При этом затраты и к вычисляются по формуле

Причем при вычислении к Тпр, принимается равным

**т|п

нулю.

Как видно из выражений (1) и (2), величина оптимального периода опроса ОВ по критерию надежности (минимизации коэффициента простоя) зависит от продолжительности диагностики одного ОВ, интенсивности постепенных отказов в нем и средней протяженности ЭКУ. Исходя из этого можно предположить, что значение Тош при организации мониторинга ВОЛС на том или ином иерархическом уровне зависит в основном только от величины средней протяженности ЭКУ. Для более корректной оценки ТОП1 необходимо учитывать следующее. При диагностировании одним УК нескольких ОВ суммарная интенсивность постепенных отказов получается умножением Л на количество этих ОВ. С другой стороны произведение предельного числа диагностируемых ОВ одним УК на время диагностики Т„р не должно превышать значения Топт.

Как следует из выражения (4.3), величина оптимального периода опроса ОВ по критерию затрат, связанных с затратами на внедрение СМОК Спр и затратами (потерей прибыли и/или штрафа) из за простоев С„р при отсутствии СМОК,

Iс

уже больше в "Р раз.

уся

Другими словами, в этом случае Топт может существенно отличаться при организации мониторинга ВОЛС на том или ином иерархическом уровне, поскольку существенно могут

ы

где: К|Г - коэффициенты простоя отдельных элементов ОТЭ.

При общем резервировании ОТЭ по схеме резервирования 1 :п коэффициент простоя без учета интенсивности

[1Р

отказов устройств переключения на резерв определяется как:

к

пр

Для случаев эксплуатации ВОЛП на основе оптимальной стратегии восстановления, начинающегося с обнаружения предотказового состояния ОТЭ (см. раздел 5.4), для инженерных расчетов показателей надежности можно использовать приближенное выражение [9]:

1^п __ МТ„ — 0,711)] ^ (3)

1 + ХТв

где 1| - время подъезда РВБ к месту неисправности.

Для стоимостной оценки эффективности мероприятий по повышению надежности сети путем внедрения СМОК сначала рассчитывается дополнительное время для использования каналов, полученное за счет сокращения продолжительности простоев. Для этого производится расчет значений коэффициентов простоя при базовом варианте и соответствующем мероприятии.

Разность значений коэффициентов простоя соответствует разности значений среднего времени простоя в год, которое и является дополнительным временем для использования каналов - Тло|| (час).

При этом полезное время работы каналов ОЦК (кан. х час) увеличивается на:

Ткаи= Тлоп • V, (4)

где V - число каналов ОЦК в ВОЛП.

По результатам ориентировочных расчетов, выполненных для типовых транспортных сетей связи, можно сделать следующие выводы.

1. Эффект, определяемый как разница между доходом и затратами, возрастает при внедрении СМОК на транспортных сетях с ростом их суммарной протяженности и объемом передаваемого трафика по каждой паре волокон в ОК.

а также при увеличении числа используемых пар ОВ, что характерно для зоновых и магистральных сетей.

2. Мониторинг ОК на оптических сетях доступа (ОСД) из-за достаточно высокой стоимости АМОК и сравнительно небольшого объема передаваемого трафика в отдельных случаях может привести к превышению затрат над доходом от внедрения СМОК. Однако для ОСД характерно применение большего числа используемых пар ОВ и увеличение коэффициента использования УК. Поэтому в перспективе при внедрении на ОСД технологий вРОЫ и СХ^'ОМ при глобальном востребовании широкополосных услуг ситуация изменится, то есть доход от внедрения СМОК на ОСД уже превысит затраты.

Литература

1. РД «Правила техническом эксплуатации первичной сети взаимоувязанной сети связи Российской Федерации», кн. 1, 2, 3. — М., 1998.

2. Любинский В.Е.. Кораго И.С. Сравнительный анализ стратегий технического обслуживания систем железнодорожной автоматики и связи. В сб. трудов конференции «Инженерные проблемы транспорта». - Латвия, Рига, 2007. - С. 69-73.

3. Овсянников А.Г. Стратегии ТО и Р и диагностика оборудования. В журнале «Новости электротехники», №2, 2008. - С. 2-9.

4. Ермолаев А.В.. Седелев Ю.А. Экспертно-диагностическое обслуживание технологических трубопроводов газоперекачивающих компрессорных станций. - Деловая слава России. Вып. III, 2008. -С. 72-75.

5. Земенкова М.Ю., Капитальчук Т.Г.. Коваленко В.Н. Мероприятия по оптимизации режимов эксплуатации и оценка рисков аварий линейной части трубопроводных систем. - Нефть и газ Западной Сибири: Сб. научн. трудов международной конференции -Тюмень: изд-во ТюмГНГУ, 2003.-С. 164-165.

6. Бакланов И.Г. «Дырка» в высоком заборе или еще раз о подконтрольности кабельных сетей. - CONNECT, №8,2005. - С. 132-139 с.

7. Алексеев Е.Б. Оптимизация решений при проектировании и организации технической эксплуатации ВОСП по критерию надежности // Электросвязь, 2002, № 6.

8. Алексеев Е.Б. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых волоконно-оптических систем передачи / Учебное пособие ИПК МТУСИ. - М.: ООО «0ргсервис-2000», 2007. - 220 с.

9. Алексеев Е.Б. Основы технической эксплуатации современных волоконно-оптических систем передачи / Учебное пособие, ИПК МТУСИ. - М.: Информсвязьиздат, 1998. - 194 с.

10. Алексеев Е.Б. Менеджмент предприятий электросвязи. Конспект лекций для дистанционного обучения. - М.: Информсвязьиздат, 2002. - 65 с.

Effectiveness of optic cables monitoring system on transport networks operators Alekseev E.B., Burdin V.A., Klimov D.A., MTUCI, Russia

Abstract

High level of quality and reliability of modern telecommunication networks can not be achieved without effective maintenance organization VOLS. The most promising is the maintenance strategy on the actual technical state of maintenance entity (GTE), which is based on technical diagnosis and prediction of the state of OTE. This problem can be solved by using an automated monitoring system of optical cables (SMOK) program to anchor the network topology map geographic areas, as well as a database of network elements and the results of its testing. In such a system, remote testing is performed using fiber optic OTDR characterizing parameters fiber backscatter propagating light waves in it . Reduced downtime when implementing SMOK achieved by gradually developing the detection of latent failures in OM diagnosed at sites in monitoring ESC LKS VOLS that allows decisions troubleshooting before they occur using the optimal recovery strategy.The analysis of technical and economic efficiency of measures to introduce SMOK transport networks due to reliability criterion based on the ratio of costs to traffic loss due to failures and the costs of measures to improve the reliability indices by introducing a monitoring system.

Keywords: monitoring, fiber optic cable.