CC BY
101
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
УДК621.372.8:621.396:621.315 И. В. БОГАЧКОВ
Н. И. ГОРЛОВ
Омский государственный технический университет
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
НОВЫЕ ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
В данной статье рассмотрены принципы построения современных систем мониторинга разветвленных волоконно-оптических сетей, проанализированы проблемы их технической эксплуатации, описаны приборы для их эффективной диагностики.
Ключевые слова: система мониторинга, оптическое волокно, рефлектометрия, контроль, диагностика.
Интенсивное развитие волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), конкуренция операторов связи и высокая стоимость передаваемых полициям спязи информационных ресурсов выдвигают на ведущие позиции задачу централизованного контроля состояния разветвленных волоконно-оптических сетей с целью своевременного обнаружения и скорейшего устранения повреждений, возникающих в ВОЛП [1 —4).
Независимо от метода контроля оптических волокон (ОВ) системы мониторинга должны обеспечивать дистанционный ко»ггроль пассивных и активных волокон оптических кабелей (ОК), точное и своевременное документирование, автоматическое обнаружение неисправностей с указанием их точного местоположения, контроль и управление процессом оповещения о повреждении ОК.
Наиболее эффективно перечисленные задачи
могут быть решены с помощью систем автоматического мониторинга ВОАГ1, включающих систему удаленного контроля ОВ. программу привязки топологии сети к электронной географической карте местности, атак же базы данных оптических компонентов. критериев и результатов контроля. Дистанционный контроль ОВ выполняется оптическим импульсным рефлектометром (ОИР), диагностирующим состояние ОК по обратному рассеянию световой волны при введении в ОВ зондирующих импульсов. При этом системы могут проводить мониторинг как свободных. так и занятых ОВ.
В первом случае выполняется мониторинг свободных резервных ОВ. по состоянию которых судят об исправности всего ОК.
Во втором случае проводится мониторингов, по которым передается трафик систем передачи. Для реализации данного метода тестирования использу-
ется рабочая длина полны рефлектометра, отличная от рабочей длины волны систем передачи, а в схему сети мониторинга вводится ряд пассивных оптических компонентов для мультиплексирования и разделения информационных сигналов и сигналов рефлектометра.
Для обеспечения долголетней работы необходимы соответствующие условия и главное из них - отсут• стиие механических напряжений в волокне. Повышенное натяжение волокна в кабеле вызывает деградацию его прочностных характеристик, что в конце концов приводит к разрыву волокна |5, б|. Даже незначительное натяжение волокна может привести к многократному уменьшению его срока службы. Поэтому надежность ВОАС невозможно оценить, не имея достоверной информации о натяжении ОВ вОК. Обычные ОИР не в состоянии определить натяжение волокна, поскольку величина оптических потерь при возникновении напряжений в ОВ. как правило, остается в пределах нормы вплоть до момента наступления необратимых изменений в волокне. Для решения этой задачи были разработаны бриллюэновские рефлектометры которые не только измеряют оптические свойства, но и на их основе позволяют прогнозировать обрыв волокна (5,6|.
Автоматизированные системы мониторинга, как правило, состоят из системы удаленного контроля ОВ (Remote Fiber Test System - RFTS - ядро системы), программы привязки топологии сети к географической карте местности, базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля (1,4).
Основу архитектуры системы RFTS в общем случае составляют следующие функциональные элементы: удаленный модуль тестирования ОВ (RemoteTest Umt - RTU), модуль доступа для тестирования ОВ (Optical Test Access Unit - OTAU) или оптический коммутатор, устройство управления системой мониторинга на базе персонального компьютера (Test System Control - TSC) и т. д.
В системах RFTS выделяют следующие функциональные элементы:
- аппаратная часть (центральный блок управления TSC, станции контроля сети (Optical Network Terminal - ONT), блоки дистанционного тестирования волокон RTU, OTAU и т. п.);
- система управления;
- геоинформационная система привязки топологии сети к карте местности;
- базы данных ОК, оборудования сети, критериев и результатов тестирован ия ОК ВОАС и т. п. |2,4|.
В состав удаленного модуля тестирования входят один или два оптических модуля рефлектометра, набор интерфейсных плат для обеспечения связи между компонентами системы, плата компьютера для хранения и обработки данных в процессе мониторинга.
Автоматизированные системы непрерывного мониторинга ОК сетей связи выпускаются рядом зарубежных компаний. В настоящее время на российском рынке представлены такие системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования: AccessFiber (Agilent Technologies); Atlas (Wavetek Wandel&Goltermann); FiberVisor (EXFO); Orion (GN Nettest). SmartLGX (Lucent Technologies), OCN-MS (Nicotra Sistemi) (3, *1).
Окончательный выбор той или иной системы должен производиться с учетом стоимости конкретной системы мониторинга ОК для всей планируемой сети и с учетом ее дальнейшего развития.
Алгоритмическое обеспечение систем мониторинга описано в (3).
ОИР оперативно предоставляет наглядную информацию, позволяющую судить о качестве ВОЛП, дает возможность обнаружит», и локализовать подозрительные участки. Учитывая возможные источники ошибок и приняв меры по их устранению, с помощью ОИР можно проводить измерения потерь на соединениях и на прочих участках ВОЛП.
Формула мощности световой волны на входе ОИР имеет вид
P(t)=0,5P„AtSa vtfexp(-avot), (1)
а если выразить через расстояние, то
P(x) = 0.5P„AtSa vffexp(-2ax), (2)
где Рп и At — соответственно, значения мощности и длительности импульса излучения на входе ОВ; S -параметр рассеяния ОВ; a — коэффициент затухания ОВ; vo - групповая скорость распространения излучения поОВ.
Из формул (1) и (2) следует, что мощность обратно рассеянной световой волны прямо пропорциональна мощности Р„на входе ОВ, длительности At импульса оптического излучения и параметрам S и а ОВ, а также зависит от функции, пропорциональной затуханию и групповой скорости vg.
Если коэффициент затухания и коэффициент обратного рассеяния остаются постоянными по всей длине ОВ, то Р(х) убывает от начала ОВ экспоненциально. Из-за скачка показателя преломления (ПП) в начале и конце ОВ относительно большая часть световой мощности в этих местах рассеивается обратно, что обуславливает наличие пиков в начале и конце рефлектограммы.
По временному интервалу At между двумя пиками, а также провалами, соответствующими сосредоточенным потерям, можно рассчитать длину ОВ и координаты указанных выше неоднородностей:
L = ~ . О)
2 nt
где с0 — скорость света в вакууме. п() - групповой ПП в сердцевине ОВ.
Кроме обнаружения нерегулярностей, ОИР позволяет оценивать потерн в соединениях и на участках ВОЛП (рис. I).
Коэффициент потерь ВОЛП рассчитываются по формуле (4)
а[дБ| =51д(Р./Р,), (4)
где Р, и Pj - уровни оптической мощности на реф-лектограмме, соответствующие началу и концу зондируемой ВОЛП.
Вследствие того, что свет проходит вперед и назад, здесь используется коэффициент 5 вместо коэффициента 10, используемого в аналогичном уравнении для метода светопропускания.
Дальнейшим усовершенствованием методики измерения является калибровка вертикальной шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемых потерь. При этом потери а,.2для любого участка между точками L, и L, подсчитываются по формуле
a,., 1дБ)-а(Ц)-а(Ц), (5)
где а(Ц) и a(L,) - потерн ВОЛП от начала до координат L, и L, соответственно.
Рис. I. Аппроксимация рефлектограммы по методу наименьших квадратов
Рис. 2. Размещение пяти маркеров при измерении затухания на стыках ОВ
В целях уменьшения влияния собственных шумов ОИРна погрешность измерений используется математический аппарат регрессионного анализа - аппроксимация фрагментов рефлектограммы линейной регрессионной зависимостью по методу наименьших квадратов (рис. I):
у = а + Ьх, (6)
Параметры аппроксимации о и Ь определяются по формулам:
±У&ху-±х£х,у,
----. (71
/•I ы
п£хх-£х,£г,
Ь = -^------181
"В*,)’-!!*,)’
>•1 1-1
где X' - оценка математических ожиданий измеряемых координат У1 - оценка математических ожиданий измеряемых значений потерь в координатах п — количество отсчетов на участке аппроксимации.
Аппроксимирующие линии регрессии экстраполируют для верхнего участка рефлектограммы вперед адля нижнего участка назад. Оценивают уровни мощности (дБ) обратного потока энергии в ОВ в конце первой (Р,) и начале второй (Рг) сращиваемых строительных длин, то есть в месте стыка (рис. I).
Применение регрессии линейного уровня обеспечивает достаточную точность аппроксимации, так как соответствует поведению затухания света в ОВ.
Для автоматического измерения затухания соединения ОВ в ОИР наибольшее применение нашел спо-
соб пяти точек, реализованный в рефлектометрах стран СНГ, а также в рефлектометрах фирм «Anritsu», «Laser Precision» и ряде других (3). Согласно этому способу, оператор в режиме «Измерение затухания на стыках ОВ» расставляет пять маркеров (рис. 2): два (1 и 2) — на монотонно падающем участке характеристики одной строительной длины, два маркера (4 и 5) — на монотонно падающем участке другой строительной длины и один маркер (3) в месте стыка.
Маркеры 1. 2 и 4. 5 не должны попасть на выбросы и провалы характеристики. В режиме линейной аппроксимации по отсчетам рефлектограммы между границами 1 - 2 и 4 - 5 вычисляются параметры а и b линейной регрессии. Расстояние по оси ординат между этими прямыми в точке установки маркера 3 пропорционально искомому значению затухания в месте стыка |6|.
Применение рассмотренных систем мониторинга позволяет по новому подойти к вопросу тестирования ОК и обслуживанию оптических сетей, что обеспечит:
- среднее время локализации и идентификации неисправности ВОЛП непревышающее 10 минут (при традиционном способе оно измеряется часами):
- отображение обнаруженной неисправности на географической карте, что благодаря базе данных топологии оптической сети, упрощает обслуживание последней;
- прогноз возможных неисправностей сети, так как осуществляется систематическое накопление результатов измерений оптических элементов, анализ которых способствует предупреждению ошибок;
- возможность сравнения базы данных результатов измерений с текущими результатами, что гарантирует подлинность накопленных данных;
- значи тельное сокращение парка оборудования, необходимого для обслуживания участков сети, что
устраняет проблемы, свойственные использованию этот оборудования.
Системы мониторинга и ранней диагностики повреждений ОК связи позволяют обслуживающему персоналу в реальном масштабе времени (практически мгновенно) узнавать, где произошел сбой и каков уровень потерь в волокне ОК ВОЛП. Это в десятки раз сокращает время поиска неисправностей и упрощает проведение профилактического обслуживания ВОЛС. Учитывая размеры современных цифровых волоконно-оптических сетей, важность и объемы передаваемой по ним информации, экономическую эффективность применения системы мониторинга трудно переоценить.
Библиографический список
1. Радомиров Л.В., Скопин Ю. Г. Иванов А.В Методы н оборудование удаленного тестировании ВОЛС // Вестник связи. - 1998. - № 5. - С. 64-72.
2. Некрасов С Е. Системы дистанционного мониторинга ОК // Технологии и средства связи - 2000. -№5. - С. 28-32.
3. Богачков, И. В Импульсно-рефлектометрические методы измерения параметров волоконно-оптических линий передачи : монография / И. В. Богачков, Горлов И. И ; Омский гос. техн. ун-т, Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики — Омск : Изд-во ОмГТУ. 2007. - 136 с. - ЮВЫ 5-8149 0515-8
4. Богачков. И. В. Измерение характеристик волоконно-оптических линий связи с помощью импульсно-реф-
лектометрнческих методов : монография / И. В. Богачков. Н. И. Горлов; Омский гос. техн. ун-т. Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики - Омск : Изд-во ОмГТУ. 2008 - 188 с. - 18ВМ 978-5-8149-0623-6
5. Богачков. И В. Новые задачи технической эксплуатации разветвленных волоконно-оптических сетей / И. В. Богачков. В. Л. Майстренко, Н. И. Горлов; Омский гос техн ун-т, Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики // Тр. IX Междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» ПТиТТ-2008. - Казань : Изд-во КГТУ, 2008. - С. 282-283. - ЮВМ 978-5-7579-1196-0.
6. Горлов. Н. И. Методы и средства измерений параметров волоконно-оптических линий передачи: монография / Н. И. Горлов, И. В. Богачков ; Омский гос. техн ун-т. Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. — М. : Радиотехника. 2009
БОГАЧКОВ Игорь Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Средства связи и информационная безопасность» Омского государственного технического университета.
ГОРЛОВ Николай Ильич, доктор технических наук, профессор, действительный член Метрологической академии, заведующий кафедрой «Линин связи» Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики.
Дата поступления статьи в редакцию: 20.01.2009 г.
О Боглчков И.В.. Горлов Н.И.
УДК 681.3 06 (075 8) Е. Д. БЫЧКОВ
О. Н. КОВАЛЕНКО
Омский государственный университет путей сообщения
МОДЕЛЬ ИНТЕГРАЦИИ ТРАФИКА МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ С РАЗЛИЧНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ
В работе предлагается методика оценки состояния пучка каналов мультисервисиой сети при интеграции речевой, видеонагрузки и нагрузки пакетов данных на основе стратегии с подвижной границей. Приводятся числовые характеристики показателем качества обспуживания, полученные на основе разработанных алгоритмов.
Ключевые слова: мультисервисная сеть, качество обслуживания, подвижная граница.
В настоящее время все большее распространение ложения, использующего конкретный канал для вза-
получают мультисервисные сети, в которых переда- имодействия через сеть, требуется обеспечение раз-
ча потоков различных приложений обеспечивается личных параметров QoS.
с помощью единых протоколов и законов управле- Для улучшения данных параметров требуются
нии. В таких сетях особое значение приобретает ана- специальные алгоритмы управления трафиком. Как
лиз основных параметров качества обслуживания правило, в основе таких алгоритмов лежит обслужи-
(OoS): задержка, длина очереди, вероятностьпотерь. ванне на основе приоритетов |1|. При этом потоку
скорость передачи и т.д. В зависимости от типа при- каждого приоритета выделяется определенное коли-
