CC BY
371
УДК 681.322
P.P. Гайнуллин, В.В. Киселев
Пермский государственный технический университет
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ВОЛС КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Представлен проект системы мониторинга корпоративной волоконно-оптической линии связи, обеспечивающий непрерывный контроль сети, диагностирование места повреждения, обнаружение несанкционированного доступа, прогнозирование состояния волокон кабеля.
В настоящее время большинство сетей операторного класса и современных корпоративных телекоммуникационных сетей реализовано на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Одним из основных требований, предъявляемых к ВОЛС, является обеспечение высоких показателей безотказности [1].
Наиболее существенными для обеспечения надежности ВОЛС в период эксплуатации являются параметры оптического волокна, точки соединения с аппаратурой передачи/приема и регенерации, места сопряжения различных кабелей и сварочные соединения, а также возможные неоднородности в кабелях, которые обычно служат основной причиной деградации качества связи [2].
Основным эксплуатационным фактором, позволяющим контролировать характеристики оптических волокон и обеспечивать требуемый уровень надежности ВОЛС, является непрерывный мониторинг оптического кабеля (ОК) ВОЛС. При этом системы мониторинга ОК ВОЛС должны предусматриваться уже на этапе планирования и проектирования современных цифровых сетей связи.
Наиболее эффективно задача документирования и контроля сетевого хозяйства может быть решена с помощью автоматизированной системы администрирования волоконно-оптических кабелей, представляющей собой систему удаленного контроля оптических волокон (Remote Fiber Test System - RFTS), программу привязки топологии сети к географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. При этом удаленный контроль оптических волокон выполняется с помощью опти-
ческих импульсных рефлектометров (Optical Time Domain Reflectome-ter - OTDR), осуществляющих диагностирование волокон по обратному рассеиванию световой волны, распространяющейся в пассивном или активном волокне оптического кабеля. Структурная схема системы RFTS представлена на рис. 1 [3].
Рис. 1. Структурная схема системы RFTS.
Архитектура RFTS содержит следующие компоненты:
- аппаратную часть;
- систему управления;
- геоинформационную систему (ГИС) привязки топологии сети к карте местности;
- базы данных ОК, оборудования сети, критериев и результатов тестирования ОК ВОЛС и сети в целом, а также другие внешние базы данных.
Аппаратная часть включает:
- блоки дистанционного тестирования волокон RTU (Remote Test Unit), в которые могут устанавливаться модули оптических рефлектометров OTDR, модули доступа для тестирования волокон - оптические коммутаторы и другие модули;
- центральный блок управления TSC системой RFTS - центральный сервер;
- станции контроля сети ONT.
Элементами системы управления RFTS являются: станции контроля сети ONT (notebook или стационарные рабочие станции); соответствующее программное обеспечение; блоки управления в RTU; центральный блок управления TSC и сетевое оборудование, обеспечивающее связь между компонентами управления RFTS.
В стратегически важных точках сети устанавливаются блоки RTU. Тестироваться могут как пассивные волокна ВОЛС (метод тестирования пассивных оптических сетей), так и активные волокна (метод тестирования активных оптических сетей) [4].
Оптический рефлектометр периодически снимает данные по затуханию с подключаемых к нему оптических волокон сети. Каждая полученная рефлектограмма сравнивается с эталонной, отражающей обычно исходное состояние волокна. Пример рефлектограммы представлен на рис. 2.
0
Рис. 2. Пример рефлектограммы оптического рефлектометра
Если отклонение от нормы превышает определенные, заранее установленные пороги (предупреждающий или аварийный), то соот-
ветствующий блок ЯТИ автоматически посылает на центральный сервер системы предупреждение или сообщение о неисправности. Все рефлектограммы также поступают на центральный сервер, который сохраняет их в базе данных для дальнейшей обработки. Центральный сервер системы обеспечивает доступ ко всем результатам тестирования волокон для любой станции контроля сети и автоматически рассылает сообщения о неисправностях в зависимости от уровня серьезности события на заранее заданные 1Р- или электронные адреса, пейджеры и телефоны, узлы обслуживания ВОЛС.
Ниже рассматривается реализация проекта мониторинга реально существующей сети передачи данных.
В качестве физической среды передачи в сети использованы ВОЛС с созданием кольцевой топологии, позволяющей обеспечить непрерывное функционирование сети при аварийных ситуациях на отдельных участках линий связи или узлах. При этом предусмотрена организация взаимодействия каждого узла сети с двумя соседними.
Для контроля активных оптоволокон, то есть волокон, по которым распространяется рабочий сигнал, ОТБЯ должен работать на длине волны, отличной от рабочей длины волны для измеряемого волокна. В существующей сети в качестве рабочей в настоящее время используют длину волны 1310 нм, длина волны зондирующего сигнала - 1625 нм.
Для обеспечения объединения рабочего и зондирующего сигналов в один для передачи по оптоволоконному кабелю в рефлектомет-рическую систему должны входить оптические фильтры мультиплек-соры-FWDM. На каждый узел сети необходимо два фильтра-мультиплексора, один из которых работает в режиме мультиплексирования рабочего и зондирующего сигнала, другой - демультиплексирования сигналов. Эти мультиплексоры позволяют организовать на узле пользовательской сети обход (шунт) мультиплексора пользовательской сети. По этому шунту проходит зондирующий сигнал.
Блок дистанционного тестирования ЯТИ, расположенный в главном узле, через определенный интервал времени, который задается оператором, посылает в тестируемую сеть импульсы. Эти импульсы передаются по активному волокну на длине волны, отличной от рабочей длины. Следовательно, тестирующий сигнал не влияет (не искажает) на рабочий сигнал.
FWDM-мультиплексор имеет два входных разъема и одно выходное. На входные разъемы подаются тестирующий и рабочий сигналы, которые объединяются (мультиплексируются) в один, для передачи по тестируемому волокну.
От узла главного управления тестирующий сигнал передается на соседние узлы. В этих узлах также расположены оптические SDH-мультиплексоры, на которые должны поступать только рабочие сигналы. Для этого на принимающей стороне устанавливают FWDM-мультиплексоры, которые разделяют, демультиплексируют, входной сигнал на рабочий и тестирующий. Рабочий сигнал поступает на SDH-мультиплексор, тестирующий проходит по обходу (шунту) SDH-мультиплексора на следующий FWDM-мультиплексор данного узла.
На этом FWDM-мультиплексоре происходит дальнейшее объединение двух сигналов: рабочего, идущего от пользовательского SDH-мультиплексора, и тестирующего, для их дальнейшей передачи по сети.
Подобные операции мультиплексирования/демультиплексирования осуществляются на каждом узле БПС, кроме конечного.
На конечном узле структура разделения сигнала остается прежней, за исключением того, что тестирующий сигнал не пускают по шунтирующему узлу, в обход SDH-мультиплексора. На выходной разъем тестирующего сигнала FWDM-мультиплексора в конечном узле установлена заглушка-отражатель, которая обозначает конец тестируемой линии и возвращает сигнал с той же длиной волны обратно в ЯТИ.
Поскольку обратное релеевское (молекулярное) рассеивание происходит по всему волокну, существует постоянный возврат света на ЯТИ. Блок управления берет пробный уровень, измеренный сенсором за определенные промежутки времени, для того, чтобы получить его данные. Каждая точка этих данных описывается временной последовательностью и уровнем мощности. Поскольку исходный импульс становится слабее при прохождении по волокну, возвращенный уровень обратного рассеивания становится также слабее с удалением от ЯТИ. Поэтому уровень мощности вернувшегося сигнала на нормальных участках волокна равномерно уменьшается от начала к концу. В случае точечных рассеяний уровень резко падает, а в случае от-
ражения Френеля уровень мощности резко идет вверх до максимального уровня в соответствующей точке по сравнению с уровнем нормального рассеивания.
Когда блок управления собрал все точки данных по зондирующему импульсу, он выводит информацию на дисплей в виде рефлек-тограммы, схематичное изображение которой было приведено выше.
Структурная схема разработанной системы мониторинга показана на рис. 3.
Перемьічі
У Тх
Существующий вРИ мультиплексор
Существующий вРИ мультиплексор
Существующий вРИ мультиплексор
гшм
ТС 2 | РС3 ■
Узел 1
Узел 2
Главное управление
Рис. 3. Структурная схема системы мониторинга
Система мониторинга обеспечивает:
- автоматический сбор и статистический анализ результатов тестирования оптических волокон сети. Статистический анализ дает возможность обнаруживать и прогнозировать неполадки волокна задолго до того, как они приведут к серьезным проблемам в сети;
- возможность проводить плановый и профилактический ремонт ОК в сети, не дожидаясь появления серьезных повреждений и аварий в кабельной системе;
- повышенную безопасность сети, так как любое несанкционированное подключение к волокну неизбежно приводит к дополнительным потерям в оптическом канале, а значит, будет обнаружено и зафиксировано системой в реальном масштабе времени;
- графическое представление информации о состоянии сети. На центральном сервере системы установлена профессиональная ГИС, которая содержит точную электронную карту цифровой сети на местности. Вся информация о состоянии сети и документация по ОК
хранится в базе данных SQL и может быть графически представлена на карте. Также на карту выводится полная информация о неисправностях волокон в ОК, включая их точное физическое местоположение.
Таким образом, система RFTS позволяет обслуживающему персоналу в реальном масштабе времени узнавать, где произошел сбой и каков уровень потерь в волокне ОК ВОЛС. Это намного сокращает время поиска неисправностей и упрощает проведение профилактического обслуживания ВОЛС. Учитывая размеры современных цифровых волоконно-оптических сетей, важность и объемы передаваемой по ним информации, внедрение системы удаленного контроля оптических волокон обеспечивает безопасную передачу данных, защиту от несанкционированного доступа к сети и экономически выгодно.
Библиографический список
1. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. - 4-е изд., доп. - М.: Техносфера, 2007. - 512 с.
2. Хволес Е.А., Ходатай В.Н., Шмалько А.В. Волоконнооптические линии связи и проблемы их надежности // ВКСС. - М.: Connect, 2000. - № 4.
3. Родомиров Л., Скопин Ю.Г., Иванов А.Б. Методы и оборудование удаленного тестирования ВОЛС // Вестник связи. - 1998. - № 5.
- С. 64-71.
4. Волоконно-оптическая техника; история, достижения, перспективы: сб. статей / под ред. С.А. Дмитриева, Н.Н. Слепова. - М.: Connect, 2000. - 376 с.
Получено 04.10.2010
