Контролировать состояние и измерять параметры ВОЛС необходимо как в процессе монтажа, так и во время эксплуатации. Кроме того это требуется делать при авариях - для определения их причины и места, при ремонтных работах - для определения качества проведенных ремонтных работ, для профилактики - с целью предупреждения аварий и повышения надежности ВОЛС.

В процессе эксплуатации возникает необходимость контроля полного затухания тракта и затухания, вносимого сростками. В случае аварии, при обрыве ОК или ОВ, требуется быстро и точно определить место обрыва.

Для прогнозирования аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг состояния тракта и анализировать изменение его состояния, находить и анализировать существующие в нем неоднородности.

В настоящее время при измерении параметров оптического тракта наиболее распространенным является рефлектометрический метод. В методе импульсной рефлектометрии (OTDR) формируется короткий зондирующий оптический сигнал, который через оптический разветвитель вводится в исследуемое ОВ. Сигнал, отраженный на неоднородностях, поступает на фотоприемное устройство рефлектометра. Временной анализ отраженного сигнала обеспечивает фиксацию эволюции зондирующего сигнала вдоль ВОЛС с последующим определением параметров тракта.

Оптические рефлектометры позволяют измерять: общее затухание (дБ) и распределение затухания - погонное затухание в ОВ (дБ/км); затухания, вносимые неоднородностями (разъемные и неразъемные соединения, прочие неоднородности); координаты неоднородностей.

Следует отметить основные характеристики оптических рефлектометров:

- диапазон длин волн зондирующего излучения лямбда s: 0,85 и 1,31 мкм - для многомодовых 0В; 1,31, 1,55 и 1,625 мкм - для одномодовых ОВ;

- динамический диапазон измерений, который определяет максимальное затухание в измеряемом 0В при заданном времени усреднения;

- разрешение по расстоянию, обеспечивающее возможность различить две неоднородности на ОВ;

- ближняя зона нечувствительности;

Современные оптические рефлектометры представляют собой измерительные устройства с возможностями мощного персонального компьютера и обеспечивают измерение, обработку и накопление первичного отраженного сигнала; обработку, анализ и хранение рефлектограмм, а также возможность обмена информацией и дистанционного управления с помощью сетевых решений. С их помощью можно успешно решать задачи измерения параметров ВОЛС.

Интенсивное развитие современных телекоммуникационных сетей и необходимость обеспечения их безотказной работы выдвигают на первый план задачу централизованного документирования и контроля сетевого кабельного хозяйства с возможностью прогнозирования и минимизации времени устранения неисправностей возникающих в волоконно-оптических линиях связи. Наиболее эффективно данная задача решается с помощью автоматизированных систем администрирования волоконно-оптических кабелей, включающих систему удаленного контроля оптических волокон (Remote Fiber Test System - RFTS), программу привязки топологии сети к географической карте местности, а так же базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля.

Независимо от метода контроля оптических волокон, система должна обеспечивать:

- Дистанционный автоматический контроль пассивных и активных оптических волокон кабелей;

- Документирование волоконно-оптического кабельного хозяйства;

- Автоматическое обнаружение неисправности ВОЛС с указанием ее точного местоположения на основе сравнения текущих и эталонных результатов измерения параметров ВОЛС;

- Проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме по запросу оператора системы;

- Различные способы оповещения персонала о повреждении оптических кабелей (визуальная и звуковая сигнализация, автоматическая рассылка сообщений на пейджер, по заданным адресам электронной почты, по факсу);

- Автоматический анализ изменения параметров оптических волокон во времени на основе накапливаемых в процессе мониторинга данных;

- Для обеспечения функции управления процессом инсталляции ВОК должен быть предусмотрен удаленный доступ к системе по различным каналам связи с использованием портативного компьютера или рефлектометра со специальной функцией удаленного доступа;

- Совместимость с Bellcore форматом хранения рефлектограмм. Эта функция предназначена для возможности загрузки в систему данных измерений, произведенных на сети с помощью рефлектометров различных фирм-производителей.

- Система должна иметь возможность интеграции в общую сеть управления телекоммуникациями (TMN) сети связи оператора.

Важнейшей функции системы RFTS является то, что она постоянно автоматически ведет сбор и статистический анализ результатов тестирования оптических волокон сети. Статистический анализ с использованием корреляционных, многофакторных методов, а также современных нейросетевых методов дает возможность обнаруживать и прогнозировать неполадки волокна задолго до того, как они приведут к серьезным проблемам в сети.

2. Техническая часть

В настоящее время на российском рынке представлены четыре системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования

В настоящее время на российском рынке производителей оборудования NG-SDH представлен несколькими основными компаниями. Выделим три основных производителя [8].

Производитель: Alcatel-Lucent

Мультиплексор Metropolis AMU 1655:

Модульный мультиплексор с поддержкой Gigabit Ethernet over SDH и защитой матрицы кроссконнектов.

Тип/класс: Мультиплексор Metropolis AMU 1655

Основные технические характеристики: Два типа корзин (с 1 или с 4 трибутарными слотами). Поддержка до 4 интерфейсов STM-16, до 8 интерфейсов STM-4/1 на основных платах. Различные типы трибутарных плат, 63 E1 на одной трибуторной плате, поддержка Gigabit Ethernet over SDH. Поддержка интерфейсов CWDM и одноволоконных интерфейсов.

Область применения: Универсальный мультиплексор - Доступ, Магистральные и Городские транспортные сети.

Преимущества и отличительные особенности: Защита матрицы кроссконектов. Основные платы включают матрицу, контроллер и 4 порта SDH. Уникальная компактность в своем классе - 8 систем в конструктиве 2,2 м на 300 мм.

63 порта E1 (варианты 120 и 75 Ом) трибутарная плата 2xSTM-4 или 8хSTM-1 (SFP)

2Ч10/100 Base-T+ 4 x E1 (120 & 75 Ohm)

2Ч10/100/1000 Base-T или 2 x GBE (SX и LX на основе SFP)+4 x E1 (120 & 75 Ohm)

4Ч10/100 Base-T + 32 x E1 (120 & 75 Ohm)

Любая интерфейсная плата занимает один интерфейсный слот любого варианта полки. Поддерживаются платы 1643AM-AMS через адаптер.

Производитель: Lucent Technologies

Мультиплексор и система передачи WaveStar ADM 16/1 предназначен для организации каналов STM-16 в городских и магистральных сетях. WaveStar ADM 16/1 может использоваться как терминальный мультиплексор 1+1 и 1x0, мультиплексор ввода-вывода, локальный WaveStar® ADM 16/1 кросс-коммутатор.

Одной из главных функциональных возможностей WaveStar® ADM 16/1 является ввод / вывод и гибкая кросс-коммутация потоков 2 Мбит/с непосредственно на уровне STM-16. Поддерживаются механизмы защиты, MS-SPRing, DNI, VC-SNC/N, MSP.

С установленной картой WaveStar® TransLAN™ мультиплексор WaveStar ADM 16/1 выполняет функции мультисервисного сетевого элемента с поддержкой стандартов IEEE 802.1q и IEEE 802.1p, обеспечивая высокоэффективный транспорт данных и голоса по каналам SDH. Мультиплексор поддерживает интерфейсы: DS1, E1, E3, DS3, E4, 10/100 Base-T Ethernet, STM-0, STM-1, STM-4, STM-16 и подключение к системам DWDM.

Основные характеристики:

Основным функциональным элементом системы является матрица кросс-коммутации 64 x 64 HOVC и 32 x 32 LOVC, которая обеспечивает гибкую маршрутизацию линия-линия, линия-триб, триб-триб. Матрица поддерживает кросс-коммутацию на уровнях VC-12, VC-3 и VC-4 (-4c). Высокая степень интеграции позволяет осуществлять в одной субстойке ввод-вывод следующих потоков: 504x1,5 Мбит/с, 504x2 Мбит/с, 48x34 Мбит/с, 96x45 Мбит/с, 96xSTM-0, 64x10/100 BASE-T Ethernet, 32x140 Мбит/с, 32xSTM-1 и 8xSTM-4.

Единая платформа для применения в сетях STM-16, STM-4 и STM-1.

Единый сетевой элемент для соединения колец STM-16, STM-4, STM-1.

Поддержка протокола сообщений синхронизации ETSI

Преобразование AU-3/TU-3.

Интегрированный оптический усилитель и предусилитель.

Резервирование ключевых блоков.

Сетевое управление: WaveStar® ITM-SC, Navis® Optical NMS.

Производитель: Натекс.

FlexGain A2500 - полнофункциональный мультиплексор выделения / добавления уровня STM-16, который может быть использован для создания сетей кольцевой и линейной топологии с интерфейсами STM-1, STM-4/ STM-4c, STM-16/STM-16c и 1000 Base SX Gigabit Ethernet. Мультиплексор A2500 приходится «старшим братом» мультиплексору A155 и предназначен для построения магистральных сетей уровня STM-16. В мультиплексоре предусмотрены аппаратное резервирование основных блоков (питания, кросс-коммутации) и резервирование любых интерфейсов с равной скоростью по схеме 1:1. Мультиплексор также имеет весь диапазон оптических приемопередатчиков на различные скорости и расстояния. Интерфейс Gigabit Ethernet, поддерживающий функции QoS VLAN, позволяет использовать мультиплексор для построения магистральных сетей передачи данных.

Шасси мультиплесора FlexGain A2500 Extra выполнено в 19» стандарте и предназначено для размещения в телекоммуникационную стойку или шкаф. В шасси установлены основные модули оборудования: модуль управления, модуль кросскоммутационной матрицы, модуль питания и блок вентиляторов. Дополнительно предусмотрена установка двух плат агрегатных интерфейсов (STM-16) и восьми плат компонентных интерфейсов.

Интерфейсы компонентных потоков: Е1, Е3, STM-1 (электрические), STM-1 (оптические), STM-4/STM-4c, Gigabit Ethernet с возможность расширения до STM-16/STM-16c.

Мультиплексоры серии FlexGain имеют встроенные HTTP-серверы и SNMP-агенты для локального и сетевого управления. Каждый мультиплексор оборудован полноценным IP-маршрутизатором, поддерживающим протоколы RIP и OSPF. IP-данные передаются через стандартные DCC байты SDH-заголовков. Мультиплексоры имеют многоуровневую систему авторизации, что обеспечивает защиту от случайного проникновения злоумышленников в настройки мультиплексора. Каждый мультиплексор в сети имеет уникальный IP-адрес, что позволяет отказаться от использования внешнего программного обеспечения для управления мультиплексорами. Данный мультиплексор идеально подходит пря проектирования магистральных NG-SDH сетей, поэтому мы и выбираем его проектирования сети нашего участка.

2.2 Техническое описание мультиплексора FlexGain A2500 Extra

Здесь: Эп - энергетический потенциал ВОСП, дБ, определяемый как разность мощности оптического сигнала на выходе Рвых=2 дБм (таблица 1.3) и входе Рвх=-28 дБм (таблица 1.3) указанных в технических характеристиках аппаратуры ВОСП:

Э_п = Рвых - Рвх =- 2 - (- 28) = 26 дБм;

- коэффициент затухания оптического волокна: = 0,20 дБ/км для л=1,55 мкм Параметры оптического волокна представлены в таблице 2.3;

Таблица 2.3 - Технические параметры оптического волокна SMF-28™CPC6

nрс - число разъёмных соединителей (установлены на вводе и выводе оптического излучения в ОВ) nрс = 2;

_рс - потери в разъёмном соединителе дБ (таблица 2.4);

nнс - число неразъёмных соединителей на участке регенерации,

- потери в неразъемных соединениях (таблица 2.5), дБ Потери в неразъемных соединениях определяются из характеристик сварочного аппарата, которым было произведено соединение волокон. Технические характеристики сварочного аппарата представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.4 - Технические характеристики оптических соединителей SC для одномодовых волокон SMF

Таблица 2.5 - Технические характеристики сварочного аппарата Fujikura FSM-30S

_t - допуск на затухание потерь оптического волокна с изменением температуры;

_В-допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка со временем;

lc - строительная длина кабеля.

Расчёт проводится для всего тракта передачи.

Так как у нас мультиплексоры расположены на крупных станциях: Сосногорск, Ираель, Печера, Инта, Сивая Маска, Воркута, Лабытнанги, наш проектируемая сеть связи разбивается на несколько участков. Рассчитаем регенерационные участи для каждого отдельно.

1) Сосногорск - Ираель = 117,2 км

2) Ираель - Печера = 132 км

3) Печера - Инта = 180 км

4) Инта - Сивая Маска = 141 км

5) Сивая Маска - Воркута = 130 км

6) Сивая Маска - Лабытнанги = 194 км

1)

2)

3)

4)

5)

6)

где lc = 4 км - строительная длина кабеля.

Допуски на потери от старения во времени элементов в зависимости от комбинации источников и приемников излучения возьмем из таблицы 1.3.

Допуски на потери бв=4 дБ

Определим длину регенерационного участка по формуле 2.2 для каждого участка:

1) lру ? (26 - 0,5·2 - 29·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 75,4 км

2) lру ? (26 - 0,5·2 - 32·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 74,9 км

3) lру ? (26 - 0,5·2 - 44·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 72,5 км

4) lру ? (26 - 0,5·2 - 34·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 74,4 км

5) lру ? (26 - 0,5·2 - 31·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 75 км

6) lру ? (26 - 0,5·2 - 47·0,04 - 4 - 4)/(0,2 + 0,04/4) ? 72 км

Так как L > lру, значит необходимо применение регенераторов (ЛР). Подсчитаем число регенераторов для каждого участка по формуле 2.1

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Правильность выбора регенерационного участка проверим с учетом дисперсионных свойств оптического волокна. Максимальная длина регенерационного участка с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия:

lmax 0,25/В, (2.3)

где В-скорость передачи информации; В=2,488·10⁹ бит/с;

- среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.

Для одномодовых волокон величина находится из соотношения:

= К·?л·н, (2.4)

где К = 10^-12

л - ширина полосы оптического излучения;

_н - нормированная среднеквадратичная дисперсия.

= К·?л·н = 10^-12·0,2·3 = 0,6·10^-12 с/км

lmax 0,25/0,6·10^-12 ·2,488·10⁹ = 167,4 км

Длина регенерационного участка, полученная на основе этого расчёта, должна быть: lру ? lmax ? 167,4 км.

Рассчитанные ранее lру удовлетворяет данному условию.

2.3.2 Определение отношения сигнал/шум

Отношение сигнал/шум или вероятность ошибки, отводимые на длину регенерационного участка для цифровой волоконно-оптической системы связи определяется по формуле:

 (2.5)

где - вероятность ошибки, приходящаяся на 1 км оптического линейного тракта (для магистральной сети 10^-11, для внутризоновой 1,67·10^-10, для местной 10^-9). Для расчетов возьмем наибольший регенерационный участок l_ру =75 км

Для проектируемой ВОЛС: .

2.3.2 Расчет надежности системы

По теории надежности отказы рассматриваются как случайные события. Интервалом времени от момента включения до первого отказа является случайной величиной, называемой «время безотказной работы».

Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0…. Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом интервале - равна:

. (2.6)

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов , представляющая собой условную плотность вероятности отказов в момент , при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями и существует взаимосвязь.

. (2.7)

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна . В этом случае:

. (2.8)

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины «время безотказной работы».

час^-1. (2.9)

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов:

(2.10)

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов.

Пусть , ,… - вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, n - количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы (такой вид соединения элементов в теории надежности называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов:

, (2.11)

где - интенсивность отказов системы, час^-1;

- интенсивность отказа i-го элемента, час^-1.

Среднее время безотказной работы системы определяется:

, час. (2.12)

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых систем относится коэффициент готовности, который определяется по формуле:

, (2.13)

где - среднее время восстановления элемента (системы), он соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

Линейный тракт, в общем случае, состоит из последовательно соединенных элементов (кабель, НРП, ОРП - обслуживаемый регенерационный пункт), каждый из которых характеризуется своими параметрами надежности, и отказы в первом приближении происходят независимо, поэтому для определения надежности магистрали можно использовать приведенные выше формулы.

В нашем случае линейный тракт состоит из последовательно соединенных участков кабеля и мультиплексоров (ОРП). При проектировании ВОЛС должна быть рассчитана ее надежность по показателям:

коэффициент готовности и наработка на отказ. При этом полученные данные должны сопоставляться с показателями надежности для соответствующего типа сети: местная, внутризоновая, магистральная.

коэффициент готовности оборудования линейного тракта для магистральной линии максимальной протяженности = 1400 км должен быть больше 0,99; наработка на отказ должна быть более 350 часов (при времени восстановления ОРП или оконечного пункта (ОП) менее 0,5 часа и времени восстановления оптического кабеля менее 10 часов).

Интенсивность отказов линейного тракта определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП и кабеля:

, (2.14)

где - интенсивности отказов НРП и ОРП;

- количество НРП и ОРП;

- интенсивность отказов одного километра кабеля;

L - протяженность магистрали.

А так как кабельная магистраль не содержит НРП, то интенсивность отказов НРП не учитываем.

Средняя по России интенсивность отказов 1 км оптического кабеля равна =3,8810^-7 час^-1. Согласно техническому описанию, наработка на отказ мультиплексора аппаратуры FlexGain A2500 Extra равна 20 годам или 175200 часов, откуда интенсивность отказов будет равна .Значения необходимых для расчетов параметров возьмем из таблицы 2.6

Таблица 2.6 - Показатели надежности

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

.

Вероятность безотказной работы в течение суток часа:

.

В течение недели часов:

.

В течение месяца часов:

.

Рассчитаем коэффициент готовности. Предварительно найдем среднее время восстановления связи по формуле:

, ч (2.15)

где - время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 2.7

Таблица 2.7 - Данные расчета вероятности безотказной работы

В результате расчетов можно сделать вывод, что проектируемая магистральная сеть связи способна выполнять заданные функции с необходимым качеством.

2.4 Разработка схемы организации магистрального сегмента сети связи