Компания или корпорация, устанавливающая систему RTFS, может использовать для своей корпоративной сети различные ГИС. Поэтому необходимо, чтобы система RFTS поддерживала не только свой внутренний формат электронных карт, но и все форматы, поддерживаемые основными ГИС.

Для массового обучения обслуживающего персонала работе с центральным сервером и узлами системы RFTS необходимо, чтобы станции ONT системы RFTS работали под широко распространенными операционными системами семейства Win32.

Следует отметить, что с практической точки зрения очень важной является возможность автономной работы модулей и узлов системы RFTS и сохранение результатов измерений каждого волокна в собственной памяти с последующей периодической передачей информации на центральный сервер по заданной программе. Например, узел системы может запоминать по одной рефлектограмме в день за последний месяц, по одной в час - за последнюю неделю и с интервалом в 10 минут за последние сутки. При такой схеме в любой момент можно восстановить всю динамику отказов и аварий ОК, как развивавшихся в течение долгого периода времени, так и произошедших внезапно (например, вследствие обледенения ОК в грозозащитном тросе, подвешенном на опорах воздушных линий электропередачи). Результаты измерений волокон в ОК в течение времени непосредственно перед отказом ОК являются незаменимым материалом для анализа причин возникновения отказов ОК и предотвращения подобных отказов в масштабах всей сети.

В системе RFTS можно реализовывать различные схемы и методы наблюдения за состоянием волокон и ОК. Свыше 90% неисправностей связаны с повреждением ОК в целом и будут обнаружены, если тестируется хотя бы одно оптическое волокно в кабеле. Это означает, что при относительно невысоких требованиях к надежности ВОЛС можно постоянно вести тестирование только одного волокна в ОК.

Допускается тестирование как «темных» волокон ОК, т.е. волокон, по которым не передаются данные цифровой сети связи в момент тестирования, так и активных волокон. При этом по состоянию контролируемого резервного оптического волокна судят об исправности всего кабеля, и, по некоторым данным этот способ мониторинга ВОК обеспечивает выявление около 90% нарушений кабеля. При этом тестирование активных волокон проводится на длине волны излучения вне рабочей полосы пропускания и никак не влияет на качество передачи. Однако для тестирования активных волокон требуется установка на ВОЛС в сети спектральных мультиплексоров WDM (Wavelength Division Multiplexer) и обводных фильтров (рисунок 2.3). Поэтому метод тестирования активных оптических волокон в сети требует больших затрат, и имеет смысл его применять только для волокон, на которых установлены цифровые системы передачи с особо важными каналами повышенной надежности, или в случае отсутствия темных волокон в ОК [13].

Рисунок 2.3 - Общая схема тестирования темных и активных волокон

Как было сказано в п. 1.1 в волоконно-оптической сети связи Сосногорской железной дороги на всех направлениях имеется свободные волокна №№15,16, следовательно, они будут использоваться для проведения тестирования. Использование на участке Сосногорск - Лабытнанги метода тестирования по активному волокну с использованием спектральных мультиплексоров экономически не эффективно, следовательно, будем использовать схему тестирования по темному оптоволокну.

2.5.3 Сравнение существующих RFTS

Автоматизированные системы непрерывного мониторинга ОК сетей связи выпускаются рядом зарубежных компаний. В настоящее время на российском рынке представлены четыре системы RFTS, выпускаемые ведущими мировыми производителями подобного оборудования:

- AccessFiber (компания Agilent Technologies, бывшая Hewlett-Packard);

- Atlas (компания Wavetek Wandel&Goltermann);

- FiberVisor (компания EXFO);

- Orion (компания GN Nettest).

Известны также системы RFTS SmartLGX (Lucent Technologies), OCN-MS (Nicotra Sistemi) и некоторые другие, но они слабо представлены на отечественном рынке.

Сравнительный анализ систем автоматизированного мониторинга волокон в ОК ВОЛС основан на результатах, опубликованных в технической периодике и на Web-сайтах основных производителей систем RFTS. В таблицах 2.9 и 2.10 представлены функциональные и технические характеристики систем RFTS для мониторинга ОК ВОЛС.

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.

Сравнительный анализ различных систем RFTS показывает, что для практического применения лучшими в функциональном и техническом плане являются системы FiberVisor (EXFO), Orion (GN Nettest) и Atlas (Wavetek Wandel&Goltermann). С учетом требований расширяемости, масштабируемости и возможности интеграции с различными ГИС предпочтение следует отдать системе FiberVisor (EXFO).

Таблица 2.9 - Технические характеристики систем

Таблица 2.10 - Функциональные характеристики систем

Архитектура систем мониторинга FiberVisor (EXFO)

Архитектура построения системы FiberVisor (EXFO) (рисунок 2.4) включает следующие функциональные элементы и устройства:

- аппаратную часть;

- систему управления;

- а также интегрированные элементы:

- геоинформационную систему (ГИС) привязки топологии сети к карте местности;

- базы данных ОК, оборудования сети, критериев и результатов тестирования ОК ВОЛС и сети в целом, и другие внешние базы данных.

Рисунок 2.4 - Архитектура системы RFTS

Аппаратная часть включает:

- блоки дистанционного тестирования волокон RTU (Remote Test Unit), в которые могут устанавливаться модули оптических рефлектометров OTDR (Optical Time Domain Reflectometer), модули доступа для тестирования волокон OTAU (Optical Test Access Unit) - оптические коммутаторы и другие модули;

- центральный блок управления TSC (Test System Control) представляет собой РС компьютер с операционной системой Windows или UNIX и прикладным программным обеспечением администрирования кабельной сети;

- станции контроля сети ONT (Optical Network Terminal).

Элементами системы управления RFTS являются: станции контроля сети ONT (notebook или стационарные ПК); 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. Конфигурация системы RFTS (выбор блоков RTU, их размещение по узлам сети и комплектация модулями OTDR, OTAU и др.) оптимизируется исходя из топологии сети, стоимости оборудования, требований надежности системы RFTS и других критериев. При этом тестироваться могут как пассивные волокна ВОЛС (метод тестирования пассивных оптических сетей), так и активные волокна (метод тестирования активных оптических сетей).

Дистанционный контроль осуществляется оптическим импульсным рефлектометром, диагностирующим состояние волокна по обратному рассеянию световой волны при введении в волокно зондирующих импульсов. OTDR является самым важным компонентом в RFTS, позволяет обрабатывать, анализировать и проводить измерения и возможность идентификации текущей рефлектограммы относительно эталонной.

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. Если отклонение от нормы превышает определенные, заранее установленные пороги (предупреждающий или аварийный), то соответствующий блок RTU 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 IP- или электронные адреса, пейджеры и телефоны, узлы обслуживания ВОЛС[14].

2.5.4 Техническое описание оборудования RFTS фирмы EXFO

Устройство дистанционного тестирования FOD-7102 (рисунок 2.5) представляет собой полнофункциональный оптический рефлектометр, предназначенный для работы в системе дистанционного тестирования. Ethernet и телефонный модем позволяют полностью управлять устройством по существующим местным электронным сетям. RTU состоит из модуля рефлектометра, оптических переключателей и внутреннего контроллера. Для установки и отладки предусмотрена возможность подключения клавиатуры и монитора к RTU.

Рисунок 2.5 - FOD-7102 - Система дистанционного тестирования

Работа в составе автоматизированной системы диагностики, измерения параметров и определения мест неисправностей оптических кабелей и компонентов оптической сети.

FOD-7102 автономно и непрерывно опрашивает до 16 волокон в минуту, записывает данные на встроенный накопитель на жестком диске и передает их на удаленный компьютер. В случае тревоги обслуживающий персонал может принять данные из любой точки локальной сети или через телефонный модем.

Все функции могут быть включены с удаленного компьютера. Оператор может сравнивать файлы из архива или другого рефлектометра, сохранять и архивировать изображения, автоматически находить события, изменять их.

Использование RTU позволяет установить источники увеличенных оптических потерь и устранить их до возникновения неисправности. Во внутренней памяти может быть запомнено до 10000 изображений для дальнейшего архивирования и нахождения критических точек [12].

Технические характеристики FOD-7102 занесены в таблицу 2.11

Таблица 2.11 - Технические характеристики FOD-7102

2.5 Расчет дальности действия оптического рефлектометра

Основным элементом блоков дистанционного тестирования является оптический рефлектометр. От характеристик оптического рефлектометра зависят не только параметры тестирования оптического волокна, но и пункты расположения всего модуля RTU. Для того чтобы тестирование проводилось по всем областям оптического кабеля, но при этом минимизировать количество блоков RTU на выбранном объекте, иначе говоря, для оптимального расположения модулей RTU необходимо рассчитать дальность действия оптического рефлектометра, входящего в состав системы RFTS.

Дальность действия оптического рефлектометра напрямую зависит от динамического диапазона. Так как точность измерения расстояния зависит от точности измерения времени t и правильного задания при измерениях значения показателя преломления среды n максимально возможное расстояние, которое может контролировать OTDR с заданной точностью при заданной длительности тестирующих импульсов, будет равно:

(2.17)

где Дl - пространственная разрешающая способность OTDR,

n - показатель преломления по оси сердцевины волокна;

Дn - погрешность указания показателя преломления;

t - время усреднения сигнала;

Дt - длительность импульса;

k - коэффициент учитывающий влияние разветвителя 0,7.

Дальность обнаружения неоднородности зависит от динамического диапазона рефлектометра и характеристик волокна. Кроме этого, в OTDR накладываются ограничения, вызванные тем, что мощность отраженного сигнала Р_r, при заданной мощности источника излучения Р₀, зависит от длительности импульса Дt, а самый слабый сигнал, который может быть обнаружен с отношением сигнал/шум S/S_n =1, зависит от ширины полосы пропускания Дf предусилителя. Для учета этого фактора рассмотрим вначале пространственную разрешающую способность OTDR.

Пространственная разрешающая способность Дl характеризует способность OTDR обнаружить два соседних события, одно из которых может быть отражательным, и определяет возможность выделения близко расположенных неоднородностей. Очевидно, что Дl зависит от длительности импульса Дt излучаемого лазером, и ширины полосы пропускания усилителя Дf:

(2.18)

где Дf - ширина полосы пропускания усилителя;

V_г - групповая скорость распространения оптического импульса.

(2.19)

где с - скорость распространения световой волны в волокне;

n - показателя преломления среды.

Как видно из данного выражения, V_г зависит от показателя преломления среды, равного 1,5 для большинства кремниевых волокон. Такое значение n обеспечивает скорость распространения V_г = 0,2 м/нс.

Учитывая формулу (2.6), пространственную разрешающую способность можно определить:

(2.19)

В ближней зоне волокна разрешающая способность показывает, насколько близко к коннектору передней панели прибора может быть расположено неотражательное событие (например, сращивание) и насколько точно оно может быть измерено.

Произведем расчет пространственной разрешающей способности, исходя из технических данных используемого рефлектометра и заданных параметров тестирования:

n = 1,5;

Дn = 0,2•10^-6;

t = 180 с;

Дt =100 нс;

Дf = 3 МГц/км.

Тогда, получим:

Определим максимально возможное расстояние, которое может контролировать OTDR:

Как было показано выше, чем больше длительность тестирующего импульса, тем больше динамический диапазон рефлектометра, следовательно, тем большую длину оптического волокна он может измерить. С другой стороны, чем меньше длительность тестирующего импульса, тем лучше разрешающая способность рефлектометра, следовательно, выше качество измерений.

По результатам расчетов разработаем схему организации дистанционного мониторинга оптических волокон в волоконно-оптической сети связи Калининградской железной дороги на базе системы FiberVisor (EXFO).

Для контроля состояния оптических волокон достаточно установить пять блоков дистанционного тестирования на станциях Сосногорск, Печера, Инта Сивая Маска и Лабытнанги. При этом на станциях Инта и Печера мониторинг будет производиться в двух на правлениях на север и на юг, а также на Сивой Маске тестирование волокон будет проходить в двух направлениях: в сторону Воркуты и в сторону Лабытнанги. Мониторинг на участке от станции Сосногорск до станции Воркута будет производится по ОВ №15, а на участке от станции Сивая Маска до станции Лабытнанги по ОВ №16. Центр управления будет располагаться на станции Сосногорск в Доме Связи. На рисунке 2.6 показана схема организации удаленного мониторинга оптических волокон.

Рисунок 2.6 - Схема организации удаленного мониторинга волокон

Заключение