Системы автоматического мониторинга линейно-ка­бельных сооружений волп

Системы автоматического мониторинга оптических кабелей, которые нередко называют системами удаленного контроля оп­тических волокон (remote fiber test system - RFTS), начали вне­дряться на сетях связи сравнительно недавно. Сегодня интерес к ним достаточно велик, так как в условиях все возрастающих тре­бований к качеству и надежности связи, они обеспечивают повы­шение качества обслуживания, сокращают время и затраты на аварийно-восстановительные работы. Повышение качества об­служивания достигается за счет прогнозирующего контроля па­раметров оптического кабеля, повышения живучести линии свя­зи при ограниченных возможностях маршрутизации, предотвра­щения несанкционированного доступа. Время и затраты на ава­рийно - восстановительные работы сокращаются за счет централизованного управления устранения неисправностей, сокраще­ния времени устранения неисправностей при использовании ди­станционной диагностики, сокращения затрат на персонал при автоматизации измерений и дистанционной диагностике.

Из представленных на сегодняшний день на рынке систем

ав­томатического мониторинга волоконно-оптических кабелей (САМ-ВОК) следует отметить "ATLAS" фирмы ACTERNA, "ORION" фир­мы GN Nettest/Fiber Optic Division (Laser Precision Division), OSN-MS фирмы Nicotra, "Access Fiber" фирмы Agilent Technology, HP 81700 фирмы Hewlett Packard, «Фотон» компании НПЦ "Спектр" (г. Самара) /22/. Практически все эти системы позволяют контролировать не только параметры оптических волокон, но и другие параметры линейно-кабельных сооружений.

В частности, сопротивление изоляции, целостность металлических покровов, откры­тие дверей и люков необслуживаемых пунктов, температуру и влажность в помещениях необслуживаемых пунктов и т.п.

Функциональные возможности, принципы работы, структура всех выше перечисленных систем в целом идентичны. Отличия касаются в основном интерфейса, формы представления данных, организации связи, конкретных технических решений.

Рассмотрим общие положения работы САМ-ВОК. К основным задачам системы мониторинга относятся:

•Автоматизированный контроль состояния оптических волокон в процессе эксплуатации на распределенной кабельной сети;

- Выдача сигнала аварии при повреждении кабеля;

-Дистанционная диагностика волокон и устранение неисправностей на распределенной сети из центров управления.

При этом системы поддерживают следующие функции:

-Управление документированием линейно-кабельных сооружений;

-Установки индикаторов качества (порогов);

-прогнозирование повреждений линии;

-обнаружение повреждений оптических волокон, сигнализация об аварии, определение места повреждения;

-выявление тенденций изменения параметров волокна;

-дистанционное управление

Главное из того, что получает эксплуатация при внедрении САМ-ВОК, это прогнозирующий контроль, который основан на мониторинге параметров линейно-кабельных сооружений, отсле­живании тенденций их изменения в процессе эксплуатации объек­та и сравнении текущих результатов измерений с контрольными значениями параметров. Это позволяет прогнозировать состоя­ние оптических волокон и оптического кабеля в целом, планиро­вать ремонтно-восстановительные работы и, соответственно, сокращать простои связей.

Диагностирование оптических волокон осуществляется мето­дом обратного рассеяния оптическими рефлектометрами, рабо­тающими во временной области - Optical Time Domain Reflectometer (OTDR). Оценка состояния оптических волокон осу­ществляется путем сравнения текущей и опорной рефлектограмм и сопоставления отклонений параметров волокна с заданными для них пороговыми значениями, (рис. 10.63). Алгоритм работы САМ-ВОК поясняет рис. 10.62

Рис. 10.62 Алгоритм работы САМ-ВОК

При инсталляции системы и настройке ее на периодические измерения снимаются эталонные (контрольные) рефлектограммы и задаются пороги на отклонение текущих рефлектограмм от эталонных. Как правило, это две группы порогов: предупредитель­ные и аварийные (рис. 2):

Рис. 10.63. Установка аварийного и предупредительного порога

Отклонения параметров волокна, определяемых по текущей рефлектограмме, от контрольных значений, заданных конт­рольной рефлектограммой, сравниваются с заданными порога­ми. Если эти отклонения превышают один из установленных по­рогов, САМ-ВОК автоматически формирует предупредительное или аварийное сообщение и по результатам сканирования (опре­деление величин вносимых потерь локальными событиями и рас­стояния до них) определяет расстояние до места повреждения ОК. Это сообщение выводится на экран монитора оператора, либо, в случае отсутствия персонала в ГНЦ, передается по факсу (электронной почте, пейджеру, сотовому телефону) дежурному. Если САМ-ВОК оснащена электронными картами место повреж­дения оптического волокна отмечается на трассе прокладки кабеля, на карте местности и также отображается на экране мони­тора оператора (см. Рис. 10.64) /20/. Также место повреждения ото­бражается на паспорте участка линии, с указанием всех необ­ходимых привязок.

Рис. 10.64. Отображение аварии на электронной карте местности

Рис. 10.65.Состав системы мониторинга ВОК

В общем случае в состав системы мониторинга (рис. 10.65) вхо­дят устройство управления системой тестирования (test system control - TSC), устройство удаленного контроля (remote test unit -RTU) и программное обеспечение (ПО) . TSC включает в себя контроллер, ПО и один или несколько модулей связи.

RTU включает в себя один или несколько модулей связи, контроллер, мо­дуль оптического рефлектометра, модуль доступа к оптическим волокнам и ПО.

Пример архитектуры сети САМ-ВОК представлен на рис. 10.66. Представленный вариант имеет главный наблюдательный центр (ГНЦ) и несколько зональных центров наблюдения (ЗНЦ), в которых размещены TSC. TSC связаны с RTU, расположенными в стратегически важных пунктах сети.

Рис. 10.66 Пример сетевой архитектуры САМ-ВОК

ЗНЦ управляет всеми оптическими устройствами в своей зоне, а также выполняет следующие функции:

-собирает, обрабатывает и сохраняет данные от устройств мониторинга;

-в случае обнаружения неисправности волокон немедленно формирует сообщение и передает его в главный наблюдатель­ный центр;

-проводит настройку и контролирует состояние всех подклю­ченных к нему устройств;

-управляет и хранит сетевые данные, включая всю информа­цию по паспортам элементарных кабельных участков, в том чис­ле длины волокна, кабеля, трассы, количество волокон в кабеле, состояние волокна (нормальное -деградированное - сломанное, контрольные рефлектограммы, расстояние до мест дефектов волокна;

-обновляет базу данных в случае изменений в топологии сети, вызванных ремонтом или переконфигурацией, проводит изме­рения для получения новых исходных рефлектограмм;

-содержит архив результатов измерений и т.п.

Вся перечисленная выше информация сохраняется в соответ­ствующей базе данных, и может быть вызвана и отображена в ГНЦ в графической или табличной форме.

ГНЦ собирает всю информацию от ЗНЦ и при необходимости может отобразить на экране монитора рефлектограммы любых волокон. Кроме того, ГНЦ может выполнять функции ЗНЦ.

Связь между TSC и RTU может осуществляться по коммутиру­емым или выделенным линиям. В первом случае для установле­ния связи необходимо набирать телефонный номер и ожидать несколько секунд для того, чтобы установилось соединение. Во втором случае связь поддерживается непрерывно для немедлен­ного обмена информацией по выделенной линии или выделен­ному каналу (цифровому, ТЧ или др.). Модуль связи поддержива­ет все выше указанные типы соединений, интерфейсы V 24, RS-232, TCP/IP, X.25, а также V. 11 или G.703, и может легко конфигу­рироваться согласно типу канала связи. САМ-ВОК ориентирова­ны на интеграцию в TMN, описанную стандартами и рекоменда­циями МСЭ и Т : М3010, М3000, Х.700, Х.711, Х.721, Х.722, - и предусматривают применение интерфейса Q3 или Q-адаптеров с поддержкой протокола CMIP в первом случае, или SNMP во вто­ром.

Рис. 10.67 Подключение модуля оптического рефлектометра

Модуль доступа к оптическим волокнам RTU предназначен дл подключения оптических рефлектометров к оптическим волокнам и, в зависимости от способа тестирования, может включать устройства спектрального уплотнения (WDM фильтры), оптический коммутатор и т.п. Пример подключения модуля оптического рефлектометра RTU к волокнам для контроля нескольких кабелей демонстрирует рис. 10.67. Оптический коммутатор может быть итегрирован в корпус удаленного устройства или существовать как самостоятельное устройство управляемое RTU. В последнее слу­чае появляется возможность соединять оптические коммутато­ры, между собой образуя древовидную схему, увеличивая» тем самым количество ОВ, которое может быть подключено к оптическому рефлектометру.

Известно два способа тестирования оптических кабелей по «темным» или пассивным волокнам и по активным волокнам Согласно данным Bellcore /22/ около 80% всех неисправностей оптического кабеля обнаруживается САМ-ВОК при тестировании одного пассивного волокна (рис 10.68)

Данный метод тестирования является наиболее дешевым и является основным при наличии в ОК свободных волокон. Его отличительные особенности:

-требуется только одно волокно;

-для тестирования можно использовать любую длину волны,

-при инсталляции не приводит к перерыву действия связи;

-не требует модернизации рефлектометра и существующей системы связи;

-позволяет обнаруживать до 80 % неисправностей ОК.

Рис. 10.68 Тестирование ОК по пассивному ОВ

В случае отсутствия свободных волокон в ОК или для контро­ля очень ответственных направлений используют способ тести­рование активных, используемых для передачи трафика, опти­ческих волокон (рис. 10.69).

При измерениях на активных волокнах длины волн, на кото­рых работают система передачи (NTE) и оптический рефлекто­метр должны отличаться. В настоящее время на сетях связи РФ для передачи информации используются в основном две длины волны 1310 и 1550 нм. Поэтому для тестирования, возможно, ис­пользовать длину 1550 нм, когда трафик передается на длине 1310 нм или наоборот. В ближайшем будущем при внедрении на сетях РФ систем связи со спектральным уплотнением длины волн 1310 и 1550 нм окажутся в полосе усиления оптических усилителей, и для тестирования активных оптических волокон потребу­ется «внеполосная» длина волны. В качестве таковой МСЭ-Т ре­комендует использовать длину волны 1625 нм. Она хорошо изо­лирована от длины волны 1550 нм и при этом обеспечивает такую же производительность оптического рефлектометра.

Рис. 10.69 Тестирование по активному OB

Для обеспечения совместной работы оптического рефлекто­метра и системы передачи на передающей стороне ВОЛС уста­навливается мультиплексор с уплотнением по длине волны (Wavelength Division Multiplexer-WDM), объединяющий излуче­ние лазеров системы передачи и рефлектометра, а на приемной стороне устанавливают блокирующий фильтр (F) необходимый для защиты приемника системы передачи от сигнала OTDR. Если WDM не обеспечивает требуемой развязки на передающей сто­роне, то необходимо устанавливать блокирующий фильтр также на входе OTDR для подавления помех от лазера системы пере­дачи. Как показывает опыт, включение в линейный тракт системы передачи пассивных элементов - WDM, оптического коммутато­ра и фильтров приводит к увеличению затухания линии примерно на 1,5 - 2 дб. Это обстоятельство приходится учитывать при ис­пользовании данного метода тестирования для ВОЛП, запроек­тированных без учета установки WDM и фильтров в виду того что энергетический запас системы связи на ее линейную часть должен составлять не менее 3 дб.

Характерные особенности метода тестирования активных ОВ заключаются в следующем:

- тестирование активных волокон, используемых для передачи данных;

- наличие возможности тестирования всех волокон ОК при использовании оптического коммутатора;

Рис. 10.70 Соединение "точка-точка"

В целях оптимизации использования модулей оптических реф-лектометров RTU с учетом их динамического диапазона приме­няют следующие приемы размещения RTU. Соединение «точка-точка» (рис. 10.70). В этом случае положение RTU опти мизирует­ся под топологию сети таким образом, что затухание на прилега­ющих к удаленному устройству ЭКУ (А и Б) соответствует дина­мическому диапазону используемого в составе RTU оптического рефлектометра.

Рис.10.71 Сверхдлинное соединение «точка-точка»

Сверхдлинное соединение «точка-точка» используют на про­тяженных ЭКУ. В частности, на подводных ВОЛП, где применя­ются оптические усилители на основе волокна легированного эр­бием (EDFA - Erbium-doped fiber amplifier). Длина ЭКУ в этом слу­чае может достигать 300 км. В тоже время динамический диапа­зон современных рефлектометров ограничен и составляет поряд­ка 45 дб. Поэтому для контроля состояния ОВ на таких участках приходится подключать RTU с обоих концов ЭКУ (рисунок 10.71). При этом динамический диапазон рефлектометров расположен­ных с разных сторон ЭКУ позволяет контролировать более поло­вины участка.

Проключение коротких соединений (рисунок 10.72) используется в том случае, если сумма затуханий соседних ЭКУ и потерь на проключение меньше динамического диапазона оптического рефлектометра, используемого в составе RTU. Проключение может выполняться либо с помощью патчкорда, либо с помощью сварки, при этом проключаться могут от двух более ЭКУ

Рис. 10.72 Проключение коротких соединений

Выбор оптимальных состава и архитектуры САМ-ВОК во мно­гом определяется корректностью задания исходных данных. В частности архитектуры и топологии сети связи, данных о наличие или отсутствии свободных волокон, резервных волокон, обход­ных путей, параметров оптических кабелей, включая данные о действительных километрических затуханиях оптических волокон, протяженностей линий и элементарных кабельных участков, ем­костей кабелей, а также данных об используемых видах связи, необходимости интеграции в TMN, структуре администрирования.

Помимо контроллера, модулей OTDR, модуля доступа и мо­дулей связи RTU может быть оснащен дополнительными элементами. Например электрическим коммутатором, позволяющим уп­равлять кроме OTDR другими устройствами (например, устрой­ством дистанционного включения питания, датчиками темпера­туры, влажности и т.д.).

Очевидно, что базовыми элементами САМ-ВОК являются мо­дули OTDR RTU. В нормальном режиме они работают под авто­матическим управлением с TSC. Важнейшим свойством САМ-ВОК является возможность при необходимости перехода на руч­ное управление модулями OTDR. Причем оператор может осу­ществлять управление с любого из пунктов размещения RTU и TSC, как непосредственно в пункте размещения модуля RTU, так и дистанционно. При этом доступны все функции, которые обес­печивает обычный автономный OTDR. А именно: обработка, ана­лиз и производство измерений с возможностью выделения, срав­нения и идентификацией отклонений текущей рефлектограммы от эталонной, различные функции измерений, включая измере­ние потерь, затухания отражений и расстояний, автоматические измерения с обнаружением порогов, полуавтоматические изме­рения с расстановкой маркеров, ручные измерения с курсорами, локализация стыков, отражений и обнаружение конца волокна, распознавание «фантомов» и т.д. Эта возможность обеспечива­ет сокращение времени локализации места неисправности и вре­мени выполнения аварийно-ремонтных работ в целом, а также оптимизацию состава специалистов и сокращение требуемого количества высокопрофессиональных измерителей.

Выбор оптимальных состава и архитектуры САМ-ВОК во мно­гом определяется корректностью задания исходных данных. В частности архитектуры и топологии сети связи, данных о наличие или отсутствии свободных волокон, резервных волокон, обход­ных путей, параметров оптических кабелей, включая данные о действительных километрических затуханиях оптических волокон, протяженностей линий и элементарных кабельных участков, ем­костей кабелей, а также данных об используемых видах связи, необходимости интеграции в TMN, структуре администрирования.

Инсталляция САМ-ВОК требует значительных затрат, однако как показывает практика, они достаточно быстро окупаются. В дальнейшем, очевидно, учитывая рост объема передаваемой информации и ее роли в развитии общественной жизни, обеспе­чить все возрастающие требования к качеству и надежности свя­зи на ВОЛП без САМ-ВОК будет практически невозможно.