МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЗАЩИЩЕННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ
SECURE MULTICHANNEL FIBRE-OPTIC TRANSMISSION SYSTEM

Изобретение относится к защищенным волоконно-оптическим системам передачи и может быть использовано в качестве дуплексной многоканальной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа по неконтролируемой территории.
Известна «Аппаратура для детектирования и отвода световой энергии из оптического волокна» (см. патент США № US 4636029 от 13.01.1987 г.) Аппаратура по своему функциональному назначению и составу является наиболее близкой к заявляемой системе и поэтому выбрана в качестве прототипа. Аппаратура содержит два идентичных приемо-передающих устройства, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями передачи. Каждое приемо-передающее устройство содержит последовательно соединенные оптический приемник, устройства мониторинга и оптический передатчик. Второй вход оптического передатчика является информационным входом приемо-передающего устройства, а его оптический выход является оптическим выходом приемо-передающего устройства. Второй выход оптического приемника является информационным выходом оптического приемника, а его оптический вход является оптическим входом приемо-передающего устройства. Вышеуказанное устройство работает следующим образом. Входные информационные сигналы поступают на вход оптического передатчика, где формируется оптический информационный сигнал, который излучается в волоконно-оптическую линию. На противоположном оптическом полюсе линии оптический сигнал принимается оптическим приемником, детектируется и в аналоговом виде поступает на вход устройства мониторинга. Одновременно восстановленный электрический сигнал поступает на выход оптического приемника. Устройство мониторинга обрабатывает входной сигнал, выделяя из шумов сигнал, который соответствует попытке отвода световой энергии из оптического волокна. В случае обнаружения сигнала попытки съема, устройство формирует сигнал тревоги. В этом случае снимается сигнал разрешения передачи с обоих оптических передатчиков. Передача сигналов и контроль волоконно-оптической линии в противоположном направлении осуществляются точно таким же образом.
Недостатками вышеуказанного устройства являются низкая эффективность использования пропускной способности волоконно-оптических линий и небольшая дальность передачи из-за невозможности обеспечения высокой чувствительности обнаружения попытки съема оптического сигнала.
Решаемой технической задачей является создание высокоскоростной многоканальной защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа большой дальности.
Достигаемым техническим результатом является увеличение скорости передачи информации и длины ретрансляционного участка волоконно-оптической линии за счет волнового уплотнения и увеличения чувствительности мониторинга.
Для достижения технического результата в многоканальной защищенной волоконно-оптической системе передачи, содержащей не менее одной волоконно-оптической линии и двух идентичных приемо-передающих устройств, каждое из которых включает в себя не менее одной группы, состоящей из оптического передатчика, первый вход которого является информационным входом приемо-передающего устройства и последовательно соединенных оптического приемника и устройства мониторинга, новым является то, что в каждое приемо-передающее устройство дополнительно введены оптический мультиплексор/демультиплексор, контроллер и N групп, идентичных первой группе, при этом входы контроллера соединены с выходами устройств мониторинга всех групп, а выход контроллера соединен со вторыми входами оптических передатчиков всех групп, входы оптического мультиплексора/демультиплексора соединены с выходами оптических передатчиков всех групп, а его выходы соединены с входами оптических приемников всех групп, причем линейные входы/выходы мультиплексоров/демультиплексоров соединены между собой волоконно-оптический линией.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемой многоканальной защищенной волоконно-оптической системе передачи позволяет повысить скорость передачи и увеличить длину ретрансляционного участка защищенной волоконно-оптической системы передачи за счет того, что вводится волновое уплотнение единичных оптических каналов и увеличивается чувствительность контроля за счет одновременного контроля по каждому из единичных каналов.
На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемой защищенной волоконно-оптической системы передачи.
Многоканальная защищенная волоконно-оптическая система передачи содержит не менее одной волоконно-оптической линии 8 и два идентичных приемо-передающих устройства, каждое из которых включает в себя не менее одной группы, состоящей из оптического передатчика 3, первый вход которого является информационным входом приемо-передающего устройства и последовательно соединенных оптического приемника 4 и устройства мониторинга 5.
В каждое приемо-передающее устройство дополнительно введены оптический мультиплексор/демультиплексор 7, контроллер 6 и N групп, идентичных первой группе, при этом входы контроллера - 6 соединены с выходами устройств мониторинга 5 всех групп, а выход контроллера 6 соединен со вторыми входами оптических передатчиков 3 всех групп, входы оптического мультиплексора/демультиплексора 7 соединены с выходами оптических передатчиков 3 всех групп, а его выходы соединены с входами оптических приемников 4 всех групп, причем линейные вход/выход мультиплексора/демультиплексора соединены между собой волоконно-оптический линией 8.
Заявляемая многоканальная защищенная волоконно-оптическая система передачи работает следующим образом. Входные информационные сигналы параллельно поступают на входы 1 оптических передатчиков 3, которые формируют оптические сигналы, каждый из которых отличается друг от друга длиной волны оптического излучения. Длины волн соответствуют стандартным сеткам, принятым в технологии волнового уплотнения (WDM, DWDM, CWDM, HWDM). Количество каналов может быть два и более. После этого оптические сигналы поступают на входы мультиплексора/демультиплексора 7, где мультиплексор складывает их в один групповой сигнал. Групповой сигнал передается по волоконно-оптической линии 8. Оптический групповой сигнал поступает на вход мультиплексора/демультиплексора 7 на противоположной стороне линии, который на оптических выходах формирует оптические сигналы на длинах волн, соответствующих входным длинам волн. Каждый из оптических сигналов поступает на вход соответствующего оптического приемника 4, который преобразует оптический сигнал в электрический. Электрический сигнал передается на вход устройства мониторинга 5, которое обрабатывает сигнал с целью выделения сигнала попытки отвода световой энергии из волоконно-оптической линии. В случае обнаружения сигнала попытки отвода сигнала из волоконно-оптической линии, устройство мониторинга формирует сигнал тревоги. Все сигналы с выходов устройств мониторинга поступают на вход контроллера 6, который производит их анализ. В случае, когда одновременно поступают сигналы тревоги от всех устройств мониторинга, контроллер фиксирует попытку съема оптического сигнала и формирует сигналы, запрещающие передачу всем оптическим передатчикам 3.
o
Увеличение эффективности использования пропускной способности оптического волокна достигается за счет одновременной передачи сигналов, поступающих на все входы оптических передатчиков. Если скорость передачи информации по всем каналам одинакова и равна V, то скорость передачи в волоконно-оптической линии составит
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mi>m</mi><msub><mi>V</mi><mi>o</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                     </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
где m - количество одновременно работающих оптических передатчиков и приемников.
o
Например, если V=100 Мбит/с, a m=16, то V=1,6 Гбит/с.
Таким образом, скорость передачи увеличивается пропорционально количеству единичных каналов передачи.
о
Снижение вероятности ложной тревоги достигается за счет одновременного контроля одного и того же волокна всеми устройствами мониторинга одновременно. Если вероятности ложной тревоги для всех устройств мониторинга одинаковы и равны Р, то вероятность ложной тревоги для системы составит
<mrow><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>л</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Р</mi><mi>o</mi><mi>n</mi></msubsup><mo>,</mo><mtext>                                     </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
где n - количество одновременно работающих устройств мониторинга.
о
лт
l6
-48
Например, если Р=0,001, а n=16, то Р=0,001=10.
Такое существенное снижение вероятности ложной тревоги позволяет снизить порог обнаружения, что приведет к повышению чувствительности обнаружения сигналов попытки отвода оптического сигнала. На фиг.2 представлена зависимость вероятности ложной тревоги в зависимости от отношения порог/шум Q.
Повышение чувствительности в свою очередь позволит повысить мощность оптического информационного сигнала на входном полюсе ВОЛП, которая определяется по формуле
<mrow><msub><mi>W</mi><mi>o</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>W</mi><mi>д</mi></msub><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>0,1</mn><mtext> </mtext><msub><mi>А</mi><mi>д</mi></msub></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>,</mo><mtext>               </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
д
где W - максимально допустимая величина мощности отводимой из ВОЛП, Вт;
д
А - чувствительность устройства мониторинга к изменению коэффициента передачи ВОЛП, дБ.
Увеличение мощности на входном полюсе волоконнно-оптической линии приведет к увеличению длины ретрансляционного участка волоконно-оптической системы передачи.
Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства и экспериментального определения параметров был собран макет. В качестве оптических передатчиков, оптических приемников и устройств мониторинга были использованы конверторы FOBOS-100S, контроллеры были выполнены на основе микроконтроллеров PIC16C662 со специальным программным обеспечением, в качестве мультиплексоров/демультиплексоров были использованы устройства MUX/DEM 1×8 фирмы «Континент», С-Петербург. ВОЛП была собрана из оптических шнуров SC-FC и оптических FM-аттенюаторов.