ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР ЗАЩИТЫ МНОГОПРОЛЕТНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
LOGARITHMIC CONTROLLER OF PROTECTING MULTI-SPAN FIBER-OPTIC LINES

Изобретение относится к контроллерам защиты многопролетных волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) от попыток отвода оптического сигнала и может быть использовано в качестве технического средства защиты информации (ТСЗИ) ограниченного доступа в многопролетных волоконно-оптических линиях передачи с оптическими усилителями.
Известно «Устройство контроля волоконно-оптических линий» (см. патент РФ №2522893, опубликован в Б.И. №20 от 20.07.2014 г.), которое содержит последовательно соединенные приемный оптоэлектронный модуль, усилитель с автоматической регулировкой усиления, полосовой фильтр, детектор уровня, микроконтроллер, устройство сигнализации, а также последовательно соединенные передающий оптоэлектронный модуль и цифровой генератор, оптический коммутатор, первый и второй оптические ответвители, согласующее устройство, выход которого соединен со вторым входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, а вход - с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен с входом управления оптического коммутатора, оптический выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию, а оптический вход соединен с выходом первого оптического ответвителя, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом передающего оптоэлектронного модуля, оптический вход второго оптического ответвителя является оптическим входом устройства с волоконно-оптической линии. Первый выход второго оптического ответвителя соединен со входом приемного оптоэлектронного модуля, а выход является выходом устройства.
Устройство контроля работает следующим образом. На оптический вход устройства от передатчика ВОЛП поступают информационные оптические сигналы, которые через оптические ответвитель и коммутатор поступают на оптический выход в линию. Одновременно в ВОЛП через ответвитель поступают контрольные оптические сигналы, которые формируются цифровым генератором и передающим оптико-электронным модулем (ПОМ). После прохождения по ВОЛП оптические сигналы поступают на вход устройства и через ответвитель, из которого 99-90% мощности сигнала поступает на оптический выход устройства. От 1 до 10% мощности сигнала поступает на оптический вход приемного оптико-электронного модуля (ПРОМ), где преобразуется в электрический сигнал. Из сигнала с помощью полосового фильтра выделяется одночастотный контрольный сигнал, который усиливается усилителем и детектируется детектором. В результате на вход микроконтроллера поступает контрольный уровень, величина которого пропорциональна амплитуде контрольного сигнала. Микроконтроллер через устройство управляет величиной коэффициента усиления усилителя, устанавливая заданную величину контрольного уровня на своем входе вне зависимости от коэффициента передачи ВОЛП. После установки уровня и включения в режим контроля на электрический вход управления оптического коммутатора подается сигнал разрешения передачи информационных сигналов. Если микроконтроллер обнаружит попытку отвода оптического сигнала из ВОЛП, то он снимает сигнал разрешения с коммутатора и включает устройство тревожной сигнализации.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанного устройства являются:
- невозможность применения в многопролетных ВОЛП с оптическими усилителями;
- ограничение мощности передаваемых информационных сигналов, обусловленное взаимовлиянием информационного и контрольного каналов;
- необходимость в регулировке амплитуды входного сигнала микроконтроллера в зависимости от величины потерь в ВОЛП;
- сложность устройства из-за необходимости использования цифрового генератора, приемного модуля, усилителя с автоматической регулировкой усиления, полосового фильтра, детектора уровня.
Решаемой технической задачей является создание простого логарифмического контроллера защиты многопролетных волоконно-оптических линий передачи без ограничения количества пролетов и каналов.
Достигаемым техническим результатом является распространение контроля средней оптической мощности сигналов с последнего пролета на всю многопролетную волоконно-оптическую линию передачи.
Для достижения технического результата в логарифмический контроллер защиты многопролетных волоконно-оптических линий, содержащий коммутатор, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен со входом устройства сигнализации, оптический выход коммутатора является выходом контроллера в волоконно-оптическую линию, оптический разветвитель, вход которого является входом контроллера с линии, а первый выход является выходом контроллера, дополнительно введены последовательно соединенные фотодиод и логарифмический усилитель, выход которого соединен со входом микроконтроллера, а вход фотодиода соединен со вторым выходом оптического разветвителя, при этом оптический вход коммутатора является входом контроллера.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемом устройстве позволяет при контроле средней оптической мощности в последнем пролете контролировать нарушения во всей многопролетной волоконно-оптической линии передачи.
На фигуре 1 представлена функциональная схема заявляемого логарифмического контроллера защиты ВОЛП.
На фигуре 2 представлена схема многопролетной ВОЛП с использованием заявляемого устройства.
Логарифмический контроллер защиты многопролетных волоконно-оптических линий содержит коммутатор 2, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера 9, второй выход которого соединен со входом устройства сигнализации 10, оптический выход коммутатора 2 является выходом контроллера в волоконно-оптическую линию 3, оптический разветвитель 5, вход которого является входом контроллера с линии 4, а первый выход является выходом контроллера 6, последовательно соединенные фотодиод 7 и логарифмический усилитель 8, выход которого соединен со входом микроконтроллера 9, а вход фотодиода 7 соединен со вторым выходом оптического разветвителя 5, при этом оптический вход коммутатора 1 является входом контроллера.
Заявляемое устройство работает следующим образом. На оптический вход 1 (см. фиг. 1) от источника оптических сигналов 11 (передатчика, усилителя, мультиплексора) ВОЛП (см. фиг. 2) поступают информационные сигналы, которые через оптический коммутатор 2 поступают на оптический выход в ВОЛП 3. После прохождения пролета 15 ВОЛП (фиг. 2) оптический сигнал усиливается усилителем 14 до уровня мощности на выходе источника сигналов 11 и поступает на следующий пролет 15. С выхода последнего пролета оптический сигнал поступает на вход с линии 4 (фиг. 1) контроллера 13 (фиг. 2). Мощность излучения информационных сигналов оптическим разветвителем 5 делится на две части. Большая часть (98-99%) мощности сигнала поступает на оптический выход 6 логарифмического контроллера защиты, а малая часть (1-2%) со второго входа разветвителя поступает на оптический вход фотодиода 7, где преобразуется в фототок, который логарифмируется логарифмическим усилителем 8. С выхода усилителя постоянное напряжение, пропорциональное десятичному логарифму коэффициента передачи ВОЛП, поступает на вход микроконтроллера 9. После проверки уровня входного сигнала на электрический вход оптического коммутатора 2 подается сигнал разрешения передачи оптических сигналов. Если контроллер 9 обнаружит изменение потерь в линии на величину
или большую, то он снимает сигнал разрешения с коммутатора 2 и включает устройство тревожной сигнализации 12.
Где σ - среднее квадратическое значение шума;
Q - отношение порог/шум (шум-фактор);
а
k - коэффициент превышения сигнала над порогом;
lg
k - коэффициент преобразования логарифмического усилителя В/дБ;
N - количество отсчетов входного сигнала за время наблюдения.
Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства и экспериментального определения параметров был собран макет ВОЛП с заявляемым устройством. В макете заявляемого устройства были использованы PIN фотодиод, оптический коммутатор, логарифмический усилитель и микроконтроллер.
Два макета контроллеров защиты были испытаны в составе 21-канальной 7-пролетной защищенной ВОЛП по технологии DWDM. ВОЛП осуществляла дуплексную связь между двумя коммутаторами D-Link на скорости 42 Гбит/с. Для восстановления мощности информационных сигналов использовались 6 EDFA предусилителей с постоянным коэффициентом усиления. Испытания ВОЛП подтвердили ее работоспособность и способность контроллеров защиты обнаруживать нарушения на всем протяжении ВОЛП.