ПРИНЦИПЫ МОНИТОРИНГА В ПАССИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ ДОСТУПА

УДК 621.317: [621.391.63:681.7.068]

А.В. Зайцева

ПРИНЦИПЫ МОНИТОРИНГА В ПАССИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ ДОСТУПА

В данной работе рассматриваются методы мониторинга в пассивных сетях доступа, а именно одновременного тестирования волокон многоточечных сетей и разновременного тестирования волокон многоточечных сетей, которые могут осуществляться по свободному ("темному") волокну и по активному.

Ключевые слова: оптическое волокно, оптический рефлектометр, рефлектограммы, тестирование по пассивным оптическим волокнам, тестирование по активным оптическим волокнам.

Важным достоинством волоконно-оптических линий связи является их потенциальная долговечность. Однако для обеспечения долголетней работы необходимы соответствующие условия и главное из них — отсутствие механических напряжений в волокне. Повышенное натяжение волокна в кабеле вызывает деградацию его прочностных характеристик, что приводит к разрыву волокна.

Информационная емкость современного информационного канала на основе волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) превышает значение 1 Тбит/с для одного оптического волокна при расстояниях между регенераторами 200 км.

Вместе с тем последовательные простои линий связи сокращают доходы операторов, ухудшают их репутацию, уменьшают приток инвестиций, снижают показатели качества обслуживания. В связи с этим в последнее время операторы связи начинают инвестировать не малые средства в развитие инфраструктуры своих волоконно-оптических сетей с акцентом на внедрение и совершенствование систем управления и автоматического мониторинга состояния линий и каналов связи.

Независимо от метода контроля оптических волокон системы мониторинга должна обеспечивать: дистанционный контроль пассивных и активных волокон оптических кабелей; точное и своевременное документирование и составление отчетности; автоматическое обнаружение неисправностей с указанием их точного место положения; контроль и управление процессом оповещения о повреждении оптических кабелей; проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме; прогнозирование изменений параметров оптических кабелей; возможность расширения функциональности системы при внедрении новых технологий передачи на сети связи.

Наиболее эффективно перечисленные задачи могут быть решены с помощью систем автоматического мониторинга, включающих систему удаленного контроля оптических волокон, программу привязки топологии сети к электронной географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. Дистанционный контроль оптических волокон выполняется оптическим импульсным рефлектометром, диагностирующим состояние волокна по обратному рассеянию световой волны при введении в волокно зондирующих импульсов. При этом системы должны позволять проводить мониторинг как свободных, так и занятых волокон. В первом случае выполняется мониторинг свободных резервных оптических волокон, по состоянию которых судят об исправности всего волоконно-оптического кабеля. Во втором случае проводится мониторинг оптических волокон, по которым передается трафик систем передачи. Для реализации данного метода тестирования используется рабочая длина волны рефлектометра, отличная от рабочей длины волны систем передачи, а в схему сети мониторинга вводится ряд пассивных оптических компонентов для мультиплексирования и разделения информационных сигналов и сигналов рефлектометра.

Следует отметить, что в настоящее время импульсные рефлектометры (далее OTDR - Optical Time Domain Reflectometer) являются основными измерительными приборами, используемыми для инсталляции и технического обслуживания линий передачи со структурой точка-точка, так как они обеспечивают телекоммуникационным операторам следующие возможности: измерение только с одного конца оптического кабеля; обнаружение нарушений и определение параметров компонентов ВОЛП по всей длине волокна; наглядное представление состояния линии связи.

© Зайцева А.В., 2019.

Научный руководитель: Горлов Николай Ильич - доктор технический наук, профессор, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Россия.

В связи с этим естественным желанием является использование OTDR и в разветвленных сетях. Однако в этом случае при проведении анализа нескольких каналов результаты измерений становятся слишком сложными для интерпретации. Для упрощения данной процедуры, используются методы тестирования многоточечных сетей, основанные на поочередном подключении волокон к OTDR через управляемый коммутатор (оптический переключатель), сводя тестирование многоточечных сетей, к тестированию по схеме точка-точка. Таким образом, следует различать методы: одновременного тестирования волокон многоточечных сетей; разновременного тестирования волокон многоточечных сетей.

В то же время, тестирование оптических кабелей может проводиться по волокну, обеспечивающему или не обеспечивающему передачу данных, выделив методы тестирования: по свободному ("темному") волокну; по активному волокну.

Рассмотрим данные методы более подробно, учитывая отличие в подходах к анализу рефлек-тограмм для магистральной сети и сетей доступа и распределения. В первом случае анализ осуществляется автоматически большинством OTDR, обнаруживающих различные события по всей длине волокна. При измерениях в сетях доступа и распределения, наличие ответвляющихся компонентов, приводит к тому, что OTDR отображает множественную рефлектограмму, анализ которой до ответвления достаточно прост и выполняется аналогично анализу магистральной сети. Однако после разветвления выполнить анализ рефлектограммы для нахождения и измерения событий на разных каналах становится невозможно, так как многоточечные сети добавляют к ней еще одно измерение, которое OTDR самостоятельно не в состоянии идентифицировать несмотря на то, что информация на рефлектограмме присутствует.

Метод разновременного тестирования оптических волокон в многоточечных сетях. Данный метод тестирования многоточечной сети, основан на классическом OTDR измерении соединения точка-точка сформированного соответствующей коммутацией оптических переключателей. Поэтому пользователю доступны все функции, обеспечиваемые рефлектометром, и работа с системой удаленного тестирования оптических волокон (RFTS - Remote Fiber Test System) фактически является работой с OTDR в режиме дистанционного управления, что позволяет обрабатывать, анализировать и производить измерения, имея в своем распоряжении широкие возможности выделения и идентификации отклонений текущей рефлектограммы относительно эталонной. Таким образом, не усложняя процедуры обработки рефлектограмм и тем самым, обеспечивая более высокую точность идентификации нарушений оптических волокон, данный метод тестирования позволяет использовать все функции OTDR измерений, включая [1]: измерения потерь, отражений и расстояний; автоматическое измерение с обнаружением порогов, полуавтоматическое измерение с маркерами, ручное измерение с курсорами; локализацию случаев нарушений соединений, отражений и обнаружение конца волокна; автоматическое обнаружение неоднородности.

Тестирование по пассивным оптическим волокнам [1]. Контроль оптических кабелей по пассивным оптическим волокнам основан на тестировании резервного волокна оптического кабеля (рисунок 1) при длине волны Хтраф оптического луча трафика, независимой от длины волны Хтест тестирующего оптического излучения.

X тест

Оптический кабель

п

Рис. 1. Метод контроля оптического кабеля по резервному волокну

Применение данного метода при своей очевидности и простоте реализации обусловливает необходимость дублирования инфраструктуры контроля гипотетического волокна, отражающего свойства всего кабеля, и, по некоторым данным, позволяет выявить до 90% его нарушений.

На рисунке 2 показана схема организации контроля оптического кабеля по пассивным оптическим волокнам, где ТХ (Transceiver) и RX (Receiver), соответственно передающее и приемное сетевые устройства, RTU (Remote Test Unit) — устройство удаленного контроля оптических волокон, а OTAU (Optical Test Access Unit) - оптический переключатель, обеспечивающий доступ к контролируемым волокнам.

Рис. 2. Схема организации контроля оптических кабелей по резервному волокну

Тестирование по активным оптическим волокнам. Как известно, для передачи данных в ВОЛП обычно применяются 1310 нм или 1550 нм длины волн оптического излучения. Следовательно, для контроля состояния волокон было бы целесообразным использовать Хтест = 1550 нм при длине волны Хтраф = 1310 нм, или Х.тест = 1310 нм — при передаче на длине волны Хтраф = 1550 нм. В то же время по экономическим соображениям, вызванным необходимостью увеличения емкости каналов передачи данных, часто используются обе указанные длины волн Хтраф1 = 1310 нм и Хтраф2 = 1550 нм, поэтому в последнем случае для контроля необходимо использовать иную длину волны, например, Хтест = 1625 нм, которая значительно отличается от используемых для передачи данных и, как следствие, может быть эффективно выделена на приемной стороне линии связи.

С этой целью на передающей стороне ВОЛП (рисунок 3) вводятся WDM, объединяющие длину волны тестирующего излучения с длиной волны передачи данных сетевым оборудованием NE (NetworkEquipment), а для исключения взаимного влияния процессов передачи данных и контроля оптического волокна в схему вводятся фильтры F2 и F3.

Рис. 3. Метод контроля оптического кабеля по активному волокну

Последние предотвращают попадание тестирующего излучения на входы NE, а излучения передачи данных — на OTDR. Применение длин волн 1310 нм, 1550 нм и 1625 нм вызвано тем, что в этом случае оптические компоненты, используемые, как правило, в волоконно -оптической технике, обеспечивают наиболее низкие потери передачи, хорошую изоляцию и наилучшее подавление отраженных волн.

Библиографический список

1.Wosinska L., Chen J., Larsen C.P. Fiber Access Networks: Reliability Analysis and Swedish Broadband Market. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.researchgate.net/publication/220234634.

ЗАЙЦЕВА АНАСТАСИЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА - бакалавр, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Россия.