ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к технике связи и может быть использована для организации обмена цифровой информацией в системах автоматизированного обмена данными по волоконно-оптическим каналам между разнесенными объектами.
Известна волоконно-оптическая система связи, содержащая распределительную станцию (PC), соединенную с N приемопередающими абонентскими станциями (системами) (АС) посредством волоконно-оптических линий связи [1]. Распределительная станция выполнена из N цепей по числу абонентских станций. Каждая цепь содержит анализатор сигнала запроса, оптический ответвитель, фотоприемник, коммутатор, дешифратор сигнала «Стоп», дешифратор сигнала запрос, элемент ИЛИ, одновибратор, оптический передатчик, оптический сумматор, формирователь сигнала «Аварийный сброс», оптический коммутатор. Выход соответствующей АС через соответствующую ВОЛС соединен с соответствующим входом PC. Соответствующий выход PC через соответствующую ВОЛС соединен с входом соответствующей AC. PC выполнена в виде N цепей и анализатора сигналов запроса. Каждая цепь, например первая, состоит из последовательно соединенных оптического ответвителя, фотоприемник, коммутатора. Выходы коммутатора соединены соответственно с входом дешифратора сигнала «стоп» и дешифратора сигнала «запрос». Выходы последнего соединены с канальными входами анализатора сигналов запроса, выходы которого через последовательно соединенные элемент ИЛИ, одновибратор и оптический передатчик соединены с входом оптического сумматора. Выход одновибратора через формирователь сигнала «аварийный сброс» соединен с соответствующим входом сброса анализатора сигналов запроса. Выход дешифратора сигнала «стоп» соединен с другим входом формирователя сигнала «аварийный сброс». Выходы анализатора сигналов запроса соединены с управляющими входами оптического коммутатора. Сигнальный вход оптического коммутатора соединен с другим выходом оптического ответвителя, а выходы оптического коммутатора соединены с соответствующими входами N-1 оптических сумматоров. N-й выход элемента ИЛИ соединен с другим входом коммутатора. Выход каждого оптического сумматора является соответствующим выходом PC. Вход каждого оптического ответвителя является соответствующим входом PC.
Известно устройство, содержащее N станций, соединенные между собой через оптические приемопередатчики, связанные соответствующими волоконными световодами с оптическими коммутаторами, шины управления, шины адреса, блоки элементов И, блоки элементов ИЛИ, элементы И, элементы ИЛИ, дешифраторы, триггеры, инверторы, блок формирования сигнала окончания информационного обмена [2].
К недостаткам устройства следует отнести то, что в нем определяется направление, в котором расположена запрашиваемая станция и при посылке оптического сигнала в этом направлении блокируется на это время передача-прием сообщений для других станций.
Наиболее близкой к заявляемой модели является кольцевая волоконно-оптическая система передачи информации (ВОСПИ), содержащая N приемопередающих станций и магистральный световод [3]. Каждая из N приемопередающих станций выполнена в виде N резонансных оптических колец, N управляющих электродов, N оптических приемопередающих блоков, приемного регистра, передающего регистра, управляющего регистра и терминала. В кольцевой ВОСПИ информация передается на нескольких оптических несущих, количество которых не менее числа терминалов в системе. Резонансные оптические кольца являются фильтрами с частотным разделением каналов, которые из всего набора рабочих длин волн выделяют единственную. Кольцевая ВОСПИ работает в двух режимах. В первом режиме станции находятся в состоянии ожидания сигналов из магистрального световода. Во втором режиме обеспечивается операция приема-передачи сигналов для обмена информацией между станциями и терминалами.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- низкую надежность работы резонансных оптических колец в условиях механических и климатических воздействий;
- прототип рассчитан на работу с приемопередающими абонентскими станциями (системами) в локальных объектах без обеспечения резервирования;
- снижается скорость обмена информацией из-за работы системы в режиме «запрос-ответ» и блокирования запросов, которые, пройдя по кольцу, вступают в конфликт с ранее принятыми запросами, обслуживание по которым не завершено.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение скорости и надежности обмена данными, разделение потоков информации по направлениям в зависимости от вида информации.
Указанный технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическую систему передачи информации, содержащую N приемопередающих станций, соединенных между собой, как минимум, четырьмя параллельными ветвями последовательно соединенных магистральных световодов, (N-2)-х оптических ответвителей (N - число подключаемых терминалов абонентов), m регенераторов, причем каждая приемопередающая станция состоит из оптического передающего блока и оптического приемного блока, содержащего 2nN оптических приемников (n - число видов информации), входы которых подключены к соответствующим выходам двух оптических фильтров, к входам которых подключены два оконечных отрезка соответствующих магистральных световодов, каждый передающий оптический блок состоит из 2nN оптических передатчиков, выходы которых подключены к соответствующим входам двух оптических фильтров, к выходам которых подключены два оконечных отрезка соответствующих магистральных световодов, введены в оптический передающий блок и оптический приемный блок каждой приемопередающей станции первый и второй маршрутизаторы, первый маршрутизатор оптического передающего блока соединен двухсторонними связями со вторым маршрутизатором оптического приемного блока одноименной приемопередающей станции, выходы первого маршрутизатора подключены к соответствующим входам оптических передатчиков, причем входы двух оптических передатчиков с частотами одного номинала соединены между собой, а их выходы подключены к соответствующим входам двух оптических фильтров, входы первого маршрутизатора являются входами системы, входы второго маршрутизатора подключены к соответствующим выходам оптических приемников, выходы двух оптических приемников с частотами одного номинала подключены к соответствующей паре входов второго маршрутизатора, выходы которого являются выходами системы, остальные (N-2)-е приемопередающие станции через отрезки дополнительных световодов подключены к соответствующим (N-2)-м оптическим ответвителям.
На фигуре приведена структурная схема и введены обозначения:
1 - N приемопередающих станций;
2 - отрезок магистрального световода;
3 - оптический ответвитель;
4 - регенератор;
оптический приемопередатчик, состоящий из фотоприемника 8 и оптического передатчика 7;
5 - оптический передающий блок;
6 - оптический приемный блок;
7 - оптический передатчик;
8 - оптический фильтр;
9 - оптический приемник;
10 - первый маршрутизатор;
11 - второй маршрутизатор;
12 - отрезки дополнительного световода.
Волоконно-оптическая система передачи информации, называемая далее по тексту система, работает следующим образом.
Система осуществляет обмен данными между основными равнозначными N приемопередающими станциями 1, каждая из которых может подключаться к n абонентам, обменивающихся различной информацией по принципу «каждый с каждым».
Оптическое оборудование приемопередающих станций 1 и линии связи, состоящие из отрезков магистрального световода 2, оптических ответвителей 3, регенераторов 4 (узлов 3 и 4 на фигуре показано только по одному) имеют двухкратное резервирование для повышения надежности работы при эксплуатации. Регенераторы 4 предназначены для восстановления передаваемых оптических сигналов, мощность которых уменьшилась из-за затухания в отрезках магистрального световода 2 и оптических ответвителях 3.
При работоспособном состоянии всех узлов приемопередающих станций 1 обмен данными между ними обеспечивается в следующем порядке. Сообщение с терминалов абонентов поступает в первый маршрутизатор 10, в котором к информации добавляется служебная часть, например, адрес получателя сообщения, адреса источника и получателя информации, осуществляется ее кодирование и другие операции. Затем видеоимпульсы с выхода первого маршрутизатора 10 в оптическом передатчике 7 оптического передающего блока 5 преобразуются в оптические сигналы на n разных частотах, которые уплотняются в оптическом фильтре 8 (одинаковых для всех приемопередающих станций 1 и по линии связи, состоящей из отрезков магистрального световода 2, оптических ответвителей 3, регенераторов 4 подаются на оптический фильтр 8 оптического приемного блока, распределяются по частотам и в оптическом приемнике преобразуются в видеоимпульсы, которые поступают на информационные входы второго маршрутизатора 11. В нем сообщения декодируются, проверяются, на достоверность, правильность адресации данных и с ними проводятся другие операции. При выделении из служебной части адреса информация направляется получателю. В обратном направлении информация транслируется аналогичным образом.
Скорость передачи информации системы определяется суммарной скоростью передачи информации по оптическим каналам с разными оптическими частотами, которая, в свою очередь, зависит от пропускной способности оптического передатчика 7 и оптического приемника 9.
Высокая скорость обмена информацией (десятки Гбит/с) обеспечивается характеристиками современного волоконно-оптического оборудования и отсутствием низкоскоростных электронных коммутаторов (как в прототипе).
При выходе из строя одного из узлов системы для повышения надежности обмена данными обеспечивается оперативная замена снимаемой информации с вышедшего из строя канала на достоверную с другого работающего параллельного канала.
В связанных между собой маршрутизаторах 10 и 11 одной приемопередающей станции 1 осуществляются операции, которые позволяют управлять ресурсами и поведением системы, а также обеспечивают:
- контроль состояния работоспособности системы для обнаружения места возникновения неисправностей;
- выявление неисправностей и их автоматического устранения для идентификации, локализации и фиксации любых неисправностей, которые происходят в процессе работы, а также регистрации данных в целях выполнения технического обслуживания;
- управление конфигурацией системы для инициализации и отключения неисправных каналов;
- обеспечение безопасности работы системы при сохранении целостности данных.
Первый маршрутизатор 10 предназначен для объединения информации одного вида в один групповой сигнал, преобразования форматов данных, формирования тестовых сигналов для мониторинга оборудования системы, динамического управления ресурсами связи при отказе аппаратуры и выполнения других операций. Второй маршрутизатор 11 выполняет обратные функции.
Узлы 1, 2, 7, 9, 12 по назначению и структуре одинаковые с прототипом. Они могут быть реализованы на известных серийных волоконно-оптических элементах, ответвители 3 - на У-образных световодных ответвителях, регенератор 4 - на серийной аппаратуре. Оптический фильтр может быть реализован, например, на оптическом многослойном фильтре, состоящим из N диэлектрических слоев, выполненных из материалов с отличающимися показателями преломления, а оптическая толщина каждого слоя составляет четвертую часть средней длины волны полосы пропускания оптического фильтра [4]. Введенные блоки 10, 11 могут быть реализованы на известных микросхемах и серийной аппаратуре или выполнены программно, например, с помощью ЭВМ microPC марки Octagon или ей подобной.
К преимуществам заявляемой системы следует отнести повышение скорости и надежности обмена данными, разделение потоков информации по направлениям в зависимости от вида источников и получателей информации обеспечено за счет резервирования узлов передающего оборудования и использования быстродействующих волоконно-оптических элементов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. АС СССР №1823141 М. кл. Н04В 10/20. БИ №23 1993
2. АС СССР №1688427 М. кл. Н04В 10/00. БИ №40 1991.
3. AC №1510689 М. кл. Н04В 9/00. БИ №41, 1992. (прототип).
4. Патент РФ №2316029 С1, М. Кл. G02B 5/28. Оптический многослойный фильтр. Гончаров А.Н., Лапшин Б.А. и другие. БИ №3, 2008.