МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЗАЩИЩЕННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ
SECURE MULTICHANNEL FIBRE-OPTIC TRANSMISSION SYSTEM WITH SPECTRAL DIVISION OF SIGNALS

Изобретение относится к защищенным волоконно-оптическим системам передачи и может быть использовано в качестве дуплексной многоканальной волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) информации ограниченного доступа по неконтролируемой территории.
Известна «Многоканальная защищенная волоконно-оптическая система передачи» (см. патент РФ №2522741, опубликован в БИ №20, от 20.07.2014), которая содержит не менее одной волоконно-оптической линии и два идентичных приемо-передающих устройства, 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. Каждое приемо-передающее устройство содержит 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 вход/выход мультиплексора-демультиплексора соединены между собой волоконно-оптический линией.
Многоканальная защищенная ВОСП работает следующим образом. Входные информационные сигналы параллельно поступают на входы оптических передатчиков, 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, где мультиплексор складывает их в один групповой сигнал, который передается по волоконно-оптической линии на вход мультиплексора-демультиплексора на противоположной стороне линии, который на оптических выходах демультиплексора формирует оптические сигналы на длинах волн, соответствующих входным длинам волн. Каждый из оптических сигналов поступает на вход соответствующего оптического приемника, который преобразует оптический сигнал в соответствующий электрический сигнал. Электрический сигнал передается на вход устройства мониторинга, 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, который производит их анализ. В случае, когда одновременно поступают сигналы тревоги от всех (большинства) устройств мониторинга, контроллер фиксирует попытку съема оптического сигнала и формирует сигналы, запрещающие передачу всем оптическим передатчикам. ВОСП по своему функциональному назначению и составу является наиболее близкой к заявляемой системе и поэтому выбрана в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанной ВОСП являются большое количество устройств (контроллеров) мониторинга и недостаточно высокая чувствительность по обнаружению отводов мощности сигнала с волоконно-оптической линии.
Решаемой технической задачей является создание многоканальной защищенной ВОСП с повышенной чувствительностью к обнаружению сигналов отвода мощности за счет спектрального разделения сигналов.
Достигаемым техническим результатом является уменьшение количества средств мониторинга и контроля и увеличение чувствительности контроля.
Для достижения технического результата в многоканальной защищенной волоконно-оптической системе передачи со спектральным разделением сигналов, содержащей соединенные между собой волоконно-оптическими линиями передачи два комплекта приемопередающей аппаратуры, каждый из которых содержит оптический мультиплексор, демультиплексор и группы, каждая из которых состоит из оптического передатчика и приемника, вход и выход которых являются соответственно входом и выходом каждой группы каждого комплекта, при этом оптический вход приемника соединен с соответствующим выходом демультиплексора волоконно-оптическим шнуром, а оптический выход передатчика соединен с соответствующим входом мультиплексора оптическим шнуром, новым является то, что в каждый комплект приемо-передающей аппаратуры дополнительно введен контроллер защиты, рабочая длина волны которого больше длины волны любого из оптических передатчиков, при этом вход контроллера защиты соединен с оптическим выходом мультиплексора волоконно-оптическим шнуром, а выход соединен волоконно-оптическим шнуром с оптическим входом демультиплексора, линейные входы и выходы контроллеров защиты соединены между собой волоконно-оптическими линиями передачи.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемой многоканальной защищенной ВОСП позволяет снизить количество контроллеров с (n+1) до 1 (n - количество каналов в ВОСП) и повысить чувствительность по обнаружению попыток отвода мощности из волоконно-оптических линий.
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемой многоканальной защищенной ВОСП со спектральным разделением сигналов.
На фиг. 2 представлены зависимости интенсивности излучения от расстояния от оси волокна SMF-28 для различных рабочих длин волн ВОСП.
На фиг. 3 приведены спектрограммы интенсивности излучения на входном полюсе оптического волокна и на выходе ответвителя-прищепки FOD-5503, подключенной к боковой поверхности того же волокна.
k
1
2
n
Многоканальная защищенная волоконно-оптическая система передачи со спектральным разделением сигналов содержит соединенные между собой волоконно-оптическими линиями передачи 8 два комплекта приемо-передающей аппаратуры 10, каждый из которых содержит оптический мультиплексор 5, демультиплексор 6 и группы, каждая из которых состоит из оптического передатчика 3 и приемника 4, вход и выход которых являются соответственно входом и выходом каждой группы каждого комплекта. Оптический вход приемника 4 соединен с соответствующим выходом демультиплексора 6 волоконно-оптическим шнуром 9, а оптический выход передатчика 3 соединен с соответствующим входом мультиплексора 5 оптическим шнуром 9. В каждый комплект приемо-передающей аппаратуры 10 введен контроллер защиты 7, рабочая длина волны λ которого больше длины волны λ, λ…λ любого из оптических передатчиков 3. Вход контроллера защиты 7 соединен с оптическим выходом мультиплексора 5 волоконно-оптическим шнуром 9, а выход соединен волоконно-оптическим шнуром 9 с оптическим входом демультиплексора 6, линейные входы и выходы контроллеров защиты 7 соединены между собой волоконно-оптическими линиями передачи 8.
1
2
n
k
1
2
n
k
1
2
n
Заявляемая многоканальная защищенная ВОСП работает следующим образом (см. фиг. 1). 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 (λ, λ…λ). Длины волн соответствуют стандартным сеткам, принятым в технологиях волнового уплотнения (WDM, DWDM, CWDM, HWDM). Количество каналов может быть два и более. После этого оптические сигналы поступают на входы мультиплексора 5, где формируется один групповой сигнал на всех длинах волн. Групповой сигнал поступает на вход контроллера защиты 7, где к нему добавляется контрольный сигнал на длине волны λ, большей чем любая из длин волн информационных сигналов λ, λ…λ. Сумма информационных и контрольного сигналов передается по волоконно-оптической линии 8 и поступает на линейный вход контроллера защиты 7 на противоположной стороне линии. В контроллере ответвляется контрольный сигнал на длине волны λ, по которому производится обнаружение попыток отвода мощности с линии. Информационные оптические сигналы на длинах волн λ, λ…λ поступают на вход демультиплексора 6 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, который передается на соответствующий выход 2. Передача сигналов с помощью ВОСП в обратном направлении производится точно также, как и в прямом направлении.
k
k
1
2
n
Контроль волоконно-оптических линий 8 производится следующим образом. При попытке отвода мощности сигналов из линии 8 контроллер 7, который принимает сигнал пониженной мощности, обнаруживает отвод на длине волны λ и отключает передачу оптических сигналов в противоположном направлении. Соответственно контроллер защиты 7 на противоположной стороне обнаруживает отсутствие контрольного сигнала и блокирует передачу оптических сигналов в противоположном направлении. Поскольку контроль осуществляется на длине волны λ, большей чем любая из λ, λ…λ, повышается чувствительность по обнаружению отвода мощности с линий. Это обусловлено спектральной зависимостью распределения мощности по поперечному сечению волокна.
11
В одномодовом волокне (см. фиг. 2) распространяется одна основная мода НЕ, имеющая гауссово распределение интенсивности, которое в зависимости от расстояния от оси волокна в поперечном сечении задается известной зависимостью:
где I(r) - интенсивность излучения основной моды на расстоянии r от оси волокна;
o
I - интенсивность излучения основной моды на оси волокна;
o
2
w - радиус пятна моды на уровне 1/е, который вычисляется по формуле:
где ρ - радиус сердцевины оптического волокна;
V - волноводный параметр, который определяется по известной формуле:
где λ - длина волны излучения;
с
n - показатель преломления сердцевины волокна;
o
n - показатель преломления оболочки волокна.
Таким образом, волноводный параметр зависит от длины волны, следовательно, и радиус пятна моды также зависит от длины волны. Соответственно распределение интенсивности в поперечном направлении волокна также зависит от длины волны. На фиг. 2 представлены зависимости интенсивности от расстояния от оси волокна SMF-28 для выбранных длин волн, рассчитанные по формулам (1-3).
При локальном выводе излучения из волокна интенсивнее будет выходить излучение с большими длинами волн. Соответственно, если информация передается на коротких длинах волн, а контроль ведется на более длинной длине волны, происходит увеличение чувствительности по обнаружению попытки вывода излучения.
На фиг. 3 представлены спектрограммы интенсивности на входном полюсе оптического волокна и на выходе ответвителя-прищепки FOD-5503, подключенной к боковой поверхности того же волокна. Из фиг. 3 видно, что интенсивность излучения на длине волны 1270 нм на 10 дБ меньше, чем интенсивность излучения на 1370 нм и на 8 дБ меньше, чем - на 1390 нм.
Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства и экспериментального определения параметров был собран макет ВОСП в соответствии с фиг. 1. В качестве приемников и передатчиков были использованы 16 оптических приемо-передающих SFP модулей типа TC-SD-1G-XX-30-D (скорость передачи 1 Гбит/с, потери в ВОЛП до 30 дБ) на длинах волн DWDM в C-диапазоне. Мультиплексор и демультиплексор в ВОСП соответствовали длинам волн SFP модулей (8 каналов, 16 длин волн), тип ТС-МС-030-10-516. В качестве устройства защиты использовался контроллер FOBOS-100GE. Испытания макета подтвердили работоспособность многоканальной защищенной ВОСП по заявляемой схеме.