ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР ЗАЩИТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
LOGARITHMIC CONTROLLER FOR PROTECTION OF FIBRE-OPTIC LINES

Изобретение относится к контроллерам защиты волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) от попыток отвода оптического сигнала и может быть использовано в качестве универсального технического средства защиты информации (ТСЗИ) ограниченного доступа, передаваемой по неконтролируемой территории.
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 ВОСП 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 контроллеру защиты и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанного устройства являются:
- 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 универсального логарифмического контроллера защиты волоконно-оптических линий без ограничения мощности и регулировки информационных сигналов.
Достигаемым техническим результатом является сужение динамического диапазона входного сигнала за счет его логарифмирования и увеличение изоляции информационного и контрольного сигналов за счет введения оптических мультиплексора и демультиплексора.
Для достижения технического результата в логарифмическом контроллере защиты волоконно-оптических линий, содержащем оптические передатчик и коммутатор, последовательно соединенные устройство сигнализации и контроллер, выход которого соединен со входом оптического коммутатора, оптический выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию, новым является то, что дополнительно введены последовательно соединенные фотодиод и логарифмический усилитель, а также оптический изолятор, демультиплексор вывода и мультиплексор ввода, вход ввода которого соединен с выходом оптического изолятора, вход которого соединен с выходом оптического передатчика, а общий вход мультиплексора является оптическим входом устройства, выход мультиплексора ввода соединен с оптическим входом оптического коммутатора, оптический вход демультиплексора вывода является входом устройства с волоконно-оптической линии, а выход вывода соединен со входом фотодиода, выход логарифмического усилителя соединен со входом микроконтроллера, а второй оптический выход демультиплексора вывода является выходом устройства.
Новая совокупность существенных признаков в заявляемом устройстве позволяет сузить динамический диапазон входного сигнала за счет его логарифмирования и увеличить изоляцию информационного и контрольного сигналов за счет введения оптических мультиплексора и демультиплексора.
На чертеже представлена функциональная схема заявляемого логарифмического контроллера защиты ВОЛП.
Логарифмический контроллер защиты волоконно-оптических линий содержит оптические передатчик 5 и коммутатор 2, последовательно соединенные устройство сигнализации 12 и контроллер 11, выход которого соединен со входом оптического коммутатора 2, оптический выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию 4. Последовательно соединены фотодиод 9 и логарифмический усилитель 10, а также введены оптический изолятор 13, демультиплексор вывода 8 и мультиплексор ввода 3, вход ввода которого соединен с выходом оптического изолятора 13, вход которого соединен с выходом оптического передатчика 5, а общий вход мультиплексора 3 является оптическим входом устройства 1, выход мультиплексора ввода соединен с оптическим входом оптического коммутатора 2, оптический вход демультиплексора вывода 8 является входом устройства с волоконно-оптической линии 6, а выход вывода соединен со входом фотодиода 9, выход логарифмического усилителя 10 соединен со входом микроконтроллера 11, а второй оптический выход демультиплексора вывода является выходом устройства 7.
и
к
к
и
и
к
к
Заявляемое устройство работает следующим образом. На оптический вход 1 (см. чертеж) от передатчика (усилителя, мультиплексора) ВОСП поступают информационные оптические сигналы на рабочих длинах волн (волн WDM, CWDM, DWDM) в диапазоне Δλ, которые через оптический мультиплексор ввода (OADM) 3 и оптический коммутатор 2 поступают на оптический выход в ВОЛП 4. Одновременно в ВОЛП через вход ввода мультиплексора 3 поступает постоянное оптическое излучение на рабочей длине волны λ, которое формируется оптическим передатчиком 5 и фильтруется оптическим изолятором 13 от обратно отраженного сигнала. Причем длина волны λ больше любой из длин волн из диапазона Δλ. После прохождения по ВОЛП суммарный оптический сигнал на длинах волн Δλ+λ поступает на вход контроллера с ВОЛП 6, который находится на противоположном конце линии. Со входа 6 суммарный оптический сигнал поступает на вход оптического демультиплексора вывода 8, где происходит его разделение по длинам волн. Излучение информационных сигналов поступает на оптический выход 7 логарифмического контроллера защиты. Излучение контрольного сигнала на длине волны λ поступает на оптический вход фотодиода 9, где преобразуется в фототок, который логарифмируется логарифмическим усилителем 10. С выхода усилителя постоянное напряжение, пропорциональное десятичному логарифму коэффициента передачи ВОЛП, поступает на вход микроконтроллера 11. После проверки уровня входного сигнала на электрический вход оптического коммутатора 2 подается сигнал разрешения передачи оптических сигналов. Если контроллер 11 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);
a
k - коэффициент превышения сигнала над порогом;
lg
k - коэффициент преобразования логарифмического усилителя В/дек;
N - количество усреднений за время наблюдения.
Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства и экспериментального определения параметров был собран макет ВОСП с заявляемым устройством. В оптических передатчике и приемнике были использованы лазерный излучатель LDI-DFB-1625-10/20-H-2-SM1-M-CW и PIN фотодиод PDI-80-RM-H-5-SM1-M предприятия «LaserCom» (г. Минск). Для отключения оптических сигналов использовался оптический коммутатор типа OSW-11-135-09-0,3-FC/PC. В качестве мультиплексора/демультиплексора использовались устройства, работающие на длинах волн 1625 нм / 1310-1580 нм предприятия «LaserCom» (г. Минск). Логарифмический усилитель собран на микросхеме LOG114. В качестве контроллера использовался микроконтроллер, а устройство сигнализации было собрано на светодиоде КИПД19БМ.
Макет устройства был включен в состав 20-канальной защищенной волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) по технологии DWDM, осуществляющей дуплексную связь между двумя коммутаторами D-Link DGS-3610-26G на скорости 40 Гбит/с. Цифровая информация передавалась на длинах волн в диапазоне 1535-1560 нм, контроллер работал на длине волны 1625 нм. Испытания макета устройства подтвердили его работоспособность в составе ВОСП.