КОНТРОЛЛЕР ЗАЩИТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
CONTROLLER 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, опубл. в БИ №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.
Устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому контроллеру защиты и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанного устройства являются:
- ограничения мощности передаваемых информационных сигналов и коэффициента передачи ВОЛП, обусловленные малым ответвлением мощности оптического сигнала для контроля линии;
- высокий порог обнаружения отвода оптической мощности из-за повышенного шума в канале, вызванного обратно отраженным излучением, попадающим в оптический передатчик.
Решаемой технической задачей является создание универсального по отношению к мощности информационных сигналов и коэффициентам передачи ВОЛП высокочувствительного контроллера защиты.
Достигаемым техническим результатом является создание высокочувствительного контроллера защиты ВОЛП независимого от параметров информационных сигналов: мощности сигналов, скорости передачи и способа кодирования информации, коэффициента передачи ВОЛП.
Для достижения технического результата в контроллере защиты волоконно-оптических линий, содержащем генератор, выход которого соединен со входом оптического передатчика, оптический коммутатор и последовательно соединенные оптический приемник, усилитель с автоматической регулировкой усиления, полосовой фильтр, детектор уровня, контроллер, устройство сигнализации, при этом второй выход контроллера соединен со входом оптического коммутатора, выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию, третий выход контроллера соединен со входом согласующего устройства, выход которого соединен со вторым входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, новым является то, что дополнительно введены оптический изолятор, вход которого соединен с выходом оптического передатчика, первый оптический фильтр, первый вход которого является оптическим входом устройства, второй вход соединен с выходом оптического изолятора, длина волны которого соответствует длине волны оптического передатчика, а выход соединен с оптическим входом оптического коммутатора, второй оптический фильтр, оптический вход которого является оптическим входом устройства с волоконно-оптической линии, первый выход соединен с входом оптического приемника, а второй выход является выходом устройства.
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого контроллера защиты ВОЛП.
Контроллер защиты волоконно-оптических линий содержит генератор 6, выход которого соединен со входом оптического передатчика 5, оптический коммутатор 2 и последовательно соединенные оптический приемник 10, усилитель с автоматической регулировкой усиления 11, полосовой фильтр 12, детектор уровня 13, контроллер 14 и устройство сигнализации 15, при этом второй выход контроллера 14 соединен со входом оптического коммутатора 2, выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию 4, третий выход контроллера 14 соединен со входом согласующего устройства 16, выход которого соединен со вторым входом усилителя с автоматической регулировкой усиления 11, оптический изолятор 17, вход которого соединен с выходом оптического передатчика 5, первый оптический фильтр 3, первый вход которого является оптическим входом устройства 1, второй вход соединен с выходом оптического изолятора 17, длина волны которого соответствует длине волны оптического передатчика 5, а выход соединен с оптическим входом оптического коммутатора 2, второй оптический фильтр 8, оптический вход которого является оптическим входом устройства с волоконно-оптической линии 7, первый выход соединен с входом оптического приемника 10, а второй выход является выходом устройства 9.
и
к
к
и
к
и
к
Заявляемое устройство работает следующим образом. На оптический вход 1 (фиг. 1) от передатчика (усилителя, мультиплексора) ВОСП поступают информационные оптические сигналы на рабочей длине волны (волн WDM) λ, которые через оптический фильтр 3 и оптический коммутатор 2 поступают на оптический выход в ВОЛП 4. Одновременно в ВОЛП через ответвитель 3 поступают контрольные оптические сигналы на рабочей длине волны λ, которые формируются цифровым генератором 6 и оптическим передатчиком 5. Причем длина волны λ больше λ. Между оптическим передатчиком 5 и фильтром 3 установлен оптический изолятор 17, работающий на длине волны λ. После прохождения по ВОЛП, суммарный оптический сигнал на длинах волн λ+λ поступает на вход контроллера 7, который находится на противоположном конце линии. Со входа 7 суммарный оптический сигнал поступает на вход оптического фильтра 8, где происходит его разделение по длинам волн. Излучение информационных сигналов с малыми потерями мощности поступает на оптический выход 9 контроллера защиты. Излучение контрольного сигнала с малыми потерями мощности поступает на оптический вход приемника 10, где преобразуется в электрический сигнал. Из сигнала с помощью полосового фильтра 12 выделяется одночастотный контрольный сигнал, который усиливается усилителем 11 и детектируется детектором 13. В результате на вход микроконтроллера 14 поступает контрольный уровень, величина которого пропорциональна амплитуде контрольного сигнала. Контроллер 14 через согласующее устройство 16 управляет величиной коэффициента усиления усилителя 11, 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 2 подается сигнал разрешения передачи информационных сигналов. Если контроллер 14 обнаружит попытку отвода оптического сигнала из ВОЛП, то он снимает сигнал разрешения с коммутатора 2 и включает устройство тревожной сигнализации 15.
Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства и экспериментального определения параметров был собран макет ВОСП. 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), генератор собран на микроконтроллере PIC16C622. Для отключения оптических сигналов использовался оптический коммутатор типа OSW-11-135-09-0,3-FC/PC, в качестве оптических фильтров - фильтровые мультиплексоры работающие на длинах волн 1625 нм /1310 нм + 1550 нм предприятия «LaserCom» (г. Минск). Фильтр, усилитель и детектор собраны на операционных усилителях 140УД17. В качестве контроллера использовался микроконтроллер K1986BE92QC «Миландр», (г. Зеленоград), а устройство сигнализации было собрано на светодиоде КИПД19БМ.
Макет устройства был включен в составе 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.