ЗАЩИЩЕННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ С СЕЛЕКЦИЕЙ И ЛОКАЛИЗАЦИЕЙ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ
SECURE FIBRE-OPTIC TRANSMISSION SYSTEM WITH SELECTION AND LOCALISATION OF EMERGENCY SITUATIONS

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи (ВОСП) с селекцией и локализацией аварийных ситуаций и может быть использовано в качестве защищенной системы передачи информации ограниченного доступа за пределами контролируемой зоны.
Известно устройство контроля волоконно-оптических линий (патент РФ №2522893 от 21.08.2012 г., опубл. в Б.И. №20 от 27.03.2014 г.), на основе которого создается защищенная ВОСП. Система состоит из двух одинаковых комплектов приемо-передающей аппаратуры, которые с помощью оптических шнуров соединены с входом и выходом устройства контроля, линейные вход и выход которых соединены между собой с помощью волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП).
ВОСП работает следующим образом.
Приемо-передающая аппаратура обеспечивает дуплексную передачу информации по двум ВОЛП в заданном формате. Устройства контроля добавляют к информационным оптическим сигналам дополнительный тестовый сигнал, который передается на противоположную сторону. Устройство контроля на противоположной стороне принимает оптический сигнал, выделяет тестовый сигнал, который оцифровывается и вводится в микроконтроллер. Микроконтроллер обрабатывает цифровую последовательность по специальному алгоритму на основе теории выделения сигналов на фоне случайных помех. При изменении коэффициента передачи между оптическими полюсами ВОЛП выше заданного порога производится отключение передачи оптических сигналов по ВОЛП противоположного направления. Соответственно, устройство контроля на противоположной стороне производит отключение передачи оптических сигналов по ВОЛП прямого направления. ВОСП является наиболее близкой к заявляемой системе передачи и поэтому выбрана в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанной ВОСП являются:
1) отсутствие селекции аварийных ситуаций;
2) отсутствие возможности локализации места нарушения по длине волоконно-оптической линии.
Решаемой технической задачей является создание ВОСП с автоматической селекцией аварийных ситуаций и возможностью локализации места нарушения по длине волоконно-оптической линии.
Достигаемым техническим результатом является повышение среднего времени наработки на ложную тревогу за счет дополнительного анализа аварийных ситуаций.
Для достижения технического результата в защищенной волоконно-оптической системе передачи с селекцией и локализацией аварийных ситуаций, состоящей из двух комплектов приемо-передающей аппаратуры, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями, при этом каждый комплект содержит приемо-передающее устройство, соединенное оптическими шнурами с устройством контроля, выход которого соединен со входом волоконно-оптической линии, новым является то, что в каждый комплект дополнительно введены источник питания и блок рефлектометрического контроля, включающий в себя оптический разветвитель, общий полюс которого соединен с выходом волоконно-оптической линии, первый полюс с помощью оптического шнура соединен со входом устройства контроля, а второй полюс соединен с общим полюсом оптического циркулятора, первый полюс которого соединен с выходом оптического передатчика, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, а второй полюс циркулятора соединен со входом оптического приемника, первый выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, а второй выход оптического приемника соединен со входом детектора среднего уровня, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, выход управления которого соединен со входом управления реле, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход соединен со входом питания устройства контроля, выход индикации микроконтроллера соединен со входом устройства индикации.
Новая совокупность существенных признаков позволяет повысить среднее время наработки на ложную тревогу за счет дополнительного анализа аварийных ситуаций.
На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемой ВОСП.
Защищенная волоконно-оптическая система передачи с селекцией и локализацией аварийных ситуаций сотоит из двух комплектов приемо-передающей аппаратуры 1, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями 2, при этом каждый комплект содержит приемо-передающее устройство 3, соединенное оптическими шнурами 15 с устройством контроля 4, выход которого соединен со входом волоконно-оптической линии 2, в каждый комплект 1 введены источник питания 6 и блок рефлектометрического контроля 5, включающий в себя оптический разветвитель 7, общий полюс которого соединен с выходом волоконно-оптической линии 2, первый полюс с помощью оптического шнура 15 соединен со входом устройства контроля 4, а второй полюс соединен с общим полюсом оптического циркулятора 8, первый полюс которого соединен с выходом оптического передатчика 9, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера 13, а второй полюс циркулятора 8 соединен со входом оптического приемника 10, первый выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 11, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера 13, а второй выход оптического приемника 10 соединен со входом детектора среднего уровня 12, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера 13, выход управления которого соединен со входом управления реле 14, вход которого соединен с выходом источника питания 6, а выход соединен со входом питания устройства контроля 4, выход индикации микроконтроллера 15 соединен со входом устройства индикации 16.
Заявляемая ВОСП работает следующим образом.
При включении источника питания 6 (фиг. 1) на управляющий вход реле 14 от микроконтроллера 13 подается сигнал размыкания, то есть питание на устройство контроля 4 не подается. Устройство контроля 4 не пропускает в ВОЛП 2 оптические сигналы от приемо-передающей аппаратуры 3. Микроконтроллер 13 формирует зондирующие сигналы, которые поступают на вход оптического передатчика 9, формирующего оптические зондирующие сигналы. Через циркулятор 8 и оптический разветвитель 7 оптические зондирующие сигналы поступают в ВОЛП 2 через полюс L. Отраженные и обратно рассеянные сигналы поступают обратно на полюс L той же ВОЛП. Через оптический разветвитель 7 и циркулятор 8 оптические сигналы попадают на вход оптического приемника 10, где преобразуются в электрические сигналы, из которых с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) формируется цифровая последовательность обратно отраженного и обратно рассеянного сигнала. Цифровая последовательность поступает на вход микроконтроллера 13, который производит ее обработку и формирование оптической рефлектограммы - зависимости оптических потерь в ВОЛП в зависимости от расстояния. Рефлектограмма в цифровом виде записывается в память микроконтроллера 13, после чего на вход реле 14 подается сигнал замыкания контактов, а микроконтроллер прекращает передачу зондирующих сигналов на вход оптического передатчика 9. Питание от источника 6 поступает на устройство контроля 4, которое в свою очередь формирует тестовый сигнал и разрешает передачу оптических сигналов в ВОЛП 2. Оптические сигналы через оптический разветвитель 5 поступают на полюс R устройства контроля 4 и через оптический шнур 15 на полюс R приемо-передающей аппаратуры 3. ВОСП функционирует в режиме передачи оптических информационных сигналов между приемо-передающей аппаратурой 3 по оптическим шнурам 15, через устройства контроля 4 по ВОЛП 2. Одновременно приемник 10 принимает оптические информационные сигналы с ВОЛП 2 через оптический разветвитель 7 и циркулятор 8. На вход детектора среднего уровня 12 с выхода оптического приемника 10 поступают сигналы, которые преобразуются в постоянный уровень, поступающий на вход управления микроконтроллера 13. Постоянный уровень сигнализирует о том, что осуществляется режим передачи информации.
В случае изменения коэффициента передачи между оптическими полюсами ВОЛП 2 устройствами контроля 4 производится отключение передачи оптических сигналов в обоих направлениях. Соответственно, на выходе детектора среднего уровня 12 пропадает постоянный уровень средней мощности принимаемых оптических сигналов. Это означает то, что режим передачи информации прекратился. Микроконтроллер 13 формирует зондирующие сигналы, которые поступают на вход оптического передатчика 9, формирующего оптические зондирующие сигналы. Через циркулятор 8 и оптический разветвитель 7 оптические зондирующие сигналы поступают в ВОЛП 2 через оптический полюс L. Отраженные и обратно рассеянные сигналы с ВОЛП поступают обратно на тот же полюс L. Через оптический разветвитель 7 и циркулятор 8 оптические сигналы попадают на вход оптического приемника 10, где преобразуются в электрические сигналы, из которых с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) формируется цифровая последовательность. Цифровая последовательность поступает на вход микроконтроллера 13, который производит ее обработку и формирование оптической рефлектограммы. Полученная рефлектограмма в цифровом виде сравнивается с предыдущей рефлектограммой, записанной в память микроконтроллера ранее. В случае обнаружения локального отклонения одной рефлектограммы от другой микроконтроллер 13 формирует сигнал на входе устройства индикации 16, которое показывает возникновение тревоги. Если локального отклонения при сравнении рефлектограмм не обнаружено, производится запись последней измеренной рефлектограммы в память микроконтроллера 13, и на входе управления реле 14 микроконтроллер снимает и подает вновь сигнал замыкания. Соответственно, питание на устройстве контроля 4 отключается и включается вновь, устройство контроля 4 снова включается в работу: формирует тестовый сигнал и разрешает передачу оптических сигналов в ВОЛП 2. Оптические сигналы через оптический разветвитель 5 поступают на полюс R устройства контроля 4 и через оптический шнур 15 на полюс R приемо-передающей аппаратуры 3. ВОСП вновь функционирует в режиме передачи оптических информационных сигналов между приемо-передающей аппаратурой 3 по оптическим шнурам 15, через устройства контроля 4 по ВОЛП 2.
Таким образом, после отключения передачи оптических сигналов устройством контроля 4 проводится дополнительный контроль ВОЛП 2 на наличие локального отклонения между измеренной и предыдущей рефлектограммами. Это позволяет провести селекцию аварийных ситуаций в ВОСП, обнаруженных устройствами контроля 4. Считывание рефлектограмм в ПЭВМ с микроконтроллера позволяет локализовать место возникшего локального дефекта.
Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства был собран макет ВОСП в соответствии с фиг. 1. В качестве приемо-передающей аппаратуры были использованы коммутаторы D-Link DGS-3610-26G, 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 С-диапазоне, мультиплексор и демультиплексор ТС-МС-030-10-516. В качестве устройства защиты использовался контроллер FOBOS-100GL. Испытания макета подтвердили работоспособность защищенной ВОСП по заявляемой схеме.