ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
FIBRE-OPTIC TRANSMISSION SYSTEM FOR EMERGENCY SITUATIONS

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано для передачи сигналов на участках систем связи, которые могут быть подвержены воздействиям высоких механических нагрузок, ионизирующих излучений или воздействиям любых других внешних или внутренних факторов, разрушающих линию связи, в частности, на участках, непосредственно прилегающих к сетевым узлам связи и узлам связи пунктов управления различных ведомств и органов исполнительной власти, на линиях привязки узлов связи пунктов управления к сетевым узлам связи общегосударственной сети, в случаях, когда требуется исключить возможность потери или минимизировать ущерб от кратковременной потери управления с данных пунктов управления.
Объекты и системы связи занимают важнейшее место в экономике страны, так как их нормальная работа обеспечивает управление хозяйственной и иной деятельностью в любых условиях, а поэтому одной из важнейших задач является обеспечение устойчивого функционирования связи в чрезвычайных условиях. Для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) создается система восстановления системы связи.
Важность информации, передаваемой от пунктов государственного и военного управления (пунктов управления ведомств - МО, ФСБ, МВД, МЧС, пунктов управления органов исполнительной и законодательной власти) требует высокой надежности и живучести ведомственных систем связи.
В настоящее время стало очевидным, что основными системами передачи на транспортной сети общегосударственной сети связи РФ стали волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Быстрый рост количества ВОСП на сетях связи обуславливает важность решения вопросов оперативного обнаружения, локализации и скорейшего устранения повреждений, возникающих в ВОСП, в том числе и повреждений, связанных с оптической средой передачи: деградацией волокна с течением времени эксплуатации, вследствие его чувствительности к ионизирующим излучениям, высоким механическим нагрузкам и другим внешним поражающим факторам.
Задачу получения полной и достоверной информации о состоянии оборудования и его изменении в современных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) решают системы контроля и диагностики, являющиеся подсистемами автоматизированных систем технической эксплуатации. Задачами диагностики оборудования ВОЛС является установление и изучение признаков, характеризующих наличие дефектов в кабельной сети и ее элементах для предсказания возможных отклонений в режимах их работы или состоянии. Контроль и диагностика кабельной линии связи позволяют идентифицировать и устранять нарушения, прежде чем возникнет авария, приводящая к перерыву в связи или минимизировать время восстановления работоспособности кабельной сети в случае, если перерыв связи произошел.
Сложность задачи поддержания ВОЛС в работоспособном состоянии определяется также тем, что потеря связи возможна не только в результате чрезвычайной ситуации, возникающей в результате аварии, стихийного или экологического бедствия, но и в результате преднамеренного воздействия на нее. Проблема усугубляется тем, что невозможно заранее прогнозировать ни преобладающий поражающий фактор, ни площадь, ни продолжительность и тем более точное место воздействия.
Длина ретрансляционного участка ВОСП уже существующих систем передачи достигает 100-200 км. Зона поражения линий связи в условиях чрезвычайных ситуаций, возникающих в результате преднамеренных воздействий на сетевые узлы связи и узлы связи пунктов управления, обычно не превышает 30-40 км. В этих условиях в непосредственной близости от узлов связи регенерационные пункты ВОСП, как правило, отсутствуют, то есть в возможных зонах поражения магистральные и зоновые линии связи стационарной кабельной сети не содержат элементов, позволяющих непосредственно подключать средства связи системы восстановления. Подключение поврежденных линий связи в зоне ЧС к ближайшему не разрушенному узлу связи стационарной кабельной сети осуществляется путем организации временных линий связи с использованием полевых или спутниковых и радиорелейных средств.
Заявляемое техническое решение предполагается использовать прежде всего на участках линий связи, непосредственно прилегающих к сетевым узлам связи общегосударственной сети, узлам связи пунктов управления различных ведомств и органов исполнительной власти и линиях привязки узлов связи пунктов управления к сетевым узлам связи общегосударственной сети, т.е. на линиях, требующих высоких показателей надежности и живучести.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой является волоконно-оптическая система передачи для чрезвычайных ситуаций (Патент РФ №2230435 «Волоконно-оптическая система передачи для чрезвычайных ситуаций»), обеспечивающая повышение надежности и живучести ВОСП в условиях возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих в результате воздействия на систему связи поражающих факторов, прежде всего ионизирующих излучений и высоких механических нагрузок.
Повышение надежности и живучести ВОСП в патенте-прототипе достигается за счет того, что в состав передающего оборудования системы передачи введены устройство обработки и хранения результатов диагностики оптического кабеля связи и управляемый оптический усилитель мощности, а в линейный оптический кабель системы передачи включены коммутационно-распределительные устройства. В состав оборудования системы передачи введен также ретранслятор, размещаемый на подвижном средстве (в транспортируемом контейнере, на автомобиле, бронетранспортере и т.п.).
Недостатком системы передачи патента-прототипа является то, что она не в полной мере учитывает особенности кабельных линий связи на участках, непосредственно прилегающих к пунктам управления ведомств и сетевым узлам системы связи. Место прокладки (местоположение) таких участков линий связи может быть определено потенциальным нарушителем с существенно большей вероятностью, чем трассы кабельной линии связи на удалении от объектов связи и управления. Поэтому важно, что именно на этих участках должны быть приняты дополнительные меры по обеспечению высокой надежности и живучести системы передачи. Повреждение таких участков приносит наибольший ущерб в системе связи, что может привести к выводу из строя всей системы управления. Таким образом, линии связи привязки узлов связи являются наиболее уязвимым элементом узлов связи и обеспечение их живучести, обеспечение их экстренного восстановления является важнейшей задачей и тем более важной, чем выше место пункта управления в конкретной системе управления.
Кроме того, в патенте-прототипе не решены вопросы сохранения работоспособности линии связи при целенаправленных внешних механических воздействиях на приобъектовый участок.
Линейный кабель и методы его прокладки на приобъектовых участках имеют свои особенности, связанные с тем, что цена последствия повреждения кабеля на этих участках в значительной степени определяется местом данного объекта в системе управления.
Как правило, на этих участках применяется бронированный кабель - кабель повышенной прочности, что является традиционным методом защиты кабеля от внешних механических воздействий на него. Для особо важных объектов разрабатывается и изготавливается специальный бронированный особо прочный кабель, для перевозки которого к месту прокладки используется специально подготовленный транспорт, а для монтажа - специально разработанная и изготовленная арматура. Однако и повышенная прочность бронированного кабеля не обеспечивает высокую устойчивость линий связи от внешних воздействий, прежде всего от воздействий на линию связи современными боеприпасами.
Повышенные требования к прочности кабеля и технологии его прокладки предъявляются и для условий, связанных с рельефом местности. Например: для выполнения этих требований при прокладке оптического кабеля на размываемых берегах, имеющих уклон более 30°, на подъемах и спусках, как правило, производится вручную зигзагообразно (змейкой) с отклонением от оси направления прокладки на 1,5 м на участке длиной 5 м. (Родина О.В. «Волоконно-оптические линии связи». Практическое руководство. Издательство «Горячая линия - Телеком», 2009 г., с. 120). При прокладке кабелей на местности с уклоном свыше 30° рытье траншей на подъемах и спусках производится зигзагообразно (змейкой)…(п. 6.2.13 «ВСН 116-93. Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений связи», требования РД 45. 211.2001 о креплении и способах прокладки кабеля «змейкой» в берегах водных преград, обеспечивающем сохранность кабельной линии связи в условиях подвижек грунта).
Условия возможной подвижки грунта могут возникнуть при прокладке кабельной линии связи в сейсмоопасных районах и при вводе кабеля связи в объект связи, находящийся в том же сейсмоопасном районе.
Целью заявляемого изобретения является повышение надежности и живучести приобъектовых линий связи ВОСП при воздействии на них поражающих факторов естественного и искусственного происхождения, прежде всего, высоких механических нагрузок.
Поставленная цель достигается тем, что в заявляемой системе передачи предлагается создавать запас кабеля и прокладывать его «змейкой» на всем сейсмоопасном и приобъектовом участках или путем намотки запаса кабеля на диэлектрический цилиндр. Запас кабеля связи должен быть достаточен, чтобы при механическом воздействии на линию связи (подвижка грунта вследствие механического удара, вызванного наземным или воздушным взрывом, землетрясением и т.п.), запаса «змейки» или кабеля на диэлектрическом цилиндре оказалось достаточно для сохранения работоспособности системы передачи.
Величина запаса кабеля на «змейке» (или диэлектрическом цилиндре) должна быть определена из возможных внешних естественных и искусственных механических воздействий («модели воздействий») на объект и линии связи с учетом топографии района их размещения уже при проектировании конкретной линии связи и системы передачи, которая будет использоваться на этой линии связи.
При этом на приобъектовых участках следует использовать не тяжелый бронированный кабель, обладающий большим радиусом изгиба, а легкий высокопрочный небронированный кабель (например, полевой), который в случае механических внешних воздействий может за счет своего запаса длины и достаточной прочности легко переместится вместе с подвижкой грунта.
Несмотря на предлагаемые меры, вероятность повреждения кабеля связи снижается, но не исключается полностью. Для экстренного восстановления поврежденных участков линий привязки (в случае их механического повреждения, ухудшения качества из-за воздействия ионизирующего облучения или других случаев, когда требуется восстановление участка) в заявляемой системе передачи предлагается на некотором удалении от трассы кабеля на приобъектовом участке расположить подземные камеры для хранения муфт и запасов кабелей. Удаления должны быть незначительными, но достаточными для того, чтобы с большой вероятностью подземные камеры сохранились при повреждении основного кабеля.
В настоящее время на сети связи используются подземные камеры (смотровые устройства), предназначенные для размещения оптических муфт и технологических запасов оптических кабелей для проведения монтажных и ремонтных работ вне камеры. Подземные камеры для хранения муфт и запасов кабеля (например, патент РФ №121088 «Подземная многоместная камера для размещения и локализации муфт и запасов оптических кабелей») размещаются и используются в составе оборудования регенерационных пунктов для выполнения ремонтно-восстановительных работ. Недостатком такого решения является то, что отсутствует механизм экстренной прокладки кабеля в чрезвычайных условиях.
В заявляемой системе передачи для устранения этого недостатка предлагается в подземных камерах, расположенных в непосредственной близости от трассы кабельной линии связи на участках, непосредственно прилегающих к узлу связи, устанавливать вращающийся барабан, а оконцованный кабель связи наматывать на этот барабан.
Подземные камеры с вращающимися барабанами с запасом линейного оптического кабеля на них должны быть снабжены интеллектуальными маркерами (например, маркерами предлагаемыми «Связькомплект» http://www.skomplekt.com), обеспечивающими быстрое (экстренное) обнаружение контейнеров и линейных кабелей с резервным их запасом и получение полной информации о них. Такими же маркерами в заявляемой системе передачи предлагается оснастить все прилегающие к стационарному объекту кабельные линии связи, в том числе и прокладываемые «змейкой» (или намотанные на диэлектрический стержень). Маркеры для экстренного обнаружения приобъектовых линий связи на кабелях должны быть закреплены с учетом возможных механических нагрузок при внешних воздействиях на линии связи.
На чертеже (фиг. 1) представлена структурная схема заявляемой системы передачи.
На чертеже (фиг. 2) представлен вариант размещения резервного кабеля на вращающемся барабане в подземной камере.
На чертеже (фиг. 3) представлен пример намотки запаса кабеля на диэлектрический стержень 16 на приобъектовом участке с закрепленными на нем маркерами 18.
Волоконно-оптическая система передачи содержит передающее оборудование, включающее последовательно соединенные источник информации 1, электронно-оптический преобразователь 2, управляемый оптический усилитель мощности 3, устройство ввода оптических сигналов в кабель связи 4 и оптический соединитель станционного и линейного волоконно-оптических кабелей 5. К входу устройства ввода оптических сигналов 4 подключен оптический выход рефлектометра 6, электрический выход которого соединен с входом решающего устройства 7, а второй выход соединен с входом устройства обработки и хранения результатов диагностики оптического кабеля связи 8. Выход устройства 8 соединен с вторым входом решающего устройства 7, на третий вход которого поступают сигналы от внешней системы управления, а выход соединен с управляющим входом усилителя мощности 3. Выход оптического соединителя 5 подключен к одному из концов линейного кабеля связи 9, в который включено коммутационно-распределительное устройство 10. Приемное оборудование системы, размещаемое на ведомственном узле связи 11, включает последовательно соединенные оптический соединитель 12, спектрально-селективный элемент 13, фотоприемное устройство 14 и приемник информации 15, который одновременно с выполнением функции приема информации выдает сигналы на внешнюю систему управления. Вход оптического соединителя 12 подключен ко второму концу линейного кабеля связи 9. На участке, непосредственно прилегающем к ведомственному узлу связи 11, организован запас линейного кабеля связи 9 путем намотки его на диэлектрический стержень 16 (представлено на фиг. 1) или зигзагообразной укладки «змейкой» на всем этом участке. В непосредственной близости от трассы кабеля размещаются подземные камеры 17 с вращающимися барабанами с резервным запасом кабеля. Подземные камеры 17 с вращающимися барабанами с запасом линейного оптического кабеля на них снабжены интеллектуальными маркерами 18. Система также содержит ретранслятор 19, размещаемый на подвижном средстве, предназначенный для усиления оптического сигнала.
Коммутационно-распределительное устройство 10 предназначено для обеспечения ремонтно-восстановительных работ на трассе кабельной сети: подключения ретранслятора 19, организации кабельной вставки для обхода локального повреждения кабеля, подключения подвижного средства (транспортируемого контейнера) для организации обходов при значительном повреждении кабельных линий связи, развертывания подвижных пунктов управления.
Решающее устройство 7 принимает решение на изменение коэффициента усиления оптического усилителя мощности 5 по результату сравнения эталонных (или предшествующих) рефлектограмм, поступающих из устройства обработки и хранения результатов диагностики оптического кабеля связи 8 и результатов текущих измерений с помощью рефлектометра 6 и сигналу от внешней системы управления.
Рефлектометр 6, решающее устройство 7 и устройство обработки и хранения результатов диагностики 8 представляет собой комплекс аппаратно-программных средств непрерывного контроля основных параметров линии связи с предупреждением о возможных неисправностях.
На основе данных этого комплекса внешняя система управления разрабатывает сценарий быстрого развертывания системы восстановления с указанием кратчайших путей и вариантов доставки ретрансляторов 19 к месту их подключения в случае обнаружения неисправности на трассе ВОСП или на приобъектовом участке варианта использования запаса кабеля в подземной камере 17, ближайшей к месту обрыва до выполнения полномасштабных ремонтно-восстановительных работ. Из внешней системы управления на решающее устройство 7 выдаются сигналы, например, о прекращении передачи информационного сигнала в линию связи, и другие воздействия, необходимые для эксплуатации системы передачи в системе связи.
В исходном состоянии заявляемая система работает как традиционная ВОСП.
В случае если рефлектограмма показывает наличие механического повреждения или обрыв оптического кабеля на всей трассе линии связи, задействуется аппаратная системы восстановления с размещенным в ней ретранслятором 19. Временная (обходная) линия связи организуется с помощью этой аппаратной или/и одновременно задействованных аппаратных (кабельных, радиорелейных, или тропосферных линий связи) системы восстановления между ближайшими с разных сторон места повреждения контейнерами (ПОД) с коммутационно-распределительными устройствами 10.
В случае если на приобъектовом участке в результате внешних механических воздействий на линию связи (подвижка грунта вследствие механического удара, вызванного наземным или воздушным взрывом, землетрясением и т.п.) произойдет смещение или выброс линейного кабеля связи и его запас, образованный намоткой на диэлектрический стержень или зигзагообразной укладкой «змейкой», окажется достаточным для его целостности, работоспособность системы передачи сохранится. До выполнения полномасштабных ремонтно-восстановительных работ с помощью интеллектуальных маркеров должна быть осуществлена корректировка привязки рефлектограмм к географической карте местности с указанием изменившихся трасс кабельной линии связи и мест расположения подземных камер 17.
В случае если произошел обрыв кабеля на приобъектовом участке системы передачи, система диагностики регистрирует это событие и обслуживающий персонал принимает экстренные меры по восстановлению работоспособности линии связи с использованием ближайшей к месту обрыва подземной камеры с запасом резервных кабелей. Местоположение подземной камеры и места обрыва кабеля связи 9 определяется с помощью интеллектуальных маркеров.
Следует иметь в виду, что реальная ВОСП осуществляет дуплексную работу и на каждом конце линии связи имеется как приемное, так и передающее оборудование. Чертеж (фиг.1) и описание предлагаемого изобретения отражает только одно направление передачи.