Обзор подготовлен

При поддержке

Foton Express

Содержание:

Архитектура системы QuestFiber
Методы контроля оптических волокон
Алгоритм работы системы мониторинга
Выводы

Интенсивное развитие волоконно-оптических линий связи, высокая конкуренция операторов связи и высокая стоимость передаваемых по линиям связи информационных ресурсов выдвигают на ведущие позиции задачу централизованного контроля за сетевым волоконно-оптическим кабельным хозяйством с целью его документирования, своевременного обнаружения и скорейшего устранения повреждений, возникающих в волоконно-оптических линиях связи. Как известно, в волоконно-оптических системах передачи наибольшие потери времени на поиск и локализацию неисправностей, обуславливающих перерывы связи, имеют место при обрывах и нарушениях коммутации оптических кабелей. В большинстве случаев это связано с необходимостью проведения измерений на месте повреждения, что в свою очередь требует увеличения числа бригад для обслуживания кабельного хозяйства. Однако помимо данного вида неисправностей линий связи очень часто имеют место нарушения, вызванные изменением параметров оптического волокна с течением времени. Так, намокание кабеля, механические напряжения, вызванные, например, его провисанием, а также наличие неоднородностей волокна приводят к временным изменениям параметров оптических волокон и, как следствие, непредвиденному изменению качества связи. Как правило, необратимые процессы деградации волокна определить достаточно сложно, так как для этого необходимо располагать статистическими данными, требующими проведения большого числа измерений, которые в полевых условиях не обеспечивают необходимой точности. Кроме этого, проведение таких измерений связано со значительными финансовыми, трудовыми и временными затратами.

Эти системы одновременно решают задачи документирования волоконно-оптического кабельного хозяйства, оперативного обнаружения и локализации повреждения ВОК, прогнозирования повреждения оптических волокон на основе сравнения накопленной в процессе тестирования информации, отображения волоконно-оптической сети на электронную географическую карту местности.

Независимо от метода контроля оптических волокон, система должна обеспечивать:

• дистанционный контроль пассивных и активных волокон оптических кабелей;
• точное и своевременное документирование и составление отчетности;
• автоматическое обнаружение неисправностей с указанием их точного местоположения;
• контроль и управление процессом оповещения о повреждении оптических кабелей;
• проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме;
• прогнозирование изменений параметров оптических кабелей;
• возможность расширения функциональности системы при внедрении новых технологий передачи на сети связи.

Наиболее эффективно перечисленные задачи могут быть решены с помощью системы автоматического мониторинга волоконно-оптических линий связи ВОЛС QuestFiber производства компании NetTest, включающей систему удаленного контроля оптических волокон, программу привязки топологии сети к электронной географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. Дистанционный контроль оптических волокон выполняется оптическим импульсным рефлектометром, диагностирующим состояние волокна по обратному рассеянию световой волны при введении в волокно зондирующих импульсов. При этом система позволяет производить мониторинг как свободных, так и занятых волокон. В первом случае выполняется мониторинг свободных резервных оптических волокон, по состоянию которых судят об исправности всего волоконно-оптического кабеля. Во втором случае производится мониторинг оптических волокон, по которым передается трафик систем передачи. Для реализации данного метода тестирования используется рабочая длина волны рефлектометра, отличная от рабочей длины волны систем передачи, а в схему сети мониторинга вводится ряд пассивных оптических компонентов для мультиплексирования и разделения информационных сигналов и сигналов рефлектометра.

Архитектура системы QuestFiber

Основу архитектуры данной системы составляют:

• Устройство управления системой мониторинга (Test System Controller) —TSC;
• Устройства удаленного тестирования оптических волокон (Remote Test Unit) — RTU QUESTProbe;
• Устройства доступа тестирования оптических волокон (Optical Test Access Unit) — OTAU.

Архитектура системы QuestFiber

К дополнительным элементам системы можно отнести пассивные оптические компоненты (оптические мультиплексоры WDM, оптические фильтры), вводимые в сеть мониторинга при активном тестировании, а также средства документирования (принтер), отображения и передачи (приема) аварийных сообщений.

RTU QUESTProbe представляет собой корзину, монтируемую в стандартную телекоммуникационную стойку 19" и/или 23", в состав которой входит один или два модуля оптического рефлектометра, набор интерфейсных плат для обеспечения связи между компонентами системы, плату компьютера для хранения и обработки данных в ходе мониторинга и другие функциональные элементы. Как дополнительная опция предусмотрено оснащение RTU локальным модулем доступа LAM (Local Access Module), состоящим из встроенного в монитора и периферийных средств. В этом случае любые функциональные возможности, доступные для оператора системы при взаимодействии с данным RTU, имеются и в LAM. Иными словами RTU может быть использован в локальном режиме как обычный оптический рефлектометр, позволяет снизить парк дорогостоящего контрольно-измерительного оборудования на сети оператора связи. Имеется в наличии широкая номенклатура оптических модулей с различными техническими параметрами для удовлетворения различных потребностей заказчиков.

OTAU представляет собой оптический переключатель — модуль доступа для контроля оптических волокон, позволяющий сформировать необходимое число портов подключения волокон к RTU. Помещая OTAU в узлах сети, один RTU может теоретически обеспечить мониторинг до 500 волокон, что в зависимости от структуры сети позволяет значительно снизить стоимость всей системы. Управление и конфигурирование OTAU может осуществляться дистанционно от RTU, а связь между RTU и OTAU обеспечивается в соответствии со стандартом Bellcore по TL-1 протоколу, что позволяет использовать OTAU других производителей. Есть возможность управления OTAU по коммутируемой телефонной линии, по сети по протоколу TCP/IP и по тестируемому оптическому волокну при помощи специальных оптических модемов. Модуль OTAU также монтируется в стандартную 19" или 23" стойку.

Базовыми компонентами архитектуры устройства управления системой мониторинга TSC являются:

• сервер (PC с операционной системой UNIX, Linux или Windows 2000) с СУБД Oracle;
• рабочие места операторов системы (PC клиент под управлением Windows);
• удаленные места присутствия (PC или Web клиент, под управлением Windows);

Серверы управления и рабочие станции, число которых зависит от конфигурации сети мониторинга и требований заказчика, включаются в единую компьютерную сеть. При этом Web клиенты могут получить доступ к системе находясь в любой точке земного шара, необходимым условием при этом является наличие доступа в Интернет.

Использование СУБД Oracle^® обусловлено, в первую очередь, эффективностью обслуживания большого количества одновременно работающих пользователей, не приводя к снижению производительности системы при увеличении количества последних. На серверах и рабочих станциях управления также устанавливается прикладное программное обеспечение Системы мониторинга QUESTfiber. Кроме этого на компьютерах устанавливается программное обеспечение специализированных приложений, которое выполнено на базе виртуальной машины Java клиента и сервера. Это позволяет достичь высокой гибкости программной части системы, а также обеспечить облегчение и ускорение введения в систему QUESTfiber будущих приложений.

В системе QuestFiber предусмотрены следующие средства связи между компонентами системы:

• по сети Ethernet с WAN/LAN посредством TCP/IP протокола;
• по аналоговой телефонной линии посредством модемов с V.х протоколом;
• прямая связь с удаленным оборудованием, используя последовательный порт;

Широкий выбор средств связи в системе QuestFiber обеспечивает большую гибкость технических решений при одновременном использовании различных видов связи в разных областях контролируемой сети и при последующем ее обновлении и развитии.

Методы контроля оптических волокон

Как было отмечено выше, контроль оптических кабелей (ОК) по пассивным оптическим волокнам основан на тестировании резервного волокна ОК при длине волны λтраф оптического сигнала трафика, независимо от длины волны λтест тестирующего оптического излучения.

Метод контроля оптического кабеля по резервному волокну

Схема организации контроля оптических кабелей по резервному волокну

При этом по состоянию контролируемого резервного оптического волокна судят об исправности всего кабеля, и, по некоторым данным этот способ мониторинга ВОК обеспечивает выявление около 90% нарушений кабеля. Однако, для своевременного и гарантированного обнаружения отклонений параметров контролируемых ВОК оптимальным считается контроль как минимум двух волокон в кабеле.

В последнее время ввиду роста темпов возрастания объемов передаваемой информации все большее распространение получает другой способ мониторинга — по активным волокнам. Как известно, для передачи данных в ВОЛС обычно применяются 1310 нм или 1550 нм длины волн оптического излучения. Следовательно, для контроля состояния волокон было бы целесообразно использовать λ^тест = 1550 нм при длине волны λ^траф = 1310 нм, или λ^тест = 1310 нм — при передаче на длине волны λ^траф = 1550 нм. В то же время по экономическим соображениям, вызванным необходимостью увеличения емкости каналов передачи данных, часто используются обе указанные длины волн, поэтому в последнем случае для контроля необходимо использовать иную длину волны, например λ^тест = 1625 нм, которая отличается от используемых для передачи данных и, как следствие, может быть эффективно выделена на приемной стороне линии связи.

С этой целью на передающей стороне ВОЛС вводятся WDM — оптический мультиплексор с разделением по длинам волн, объединяющий длину волны тестирующего излучения с длиной волны передачи трафика от сетевого оборудования, а для исключения взаимного влияния процессов передачи данных и контроля оптического волокна в схему мониторинга вводятся фильтры нижних и верхних длин волн. Последние предотвращают попадание тестирующего излучения на вход приемного оборудования аппаратуры передачи данных (МВВ — мультиплексор ввода-вывода), а излучение информационного сигнала — на OTDR.

Метод контроля оптического кабеля по активному волокну

Известно, что основным фактором, ограничивающим возможности волоконно-оптических линий связи до настоящего времени является само оптическое волокно, параметры которого определяют основные характеристики волоконно-оптической линии связи — максимальную дальность связи и максимальную полосу пропускания. При этом, если первый параметр определяется выходной мощностью источника излучения, чувствительностью приемника и потерями волокна, то второй зависит от частотных характеристик источника и приемника, а также дисперсии волокна.

В связи с этим все более актуальным становится анализ оптического спектра, который представляет собой измерение оптической мощности в зависимости от длины волны. Необходимость данного вида измерений в первую очередь связана с контролем спектра источников оптического излучения, а также определением степени влияния спектральных составляющих на параметры волоконно-оптических компонентов и передачу данных по волоконно-оптическим линиям связи. Кроме этого введение в линии связи волоконно-оптических усилителей, в частности EDFA (эрбиевых усилителей) и развитие технологии DWDM (уплотненного мультиплексирования по длине волны), вызывают необходимость анализа оптического спектра, без которого практически невозможно проводить инсталляцию и эксплуатацию современных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). На рисунке приведена экспериментально полученная характеристика спектра реальной WDM системы передачи с промежуточным оптическим усилителем на легированном эрбием волокне (EDFA).

Учитывая эти особенности современных систем передачи, в системе QUESTfiber предусмотрена возможность организации мониторинга линий связи, с возможностью данных видов измерений, позволяя тем самым представить полную картину о состоянии ее оптических волокон и кабелей.

Спектр WDM системы передачи

Алгоритм работы системы мониторинга

Ввиду того, что работа системы автоматического администрирования основана на рефлектометрических измерениях контролируемых волокон, то работа с ней фактически является работой с OTDR в режиме дистанционного управления и поэтому не требуется глубоких знаний по работе на компьютере. Прикладное программное обеспечение QUESTfiber позволяет производить измерения, обрабатывать и анализировать их, имея в своем распоряжении широкие возможности выделения и идентификации отклонений текущей рефлектограммы относительно эталонной.

После того, как на этапе монтажных работ и инсталляции оборудования системы произведено подключение оптических волокон, подлежащих мониторингу, к оптическим коммутаторам, установлены рабочие станции управления RFTS с соответствующим программным обеспечением, настроены каналы связи между компонентами системы, оператор приступает к созданию базы данных по тестируемым ВОК и составу оборудования RFTS, а также заданию критериев контроля. Рассмотрим этапы конфигурирования системы администрирования оператором:

1. создание базы данных по оборудованию RFTS с указанием информации о местоположении каждого элемента, его типа, конфигурации, информации по используемым каналам связи, и др.
2. создание базы данных по тестируемым оптическим волокнам и кабелям. При этом, указывается оптический коммутатор и номер порта в нем, к которому подключено волокно, индивидуально для каждого волокна задаются параметры тестирования — длина волны (определяется типом оптического модуля RTU), диапазон/разрешение, длительность импульса, коэффициент преломления ОВ (берется из паспортных данных на кабель), степень усреднения рефлектограммы.
3. снятие эталонных рефлектограмм. После того как данные об оборудовании RFTS и оптическим волокнам, подлежащих контролю, прописаны в системе управления, эта информация дистанционно загружается индивидуально в каждый RTU. После этого RTU «знает», какой оптический коммутатор к нему подключен, какие волокна и в каком режиме он должен контролировать, при превышении каких значений порогов ему необходимо посылать сигнал аварии на TSC. Далее оператор в ручном режиме снимает рефлектограммы оптических волокон, сохраняет их в качестве эталонных и также загружает в соответствующее RTU.
4. создание сценария мониторинга. Как правило, в RFTS предусмотрено несколько типов контроля — постоянный, по запросу оператора и по расписанию. На этом этапе оператор в соответствии с определенной в проекте идеологией администрирования ВОК, задает индивидуально для каждого волокна периодичность тестирования (для контроля по расписанию) и назначает пороговые значения параметров событий на протяжении контролируемого участка, при превышении которых в процессе мониторинга система инициирует сигнал аварии.

Далее, если в процессе мониторинга, какое-либо RTU обнаруживает отклонение снятой первичной рефлектограммы от хранящейся в нем эталонной, то устанавливается связь с управляющим компьютером и посылается сигнал аварии. В компьютере полученная информация обрабатывается и выводится в виде визуальной и звуковой сигнализации. При этом указывается дата и время аварии, условия возникновения и тип повреждения, какие пороги и на сколько превышены. На электронной карте визуально показывается место повреждения с указанием его координат. Оповещение об авариях может происходить также путем автоматической отправки сообщения на пейджер, SMS сообщения на мобильный телефон, по электронной почте и на факс.

При прогнозирующем обслуживании выполняется регулярное автоматическое накопление в базе данных характеристик и результатов измерений оптических волокон (ослабления, потерь, рефлектограмм и др.), анализируется динамика изменения параметров оптического тракта во времени, и локализуются места прогрессирующего изменения параметров. При этом в системе QUESTfiber динамика изменения параметров оптических волокон отслеживается с построением соответствующих графиков для повышения эффективности обнаружения «проблемных» мест в кабелях до того, как они повлияют на параметры передачи трафика ВОСП.

Обычно в RFTS каждая из рассмотренных процедур имеет свой уровень приоритета доступа, который при необходимости может быть изменен. В системе мониторинга QUESTfiber применен координально новый подход к организации доступа к базе данных системы, основанный на создании так называемых доменов.

Выводы

Обобщая вышеизложенное, отметим, что использование автоматизированной системы администрирования ВОК позволяет обеспечить автоматическое обнаружение, точную локализацию и индикацию на географической карте возникшей неисправности ВОЛС, позволяя немедленно направить ремонтную бригаду для проведения восстановительных работ и минимизировать время устранения нарушений оптических кабелей, к которым можно отнести:

• обрывы кабеля, обусловленные строительными работами, пожаром, автодорожными и железнодорожными авариями, стихийными бедствиями или саботажем;
• неисправности, вызванные выходом из строя компонентов ВОЛС, некачественными сварными соединениями, увеличением потерь из-за попадания влаги в кабель нарушением коммутаций в сети и др.

Внедрение системы автоматического мониторинга неразрывно связано с созданием базы данных кабельного хозяйства волоконно-оптической сети. Ввиду ее централизованности, гибкой наращиваемости и конфигурируемости это способствует повышению степени оперативности управления сложными и разветвленными ВОЛС, упрощению задач документирования новых прокладываемых кабелей и изменения статуса уже существующих.

С растущей конкуренцией в телекоммуникационной индустрии более явно вырисовывается проблема постоянного поддержания высокого качества предоставляемых услуг. Система QuestFiber позволяет оптимизировать среднее время восстановления ВОЛС при отказе и способна идентифицировать неисправности ВОК до того, как они повлияют на качество связи. Таким образом она обеспечивает высокий уровень сервисного обслуживания волоконно-оптической сети связи, сохраняя инвестиции и способствуя повышению качества обслуживания конечных пользователей.

Система QuestFiber обеспечивает эффективное использование человеческих ресурсов. Когда возникает неисправность, то система обнаруживает ее и локализует. Восстановительная бригада отправляется непосредственно к месту повреждения с наличием подробной информации по данной аварии. Так как вследствие этого время восстановления значительно сокращается, то человеческие ресурсы могут распределяться более эффективно и, в конечном итоге, сокращается стоимость поддержания работоспособности и высокой надежности системы связи.