Рисунок 2.1 - Оптоволокно в буфере: а - одномодовое, б - многомодовое. 1 - сердцевина, 2 - оптическая оболочка, 3 - защитное покрытие, 4 - буфер (необязательный)

Распространение света в волокне иллюстрирует рисунок 2.2. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более некоторого критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA и определяется через абсолютные показатели преломления слоев по формуле NA = sin 0

В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины и₍. и оболочки п_об различаются всего на 1-1,5% (например, п₍: п,_)б = 1,515: 1,50). При этом апертура NA*=Q, 2~0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом волокне показатели преломления различаются еще меньше (п_к.: n_a(l = 1,505: 1,50), апертура. №4=0,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания (см. ниже). Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала - световоды, источники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Рисунок 2.2 - Ввод света в оптоволокно. 1 - входной конус, 2 - осевая мода, 3 - мода низкого порядка, 4 - мода высокого порядка

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается уравнениями Максвелла. Возможные решения уравнений Максвелла соответствуют различным световым модам. В большинстве случаев можно пользоваться приближением геометрической оптики. Если рассматривать распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по разным траекториям (рисунок 2.3). Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, - они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции - показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки - и длины волны.

Рисунок 2.3 - Распространение волн в световодах: а - в одномодовом; б - в многомодовом со ступенчатым профилем; в-в многомодовом с градиентным профилем. 1 - профиль показателя преломления,

2 - входной импульс, 3 - выходной импульс

2.2 Пропускная способность, методы передачи и кодирования

В большинстве современных технологий информация по световодам передается с помощью импульсов в двухуровневой дискретной форме (есть сигнал-нет сигнала), аналога полярности электрического сигнала здесь нет. Информационная пропускная способность линии определяется ее полосой пропускания и принятой схемой кодирования. Полоса пропускания определяется как максимальная частота импульсов, различимых приемником. На рисунок 2.4 показаны результаты прохождения пары импульсов через отрезки световодов различной длины. Полоса пропускания волоконной линии ограничивается из-за явления дисперсии, поэтому она зависит от длины. Особенно это заметно на многомодовом волокне. Для многомодового волокна ширина полосы пропускания Ви^МГц) связана с длиной I (км) через параметр, называемый полосой пропускания А (МГцхкм):

Рисунок 2.4 - Дисперсионное ограничение длины волоконной линии BW=A/L

По полосе пропускания А можно определить максимальную частоту, при которой импульсы будут еще различимыми после прохождения через световод заданной длины. Можно решить и обратную задачу - определить максимальную длину световода, пропускающего импульсы заданной частоты. Коэффициент А приводится в спецификации на волокно и указывается для конкретной длины волны. Современные многомодовые кабели имеют /1=160-500 МГцхкм.

Для одномодового волокна в расчете полосы пропускания участвует молекулярная дисперсия Disp (пс/нм/км) и ширина спектра источника SW (нм), здесь можно использовать оценку В W=0,187/(DispxS WxL)

Современные одномодовые кабели и лазерные излучатели обеспечивают полосу пропускания порядка 1 ГГц при длине линии 100 км (технология 1000BaseLH). Применение особо прозрачных фторцпрконатных волокон позволит строить линии с участками без регенераторов длиной до 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Эффективность использования полосы пропускания определяется принятой схемой кодирования. В технологии FDDI (и 100BaseFX), например, применяется физическое кодирование по методу NRZI, при котором один бит передается за 1 такт синхронизации (см. 2.5), и логическое 4В/5В. Это означает, что каждые бита полезной информации кодируются 5-битным символом, передаваемым за тактов. Таким образом, коэффициент использования полосы пропускания составляет 4/5=0,8, и для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с требуется обеспечить передачу импульсов с частотой (полосой) 125 МГц.

В технологиях современных поколений используется когерентное излучение с модуляцией частоты или фазы сигнала. При этом достигается пропускная способность, измеряемая гигабитами в секунду при длине и сотни километров без регенерации. Другое направление - солитоновая технология, основанная на передаче сверхкоротких (10 ас) импульсов-солитонов. Эти импульсы распространяются без искажения формы, и в идеальной линии (без затухания) дальность связи не ограничена при гигабитных скоростях передачи. Для этих технологий, пока не имеющих отношения к локальным сетям, пропускная способность линии определяется иными способами.

2.3 Топология соединений

Оптоволоконная передача допускает разнообразие топологий соединения устройств. Каждое устройство с оптическим портом, как правило, имеет приемник и передатчик каждый со своим коннектором. Наиболее простая и распространенная топология соединений - двухточечная (рисунок 2.10, а). Здесь выход передатчика одного порта соединяется отдельным волокном со входом противоположного порта. Таким образом, для дуплексной связи необходимо два волокна. На основе двухточечного соединения строится и звездообразная топология (рисунок 2.5, б), где каждый порт периферийного устройства соединяется парой волокон с отдельным портом центрального устройства, которое может быть как активным, так и пассивным.

В кольцевой топологии выход передатчика одного устройства соединяется со входом следующего и так далее до замыкания кольца. Для того чтобы устройства могли обмениваться информацией по кольцу, они все должны быть включены и исправны, что не всегда достижимо. Для возможности работы кольца при отключении отдельных устройств применяют обходные коммутаторы (bypass switch).

Рисунок 2.5 - Топологии соединений: а - двухточечная, б - звездообразная

Обходной (он же проходной) коммутатор представляет собой пассивное управляемое устройство, включаемое между линиями связи и коннекторами приемника и передатчика устройства. Он имеет поворотное зеркало с электрическим приводом. При наличии управляющего напряжения зеркало принимает такое положение, при котором станция включена в кольцо (рисунок 2.6, а). При отсутствии управляющего напряжения зеркало поворачивается так, что кольцо замыкается, минуя станцию, и, кроме того, в тестовых целях приемник станции подключается к ее передатчику (рисунок 2.6, б). Под пассивностью коммутатора подразумевается то, что он не имеет собственных приемников и передатчиков, а также усилительных схем.



Рисунок 2.6 - Обходной коммутатор: а - рабочее положение, б - станция отключена

С оптоволокном также возможна организация разделяемой среды передачи на чисто пассивных элементах-разветвителях. Разветвителъ (coupler) представляет собой многопортовое устройство для распределения оптической мощности (здесь под портом понимается точка подключения волокна). Световая энергия, поступающая на один из портов, распределяется между другими портами в заданном соотношении. В реальном разветвителе присутствуют и различные потери, так что сумма выходных мощностей будет меньше входной. Разветвители реализуются с помощью сварки узла из нескольких волокон или с помощью направленных отражателей.

Т-разветвитель имеет 3 порта, такие разветвители можно соединять в цепь, реализуя шинную топологию с разделяемым доступом к среде передачи (рисунок 2.7, а). Для того чтобы в цепочку можно было соединять значительное количество абонентов, разветвители должны большую часть мощности пропускать насквозь, а к абонентам ответвлять меньшую. Абоненты, имеющие раздельные коннекторы приемников и передатчиков, должны подключаться к шине через дополнительные разветвители. В такой сети потери между абонентами сильно зависят от их взаимного расположения в цепочке, в результате чего повышаются требования к ширине динамического диапазона приемников. С ростом количества абонентов потери (в децибелах) растут линейно.



Рисунок 2.7 - Применение Т-разветвителей: а - оптическая шина, б - двухточечное соединение по одному волокну

Рисунок 2.8 - Зависимость потерь от числа абонентов

В разветвителе «звезда» свет, входящий в любой порт, равномерно распределяется между всеми остальными. На основе такого разветвителя может строиться сеть с разделяемой средой передачи и звездообразной топологией (см. рисунок 2.6, б) - например, Ethernet 10Base-FP. Здесь рост потерь с увеличением числа узлов происходит гораздо медленнее, но расплатой является большая потребность в оптическом кабеле - от каждого абонента к разветвителю идет пара волокон. На рисунок 2.8 приведены графики потерь для сетей с идеальными (без внутренних потерь) и реальными разветвителями обоих типов (графики взяты из книги Дж. Стерлинга «Техническое руководство по волоконной оптике»).

3. Подсистема контроля и диагностики волоконно-оптических линий связи

Как известно, в волоконно-оптических системах передачи наибольшие потери времени на поиск и локализацию неисправности, обуславливающей прерывание 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. 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 трудовыми и временными затратами.

Другой не менее важной задачей, связанной с необходимостью всестороннего анализа и контроля состояния ВОЛС, является периодически возникающее требование увеличения пропускной способности каналов связи, а также числа и качества услуг. Это требует введения дополнительных каналов, использующих новые длины волн оптической несущей, что в свою очередь вызывает проблемы, связанные с изменением первоначальных паспортных значений характеристик инсталлированных кабелей. Решение данной задачи также невозможно без наличия информации о значениях потерь и отражений в любой точке оптической сети, а также энергетическом бюджете ее участков.

Наиболее эффективно перечисленные задачи могут быть решены с помощью подсистемы контроля и диагностики волоконно-оптических линий связи ПКД ВОЛС Quest Fiber компании GN Nettest/Optic Devision, включающей систему удаленного контроля оптических волокон, программу привязки топологии сети к географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. При этом удаленный контроль оптических волокон выполняется с помощью оптических импульсных рефлектометров, осуществляющих диагностирование волокон по обратному рассеиванию световой волны, распространяющейся в пассивном или активном волокне оптического кабеля.

В настоящее время данная система развернута в ведущих телекоммуникационных компаниях мира, таких как National Fiber Network, ADC Telecommunications и AT&T Network Systems (США), Telsetra (Австралия), Telemig (Бразилия), Bezeq (Израиль), SANEF и SNCF (Франция), FTZ (Германия), Telia AB (Швеция) и др., а также в МГТС и Раском (Россия). Эта система позволяет диагностировать нарушения оптических кабелей обоими указанными методами и отличается от иных систем использованием в ней оптического рефлектометра с наивысшим разрешением и динамическим диапазоном, равным 46 дБ. Применение такого рефлектометра обеспечивает возможность контроля сложных многоточечных сетей при минимальном числе используемого оборудования, охватывая площадь до 300 000 км² и позволяя адаптировать систему к всесторонним потребностям заказчика.

3.1 Базовая структура ПКД ВОЛС

Как было отмечено выше, ПКД ВОЛС позволяет контролировать как пассивные, так и активные оптические волокна. При этом в первом случае производится контроль не предназначенного для передачи данных резервного оптического волокна, по результату которого судят об исправности всего кабеля, что не требует модификации действующих систем оптической связи. Во втором случае тестируется волокно, по которому производится передача данных. В связи с этим в линию связи вводится оптическое излучение с длиной волны, отличной от длины волны, используемой для передачи данных, а на приемной стороне производится разделение этих волн. Как известно, данный принцип может использоваться как для одного волокна, так и для всех волокон контролируемого кабеля и требует введения в систему оптической связи дополнительных компонентов.

– Основу архитектуры данной системы составляют:

– устройство управления системой тестирования - Test System
Controller;

– устройства удаленного тестирования оптических волокон - QuestProbe;

– устройства, обеспечивающие доступ к тестируемым оптическим волокнам - StarPath.

Test System Controller представляет собой PC (компьютер) с операционной системой Windows или UNIX и прикладным программным обеспечением администрирования кабельной сети StarGuide, имеющим интуитивно ясный человеко-машинный интерфейс, который может быть изучен оператором за короткое время. TSC выполнен в следующих конфигурациях:

– Для одного пользователя - устанавливается на PC компьютер под Windows 95 или Windows NT.

– Для рабочей группы - устанавливается на сетевом компьютере под Windows NT или Novell, обеспечивая многопользовательский доступ с поддержкой до шести одновременно работающих пользователей.

– Для предприятия - устанавливается на PC под Windows NT или на рабочей станции SunSparc под UNIX, поддерживает множество клиентов с конкурентным доступом и может использовать протокол TCP/IP для удаленного доступа через сети общего пользования с персонального компьютера, имеющего клиентское программное обеспечение.

QuestProbe содержит один или несколько модулей удаленного контроля оптических волокон (RTU) на рефлектометре с устройством локального доступа (LAM) и клавиатурой управления, что обеспечивает легкий в использовании интерфейс и минимизирует оборудование.

Другим средством входа с систему является опция сопровождения удаленного доступа RMA, предназначенная для дистанционного доступа к системе из любой точки сети.

Благодаря применению в RTU рефлектометров с возможностью тестирования оптических волокон на длинах волн 850 нм, 1244 нм, 1300 нм, 1310 нм, 1550 нм и 1625 нм с динамическим диапазоном 45 дБ на 1550 нм, мертвыми зонами по отражению и затуханию, составляющими 3.5 м и 5 м, соответственно, и разрешением по расстоянию до 5-10 см, ПКД ВОЛС позволяет решить практически все задачи мониторинга ВОЛС.

StarPath выполнен в виде оптических переключателей OTAU, которые позволяют сформировать необходимое число портов подключения к RTU и могут быть сконфигурированы в почти бесконечном наборе комбинаций, в связи с чем они позволяют обеспечить наиболее эффективное покрытие кабельной сети. При наличии переключателей в узлах дерева сети одно устройство удаленного тестирования может обеспечить мониторинг более 5000 кабелей, что, в зависимости от структуры сети, позволяет значительно снизить стоимость всей системы. Управление и конфигурирование переключателей может осуществляться дистанционно от RTU, а связь между QuestProbe RTU и OTAU обеспечивается в соответствии со стандартом Bellcore no TL-1 протоколу, что позволяет использовать OTAU других производителей.

Ввиду того, что ПКД ВОЛС сама является модульной системой (рисунок 3.1), она легко адаптируется к многочисленным конфигурациям сети, сетям телекоммуникаций, сигнальным системам и требованиям организации контроля волоконно-оптических кабелей, позволяя автоматически контролировать их на протяжении многих лет в течение 24 часов в сутки.

3.2 Основные функции системы

Взаимодействие компонентов ПКД ВОЛС, осуществляемое по каналам связи, обеспечивает доступ к следующим основным функциям системы:

– управлению документированием кабельного хозяйства;

– установкам индикаторов качества;

– ожиданию нарушений в линии;

– обнаружению нарушений в оптических волокнах и локализации их местоположения;

– выявлению динамики изменения параметров оптических волокон;

– дистанционному управлению, а также ко всем функциям дистанционного управления рефлектометром, позволяя обрабатывать, анализировать и производить измерения, имея в своем распоряжении широкие возможности выделения и идентификации отклонений текущей рефлектограммы относительно эталонной, обеспечивая:

– измерение потерь, отражений и расстояния;

– измерение возвратных потерь, управление маскированием измерений;

– автоматическое измерение с обнаружением порогов, полуавтоматическое измерение с маркерами;

– ручное измерение с курсорами;

– возможность локализации случаев нарушений соединений, отражений и обнаружения конца волокна;

– автоматическое обнаружение призрака.

Результаты измерений могут быть представлены как в графическом, так и в табулированном виде.

Помимо этого в ПКД ВОЛС предусмотрена функция моделирования линии связи, позволяющая определить энергетический бюджет линии, что может быть принято во внимание при сравнении результатов проектирования сети с результатами испытаний. Если обнаруживаются какие-либо проблемы, они могут быть накоплены и использованы в качестве признаков, необходимых при оптимизации и обслуживании будущих линий связи. Моделирование также позволяет оптимизировать расположение устройств удаленного тестирования, определить наиболее подходящую конфигурацию измерений и упростить стадию внедрения оптической сети.

Картографическое программное обеспечение позволяет производить трассировку ВОЛС по географической карте и визуализацию местоположения нарушения. Таким образом обеспечивается соответствие расстояния между установленными маркерами на географической карте и расстоянием, измеренным оптическим способом, что существенно улучшает точность локализации нарушений. Кроме этого имеется доступ к заданию уровней изменения масштаба изображения, вида представления, визуализации региональной тревоги, создания новой связи и т.д.

Рисунок 3.1 - Базовая архитектура ПКД ВОЛС

Так как в базе данных ПКД ВОЛС оптические компоненты привязаны к их географическим координатам, а набор графических функций позволяет работать одновременно с несколькими рефлектограммами, представленными на экране монитора, обеспечивается динамическая связь между данными рефлектограммами и схемным решением оптического кабеля. Для повышения достоверности ввода информации о строящейся линии бригада, выполняющая работы в соответствии с заданными требованиями, может использовать портативный компьютер, который связан посредством устройства дистанционного управления с ПКД ВОЛС. Пользователь входит в базу данных текущего участка, а затем проверяет и утверждает работу перед следующим построением участка сети, используя временный конец волокна в качестве маркера для привязки географических и оптических расстояний. При этом производится дистанционный контроль монтажа кабеля, определение качества сварных соединений, создание документации, централизованное и стандартизированное ведение документации и процедур контроля, фиксация оптической дистанции с привязкой к местности.

Функция управления документацией оптической сети обеспечивает точное документирование конфигурации и текущих данных, хранение информации обо всех кабелях, а также отслеживание процесса строительства и развития сети.

Каждая из рассмотренных процедур имеет свой уровень приоритета, который при необходимости может быть изменен. Так, различают три уровня приоритета:

– уровень обслуживания, на котором доступны процедуры тестирования волокон и отображения результатов тестирования;

– уровень администрирования, на котором доступны процедуры изменения системных установок и функции первого уровня приоритета;

– уровень оперативного управления, на котором доступны функции первых двух уровней приоритета, а также определение (задание) имен и паролей пользователей.

Изначально наивысший приоритет устанавливается для процедуры тестирования и администратора системы, который устанавливает приоритеты для каждого пользователя и определяет группы санкционированных пользователей. Для некоторых групп приоритеты являются общими и наследуются подгруппами, а при фиксации попыток связи система организует соответствующий файл.

3.3 Мониторинг волоконно-оптических линий связи

В соответствии с установившейся практикой контроля оптических волокон посредством ПКД ВОЛС следует различать:

1. Условия выполнения:

- немедленно, периодически или по заданной во времени программе;

- по сигналу тревоги от сетевого оборудования;

- условия обнаружения нарушений для следующих процессов:

- автоматического измерения с использованием маркеров или без них;

- определения составляющих потерь и обнаружения порога отражения;

- установления уровней контроля для точек сети связи;

- выявления изменения потерь;

2. Режимы выполняемых действий:

- визуализации;

- записи;

- восстановления при тревоге.

Данная методика применима для всех элементов ВОЛС.

В общем случае контроль волоконно-оптических линий связи может выполняться в одноразовом режиме ручного запуска, а также в режимах наблюдения и прогнозирования обслуживания.

Одноразовый режим ручного запуска используется для получения рефлектограммы немедленно, позволяя проконтролировать линию в произвольный момент времени, например, сразу же после выполнения ремонтно-восстановительных работ. Характерной особенностью данного режима является то, что после его выполнения осуществляется переход в режим прогнозирующего обслуживания, если он был установлен до запуска ручного режима.

Режим наблюдения используется для получения эталонной рефлектограммы, а также для автоматического обнаружения нарушений оптического кабеля путем:

– задания установок и критериев сравнения;

– снятия рефлектограммы;

– сравнения полученной рефлектограммы с эталонной;

– математической обработки результатов измерения.

В данном режиме при обнаружении отклонения параметров ВОЛС формируется сигнал тревоги и происходит передача сообщения с детальной информацией результатов идентификации и локализации мест нарушений с учетом параметров кабеля и топологических идентификаторов.

В режиме прогнозирующего обслуживания выполняются все процедуры режима наблюдения при регулярном автоматическом накоплении в базе данных характеристик и результатов измерений оптических волокон (ослабления, потерь, самих рефлектограмм и др.), что, в свою очередь, позволяет:

– устанавливать статус сети;

– контролировать качество оптических кабелей;

– проводить оценку характеристических параметров по нескольким индикаторам качества.

При сбое процесса передачи режимы наблюдения и прогнозирующего обслуживания позволяют идентифицировать и устранять нарушения прежде, чем на линию выйдет бригада обслуживания, если нарушения не вызваны изменением параметров ВОЛС.

При возникновении нарушений в контролируемых оптических волокнах ПКД ВОЛС формирует сигнал сигнализации, условия возникновения которого определяются посредством следующих функций:

– активизации критериев обнаружения неисправности,

– передачи сообщения к системе управления или другому адресату, а так же отправки факса, электронной почты, SMS сообщения и др.,

– архивирования и удаления данных сигнализации.

При этом имеется возможность программирования нескольких порогов обнаружения и добавления комментариев к различным случаям сигнализации.

Имея накопленную базу данных и набор инструментов для их анализа, пользователь может контролировать динамику изменения характеристик оптических компонентов во времени, отслеживать развитие индикаторов качества, анализировать общую тенденцию и, как следствие, разработать прогнозирующую политику обслуживания сети. Результаты измерений и другие данные могут экспортироваться во внешние средства обработки данных, такие как EXCEL™, Word™ и др., и могут быть представлены в виде твердых копий.

Контроль непрерывности оптических кабелей по пассивным оптическим волокнам

Как было отмечено выше, контроль ОК по пассивным оптическим волокнам основан на тестировании резервного волокна оптического кабеля (рисунок 3.2) при длине волны А._траф оптического луча трафика, независимой от длины волны X _тест тестирующего оптического излучения.

Рисунок 3.2 - Метод контроля оптического кабеля по резервному волокну

Применение данного метода при своей очевидности и простоте реализации обусловливает необходимость дублирования инфраструктуры контроля гипотетического волокна, отражающего свойства всего кабеля, и по некоторым данным позволяет выявить до 90% его нарушений.

На рисунке 3.3 показана схема организации контроля ОК по пассивным оптическим волокнам, где ТХ (Transceiver) и RX (Receiver) - соответственно, передающее и приемное сетевые устройства, RTU (Remote Test Unit) - устройство удаленного контроля оптических волокон, a OTAU (Optical Test Access Unit) - устройство доступа к оптическим волокнам или, что то же, оптический переключатель, который обеспечивает доступ к контролируемым волокнам.

Контроль непрерывности оптических кабелей по активным оптическим 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 целесообразным использовать А._твст= 1550 нм при длине волны Х_таф= 1310 нм или Х_тест = 1310 нм при передаче на длине волны 1_траф = 1550 нм. В то же время по экономическим соображениям, вызванным необходимостью увеличения емкости каналов передачи данных, часто используются обе указанные длины волн Х_т j = 1310 нм и X_{f 2} = 1550 нм, поэтому в последнем случае для контроля необходимо использовать иную длину волны, например, А_тест = 1625 нм, которая значительно 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 (рисунок 3.3) вводятся оптические волновые мультиплексоры (Wavelength Division Multiplexing - WDM), объединяющие длину волны тестирующего излучения с длиной волны передачи данных сетевого оборудования NE (Network Equipment), а для исключения взаимного влияния процессов передачи данных и контроля оптического волокна в схему вводятся фильтры F2 и F3. Последние предотвращают попадание тестирующего излучения на входы NE, а излучения передачи данных - на OTDR.

Рисунок 3.3 - Схема организации контроля оптических кабелей по резервному волокну

Схема организации контроля по активным волокнам в этом случае имеет вид, представленный на рисунок 3.4.

Рисунок 3.4 - Метод контроля оптического кабеля по активному волокну

Применение длин волн 1310 нм, 1550 нм и 1625 нм вызвано тем, что в этом случае оптические компоненты, используемые, как правило, в волоконно-оптической технике, обеспечивают наиболее низкие потери передачи, хорошую изоляцию и наилучшее подавление отраженных волн.

Дальнейшее развитие метода контроля оптических кабелей по активным оптическим волокнам основано на использовании большего количества длин волн оптического излучения, распространяющегося по волокну и, как следствие, предусматривает применение многочастотных WDM, обеспечивающих мультиплексирование большего числа длин волн. При таком решении одна длина волны может использоваться для тестирования волокна, а остальные - для передачи данных. Схема организации контроля оптических кабелей по активным оптическим волокнам с передачей данных на двух длинах волн 1310 нм и 1550 нм и тестировании на 1625 нм приведена на рис. 3.5, где LPF (Long Pass optical filter) и SPF (Short Pass optical filter) представляют собой оптические фильтры нижних и верхних частот, a OTAU - оптический коммутатор, обеспечивающий необходимую последовательность подключения оптических волокон к RTU.

При наличии в ВОЛС регенерационных участков, а также в случае необходимости исключения оборудования на этапе контроля, должен быть предусмотрен обход данных участков, который осуществляется согласно рисунки 3.6 - 3.8.

Рисунок 3.5 - Схема организации контроля оптических кабелей по активному волокну

По сравнению с рассмотренным выше методом контроля оптических кабелей по пассивному волокну метод контроля по активному волокну дает практически 100%-ную гарантию обнаружения неисправностей кабеля и отличается более высокой стоимостью реализации из-за введения в линию связи WDM и F. Поэтому применение последнего метода оказывается целесообразным для тестирования ответственных волокон или в том случае, когда для передачи данных используются все волокна кабеля.

Рисунок 3.6 - Схема организации контроля оптических кабелей по активному волокну с передачей данных на двух длинах волн

Рисунок 3.7 - Схема организации обхода регенерационных участков при контроле по активному волокну

Рисунок 3.8 - Схема организации обхода телекоммуникационного оборудования при организации контроля по активному волокну

Контроль спектральных характеристик

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 частности, поляризационной модовой дисперсии (PMD).

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 рисунок 3.9 приведена экспериментально полученная характеристика спектра реальной WDM системы передачи с промежуточным оптическим усилителем на легированном эрбием волокне (EDFA).



Рисунок 3.9 - Спектр WDM системы передачи

В современных высокоскоростных телекоммуникационных системах весьма существенное влияние оказывает и PMD, в связи с чем актуальным становится и вопрос ее коррекции на линиях связи, что естественно, требует проведения более детальных измерений. Влияние дисперсии особенно значительно в случае модулированных сигналов, так как их временное расширение ограничивает максимальную частоту кодирования информации, и поэтому влияние дисперсии любого вида необходимо сводить к минимуму. Как показали исследования, это не значит, что она всегда должна быть доведена до нулевого значения, а обязательно должна иметь на определенной длине волны определенное значение, которое предопределяется как типом волокна, так и методом передачи.

Учитывая эти особенности современных систем передачи, в 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.

3.4 Организация администрирования и контроля

Вся необходимая для тестирования волокон информация о кабельном хозяйстве сети организуется с помощью приведенной на рисунок 3.10 структуры данных и соответствующих интерфейсов.

При этом используется широкий спектр окон, позволяющих эффективно структурировать отмеченную информацию, а также вводить необходимые карты, схемы, рисунки, фотографии и т.д. (рисунок 3.11).

Основным здесь является возможность детализации топологии сети на карте местности вплоть до точек подключения волокна к соответствующему оборудованию системы передачи, что позволяет исследовать каждый кабель сети и провести сквозной анализ любого из его волокон, а также задать регион и получить статистическую информацию по его кабелям (рисунок 3.12).

При необходимости извлечения кабеля из земли это позволяет указать курсором место аварии с тем, чтобы определить клиентов, обслуживаемых этим кабелем, а из списка зданий, в которые входит волокно из этого кабеля, определить кого информировать и есть ли обходные маршруты.

Место установления аварии определяется по рефлектограмме, которая, как показано на рисунок 3.13, легко связывается с топологией кабеля, путем задания одним из способов точек его привязки.

На рисунке 3.14 представлены два основных окна Quest Fiber, позволяющих моментально определить как текущее состояние кабельного хозяйства, так и динамику изменения параметров тестируемых волокон.

Для детального анализа параметров линии связи ее основные характеристики могут быть представлены либо в табличном виде, либо в виде тех или иных графиков, удобных для создания наглядных отчетов.

Рисунок 3.10 - Схема организации сетевой информации в Quest Fiber



Рисунок 3.11 - Пример вводимой сетевой информации

Рисунок 3.12 - Пример организации аналитической информации

3.5 Локализация нарушений ВОЛС

Используя отмеченные выше возможности локализации нарушений ВОЛС, первоначально, при получении исходной рефлектограммы, производится привязка параметров линии к карте местности, на нее наносятся географические координаты расположения кабеля с указанием в окне параметров волокна его оптических длин, километрических расстояний и особенностей прокладки кабеля. Помимо этого на карту местности наносятся условные обозначения компонентов ВОЛС, например, транзитных узлов, регенераторов, муфт и т.д. с указанием их оптических характеристик. Это позволяет системе при получении сообщений о нарушениях в ВОЛС визуализировать на карте место нарушения, а также получать данные о расстоянии до ближайшего отмеченного на карте топологического или оптического ориентира, минимизируя, тем самым, простои оборудования за счет немедленного оповещения ремонтной бригады, устраняющей нарушения оптических кабелей.

Рассмотренные возможности системы в настоящее время становятся определяющими в связи с требованиями повышения надежности сети и экономической эффективности ее использования.

Рисунок 3.13 - Связь рефлектограммы с топологией кабеля

Рисунок 3.14 - Основные окна системы Quest Fiber

В настоящее время данная система эксплуатируется в МГТС, прошла испытания в ОАО Ростелеком, Раском и ряде других организаций.

4. Имитационная модель алгоритма управления конфигурацией информационной вычислительной сети

Рассмотрим основные принципы структуры и функционирования программы-имитатора на основе модели управления конфигурацией.

Блок 1. Начало.

Начало программы.

Блок 2. Преамбула.

Преамбула является необходимым элементом программы. В преамбуле описываются все переменные, массивы и прочие системные ресурсы, используемые в программе. Также указываются типы применяемых данных и присваиваются имена процессам, происходящим в модели.

Блок 3. Ввод исходных данных.

Исходными данными для описываемой модели являются:

параметры, характеризующие загрузку системы связи;

число каналов на направлениях связи;

состояние ресурсов сети;

конфигурация сети.

Блок 4. Создание структуры сети.

Создание структуры предусматривает программную реализацию матрицы ресурсов

где Vjj - число каналов (ресурсов) на направлении УК_i-УК_j.

Блок 5. Генератор вызова.

Генератор потока вызовов представляет собой генератор простейшего потока вызовов с параметром . Качество работы генератора обеспечивается системными средствами языка C++.

Блок 6. Определение направления для поступившего вызова.



Поток вызовов, поступающих в систему формируется единым генератором. Параметры работы генератора определяют суммарную возникающую нагрузку. Задача подпрограммы распределения нагрузки состоит в определении направления, на которое будет направлен поступивший вызов. Иными словами, поступившему вызову будет поставлена пара значений i и j.

Блок 7. Есть свободный ресурс на ветви i-j?

Если на ветви i-j есть свободный ресурс, то вызов должен быть обслужен. Обслуживание вызова в данном случае осуществляется в блоке 13.

Блок 8. Определение возможной промежуточной управляющей станции (УС).

В данной процедуре определяются те УС, которые могут служить в качестве транзитных для обслуживания управляющего вызова. Т.к. данная модель является полносвязной, вызов может быть обслужен любой УС сети. В случае неполно-связной сети не каждая УС может использоваться для обслуживания вызова УСi - УСj без нарушения ограничения на число коммутируемых участков на пути прохождения вызова.

Блок 9. Определение количества доступных ресурсов.

Производится считывание количества доступных ресурсов на направлениях УСi - УСk и УСk - УСj.

Количество свободных ресурсов заносится в массив текущего состояния TMN для дальнейшей обработки.

Основным параметром, влияющим на качество работы алгоритма является интервал обновления информации о количестве свободных ресурсов. В данной модели этот интервал определен в 10 секунд. Внутри этого интервала количество свободных ресурсов, известное системе и реальное может не совпадать, однако снижение интервала обновления на реальной сети является сложной задачей.

Блок 10. Все доступные УС просмотрены?

Проверка на окончание сбора информации о доступных ресурсах.

Блок 11. Определение ветви с наибольшим количеством доступных ресурсов.

Поиск транзитной станции, для которой количество свободных ресурсов на направлениях УСi - УСk и УСk - УСj является наибольшим.

Блок 12. Ресурсы зарезервированы?

Блоки 13 и 14. Генератор времени занятия ресурса.

Время занятия ресурса определяется случайной величиной с экспоненциальным распределением.

Блок 16. Занять ресурс.

В случае выполнения условия блока 7 предоставить поступившему вызову ресурс на прямом направлении.

Блок 17. Занять ресурс.

Если ресурсы на транзитном направлении не зарезервированы, обслужить вызов по транзитному маршруту.

Блок 15. Удалить вызов из системы.

В случае, когда предоставленные ресурсы оказываются зарезервированными, вызов теряется - абонент получает отказ в соединении. В модели вызов уничтожается.

Блок 18. Количество вызовов в серии достигнуто?

Расчет продолжается только в том случае, если обработано заявок меньше, чем определено для серии наблюдений.

Блок 19. Вывод результатов моделирования.

В качестве результатов работы системы выводится общее количество вызовов, получивших отказ в обслуживании.

Блок 20. Конец.

Окончание работы программы.

Необходимо отметить, что наряду с занятием ресурсов для обслуживания вызовов выполняется процедура их освобождения по прохождении времени занятия канала вызовом.

Данная процедура осуществляется параллельно с выполнением основного алгоритма, что осуществляется средствами операционной системы.

 // -

#include <vcl.h>

#pragma hdrstop

#include <windows.h>

#include <process.h>

#include <iostream>

#include <vector>

#include <algorithm>

using std::vector;

typedef struct

{

unsigned short i;

unsigned short j;

unsigned int iFreeChannels;

unsigned int iDroppedCalls;

unsigned int iCountCalls;

unsigned int iMinChannels;

unsigned int iAverageLoad;

} Station;

typedef vector<Station*> g_vector;

typedef vector<Station*>::iterator g_vector_iterator;

g_vector vStations;

HANDLE hStopEvent;

unsigned short StI;

unsigned short StJ;

unsigned short StCallWaiting;

unsigned short iFreeChannels = 0;

unsigned int iThreadCount = 0;

char fCallingState = 'N';

 // -

#pragma argsused

void _USERENTRY ReqThread (LPVOID lpArg)

{

HANDLE hThreadHandle = NULL;

DuplicateHandle (GetCurrentProcess(),

GetCurrentThread(),

GetCurrentProcess(),

&hThreadHandle,

DUPLICATE_SAME_ACCESS,

FALSE,

0);

char arg;

while (true)

{

std::cout << «Введите команду или нажмите h для вызова справки -»;

std::cin >> arg;

if ((arg == 'c') || (arg == 'C'))

{

for (g_vector_iterator i = vStations.begin();

i!= vStations.end(); i++)

{

Station *AStation = *i;

std::cout << «Направление номер:» << AStation->i << AStation->j;

std::cout << «\tСвободных каналов:» << AStation->iFreeChannels;

std::cout << «\tСброшеных вызовов:» << AStation->iDroppedCalls;

std::cout << «\tМинимум каналов:» << AStation->iMinChannels;

std::cout << «\tКоличество вызовов:» << AStation->iCountCalls;

std::cout << «\tСредняя загрузка:» << ((float) (iFreeChannels -

(AStation->iAverageLoad / AStation->iCountCalls)) /

(float) iFreeChannels) * 100 << «%» << std::endl;

}

}

else if ((arg == 'q') || (arg == 'Q'))

{

SetEvent(hStopEvent);

std::cout << std::endl << «Остановка работы…» << std::endl;

break;

}

else if ((arg == 'h') || (arg == 'H'))

{

std::cout << «c - просмотр состояния каналов» << std::endl;

std::cout << «v - включить просмотр вызовов» << std::endl;

std::cout << «s - отключить просмотр вызово» << std::endl;

std::cout << «q - окончание работы» << std::endl;

}

else if ((arg == 'v') || (arg == 'V'))

{

fCallingState = 'Y';

}

else if ((arg == 's') || (arg == 'S'))

{

fCallingState = 'N';

}

}

if (hThreadHandle!= NULL)

CloseHandle(hThreadHandle);

}

void _USERENTRY CallThread (LPVOID lpArg)

{

InterlockedIncrement((LPLONG)&iThreadCount);

HANDLE hThreadHandle = NULL;

DuplicateHandle (GetCurrentProcess(),

GetCurrentThread(),

GetCurrentProcess(),

&hThreadHandle,

DUPLICATE_SAME_ACCESS,

FALSE,

0);

Station *AStation = (Station*) lpArg;

if (AStation->iMinChannels > AStation->iFreeChannels)

AStation->iMinChannels = AStation->iFreeChannels;

AStation->iAverageLoad += AStation->iFreeChannels;

Sleep(StCallWaiting);

AStation->iFreeChannels++;

InterlockedDecrement((LPLONG)&iThreadCount);

if (hThreadHandle!= NULL)

CloseHandle(hThreadHandle);

}

bool cmp (Station *AStation)

{

if ((AStation->i == StI) && (AStation->j == StJ))

{

return true;

}

return false;

}

int main (int argc, char* argv[])

{

hStopEvent = CreateEvent (NULL, TRUE, FALSE, NULL);

unsigned short iStation, iCallDensity, iCallWaiting;

std::cout << «Введите количество станций:»;

std::cin >> iStation;

std::cout << «Введите количество каналов:»;

std::cin >> iFreeChannels;

std::cout << «Введите среднюю длительность вызова:»;

std::cin >> iCallWaiting;

std::cout << «Введите интенсивность вызовов:»;

std::cin >> iCallDensity;

for (int i = 0; i < iStation; i++)

{

for (int j = 0; j < iStation; j++)

{

Station *AStation = new Station;

AStation->i = i;

AStation->j = j;

AStation->iFreeChannels = iFreeChannels;

AStation->iDroppedCalls = 0;

AStation->iCountCalls = 0;

AStation->iMinChannels = iFreeChannels;

AStation->iAverageLoad = iFreeChannels - AStation->iFreeChannels;

vStations.push_back(AStation);

}

}

randomize();

DWORD dwThreadId;

HANDLE hReqThread = (HANDLE)_beginthreadNT (

ReqThread, 1024, NULL, NULL,

CREATE_SUSPENDED, &dwThreadId);

ResumeThread(hReqThread);

while (WaitForSingleObject(hStopEvent, 10)!= WAIT_OBJECT_0)

{

Sleep (random(iCallDensity));

StI = random(iStation);

StJ = random(iStation);

StCallWaiting = random(iCallWaiting);

if (fCallingState == 'Y' || fCallingState == 'y')

std::cout << «Вызов от» << StI << «к» << StJ << «длительность» << StCallWaiting << «сек.» << std::endl;

g_vector_iterator El = std::find_if (vStations.begin(), vStations.end(), cmp);

if (El == vStations.end())

{

continue;

}

else

{

Station *AStation = *El;

AStation->iCountCalls++;

if (AStation->iFreeChannels == 0)

{

AStation->iDroppedCalls++;

if (fCallingState == 'Y' || fCallingState == 'y')

std::cout << «Не хватает ресурсов! Вызов сброшен!» << std::endl;

continue;

}

else

{

if (fCallingState == 'Y' || fCallingState == 'y')

std::cout << «Вызов прошел!» << std::endl;

}

AStation->iFreeChannels -;

DWORD dwThreadId1;

HANDLE hCallThread = (HANDLE)_beginthreadNT (

CallThread, 1024, AStation, NULL,

CREATE_SUSPENDED, &dwThreadId1);

ResumeThread(hCallThread);

}

}

while (iThreadCount > 0){};

for (g_vector_iterator i = vStations.begin();

i!= vStations.end(); i++)

{

Station *AStation = *i;

delete AStation;

vStations.pop_back();

}

CloseHandle(hStopEvent); return 0;}

5. Технико-экономическая эффективность проекта

5.1 Определение трудоемкости выполненных работ

Целью представленного дипломного проекта является разработка подсистемы автоматизации документооборота для ООО МТУ «Телеком-С».

Трудоемкость разработки программного обеспечения в чел.-часах определяется по формуле:

(5.1)

где - затраты труда на описание задачи;

- затраты на исследование предметной области;

- затраты на разработку блок схемы;

- затраты на программирование;

- затраты на отладку программы;

- затраты на подготовку документации.

Определение затрат труда на описание задачи затруднено, так как этот труд связан с творческим характером работы. Допустим, что = 60 чел.-часов и то, что работу выполняет инженер-программист с окладом 15000 руб. в месяц и коэффициентом квалификации (определяется в зависимости от стажа работы и составляет: для работающих до 2-х лет - 0,8; от 2-х до 3-х - 1,0; от 3-х до 5 - 1,1…1,2; от 5 до 7 - 1,3…1,4; свыше семи лет - 1,5…1,6) .

Затраты труда на исследование предметной области с учетом уточнения описания и квалификации программистов определяются по формуле (5.2).

 (5.2)

где D - общее число операторов, ед; - коэффициент увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи (= 1,2…1,5); - количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час (для данного вида работ = 75…85 ед./чел.-ч).

Большинство составляющих трудоемкости определяются через общее число операторов D

(5.3)

где - число операторов, ед.; c - коэффициент сложности задачи, (с = 1,25… 2); p - коэффициент коррекции программы, учитывающий новизну проекта (для совершенно новой программы p = 0,1).

При разработке подсистемы автоматизации документооборота в соответствии с формулой (6.3), примем следующее условное число операторов программы:

ед.

Коэффициент () увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи равен 1,4.

Примем количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час равным 80.

В соответствии с формулой (6.3) затраты труда программистов на исследование предметной области чел.-часов.

Затраты труда программистов на разработку алгоритма решения задачи рассчитывается по формуле

(5.4)

Принимем = 25 ед./чел.-часов, тогда чел.-часов.

Затраты труда программистов на составление программы на ЭВМ по готовой блок-схеме находят по формуле:

(5.5)

Учитывая, что = 20 ед./чел.-часов, получим чел.-часов.

Затраты труда на отладку программы на компьютере

(5.6)

Подставив в данную формулу значения: = 7 ед./чел.-часов, получаем, чел.-часа.

Подготовка документации включает в себя подготовку материалов в рукописи и последующие редактирование, печать и оформление документов.

Затраты труда программистов на подготовку материалов в рукописи вычислим по формуле:

(5.7)

Подставив в формулу (5.7) значения = 12 ед./чел.-часов и = 1,0, получим, чел.-часов.

Затраты труда программистов на редактирование, печать и оформление документов рассчитываются по формуле:

(5.8)

Получим величину затрат труда на редактирование, печать и оформление документов равную чел.-часов.

Окончательно подставив в формулу (5.1) все найденные значения, получим полные трудозатраты инженера-программиста = 1805,3 чел.-часа.

Полученное значение необходимо скорректировать с учетом уровня языка программирования

(5.9)

где - коэффициент уровня языка программирования (в нашем случае ).

Учитывая последнюю формулу получим значение общей трудоемкости разработки программного обеспечения равное 903 чел.-часа.

5.2 Суммарные затраты на разработку

Суммарные затраты на разработку проекта состоят из единовременных расходов на всех этапах инновационного процесса: исследование, разработка, внедрение, эксплуатация. Определение этих затрат производится путем составления калькуляции плановой себестоимости.

Плановая себестоимость включает все затраты, связанные с ее выполнением, независимо от источника их финансирования. Себестоимость единицы продукции состоит из следующих статей затрат:

- основная заработная плата;

- дополнительная заработная плата;

- отчисления на социальные нужды;