Технические науки. Электротехника и радиоэлектроника

Игенбек Е.Б.

Казахский Агротехнический Университет им.С.Сейфуллина, Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Одним из наиболее весомых и практически важных достижений квантовой электроники стало развитие волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и различных систем связи на их основе.

В наше время, интенсивное развитие волоконно-оптической связи, высокая конкуренция между операторами связи и стоимость информационных ресурсов, передаваемых по сетям телекоммуникаций, выдвигают на ведущие позиции задачу централизованного контроля за сетевыми волоконно-оптическими линиями передачи (ВОЛП) с целью их документирования, своевременного обнаружения и скорейшего устранения повреждений в них. Поэтому в последнее время операторы связи начинают инвестировать немалые средства в развитие инфраструктуры своих волоконно-оптических сетей с акцентом на внедрение и совершенствование систем управления и автоматического мониторинга состояния линий и каналов связи.

Независимо от метода контроля оптических волокон такие системы должны обеспечивать:

• дистанционный контроль параметров волокон оптических кабелей;

•достоверное и своевременное документирование и составление отчетности;

• автоматическое обнаружение неисправностей волоконно-оптических линий и каналов связи с указанием их точного местоположения;

•контроль и управление процессом оповещения о повреждении оптических кабелей,

•проведение измерений параметров оптических волокон в автоматическом режиме;

• прогнозирование изменений параметров оптических кабелей.

Способ передачи цифровых потоков данных по волоконно-оптическим линиям связи относится к технике связи и может найти применение как для построения магистральных систем передачи, так и для внутриобъектовых локальных систем сбора данных и управления. Технический результат состоит в повышении помехозащищенности и достоверности передаваемой информации, снижении требований к оптическому волокну волоконно-оптического тракта, повышении скорости передачи информации, повышении защиты передаваемой информации. Для этого информационные потоки данных разбиваются на блоки фиксированного размера, так называемые кластеры, которые кодируются специальными оптическими сигналами в виде следующих друг за другом групп оптических импульсов. Число импульсов в группах может быть различным, в пределах группы каждый импульс характеризуется своей индивидуальной длиной волны оптического излучения. Кодирующие оптические сигналы объединяются в кадры, сопровождаемые маркерными оптическими импульсами с фиксированной длиной волны оптического излучения, отличной от длин волн кодирующих оптических сигналов. Кадры передаются по волоконно-оптическому тракту. На приемном конце волоконно-оптического тракта производятся обратные преобразования, информационные потоки данных восстанавливаются в первоначальном виде.

Одним из наиболее перспективных методов измерения натяжения волокон с практической точки зрения является использование принципов бриллюэновской рефлектометрии. Основной проблемой для их широкого внедрения является чрезвычайно высокая стоимость измерительного оборудования. Поэтому исследование возможностей использования альтернативных методов и поиск новых технических решений, позволяющих

осуществить такие измерения более простыми средствами, являются весьма актуальными задачами. Они обуславливают необходимость создания математических моделей и их реализаций в виде компьютерных программ, изыскания технических решений, направленных на упрощение бриллюэновских рефлектометров с целью оптимизации их технико- экономических показателей, а также создания имитационных моделей, позволяющих проводить эксперименты в данной области.

В процессе производства кабеля могут иметь место различные отклонения технологического процесса от нормы, в результате чего появляются растягивающие усилия, приложенные к волокнам. Особого внимания заслуживают процессы транспортировки кабеля и его укладки на трассе ВОЛП. Если при хранении, и особенно - при перевозке кабельных барабанов они случайно оказались положенными на бок (то есть их ось перпендикулярна поверхности земли), что недопустимо, то из-за неравномерного перемещения витков кабеля в направлении этой оси могут возникнуть значительные усилия. При прокладывании на трассе возможны случаи опасных воздействий, риск появления которых характерен для процесса укладки кабеля в грунт, в канализационные трубы, подвески на опорах и т.п. Находясь в составе построенной ВОЛП, кабель, проложенный в грунте или в канализации, может испытывать растяжение из-за различных деформаций и смещений грунта, например - оползней. В подвешенном на опоры состоянии он может подвергаться растягивающим усилиям из-за обледенения. Приведенный перечень далеко не исчерпывает всех возможных ситуаций, результатом которых может оказаться натяжение оптических волокон внутри кабеля.

Длительные наблюдения изменений распределения затухания по длине

волокна в условиях эксплуатации ВОЛП могут осуществляться при помощи систем RFTS. В таких системах для данной цели применяются импульсные рефлектометры, посредством которых производится непрерывный мониторинг состояния оптических волокон с сохранением полученных рефлектограмм в базах данных. Сопоставление свежих рефлектограмм с более старыми позволяет делать определенные прогнозы неисправностей, вызываемых механическим напряжением волокон. Применение традиционной оптической рефлектометрии в данном случае можно рассматривать как расширение возможностей упоминавшегося ранее метода измерения приращения затухания.

Применяемая аппаратура ВОЛП обладает развитыми средствами мониторинга систем передачи, а также управления ими, как и созданное с этой целью программное обеспечение. Однако, комплексный подход к контролю ВОЛП предполагает охват им и самих оптических кабелей, а также различных пассивных элементов оптических трактов. Это может быть достигнуто посредством автоматически осуществляемого непрерывного зондирования волокон при помощи рефлектометра, накопления и обработки результатов измерений и предоставления полученных данных пользователям в максимально удобном для них виде.

Для идентификации отраженных и рассеянных сигналов, приходящих из различных волокон-ответвлений, в случае их одновременного тестирования,

необходимо применение специальных методов. Они используют сравнение

эталонной рефлектограммы с рефлектограммами, получаемыми в ходе периодического проведения тестов. После создания эталонной рефлектогаммы производится выявление принадлежности отражательных событий, зафиксированных на ней, отдельным ответвлениям. С этой целью применяется математическое моделирование. В случае обнаружения расхождения рефлектограмм при указанном сравнении, полученная информация, как и характерное изменение распределения уровня обратно-рассеянного сигнала, позволяют определить ответвление сети, параметры которого изменились. В некоторых случаях имеют место ложные ослабления. Выявление их также осуществляется посредством математического моделирования.

Широкое распространение волоконно-оптических сетей, которому способствует устойчивая тенденция роста информационного обмена в современном мире, создает предпосылки для повсеместного использования средств и методов ранней диагностики ВОЛП. Таковыми являются методы, основанные на непрерывном мониторинге оптических волокон, и бриллюэновская рефлектометрия.

Разработан метод спектрографической рефлектометрии, который обладает теоретической и практической ценностью. Теоретическая ценность состоит в том, что указанный метод представляет собой промежуточное звено между методами OTDR и OFDR, фактически позволяя перейти от одного из них к другому посредством изменения лишь одного параметра – ширины спектрального измерительного окна. Практическая ценность обусловлена, в частности, более оптимальной схемотехнической реализацией приборов, в основе принципа действия которых лежит данный метод.