Системы автоматического мониторинга оптических кабелей, которые нередко называют системами удаленного контроля оптических волокон (remote fiber test system – RFTS), начали внедряться на сетях связи сравнительно недавно. Сегодня интерес к ним достаточно велик, так как в условиях все возрастающих требований к качеству и надежности связи, они обеспечивают повышение качества обслуживания, сокращают время и затраты на аварийно-восстановительные работы. Повышение качества обслуживания достигается за счет прогнозирующего контроля параметров оптического кабеля, повышения живучести линии связи при ограниченных возможностях маршрутизации, предотвращения несанкционированного доступа. Время и затраты на аварийно – восстановительные работы сокращаются за счет централизованного управления устранения неисправностей, сокращения времени устранения неисправностей при использовании дистанционной диагностики, сокращения затрат на персонал при автоматизации измерений и дистанционной диагностике.

Из представленных на сегодняшний день на рынке систем автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей (САМ-ВОК) следует отметить “ATLAS” фирмы ACTERNA, “ORION” фирмы GN Nettest/Fiber Optic Division (Laser Precision Division), OSN-MS фирмы Nicotra, “Access Fiber” фирмы Agilent Technology, HP 81700 фирмы Hewlett Packard, «Фотон» компании НПЦ “Спектр” (г. Самара). Практически все эти системы позволяют контролировать не только параметры оптических волокон, но и другие параметры линейно-кабельных сооружений. В частности, сопротивление изоляции, целостность металлических покровов, открытие дверей и люков необслуживаемых пунктов, температуру и влажность в помещениях необслуживаемых пунктов и т.п.

Функциональные возможности, принципы работы, структура всех выше перечисленных систем в целом идентичны. Отличия касаются в основном интерфейса, формы представления данных, организации связи, конкретных технических решений.

Рассмотрим общие положения работы САМ-ВОК. К основным задачам системы мониторинга относятся:

• Автоматизированный контроль состояния оптических волокон в процессе эксплуатации на распределенной кабельной сети;
• Выдача сигнала аварии при повреждении кабеля;
• Дистанционная диагностика волокон и устранение неисправностей на распределенной сети из центров управления.

При этом системы поддерживают следующие функции:

• Управление документированием линейно-кабельных сооружений;
• Установки индикаторов качества (порогов);
• прогнозирование повреждений линии;
• обнаружение повреждений оптических волокон, сигнализация об аварии, определение места повреждения;
• выявление тенденций изменения параметров волокна;
• дистанционное управление

Главное из того, что получает эксплуатация при внедрении САМ-ВОК, это прогнозирующий контроль, который основан на мониторинге параметров линейно-кабельных сооружений, отслеживании тенденций их изменения в процессе эксплуатации объекта и сравнении текущих результатов измерений с контрольными значениями параметров. Это позволяет прогнозировать состояние оптических волокон и оптического кабеля в целом, планировать ремонтно-восстановительные работы и, соответственно, сокращать простои связей.

Диагностирование оптических волокон осуществляется методом обратного рассеяния оптическими рефлектометрами, работающими во временной области - Optical Time Domain Reflectometer (OTDR). Оценка состояния оптических волокон осуществляется путем сравнения текущей и опорной рефлектограмм и сопоставления отклонений параметров волокна с заданными для них пороговыми значениями. (рис.10.63). Алгоритм работы САМ-ВОК поясняет рис.10.62

При инсталляции системы и настройке ее на периодические измерения снимаются эталонные (контрольные) рефлектограммы и задаются пороги на отклонение текущих рефлектограмм от эталонных. Как правило, это две группы порогов: предупредительные и аварийные (рис. 2):

Отклонения параметров волокна, определяемых по текущей рефлектограмме, от контрольных значений, заданных контрольной рефлектограммой, сравниваются с заданными порогами. Если эти отклонения превышают один из установленных порогов, САМ-ВОК автоматически формирует предупредительное или аварийное сообщение и по результатам сканирования (определение величин вносимых потерь локальными событиями и расстояния до них) определяет расстояние до места повреждения ОК. Это сообщение выводится на экран монитора оператора, либо, в случае отсутствия персонала в ГНЦ, передается по факсу (электронной почте, пейджеру, сотовому телефону) дежурному. Если САМ-ВОК оснащена электронными картами место повреждения оптического волокна отмечается на трассе прокладки кабеля, на карте местности и также отображается на экране монитора оператора (см. рис.10.64). Также место повреждения отображается на паспорте участка линии, с указанием всех необходимых привязок.

В общем случае в состав системы мониторинга (рис.10.65) входят устройство управления системой тестирования (test system control - TSC), устройство удаленного контроля (remote test unit - RTU) и программное обеспечение (ПО) . TSC включает в себя контроллер, ПО и один или несколько модулей связи. RTU включает в себя один или несколько модулей связи, контроллер, модуль оптического рефлектометра, модуль доступа к оптическим волокнам и ПО.

Пример архитектуры сети САМ-ВОК представлен на рис.10.66. Представленный вариант имеет главный наблюдательный центр (ГНЦ) и несколько зональных центров наблюдения (ЗНЦ), в которых размещены TSC. TSC связаны с RTU, расположенными в стратегически важных пунктах сети.

ЗНЦ управляет всеми оптическими устройствами в своей зоне, а также выполняет следующие функции:

• собирает, обрабатывает и сохраняет данные от устройств мониторинга;
• в случае обнаружения неисправности волокон немедленно формирует сообщение и передает его в главный наблюдательный центр;
• проводит настройку и контролирует состояние всех подключенных к нему устройств;
• управляет и хранит сетевые данные, включая всю информацию по паспортам элементарных кабельных участков, в том числе длины волокна, кабеля, трассы, количество волокон в кабеле, состояние волокна (нормальное – деградированное – сломанное, контрольные рефлектограммы, расстояние до мест дефектов волокна;
• обновляет базу данных в случае изменений в топологии сети, вызванных ремонтом или переконфигурацией, проводит измерения для получения новых исходных рефлектограмм;
• содержит архив результатов измерений и т.п.

Вся перечисленная выше информация сохраняется в соответствующей базе данных, и может быть вызвана и отображена в ГНЦ в графической или табличной форме.

ГНЦ собирает всю информацию от ЗНЦ и при необходимости может отобразить на экране монитора рефлектограммы любых волокон. Кроме того, ГНЦ может выполнять функции ЗНЦ.

Связь между TSC и RTU может осуществляться по коммутируемым или выделенным линиям. В первом случае для установления связи необходимо набирать телефонный номер и ожидать несколько секунд для того, чтобы установилось соединение. Во втором случае связь поддерживается непрерывно для немедленного обмена информацией по выделенной линии или выделенному каналу (цифровому, ТЧ или др.). Модуль связи поддерживает все выше указанные типы соединений, интерфейсы V.24, RS-232, TCP/IP, X.25, а также V.11или G.703, и может легко конфигурироваться согласно типу канала связи. САМ-ВОК ориентированы на интеграцию в TMN, описанную стандартами и рекомендациями МСЭ и Т : М3010, М3000, Х.700, Х.711, Х.721, Х.722, - и предусматривают применение интерфейса Q3 или Q-адаптеров с поддержкой протокола CMIP в первом случае, или SNMP во втором.

Модуль доступа к оптическим волокнам RTU предназначен для подключения оптических рефлектометров к оптическим волокнам и, в зависимости от способа тестирования, может включать устройства спектрального уплотнения (WDM фильтры), оптический коммутатор и т.п. Пример подключения модуля оптического рефлектометра RTU к волокнам для контроля нескольких кабелей демонстрирует рис.10.67. Оптический коммутатор может быть интегрирован в корпус удаленного устройства или существовать как самостоятельное устройство управляемое RTU. В последнем случае появляется возможность соединять оптические коммутаторы, между собой образуя древовидную схему, увеличивая тем самым количество ОВ, которое может быть подключено к оптическому рефлектометру.

Известно два способа тестирования оптических кабелей по «темным» или пассивным волокнам и по активным волокнам. Согласно данным Bellcore около 80% всех неисправностей оптического кабеля обнаруживается САМ-ВОК при тестировании одного пассивного волокна (рис 10.68).

Данный метод тестирования является наиболее дешевым и является основным при наличии в ОК свободных волокон. Его отличительные особенности:

• требуется только одно волокно;
• для тестирования можно использовать любую длину волны;
• при инсталляции не приводит к перерыву действия связи;
• не требует модернизации рефлектометра и существующей системы связи;
• позволяет обнаруживать до 80 % неисправностей ОК.

В случае отсутствия свободных волокон в ОК или для контроля очень ответственных направлений используют способ тестирование активных, используемых для передачи трафика, оптических волокон (рис. 10.69).

При измерениях на активных волокнах длины волн, на которых работают система передачи (NTE) и оптический рефлектометр должны отличаться. В настоящее время на сетях связи РФ для передачи информации используются в основном две длины волны 1310 и 1550 нм. Поэтому для тестирования, возможно, использовать длину 1550 нм, когда трафик передается на длине 1310 нм или наоборот. В ближайшем будущем при внедрении на сетях РФ систем связи со спектральным уплотнением длины волн 1310 и 1550 нм окажутся в полосе усиления оптических усилителей, и для тестирования активных оптических волокон потребуется «внеполосная» длина волны. В качестве таковой МСЭ-Т рекомендует использовать длину волны 1625 нм. Она хорошо изолирована от длины волны 1550 нм и при этом обеспечивет такую же производительность оптического рефлектометра.

Для обеспечения совместной работы оптического рефлектометра и системы передачи на передающей стороне ВОЛС устанавливается мультиплексор с уплотнением по длине волны (Wavelength Division Multiplexer – WDM), объединяющий излучение лазеров системы передачи и рефлектометра, а на приемной стороне устанавливают блокирующий фильтр (F) необходимый для защиты приемника системы передачи от сигнала OTDR. Если WDM не обеспечивает требуемой развязки на передающей стороне, то необходимо устанавливать блокирующий фильтр также на входе OTDR для подавления помех от лазера системы передачи. Как показывает опыт, включение в линейный тракт системы передачи пассивных элементов – WDM, оптического коммутатора и фильтров приводит к увеличению затухания линии примерно на 1,5 – 2 дБ. Это обстоятельство приходится учитывать при использовании данного метода тестирования для ВОЛП, запроектированных без учета установки WDM и фильтров в виду того, что энергетический запас системы связи на ее линейную часть должен составлять не менее 3 дБ.

Характерные особенности метода тестирования активных ОВ заключаются в следующем:

• тестирование активных волокон, используемых для передачи данных;
• наличие возможности тестирования всех волокон ОК при использовании оптичского коммутатора;

В целях оптимизации использования модулей оптических рефлектометров RTU с учетом их динамического диапазона применяют следующие приемы размещения RTU. Соединение «точка-точка» (рис.10.70). В этом случае положение RTU оптимизируется под топологию сети таким образом, что затухание на прилегающих к удаленному устройству ЭКУ (А и Б) соответствует динамическому диапазону используемого в составе RTU оптического рефлектометра.

Сверхдлинное соединение «точка-точка» используют на протяженных ЭКУ . В частности, на подводных ВОЛП, где применяются оптические усилители на основе волокна легированного эрбием (EDFA - Erbium-doped fiber amplifier). Длина ЭКУ в этом случае может достигать 300 км. В тоже время динамический диапазон современных рефлектометров ограничен и составляет порядка 45 дБ. Поэтому для контроля состояния ОВ на таких участках приходится подключать RTU с обоих концов ЭКУ (рисунок 10.71). При этом динамический диапазон рефлектометров расположенных с разных сторон ЭКУ позволяет контролировать более половины участка.

Проключение коротких соединений (рисунок 10.72) используется в том случае, если сумма затуханий соседних ЭКУ и потерь на проключение меньше динамического диапазона оптического рефлектометра, используемого в составе RTU. Проключение может выполняться либо с помощью патчкорда, либо с помощью сварки, при этом проключаться могут от двух более ЭКУ.

Выбор оптимальных состава и архитектуры САМ-ВОК во многом определяется корректностью задания исходных данных. В частности архитектуры и топологии сети связи, данных о наличие или отсутствии свободных волокон, резервных волокон, обходных путей, параметров оптических кабелей, включая данные о действительных километрических затуханиях оптических волокон, протяженностей линий и элементарных кабельных участков, емкостей кабелей, а также данных об используемых видах связи, необходимости интеграции в TMN, структуре администрирования.

Помимо контроллера, модулей OTDR, модуля доступа и модулей связи RTU может быть оснащен дополнительными элементами. Например электрическим коммутатором, позволяющим управлять кроме OTDR другими устройствами (например, устройством дистанционного включения питания, датчиками температуры, влажности и т.д.).

Очевидно, что базовыми элементами САМ-ВОК являются модули OTDR RTU. В нормальном режиме они работают под автоматическим управлением с TSC. Важнейшим свойством САМ-ВОК является возможность при необходимости перехода на ручное управление модулями OTDR. Причем оператор может осуществлять управление с любого из пунктов размещения RTU и TSC, как непосредственно в пункте размещения модуля RTU, так и дистанционно. При этом доступны все функции, которые обеспечивает обычный автономный OTDR. А именно: обработка, анализ и производство измерений с возможностью выделения, сравнения и идентификацией отклонений текущей рефлектограммы от эталонной, различные функции измерений, включая измерение потерь, затухания отражений и расстояний, автоматические измерения с обнаружением порогов, полуавтоматические измерения с расстановкой маркеров, ручные измерения с курсорами, локализация стыков, отражений и обнаружение конца волокна, распознавание «фантомов» и т.д. Эта возможность обеспечивает сокращение времени локализации места неисправности и времени выполнения аварийно-ремонтных работ в целом, а также оптимизацию состава специалистов и сокращение требуемого количества высокопрофессиональных измерителей.

Выбор оптимальных состава и архитектуры САМ-ВОК во многом определяется корректностью задания исходных данных. В частности архитектуры и топологии сети связи, данных о наличие или отсутствии свободных волокон, резервных волокон, обходных путей, параметров оптических кабелей, включая данные о действительных километрических затуханиях оптических волокон, протяженностей линий и элементарных кабельных участков, емкостей кабелей, а также данных об используемых видах связи, необходимости интеграции в TMN, структуре администрирования.

Инсталляция САМ-ВОК требует значительных затрат, однако как показывает практика, они достаточно быстро окупаются. В дальнейшем, очевидно, учитывая рост объема передаваемой информации и ее роли в развитии общественной жизни, обеспечить все возрастающие требования к качеству и надежности связи на ВОЛП без САМ-ВОК будет практически невозможно.