CC BY
13ДИСТАНЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАССИВНЫХ ВОСП
12 3
Новикова Д.А. , Корчагина А.А. , Кондратов А.В.
1Новикова Дарья Андреевна - студент;
2Корчагина Анна Андреевна - студент;
3Кондрашов Андрей Владимирович - студент, специализация: телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта, кафедра автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте, Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва
Аннотация: в статье анализируется система удаленного тестирования оптического волокна (RFTS). Ключевые слова: оптический кабель, мониторинг, тестирование ВОК.
В настоящее время волоконно-оптические кабели считаются самой востребованной и совершенной физической средой для передачи информации, поэтому была создана система удаленного тестирования оптического волокна (remote fiber test system - RFTS), которая автоматизирует процессы выявления, определения местонахождения и исправления неполадок удаленных объектов тестирования.
Без мониторинга высокоскоростные услуги подвергаются риску, а нарушение связи может влиять на пользователей. При внедрении САМ-ВОК эксплуатация получает прогнозирующий контроль, 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, планировать ремонтно-восстановительные работы и сокращать простои.
Системы поддерживают следующие функции:
• управление документированием линейно-кабельных сооружений;
• установка индикаторов качества (порогов);
• прогнозирование повреждений линии;
• обнаружение повреждений оптических волокон, сигнализация об аварии, определение места повреждения;
• выявление тенденций изменения параметров волокна;
• дистанционное управление.
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.
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.
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 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, то место повреждения оптического волокна отмечается на трассе прокладки кабеля, на карте местности и также отображается на экране монитора оператора. Также место повреждения отображается на паспорте участка линии, с указанием всех необходимых привязок. Также оператор может сравнивать файлы из архива или другого рефлектометра, сохранять и архивировать изображения, автоматически находить события, изменять их. Использование RTU позволяет установить источники увеличенных оптических потерь и устранить их до возникновения неисправности. Во внутренней памяти может быть запомнено до 10000 изображений для дальнейшего архивирования и нахождения критических точек.
В общем случае в состав системы мониторинга 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.
Оптическое волокно может использоваться не только как линия передачи данных, но и как протяженный чувствительный элемент, способный детектировать изменения различных величин. Для мониторинга используют различные типы приборов:
1. DTS (Distributed Temperature Sensing) — система распределенного мониторинга температуры. Блок обработки получает данные о величине рассеяния по длине оптического волокна. При этом сама волоконно-оптическая линия представляет собой по сути тысячи точечных датчиков, что является преимуществом таких систем. Для системы контроля температуры и токовых нагрузок силовых кабелей в броню силового кабеля вместо одной из проволок помещается стальной оптический модуль с волокном, по которому производится мониторинг.
2. DSS (Distributed Strain Sensing) — система распределенного мониторинга напряжений, возникающих в волокне. Блок обрабатывает сигналы и определяет степень удлинения волокна в каждой его точке по длине линии. Системы акустического мониторинга по ОКГТ или ОКФП позволяют по характерным звуковым событиям достоверно локализовать место удара молнии или возникновения КЗ. Система акустического мониторинга может работать как по ОКГТ, так и по ОКФП, «слыша» подъезд техники, воздействие на опоры.
3. DAS (Distributed Acoustic Sensing) — система распределенного мониторинга акустических сигналов. Оптическое волокно при этом играет роль протяженного виртуального микрофона. По сути блок обработки сигналов позволяет понять, что происходит в линии, когда нет возможности увидеть это. В ОКГТ или ОКФП одно из волокон помещают в преднатянутом состоянии, чтобы при возникновении нагрузок на грозотрос или фазный провод в результате воздействия льда или ветра, волокно не подвергалось удлинению. Преднатянутое волокно при любом изменении нагрузки сразу же начинает удлиняться, что своевременно фиксирует система.
Тестирование оптических кабелей по «темным» или пассивным волокнам
Согласно данным Bellcore около 80% всех неисправностей оптического кабеля обнаруживается САМ-ВОК при тестировании одного пассивного волокна. При применение данного метода необходимо дублирование инфраструктуры контроля гипотетического волокна, отражающего свойства всего кабеля. Такое тестирование является наиболее дешевым и является основным при наличии в ОК свободных волокон.
Схема организации контроля ОК по пассивным оптическим волокнам показывает, где ТХ (Transceiver) и RX (Receiver), соответственно передающее и приемное сетевые устройства, RTU (RemoteTestUnit) - устройство удаленного контроля оптических волокон, a OTAU (OpticalTestAccessUnit) - оптический переключатель, обеспечивающий доступ к контролируемым волокнам.
Варианты организации систем мониторинга
В настоящее время наиболее широкое распространение получили три варианта, отличающихся друг от друга своими возможностями:
- мониторинг осуществляется с помощью источника излучения на одном конце линии и приемника на другом, в этом случае при возникновении «аварии» на линии определяется участок, на котором произошел обрыв оптического кабеля или возникло дополнительное затухание, однако в такой системе невозможно определить месторасположение «аварии»;
- мониторинг осуществляется с помощью оптического рефлектометра (классическая система RFTS), в этом случае определяется и проблемный участок кабеля, и месторасположение «аварии»; однако в такой системе существует значительная временная задержка между измерениями волокон (до 10 мин и более), необходимая в работе рефлектометра;
- система ARFTS - Advanced Remote Fiber Test System является комбинаций двух предыдущих, то есть непрерывный мониторинг всех участков оптического кабеля осуществляется с помощью источника излучения на одном конце линии и приемника на другом, в случае возникновения «аварии» на линии с помощью пары «передатчик-приемник» в короткий промежуток времени определяется проблемный участок ВОК и уже после этого проводится измерение затухания на этом участке с помощью рефлектометра.
Выбор оптимального состава и архитектуры САМ-ВОК 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.
Список литературы
1. Горлов Н.И. Организация строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий передачи. Часть 2. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий передачи: учебное пособие, 2017. 434 а
2. Ефанов В.И. Проектирование, строительство и эксплуатация ВОЛС: учебное пособие, 2012. 102 с.
