Система мониторинга волоконно-оптических линий связи

Введение

Интенсивное развитие современных телекоммуникационных сетей, их мультисервисная многоуровневая структура и сложная разветвленная топология, выдвигают новые требования к принципам эксплуатации сетей связи. Наиболее эффективно задачи эксплуатации решают автоматизированные системы мониторинга телекоммуникаций, обеспечивающие в реальном режиме времени централизованный контроль работоспособности сети, обнаружение неисправностей с возможностью их прогнозирования и минимизации времени устранения.
Волоконно-оптические сети связи (ВОСС) уверенно наращивают свою мощь и, как любая другая сложная техническая система, для нормального функционирования требуют измерения и контроля своих параметров. В настоящее время решение задач измерения параметров волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) обеспечивают оптические рефлектометры, мультиметры и другие измерительные приборы, которые находятся на вооружении монтажных и эксплуатирующих подразделений.
Однако в современных ВОСС для этих целей все шире используются автоматизированные системы мониторинга.
Одним из основных эксплуатационных факторов, позволяющих прогнозировать ухудшение характеристик оптических волокон и обеспечивать требуемый уровень надежности ВОЛС, является непрерывный мониторинг ОК ВОЛС. При этом системы мониторинга ОК ВОЛС должны предусматриваться уже на этапе планирования и проектирования современных цифровых сетей связи . Это особенно важно и актуально для ВОЛС на воздушных линиях электропередачи (ВОЛС-ВЛ), применяемых при создании больших корпоративных сетей связи крупными энергокомпаниями.


1.1Функции, реализуемые СМ ВОЛС

Развитие волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и необходимость обеспечения их безотказной работы обусловило необходимость централизованного мониторинга, документирования и контроля оптических сетей, а также оперативного выявления предаварийного и аварийного состояний сети, прогнозирования появления событий в сети. Наиболее эффективно эта задача может быть решена с помощью системы автоматического мониторинга оптических волокон (ОВ) |1|, которая представляет собой комплекс программно-аппаратных средств для мониторинга, документирования и контроля ОВ. При этом система мониторинга может быть предусмотрена уже на этапах планирования и проектирования сети, особенно больших корпоративных или магистральных сетей |2|.
Система мониторинга ВОЛС представляет собой стационарную систему наблюдения, обеспечивающую удаленную диагностик)' параметров ВОЛС. В основе системы лежит использование элементарных приборов на основе измерительных модулей, в составе которых присутствует рефлектометр (OTDR) и коммутатор. Тестовое оборудование подключается к сети через оптические коммутаторы. Система мониторинга обладает специальным программным обеспечением, возможностями дистанционного контроля, содержит возможности интеграции в геоинформационные системы, что позволяет гибко адаптировать систему к требованиям заказчика, сохраняя ее функциональности, а также быстро интегрировать ее в различные платформы TMN.
Система мониторинга ВОЛС обеспечивает мониторинг параметров рабочей сети без нарушения ее связности и функционирования. Она обнаруживает неисправности и сообщает ремонтной бригаде, что именно и где произошло. Непрерывный контроль за сетью помогает обнаружить и предотвратить несанкционированный доступ к сети. В результате система теоретически позволяет максимально эффективно работать персоналу службы эксплуатации.
Вот лишь некоторые задачи, которые позволяет решить система мониторинга ОВ:
1. Повышение надежности функционирования ВОЛС за счет выявления предаварийного состояния ОВ волоконно-оптического кабеля, прогнозирования развития дефектов и деградации ОВ.
2.Уменьшение времени восстановления связи при проведении аварийно-восстановительных работ за счет быстрой и точной локализации очага аварии и отображения его на географической карте.
3.Оперативная и точная локализация повреждения и отображение этого события на местности. Интеграция с гео-информационной системой (ГИС).
4.Ведение статистики изменений параметров ОВ.
5.Проведение испытаний одним квалифицированным пользователем.
6.Уменьшение затрат на эксплуатацию оптических линий за счет сокращения обслуживающего персонала и парка оборудования, автоматизации процессов контроля и диагностики ВОЛС.
7.Усиление безопасности передачи данных за счет возможности обнаружения несанкционированного доступа к ВОЛС.
8.Улучшение динамики и качества развития сети передачи данных за счет облегчения управления ее ресурсами, планирования ее развития и проведения контрольных испытаний.
Проблема надежности и безопасности функционирования оптических линий связи является многогранной и включает целый комплекс вопросов. Одним из основных, позволяющим вести статистику изменения параметров волокна, прогнозировать ухудшение его характеристик и обеспечивать требуемый уровень надежности ВОЛС, является непрерывный автоматический мониторинг оптических линий.

1.2 Принцип осуществления мониторинга

Принцип диагностики состояния ВОЛС основывается на постоянном сравнении текущих и эталонных рефлектограмм. Таким образом, системы мониторинга ВОЛС обнаруживают неполадки и деградацию оптического волокна, изучают негативные тенденции в ухудшении его параметров на сети в целом и на отдельных участках, а также выявляют различные аномалии.
Обычно производители систем мониторинга ВОЛС указывают на следующие принципы функционирования своих систем:
■RTU (блоки дистанционного тестирования) системы устанавливаются в стратегических точках волоконно-оптической сети, покрывая как можно большую ее часть. Каждый RTU состоит из мощного оптического рефлектометра и оптических переключателей (коммутаторов), подключающих к нему отдельные волокна;
■сбор данных с каждого волокна, подключенного к оптическому переключателю, происходит 24 часа в сутки 7 дней в неделю (впрочем, можно установить любой график тестирования). Каждая снятая рефлектог- рамма сравнивается с эталонной рсфлекто- граммой, отражающей нормальное рабочее состояние данного волокна;
■при установке системы мониторинга ВОЛС для каждого волокна задаются верхний и нижний пороги потерь. При превышении этих порогов в рабочем режиме система мониторинга автоматически посылает сигнал тревоги дежурному ремонтной бригады. Этот сигнал может также содержать дополнительную информацию — дату и время возникновения неисправности, оптическое расстояние до события, величину потерь, номер неисправного кабеля и волокна и т

. д.;
■сообщения о состоянии сети RTU отсылают на центральную станцию (сервер) — центральный блок управления (CTU). CTU сохраняет эту информацию в базе данных для дальнейшей обработки. Он также обеспечивает пользователям, находящимся в любом месте, доступ к RTU и к станциям контроля сети;
■в центре системы CTU действуют несколько прикладных экспертных систем, позволяющих выполнять в автоматическом режиме все функции эксплуатации ВОЛС: контроль неисправностей и их локализация через ГИС, ведение автоматического журнала службы эксплуатации, анализ динамики изменения параметров волокон на разных участках и предсказание их поведения;
■обычно CTU имеет открытую архитектуру, что позволяет удобно интегрировать его в любые системы OSS в качестве одной из подсистем контроля ресурсов (подсистема Inventory).
Внешне кажется, что решение в виде системы мониторинга ВОЛС является идеальным для нашей проблемы. Это и отражается в брошюрах компаний, которые предлагают такое решение.
Если взглянуть пошире то окажется, что решение проблемы контроля кабельного хозяйства с использованием системы мониторинга обречено на провал. Для того, чтобы при помощи системы мониторинга контролировать кабельное хозяйство оператора, каждое волокно системы, каждый кабель и каждое направление должно быть подключено к системе мониторинга. Существуют различные варианты оптимизации, например:
■ подключение к системе не всех волокон, а только одного волокна из кабеля, так что количество волокон под мониторингом уменьшается;
■ установление RTU только в точках, где состояние волокна наиболее важно для оператора.
Но все перечисленные варианты оптимизации ограничивают наше решение. Не все кабельное хозяйство оказывается контролируемым, а только часть его. Принципиально это ничем не отличается от регламентных измерений, если только не выкидывать их результаты.
В условиях современного рынка России и уровня зарплат инженеров системы мониторинга ВОЛС существенно проигрывают системам «классической» эксплуатации с регламентными измерениями. Обычно стоимость системы мониторинга ВОЛС составляет 30-40 тыс. долл на узел сети, тогда как цена рефлектометра составляет 10- 15 тыс. долл. Оператору легче посадить сотрудника с рефлектометром подмышкой на каждый узел и платить зарплату этому сотруднику чем развертывать систему мониторинга.
Важное преимущество системы мониторинга ВОЛС, которое отражается во всех рекламных материалах — это минимальное время диагностики неисправности. Обычно время диагностики неисправности в системе мониторинга составляет 3 мин, тогда как обычными методами — от 20 мин. до двух часов. Преимущество налицо. Но на поверку это преимущество оказывается более чем спорным. Само по себе время диагностики для эксплуатации не имеет ценности. Этот параметр может только влиять на общую надежность работы сети. Как известно, надежность сети связана с общим временем простоя кабеля из- за неисправности. Но это время представляет собой сумму из времени диагностики и времени устранения неисправности. Если же мы сравним время диагностики и время устранения неисправности в отечественной практике, то окажется, что эффект оптимизации поиска точки обрыва кабеля «тонет» в общем времени устранения неисправности, которое варьируется от 3-4 часов до 2-4 суток при российских просторах. Если к тому же дополнительно учесть, что в современных системах передачи широко используется резервирование, а система SDH переключается на резерв в течение 50 мс, то становится понятно, что при любом решении время простоя системы передачи (не кабеля!) будет вообще одинаковым.
Не с этой ли спорной эффективностью связан тот факт, что в настоящее время из более чем 10 производителей систем мониторинга ВОЛС в 80-90-е гг. на мировом рынке осталось только два? Возможно, первое очарование идеей сменил трезвый расчет? В любом случае, трезвый взгляд показывает, что путь контроля волоконно-оптической кабельной системы с использованием системы мониторинга оказывается если не тупиковым, то очень тернистым. Тогда действительно кажется, что мы имеем дело с «проклятым вопросом».

1.3 Элементы системы СМ ВОЛС

Для решения проблем СМ ВОЛС особенно ценным преимуществом является первое: единый взгляд на волоконно-оптическую кабельную систему. Если бы у оператора была постоянная информация о состоянии каждого элемента ВОЛС сети - это была бы мечта оператора. В контексте рассматриваемой проблемы нужно ещё добавить, что системы техучета Л КС различаются по глубине представления данных о компонентах сети. Можно условно выделить четыре уровня глубины представления:
■техучет наличия элемента (здесь имеется муфта такого типа);
■техучет состояния (здесь имеется муфта такого типа для оптического кабеля, она вносит затухание в 0,2 дБ);
■техучет состояния с историей (здесь имеется муфта такого типа для оптического кабеля. она вносит затухание в 0.2 дБ. но полгода назад затухание было 0,18 дБ. год назад 0,17дБ и т.д.);
■техучет ресурсов сети, когда помимо техучета пассивных элементов система имеет OSS-приложения, позволяющие брать данные от устройств о состоянии ресурса, например, свободных каналах в системе передачи или абонентской емкости и тл. Такие системы в их наиболее совершенных проявлениях часто называют OSS Inventory.
■Перечисленные четыре уровня отражают международное понимание вопросов построения системы техучета. так что можно уверенно отобразить перечисленные четыре уровня в историческую плоскость и обозначить как четыре поколения систем.
Кстати, то, что все отечественные разработки систем техучета пока относятся к первому поколению, показывает, насколько мало проработаны вопросы техучета в отечественной практике.
Вполне естественно, что, в зависимости от глубины представления (поколения системы), база данных становится все более разветвленной, но и система техучета становится более функциональной. Например, если в системе ведется история состояния оптической муфты, то интеллектуальное приложение над базой данных вполне может предоставить оператору отчет, включающий обоснованный план замены муфт, находящихся в критическом или по- лукритическом состоянии. Такая функция называется в системах OSS Provisioning - предсказание состояния сети.
Можно представить, каким образом работает система Provisioning как надстройка над системой техучета. Если в системе техучета сохраняется эволюция параметров каждого элемента, и установлены пороги предельно допустимых величин этого параметра, то можно сделать многое:
■1.в системе могут быть заданы два порога
(«желтый свет» - minor alarm или предупреждение и «красный свет» - major alarm или авария)