Система администрирования волоконно-оптических кабелей “ORION”

1. Предпосылки внедрения автоматизированных систем администрирования волоконно-оптических кабелей.

Согласно статистике объем передаваемой в мире информации и оказываемых услуг связи увеличивается по экспоненциальному закону, при этом реальный спрос постоянно превышает прогнозируемый. Очевидно, что сложившаяся ситуация эффективно стимулирует исследования и разработки по совершенствованию систем связи и телекоммуникаций, приводя к появлению новых технологий, направленных на возможность передачи больших объемов различной информации с более высоким качеством. Одной из таких технологий, наиболее перспективных в аспекте обеспечения высокой пропускной способности, является передача информации в виде оптических сигналов по оптическому волокну.

Постоянный рост потребности в широкой полосе пропускания каналов связи привел к значительному росту объемов прокладки волоконно-оптических кабелей по всему миру. Интенсивное развитие волоконно-оптических линий связи, высокая конкуренция операторов связи и высокая стоимость передаваемых по линиям связи информационных ресурсов выдвигают на ведущие позиции задачу централизованного контроля за сетевым волоконно-оптическим кабельным хозяйством с целью его документирования, своевременного обнаружения и скорейшего устранения повреждений, возникающих в волоконно-оптических линиях связи. Это обусловлено тем, что последовательность простоев линий связи сокращают доходы операторов, ухудшают их репутацию, уменьшают приток инвестиций, снижают параметр качества обслуживания. В связи с этим 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.

Сложность задачи поддержания сетей связи в работоспособном состоянии растет с такой же скоростью, с какой падает эффективность традиционной стратегии технической эксплуатации, профилактики повреждений линий связи и ремонтно-восстановительных работ при возрастании стоимости данных мероприятий. Вот только часть вновь возникающих задач, встающих сегодня перед операторами связи:

• быстрый рост волоконно-оптических сетей вызывает проблемы их документирования, поддержания в исправном состоянии и контроля состояния;
• растущая конкуренция заставляет пристальней взглянуть на проблемы качества предоставляемых услуг;
• оптимизация количества инженерно-технического персонала (поскольку с ростом сети не рационально пропорционально увеличивать штат сотрудников) требует определенной автоматизации процессов инсталляции и контроля за ВОЛС.

Для решения этих задач операторам связи необходимо обеспечить централизованность системы управления и сбора информации об авариях на сети, внедрять системы документирования и мониторинга волоконно-оптических линий связи. Все эти мероприятия обеспечивают получение своевременной и детальной информации о статусе сети.

Наиболее эффективно эту задачу решают автоматизированные системы администрирования волоконно-оптических кабелей, включающих систему удаленного контроля оптических волокон (RFTS – Remote Fiber Test System), программу привязки топологии сети к географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. Эти системы одновременно решают задачи документирования волоконно-оптического кабельного хозяйства, оперативного обнаружения и локализации повреждения ВОК, прогнозирования повреждения оптических волокон на основе сравнения накопленной в процессе тестирования информации, отображения волоконно-оптической сети на электронную географическую карту местности.

Независимо от метода контроля оптических волокон, система должна обеспечивать:

• дистанционный контроль пассивных и активных волокон оптических кабелей;
• точное и своевременное документирование и составление отчетности;
• автоматическое обнаружение неисправностей с указанием их точного местоположения;
• контроль и управление процессом оповещения о повреждении оптических кабелей;
• проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме;
• прогнозирование изменений параметров оптических кабелей.

2. Автоматизированная система администрирования волоконно-оптических кабелей ORION

Дистанционный контроль оптических волокон выполняется оптическим импульсным рефлектометром, диагностирующим состояние волокна по обратному рассеянию световой волны при введении в волокно зондирующих импульсов. При этом система позволяет производить мониторинг как свободных, так и занятых волокон. В первом случае выполняется мониторинг свободных резервных оптических волокон, по состоянию которых судят об исправности всего волоконно-оптического кабеля. Во втором случае производится мониторинг оптических волокон, по которым передается трафик цифровых систем передачи. Для реализации данного метода тестирования используется рабочая длина волны рефлектометра, отличная от рабочей длины волны Цифровой системы передачи (ЦСП), а в схему сети мониторинга вводится ряд пассивных оптических компонентов для мультиплексирования и разделения сигналов от ЦСП и рефлектометра.

Система администрирования волоконно-оптических линий связи Orion компании GN Nettest Fiber Optic Devision, является одной из наиболее передовых систем имеющих перечисленные возможности. Это подтверждает тот факт, что из всех эксплуатирующихся в настоящее время систем аналогичного назначения, подавляющим большинством являются системы Оrion. Данная система установлена в таких телекоммуникационных компаниях мира, как National Fiber Network, ADC Telecommunications и АТ&Т Network Systems (США), Telsetra (Австралия), Telemig (Бразилия), Bezeq (Израиль), SANEF и SNCF (Франция), FTZ (Германия), Telia AB (Швеция) и др.

Orion позволяет диагностировать нарушения оптических кабелей различными методами и отличается от аналогичных систем, использованием в ней оптического рефлектометра с наивысшим разрешением и динамическим диапазоном, равным 46 дБ на длине волны 1550 нм и 41,5дБ на длине волны 1625 нм. Специальные методы обнаружения, нарушений позволяют проводить тест 20 оптических волокон длиной 150 км и больше, менее чем за 12 минут, а благодаря расширенному диапазону (Extended Range — ER) режима контроля оптических волокон, система Orion позволяет обнаружить нарушения кабелей на расстоянии до 300 км, что недостижимо при использовании любого существующего OTDR.

2.1 Состав оборудования системы

Основу архитектуры данной системы составляют:

• Устройство управления системой мониторинга (Test System Controller) — TSC;
• Устройства удаленного тестирования оптических волокон – RTU StarProbe;
• Устройства доступа тестирования оптических волокон – OTAU StarPath.

TSC представляет собой персональный компьютер (ПК) с операционной системой Windows или UNIX и прикладным программным обеспечением администрирования кабельной сети StarGuide, имеющим интуитивно ясный человеко-машинный интерфейс. TSC может выполняться в следующих конфигурациях:

• Для одного пользователя — на ПК компьютер под Windows 95 или Windows NT.
• Для рабочей группы — на сетевом компьютере под Windows NT или Novell, обеспечивая многопользовательский доступ с поддержкой до шести одновременно работающих пользователей.
• Для предприятия — на РС под Windows NT или на рабочей станции SunSparc под UNIX и поддерживает множество клиентов с конкурентным доступом используя протокол ТСР/IР для удаленного доступа через сети общего пользования с персонального компьютера, имеющего клиентское программное обеспечение.

RTU StarProbe выполнен на основе последней технологической разработки GN Nettest – оптического рефлектометра TD-3000 отличающегося наивысшим разрешением и динамическим диапазоном. В состав RTU введен компьютер, обеспечивающий хранение базы данных по

Ремонтная бригада может проконтролировать качество устранения повреждения ВОК при помощи LAM. Другим средством входа с систему является опция сопровождения удаленного доступа (Remote Maintenance Access-RMA), которая обеспечивает дистанционный доступ к системе из любой точки сети. Модуль RTU монтируется в стандартную 19” или 23” стойку и может закрываться на ключ для препятствования несанкционированного доступа к нему.

Имеется в наличии широкая номенклатура оптических модулей с различными техническими параметрами для удовлетворения различных потребностей заказчиков.

OTAU StarPath представляет собой оптический переключатель — модуль доступа для контроля оптических волокон, позволяющий сформировать необходимое число портов подключения волокон к RTU. Данные модули могут быть сконфигурированы в почти бесконечном наборе комбинаций, в связи с чем, они позволяют обеспечить наиболее эффективное и легко расширяемое покрытие кабельной сети. Помещая OTAU в узлах дерева сети, один RTU может обеспечить мониторинг до 500 волокон, что в зависимости от структуры сети позволяет значительно снизить стоимость всей системы. Управление и конфигурирование OTAU может осуществляться дистанционно от RTU, а связь между RTU и OTAU обеспечивается в соответствии со стандартом Bellcore по TL-1 протоколу, что позволяет использовать OTAU других производителей. Есть возможность управления по коммутируемой телефонной линии. Модуль OTAU также монтируется в стандартную 19” или 23” стойку.

2.2 Связь между компонентами системы ORION

В системе Orion предусмотрены следующие средства связи между TSC и любым из удаленных мест:

• по телефонной линии посредством модемов с V. 24 протоколом ;
• через сеть Ethernet с WAN/LAN посредством TCP/IP протокола;
• прямая связь с удаленным оборудованием, используя последовательный порт с RS-232C протоколом;
• Ethernet/Х.25 связь.

Широкий выбор средств связи в системе Orion обеспечивает большую гибкость технических решений при одновременном использовании различных видов связи в разных областях контролируемой сети и при последующем ее обновлении и развитии.

Ввиду того, что система Orion является модульной системой, она легко адаптируется к многочисленным конфигурациям сети, сетям телекоммуникаций, сигнальным системам и требованиям организации контроля волоконно-оптических кабелей. Orion способна охватить сеть площадью 300 000 км² и позволяет автоматически контролировать её на протяжении многих лет в течение 24 часов в сутки.

2.3 Методы контроля оптических кабелей

Как было отмечено выше, контроль оптических кабелей (ОК) по пассивным оптическим волокнам основан на тестировании резервного волокна ОК при длине волны .»траф оптического сигнала трафика, независимо от длины волны .»тест тестирующего оптического излучения.

При этом по состоянию контролируемого резервного оптического волокна судят об исправности всего кабеля, и, по некоторым данным этот способ мониторинга ВОК обеспечивает выявление около 90% нарушений кабеля. Однако, для своевременного и гарантированного обнаружения отклонений параметров контролируемых ВОК оптимальным считается контроль как минимум двух волокон в кабеле.

В последнее время ввиду роста темпов возрастания объемов передаваемой информации все большее распространение получает другой способ мониторинга – по активным 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 целесообразно использовать .»тест = 1550 нм при длине волны .»траф= 1310 нм, или .»тест = 1310 нм – при передаче на длине волны .»траф= 1550 нм. В то же время по экономическим соображениям, вызванным необходимостью увеличения емкости каналов передачи данных, часто используются обе указанные длины волн, поэтому в последнем случае для контроля необходимо использовать иную длину волны, например .»тест = 1625 нм, которая 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 (рис. 7) вводятся WDM – оптический мультиплексор с разделением по длинам волн, объединяющий длину волны тестирующего излучения с длиной волны передачи трафика от сетевого оборудования, а для исключения взаимного влияния процессов передачи данных и контроля оптического волокна в схему мониторинга вводятся фильтры LPF и SPF. Последние предотвращают попадание тестирующего излучения на вход приемного оборудования аппаратуры передачи данных (МВВ – мультиплексор ввода-вывода), а излучение информационного сигнала – на OTDR.

Дальнейшим развитием 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 мультиплексоров по длине волны – WDM. При таком решении одна длина волны может использоваться для тестирования волокна, а остальные – для передачи данных.

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 оптических мультиплексоров и фильтров. Применение этого метода оказывается целесообразным для тестирования оптических волокон, по которым передается важная информация, а также когда для передачи данных задействованы все волокна в кабеле.

2.4 Работа системы

Ввиду того, что работа системы автоматического администрирования основана на рефлектометрических измерениях контролируемых волокон, то работа с ней фактически является работой с OTDR в режиме дистанционного управления и поэтому не требуется глубоких знаний по работе на компьютере. Прикладное программное обеспечение StarGuide позволяет производить измерения, обрабатывать и анализировать их, имея в своем распоряжении широкие возможности выделения и идентификации отклонений текущей рефлектограммы относительно эталонной.

В распоряжении пользователя имеются различные функции измерений:

• измерения потерь, отражений и расстояния до этих событий;
• измерение ORL;
• автоматическое измерение с обнаружением оптических событий, параметры которых превышают установленные пороги их обнаружения; полуавтоматическое измерение с маркерами; ручное измерение с курсорами;
• локализация случаев нарушения соединений, отражений и обнаружение конца волокна;

При этом результаты измерений могут быть представлены как в графической, так и в табличной форме.

Orion имеет в своем распоряжении функцию, которая позволяет производить трассировку ВОЛС по географической карте, и визуализацию местоположения нарушения, обеспечивая 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 тревоги, создания новой связи, нанесения на карту различных объектов и т.д., повышая точность привязки трассы ВОК к местности.

При работе с системой, в соответствии с установившейся практикой испытаний и индивидуально для каждого контролируемого волокна, задаются:

• условия выполнения:
  • немедленно по запросу, периодически или по заданному расписанию;
  • когда происходит тревога (при подключении оборудования сигнализации ЦСП к сухим контактам реле RTU);
• пороги обнаружения нарушений при сравнении первичной и эталонной рефлектограмм;
• критерии сравнения первичной и эталонной рефлектограмм;
• параметра тестирования оптических волокон:
  • диапазон/разрешение;
  • длина волны;
  • длительность импульса;
  • коэффициент преломления волокна;
  • количество усреднений в зависимости от типа тестирования.

В процессе мониторинга выполняется автоматическое обнаружение нарушений оптического кабеля в следующей последовательности:

• снятие рефлектограммы и ее сравнение с эталонной по заданным критериям и порогам обнаружения повреждений;
• обнаружение отклонения параметров полученной рефлектограммы;
• установление связи с TSC и передача данных о тестировании и результатах его анализа;
• на TSC анализируются полученные данные, локализуется место повреждения, выводится визуальное и звуковое сообщение об аварии с указанием даты, времени, вида повреждения, информации о месте неисправности. Также происходит отображение аварии на географической карте местности. Есть возможность просмотра аварийной рефлектограммы для получения более детальной информации об аварии.

При прогнозирующем обслуживании выполняется регулярное автоматическое накопление в базе данных характеристик и результатов измерений оптических волокон (ослабления, потерь, рефлектограмм и др.), что в свою очередь позволяет:

• идентифицировать и устранять нарушения прежде, чем возникнет авария, приводящая к перерыву в связи;
• контролировать качество оптических кабелей во времени;
• проводить вычисления по нескольким индикаторам качества;
• устанавливать статус сети.

Чтобы гарантировать непрерывность обслуживания, система Orion обеспечивает функцию импорта рефлектограмм OTDR предыдущих версий, а так же других файлов Bellcore формата.

Каждая из рассмотренных процедур имеет свой уровень приоритета, который при необходимости может быть изменен. Изначально, наивысший приоритет устанавливается для процедуры ввода и изменения базы данных об оборудовании системы, тестируемых волокнах, параметров их тестирования, порогов обнаружения повреждений. Кроме этого администратор системы может устанавливать приоритеты для каждого пользователя и определять группы санкционированных пользователей. Для некоторых групп приоритеты являются общими и наследуются подгруппами, а с целью фиксации попыток связи система организует соответствующий файл. Пользователь с более низким уровнем приоритета имеет возможность проводить тестирование по требованию, а также просматривать результаты измерений. Разграничение полномочий пользователей позволяет предупредить несанкционированной изменение конфигурации системы, параметров тестирования оптических волокон и других данных неквалифицированным пользователем, злоумышленником или другим персоналом, недопущенным к процессу конфигурирования системы.

3. Выводы

Обобщая вышеизложенное, отметим, что использование автоматизированной системы администрирования ВОК позволяет обеспечить автоматическое обнаружение, точную локализацию и индикацию на географической карте возникшей неисправности ВОЛС, позволяя немедленно направить ремонтную бригаду для проведения восстановительных работ и минимизировать время устранения нарушений оптических кабелей, к которым можно отнести:

• обрывы кабеля, обусловленные строительными работами, пожаром, автодорожными и железнодорожными авариями, стихийными бедствиями или саботажем;
• неисправности, вызванные выходом из строя компонентов ВОЛС, некачественными сварными соединениями, увеличением потерь из-за попадания влаги в кабель нарушением коммутаций в сети и др.

Внедрение системы автоматического мониторинга неразрывно связано с созданием базы данных кабельного хозяйства волоконно-оптической сети. Ввиду ее централизованности, гибкой наращиваемости и конфигурируемости это способствует повышению степени оперативности управления сложными и разветвленными ВОЛС, упрощению задач документирования новых прокладываемых кабелей и изменения статуса уже существующих.

Компоненты системы имеют модульную конструкцию с широким спектром различных конфигураций и наборов интерфейсов, поэтому система мониторинга легко внедряется в любую телекоммуникационную сеть, наращивается и подстраивается под ее текущие изменения.

С растущей конкуренцией в телекоммуникационной индустрии более явно вырисовывается проблема постоянного поддержания высокого качества предоставляемых услуг. Система Orion позволяет оптимизировать среднее время восстановления ВОЛС при отказе и способна идентифицировать неисправности ВОК до того, как они повлияют на качество связи. Таким образом она обеспечивает высокий уровень сервисного обслуживания волоконно-оптической сети связи, сохраняя инвестиции и способствуя повышению качества обслуживания конечных пользователей.

Система Orion обеспечивает эффективное использование человеческих ресурсов. Когда возникает неисправность, то система обнаруживает ее и локализует. Восстановительная бригада отправляется непосредственно к месту повреждения с наличием подробной информации по данной аварии. Так как вследствие этого время восстановления значительно сокращается, то человеческие ресурсы могут распределяться более эффективно и, в конечном итоге, сокращается стоимость поддержания работоспособности и высокой надежности системы связи.