СибГУТИ улучшил скорость и надежность оптоволоконной связи

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики подвел первые итоги выполнения научной части государственного задания за 2025 год. В частности, ученые СибГУТИ добились серьёзных успехов в двух ключевых областях технологий оптоволоконной связи: увеличении скорости передачи данных по оптоволоконным кабелям и повышении надежности этих систем. Руководит исследованием доктор технических наук, профессор В.А. Варданян.

В проекте участвуют ведущие эксперты университета с кафедр фотоники в телекоммуникациях, инфокоммуникационных систем и сетей и систем автоматизированного проектирования. В команду проекта входят доктора наук В.А. Варданян, Н.И. Горлов и В.П. Шувалов, кандидат наук И.Г. Квиткова, научные сотрудники А.Н. Сычук, А.С. Максимов и инженеры Д.Н. Сергеев, И.Ю. Шаталов.

Чего хотят добиться ученые?

• Сделать интернет быстрее: увеличить пропускную способность существующих оптоволоконных сетей с помощью передовых технологий когерентной оптики (более точная передача сигналов), оптических усилителей и современных цифровых методов обработки сигналов.
• Сделать связь надежнее: разработать способы оценки и прогнозирования надежности оптоволоконных линий при разных сценариях их обслуживания и ремонта.
• Улучшить контроль: создать точные методы и алгоритмы для автоматического мониторинга состояния кабелей по всей их длине, чтобы вовремя предсказывать проблемы.
• Спроектировать «умную» систему: обосновать принципы построения автоматизированной системы, которая будет постоянно следить за здоровьем оптоволоконной сети.

Что уже сделано? (ключевые достижения к июню 2025)

1. Моделирование для скорости: разработан новый метод компьютерного моделирования, чтобы понять, как высокоскоростные сигналы формата M-QAM, похожего на сложные коды, ведут себя в реальных оптоволоконных линиях при использовании технологии CO-OFDM, позволяющей «упаковывать» больший объем данных. Метод помогает визуализировать искажения сигнала и точно оценить его качество. По результатам вышла статья в авторитетном журнале «Автометрия» (Варданян В.А., 2025) и доклад на международной конференции WECONF-2024 (Vardanyan, Sychuk, Maksimov, 2024).

2.  Эксперимент: 4 Тбит/с. Проведено сложное моделирование системы, передающей данные по 32 каналам одновременно со скоростью 4 терабита в секунду по технологии OFDM. Результат:

• Максимальная дистанция для стабильной работы такой сверхскоростной системы – около 240 км (3 участка по 80 км).
• Система очень чувствительна к уровню мощности света в волокне: он должен быть строго около 2.5 децибел-милливатт с отклонением не более 0.25 дБм.
• Для меньшей дистанции (~160 км) требования к мощности слабее (допуск ~6 дБм в диапазоне 0-6 дБм), но всё равно важны.
• Изучены искажения сигналов из-за различных шумов в системе. Эти результаты представлены на конференции WECONF-2025 и готовятся к публикации (Vardanyan, Sychuk, 2025).

3. Надежность: учет «общих» проблем. Исследованы причины отказов оптоволоконных линий связи. Ключевой вывод: значительная часть отказов происходит по «общим причинам» – например, повреждение кабеля при земляных работах. Это сильно снижает эффективность стандартного резервирования (дублирования линий). Разработаны методы расчета надежности с учетом этого фактора. Результаты доложены на международной конференции EDM-2025 (Shuvalov, Kvitkova, 2025).

4. Искусственный интеллект для «умных» устройств. Создана специальная рекуррентная нейронная сеть с долгосрочной и краткосрочной памятью для прогнозирования энергопотребления шлюзов Интернета вещей (IoT). Доклад принят на EDM-2025 (Shuvalov и др.).

5. Модели восстановления связи. Опубликована статья (Shuvalov, Zelentsov, Kvitkova, 2024), где предложена модель надежности оптоволоконного кабеля, учитывающая восстановление связи прямо в точке обрыва после внезапного отказа.

6. Качество связи в сетях. Опубликована статья (Shuvalov, Ismayilova, Rustamova, 2025) в журнале, индексируемом в международной системе цитирования Scopus (Q3), о комплексном исследовании качества обслуживания (QoS) и качества восприятия пользователем (QoE) в современных телекоммуникационных сетях.

7. Сверхчувствительный мониторинг.

• Исследованы перспективные технологии на основе динамической решетки Бриллюэна для создания высокоточных систем мониторинга состояния оптоволоконных трактов. Это работает как «стетоскоп» для кабеля, чувствующий малейшие изменения.
• Разработан алгоритм для обработки зашумленных данных обратного рассеяния света в волокне. Доклад представлен на международной конференции SmartIndustryCon-2025 (Garmaeva, Gorlov, Kitova).

8. Монография и ПО для сенсоров. Профессором Горловым Н.И. подготовлена монография «Волоконно-оптические датчики на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна». Также создана компьютерная программа для исследования этого типа рассеяния в телекоммуникационных волокнах.

Планы на будущее

1. Погоня за скоростью: продолжить совершенствовать моделирование передачи сверхскоростных сигналов (M-QAM/CO-OFDM), искать самые эффективные способы упаковки данных (спектрально-эффективные форматы модуляции).

2. Укрепление надежности: углубить анализ надежности с учетом «общих» отказов, оценить реальную эффективность резервирования кабелей, разработать методику проектирования сетей на основе марковских цепей (математическая модель случайных процессов) и алгоритм гарантии заданного срока безотказной работы кабеля. Планируются 3 доклада на мировых конференциях и создание специализированного программного продукта.

3. Развивать умный мониторинг: создать математические модели для высокоточного оптоволоконного зондирования (на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна), алгоритмы для увеличения дальности, точности локализации проблем и скорости обработки данных. Исследовать методы обнаружения несанкционированного доступа к информации, передаваемой по волокну. Планируются 2 доклада, заявки на ПО, 2 статьи в авторитетных журналах и монография.

Кому это нужно?

Возможные потребители результатов:

• Национальный исследовательский центр телекоммуникаций им. Кривошеева (ФГАУ НИЦ Телеком): ведутся предварительные обсуждения.
• Исследовательский центр Huawei Technologies: определяются возможности сотрудничества, обсуждаются темы, идет обмен презентациями.
• ООО «НПЗ Оптические системы»: обсуждается практическое применение новых аппаратных и алгоритмических решений для повышения точности систем мониторинга кабелей.

Промежуточный отчёт команды проекта демонстрирует активную и результативную работу университета на переднем крае оптоволоконных технологий. Публикации в ведущих журналах и выступления на международных конференциях подтверждают значимость этих исследований для будущего высокоскоростной и надежной связи.