Мониторинг сетей

Валиуллов Ильдар,гр.4242

Мониторинг  сетей

Одним из важнейших  достижений последнего времени в  области электросвязи является освоение оптического диапазона электромагнитных волн и на его основе создание волоконно-оптических систем передачи.

      Основным эксплуатационным фактором, позволяющим прогнозировать ухудшение характеристик оптических волокон и обеспечивать требуемый уровень надежности волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), является непрерывный мониторинг оптического кабеля (ОК) ВОЛС. При этом системы мониторинга ОК ВОЛС должны предусматриваться уже на этапе планирования и проектирования современных цифровых сетей связи.

      В докладе представлены результаты  разработки системы автоматического  мониторинга ВОЛС.

      Наиболее эффективно задача документирования и контроля сетевого хозяйства может быть решена с помощью автоматизированной системы администрирования волоконно-оптических кабелей, представляющей собой систему удаленного контроля оптических волокон (Remote Fiber Test System – RFTS), программу привязки топологии сети к географической карте местности, а так же базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. При этом удаленный контроль оптических волокон выполняется с помощью оптических импульсных рефлектометров (Optical Time Domain Reflectometer –OTDR) осуществляющих диагностирование волокон по обратному рассеиванию световой волны распространяющейся в пассивном или активном волокне оптического кабеля. 

      Архитектура RFTS 

      Выделяют следующие функциональные  элементы и устройства:

  • аппаратную  часть;

  • систему  управления;

      а также интегрированные элементы:

      • геоинформационную систему  (ГИС) привязки топологии сети  к карте местности;

      • базы данных ОК, оборудования  сети, критериев и результатов  тестирования ОК ВОЛС и сети в целом, и другие внешние базы данных.

    Аппаратная  часть включает:

      • блоки дистанционного тестирования  волокон RTU (Remote Test Unit), в которые  могут устанавливаться модули  оптических рефлектометров OTDR, модули  доступа для тестирования волокон - оптические коммутаторы и другие модули;

      • центральный блок управления TSC системой RFTS - центральный сервер;

      • станции контроля сети ONT.

      Элементами системы управления RFTS являются: станции контроля сети ONT (notebook или стационарные рабочие станции); соответствующее программное обеспечение; блоки управления в RTU; центральный блок управления TSC и сетевое оборудование, обеспечивающее связь между компонентами управления RFTS.

      В стратегически важных точках  сети устанавливаются блоки RTU. Тестироваться могут как пассивные волокна ВОЛС (метод тестирования пассивных оптических сетей), так и активные волокна (метод тестирования активных оптических сетей).

      Оптический рефлектометр периодически  снимает данные по затуханию с подключаемых к нему оптических волокон сети. Каждая полученная рефлектограмма сравнивается с эталонной, отражающей обычно исходное состояние волокна. Если отклонение от нормы превышает определенные, заранее установленные пороги (предупреждающий или аварийный), то соответствующий блок RTU автоматически посылает на центральный сервер системы предупреждение или сообщение о неисправности. Все рефлектограммы также поступают на центральный сервер, который сохраняет их в базе данных для дальнейшей обработки. Центральный сервер системы обеспечивает доступ ко всем результатам тестирования волокон для любой станции контроля сети и автоматически рассылает сообщения о неисправностях в зависимости от уровня серьезности события на заранее заданные IP- или электронные адреса, пейджеры и телефоны, узлы обслуживания ВОЛС. 

      Проект системы мониторинга ВОЛС  для  выбранной БПС 

      Для реализации проекта мониторинга  базовой первичной сети (БПС) была  предложена реально существующая  сеть передачи данных.

      В качестве физической среды передачи использованы существующие ВОЛС с созданием кольцевой топологии, позволяющей обеспечить непрерывное функционирование базовой первичной сети при аварийных ситуациях на отдельных участках линий связи или узлах. При этом предусмотрена организация взаимодействия каждого узла сети с 2-мя соседними.

      Для измерений на активном  оптоволокне, т.е. волокне, по  которому распространяется рабочий  сигнал, OTDR должен работать на  длине волны, отличной от рабочей  длины волны для измеряемого волокна (на ней работает мультиплексор сети пользователя), при этом в рефлектометрическую систему должны входить оптические фильтры-мультиплексоры, FWDM (на каждый узел сети 2 фильтра-мультиплексора, один из которых работает в режиме мультиплексирования рабочего и зондирующего сигнала, другой – демультиплексирования (фильтрации) рабочего и зондирующего сигнала). Эти мультиплексоры позволяют организовать на узле пользовательской сети обход (шунт) мультиплексора пользовательской сети. По этому шунту проходит зондирующий сигнал.

      Блок дистанционного тестирования RTU, расположенный в главном узле, через определенный интервал времени, который задается оператором, посылает в тестируемую сеть импульсы. Эти импульсы передаются по активному волокну на длине волны, отличной от рабочей длины. Следовательно, тестирующий сигнал не влияет (не искажает) на рабочий сигнал.

      FWDM-мультиплексор имеет два входных  разъема и одно выходное. На  входные разъемы подаются тестирующий  и рабочий сигналы, который  объединяются (мультиплексируются) в  один, для передачи по тестируемому волокну.

      От узла главного управления  тестирующий сигнал передается  на соседние узлы. В этих узлах  так же расположены оптические SDH-мультиплексоры, на которые должны  поступать только рабочие сигналы.  Для этого на принимающей стороне устанавливают FWDM-мультиплексоры, которые разделяют, демультиплексируют, входной сигнал на рабочий и тестирующий. Рабочий сигнал поступает на SDH-мультиплексор, тестирующий проходит по обходу (шунту) SDH-мультиплексора на следующий FWDM-мультиплексор данного узла.

      На этом FWDM-мультиплексоре происходит  дальнейшее объединение двух  сигналов: рабочего, идущего от пользовательского  SDH-мультиплексора, и тестирующего, для их дальнейшей передачи  по сети.

      Подобные операции мультиплексирования/ демультиплексирования осуществляются на каждом узле БПС кроме конечного.

      На конечном узле структура  разделения сигнала остается  прежней, за исключением того, что тестирующий сигнал не  пускают по шунтирующему узлу, в обход SDH-мультиплексора. На  выходной разъем тестирующего сигнала FWDM-мультиплексора в конечном узле установлена заглушка-отражатель, которая обозначает конец тестируемой линии и возвращает сигнал с той же длиной волны обратно в RTU.

      Поскольку обратное релеевское (молекулярное) рассеивание происходит по всему волокну, существует постоянный возврат света на RTU. Блок управления берет пробный уровень, измеренный сенсором за определенные промежутки времени для того, чтобы получить его данные. Каждая точка этих данных описывается временной последовательностью и уровнем мощности. Поскольку исходный импульс становится слабее при прохождении по волокну, возвращенный уровень обратного рассеивания становится также слабее с удалением от RTU. Поэтому уровень мощности вернувшегося сигнала на нормальных участках волокна равномерно уменьшается от начала к концу. В случае точечных рассеяний уровень резко падает, а в случае отражения Френеля, уровень мощности резко идет вверх до максимального уровня в соответствующей точке по сравнению с уровнем нормального рассеивания.

      Когда блок управления собрал  все точки данных по зондирующему  импульсу, он выводит информацию  на дисплей в виде рефлектограммы, схематичное изображение которой  было приведено выше. 

      Система мониторинга обеспечивает: 

      • автоматический сбор и статистический анализ результатов тестирования оптических волокон сети. Статистический дает возможность обнаруживать и прогнозировать неполадки волокна задолго до того, как они приведут к серьезным проблемам в сети

      • возможность проводить плановый и профилактический ремонт ОК в сети, не дожидаясь появления серьезных повреждений и аварий в кабельной системе

      • повышенная безопасность сети  – любое несанкционированное  подключение к волокну неизбежно  приводит к дополнительным потерям в оптическом канале, а значит, будет обнаружено и зафиксировано системой в реальном масштабе времени

      • графическое представление  информации о состоянии сети. На центральном сервере системы  установлена профессиональная ГИС,  которая содержит точную электронную карту цифровой сети на местности. Вся информация о состоянии сети и документация по ОК хранится в базе данных SQL и может быть графически представлена на карте. Также на карту выводится полная информация о неисправностях волокон в ОК, включая их точное физическое местоположение.

      Таким образом, система RFTS позволяет  обслуживающему персоналу в реальном  масштабе времени (практически  мгновенно) узнавать, где произошел  сбой и каков уровень потерь  в волокне ОК ВОЛС. Это намного  сокращает время поиска неисправностей и упрощает проведение профилактического обслуживания ВОЛС. Учитывая размеры современных цифровых волоконно-оптических сетей, важность и объемы передаваемой по ним информации, экономическую эффективность применения системы RFTS трудно переоценить. 

      Библиографический список

     1. Р. Фриман Волоконно-оптические  системы связи 4-е, дополненное  издание. М.: Техносфера, 2007. – 512 с.

     2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные  сети. Принципы, технологии, протоколы:  Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2006. – 958 с.: ил.