Надёжные ВОЛС: альтернативы нет

Надёжность работы волоконно-оптических сетей важна как для операторов связи с разветвлённой сетью большой ёмкости и протяжённости, так и для организаций с локальными сетями, либо эксплуатирующими всего одну волоконно-оптическую линию связи, которую можно считать частным случаем сети. Статья посвящена вопросам повышения надёжности волоконно-оптических сетей на этапах проектирования, строительства и эксплуатации.

Диктатура времени.

“Дробное, мчащееся всё быстрее
время влияет на ритм жизни всё
большего количества людей”
Т.Х.Эриксен.

Автору этой статьи на защите дипломной работы в политехникуме связи был задан вопрос как он собирается повышать надёжность кабельной линии связи. Перечень приведенных в ответе мероприятий не удовлетворил председателя комиссии.

- Что лично Вы разработали нового для повышения надёжности линий связи?

Вопрос остался без ответа. Иначе и быть не могло, так как даже высококвалифицированному специалисту, с опытом работы, ответить на него совсем не просто.

Задавался вопрос для того, чтобы осадить самоуверенного учащегося, успевавшего читать художественную литературу на лабораторных работах.

Более чем за двадцать лет, значение оценки дипломной работы свелось практически к нулю, а важность ответа на поставленный вопрос росла и продолжает рости.

Занимаясь с 1986 года строительством, эксплуатацией и техническим обслуживанием волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), мне постоянно приходится возвращаться к поискам ответов на поставленный о повышении надёжности линий связи вопрос. Эти ответы видоизменяются с учётом развития техники связи, а это значит, что их надо находить постоянно. В современных условиях, для того чтобы бежать в ногу со временем, необходимы достоверные прогнозы на будущее. В данном случае, специалистов можно сравнить с шахматистами. Побеждает тот, кто видит на ход дальше, и может быстрее оценить ситуацию.

Всё это заставляет активнее искать ответы на неразрешённые вопросы, тем более, если ход времени воспринимается как нелинейный процесс, к сожалению ускоряющийся с возрастом. Причём, если около двадцати лет назад необходимую информацию приходилось добывать по крупицам, радуясь, как старатель, найденному, то в наше время проблема состоит не столько в поиске, сколько в отфильтрации необходимой информации из общего её потока, обрушивающегося на нас. Кроме этого, хочется отметить, что для большинства людей в начале нашего века, время мчится быстрее, чем двадцать, а тем более пятьдесят лет назад для людей того же возраста. То есть увеличивается количество событий в жизни человека за единицу времени с одновременным уменьшением их значимости.

Переход от индустриального общества к информационному приводит к трансформации линий связи в сети, основой которых являются сети волоконно-оптические. Рост прибыли, получаемой по интернету взаимосвязан с расширением сетей связи, и соответственно волоконно-оптических сетей (ВОС), а увеличение объёмов информации, передаваемых по паре оптических волокон (ОВ) за единицу времени, ужесточает требования к их надёжности.

Надо отметить, что рост кривых на рисунке близок к закону геометрической прогрессии. С большой долей вероятности можно предположить в дальнейшем снижение темпов роста, однако сам рост неизбежен.

К вопросу об определениях и расчётах.

Надёжность – свойство сети связи выполнять заданные функции, т.е. обеспечивать возможность передачи требуемой информации на заданных направлениях с установленной нормами достоверностью в течении требуемого промежутка времени.

Отказ – повреждение с перерывом связи (авария).

Неисправность – повреждение без перерыва связи, т.е. такое состояние сети связи, при котором её характеристики не соответствуют нормам.

Коэффициент готовности (Кг) – вероятность того, что сеть связи в произвольно выбранный момент будет исправна
Кг = Т/(Т+ tв)
Т – среднее время между отказами (наработка на отказ);
tв - среднее время восстановления связи.

Рассмотрим оценку надёжности по такому комплексному показателю как коэффициент готовности (Кг), характеризующему безотказность и ремонтопригодность. Если мы оцениваем надёжность единичной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), то в случае обрыва оптического кабеля (авария), время восстановления связи (tв) будет равняться времени восстановления данного ОК. Если данный ОК является фрагментом сети ВОЛС, то tв вполне возможно будет равняться времени, необходимому для организации обходных путей, что в большинстве случаев значительно меньше, чем время восстановления ОК. Любую единичную ВОЛС мы можем считать частным случаем сети ВОЛС без возможности организации обходных путей. В данном случае имеется ввиду, что единичная ВОЛС имеет те же свойства что и сеть ВОЛС, ограниченная одним направлением связи. Следовательно, комплекс мероприятий по повышению надёжности сети ВОЛС, включает в себя комплекс мероприятий по повышению надёжности единичной ВОЛС и рассматривать единичную ВОЛС отдельно не целесообразно.

Но если рассматривать волоконно-оптическую сеть в целом, т.е. сеть ВОЛС в комплексе с волоконно-оптическими системами передачи (ВОСП), то в случае, если предусмотрена схема защиты с организацией самовосстанавливающихся кольцевых сетей, обрыв ОК из разряда аварий переходит в разряд неисправностей. В этом случае tв практически равно нулю (tв<100мс). Сеть ВОЛС, являясь транспортной сетью, не может рассматриваться как частный случай ВОС.

Из вышесказанного очевидно, что Кг единичной ВОЛС, сети ВОЛС и ВОС величины различные, но при определённых условиях могут быть равны между собой.

Потребителя волнует в первую очередь надёжность сети связи в целом и ему безразлично где может произойти авария: на линии, в системе передачи либо в системе энергоснабжения. Поэтому определяющими являются показатели надёжности сети связи в целом.

Однако для контроля за качеством компонентов и уровнем технического обслуживания ВОЛС целесообразно проводить оценку надёжности сетей ВОЛС.

Эта целесообразность обусловлена ещё и тем, что в большинстве случаев, срок службы транспортных сетей (сетей ВОЛС) больше, чем срок службы систем передачи. На городских телефонных сетях идёт интенсивная замена аппаратуры ВОСП на более высокоскоростную с использованием имеющихся транспортных сетей (одномодовое ОВ, соответствующее рекомендации МСЭ-Т G.652). Это приводит к остановке соответственно большего количества каналов при авариях на ВОЛС и ВОСП, что в свою очередь повышает требования к надёжности ВОС.

Завтра начинается сегодня.

“Пока противник рисует карты
наступления, мы меняем
ландшафты, причём вручную”
Пр-к Козаков.

Основной задачей при проектировании волоконно-оптических сетей является не только обеспечение потребностей сегодняшнего дня, но и возможность дальнейшего гибкого роста сети с органичным включением ранее построенных фрагментов в сеть завтрашнего дня. При этом сеть должна быть достаточно надёжной. Безусловно, уровень надёжности проектируемой сети напрямую зависит от вложенных в строительство средств.

Основными факторами, влияющими на надёжность сети, являются топология сети, надёжность волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) и надёжность волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

При построении современных ВОС применяются следующие основные топологии:
- двухточечная;
- звёздообразная;
- кольцевая (двойное кольцо).

Выбор приведенных топологий обусловлен задачами, которые ставятся перед сетью в каждом конкретном случае.

Надёжность ВОСП зависит от надёжности составляющих элементов (мультиплексоров, коммутаторов, маршрутизаторов и т.д.), а также от выбранной схемы защиты:
- резервирование участков сети по разнесённым трассам (схемы 1+1 и 1:1);
- резервирование при организации самовосстанавливающихся кольцевых сетей (схемы 1+1 и 1:1);
- резервирование терминального оборудования (схемы 1:1 и 1:N);
- восстановление работоспособности сети путём обхода повреждённого узла;
- использование систем оперативного переключения.

Схема 1+1 – основное кольцо активно, а дублирующее пассивно. В случае отказа основного кольца трафик направляется по дублирующему кольцу.

Схема 1:1 – основное кольцо используется для передачи высокоприоритетного трафика, а дублирующее – низкоприоритетного. В случае отказа основного кольца, высокоприоритетный трафик направляется по дублирующему кольцу, а низкоприоритетный может быть приостановлен.

Схема 1:N – одна линия либо плата, могут быть использованы как резервные, для N-го количества линий либо плат.

Надёжность ВОЛС зависит от надёжности компонентов (оптический кабель, оптические муфты, оконечные устройства) и уровня технического обслуживания.

При проектировании ВОЛС необходимо учитывать технические характеристики различных типов оптических кабелей, оптических муфт и оконечных устройств. Требования к оконечным устройствам приведены в статье “Укрощение ВОЛС” (С. Кабыш СиТ, №8-9 /2003), а требования к оптическим муфтам в статье “Всё дело в муфте” (С. Кабыш СиТ, №10 /2003).

Для эффективного и упорядоченного роста ВОС, на этапе проектирования ВОЛС, по согласованию с заказчиком, необходимо определять следующее:
- марки оптических кабелей и величины строительных длин;
- марки оптических муфт и колодцы кабельной канализации, в которых они будут монтироваться;
- марки оконечных устройств и места их установки с учётом развития.

На телефонных станциях необходимо проектировать оптические кроссы большой ёмкости с организацией запаса патчкордов и постепенным наращиванием ёмкости ОВ по мере необходимости. При работе на ВОЛС аппаратуры уровня STM-16 и выше, необходимо проектировать оптические кроссы с размещением в кассетах не более двух ОВ, что позволит при текущем ремонте любого из ОВ не ухудшать качество передачи информации по остальным волокнам.

При построении ВОС с использованием кольцевой топологии необходимо проектировать два независимых ввода в здание для прокладки ОК к аппаратуре ВОСП, с разнесением трасс ОК в кабельной канализации.

Практически, для повышения уровня проектов городских линий связи, необходимы компьютерные карты городской кабельной канализации с информацией о её загрузке, паспортами колодцев кабельной канализации и расстояниями между ними.

При конкретном проектировании повыситься эффективность использования кабельной канализации и помещений, где устанавливается оконечное оборудование, а также повыситься уровень технического обслуживание ВОЛС и надёжность сети связи в целом.

С надеждой на надёжность

“Надо понимать всю глубину
наших глубин”
Пр-к Козаков.

Качество строительства ВОЛС влияет на надёжность сети связи длительное время после окончания строительно-монтажных работ. Нарушение технологии строительства ВОЛС в целом, либо при монтаже компонентов, приводит к повреждениям при эксплуатации, снижая надёжность сети связи. В таблице показаны основные нарушения технологии строительства ВОЛС, реально допускаемые строителями в различных сочетаниях, а так же то к чему это приводит, либо может привести.

Как видно по таблице, любое нарушение технологии при строительстве ВОЛС может привести к дополнительным экономическим затратам при эксплуатации.

Проблема в том, что ряд нарушений, допускающихся при выполнении монтажных работ доже опытными специалистами, не выявляются при приёмо-сдаточных измерениях. Если бы стояла задача построить работоспособную ВОЛС и только, то возможно некоторыми недостатками можно было бы пренебречь, но при строительстве надёжной, развивающийся ВОС, вышеприведённые нарушения недопустимы.

Категорически недопустимым, но часто встречающимся нарушением технологии монтажа ВОЛС является монтаж муфт без контрольных измерений качества сварки. Конечно, это быстрее и удобнее, можно монтировать муфты в любой последовательности, в зависимости от того где проложен ОК и не нужен специалист с оптическим рефлектометром на оконечном пункте.

Но обычно возникают две проблемы.

Первая, когда допускаются сварки ОВ с повышенным затуханием, что в большинстве случаев можно выявить при приёмо-сдаточных измерениях.

И вторая, когда все сварки нулевые (Асв = 0 дБ), а это возможно при монтаже двух строительных длин с одного барабана, и расстояние до муфты в паспорте на ОК указывается приблизительно. Это по ряду объективных причин практически не выявляется при приёмо-сдаточных измерениях. В этом случае при дальнейшей эксплуатации ОК во время аварийного ремонта затрачивается дополнительное время для определения места повреждения на местности, а так же иногда затрачивается дополнительный ОК на аварийную вставку, то есть снижается уровень технического обслуживания и соответственно надёжность сети ВОЛС.

Работа по строительству и эксплуатации ВОЛС требует от специалистов синтеза квалификаций линейщика и измерителя-аналитика, а это совсем не просто. И если наши строители неоднократно подтверждали свою высокую квалификацию линейщиков, то их квалификация измерителей, а тем более аналитиков ещё далека от необходимого уровня.

Если качество строительства ВОЛС будет оставаться на том же уровне что и сегодня, возникнет необходимость в организации института независимых экспертов, для привлечения их к комплексу мероприятий при сдаче ВОЛС в эксплуатацию. Это особенно актуально для организаций, эксплуатирующих ВОЛС, но не имеющих квалифицированных специалистов в области волоконной оптики.

Для повышения надёжности сетей связи необходимо жёсткое выполнение технологии строительства ВОЛС.

Покой нам только снится

“Мы принимаем ту или иную
истину лишь после того, как
вначале её отвергнем”
Паоло Коэльо

Необходимо отметить, что на каком бы этапе не допускались нарушения технологий, либо другие недостатки, будь-то при проектировании, строительно-монтажных работах или производстве компонентов ВОЛС – всё это бьёт исключительно по службе эксплуатации.

Как сказал один высокопоставленный чиновник, когда в его присутствии экскаватор повредил несколько ОК при реконструкции Московской площади: “На войне без потерь не бывает”. Необходимо всё же отметить, что чем грамотнее командир, тем меньше потери. У тех, кто проводит техническое обслуживание ВОЛС, выбора нет – необходимо делать всё возможное для повышения надёжности и работоспособности сетей связи.

Уровень надёжности технического обслуживания зависит от скорости восстановления ОК при аварийных повреждениях и от своевременного устранения текущих повреждений для предотвращения аварий.

На скорость восстановления ОК при аварийных повреждениях влияет целый ряд факторов. Основными можно считать следующие:
- техническая оснащённость аварийно-восстановительной бригады (АВБ);
- состав и квалификация персонала АВБ;
- состав аварийного запаса и материалов для ремонта ОК;
- уровень базы данных сети ВОЛС.

Техническая оснащённость АВБ может изменяться от необходимого минимума до желательного максимума и зависит от объёмов обслуживаемой сети ВОЛС и экономической состоятельности организации.

Минимальный состав АВБ определяется требованиями правил техники безопасности и технологии монтажа ВОЛС (два инженера, один кабельщик, один водитель). Состав АВБ зависит от объёмов обслуживаемой сети ВОЛС, а высокая квалификация определяется полной взаимозаменяемостью специалистов (исключая водителей) при выполнении работ.

Аварийный запас ОК и материалов восполняется по мере расходования на аварийные и текущие ремонты ВОЛС. Аварийный запас ОК должен включать, как минимум, аварийные вставки (250 м.) всех типов обслуживаемых ОК максимальной ёмкости.

При больших объёмах сети ВОЛС целесообразно иметь аварийные вставки различной ёмкости для каждого типа ОК.

База данных должна содержать информацию о состоянии каждого метра всех обслуживаемых ОВ (оптические и механические характеристики) с привязкой к местности трасс ОК и муфт на них при помощи компьютерной карты. База данных должна предоставлять информацию о возможностях как сети ВОЛС в целом, так и любого из её фрагментов, с учётом состояния кабельной канализации.

Качество текущего ремонта (ТР) сети ВОЛС зависит от тех же факторов, что и качество и скорость аварийного ремонта. Своевременность ТР, влияющая на предотвращение части аварий, зависит от своевременности обнаружения повреждений, что в свою очередь зависит от периодичности эксплуатационных измерений (ЭИ). Согласно нормативных документов ЭИ проводятся не реже чем два раза в год. Такая периодичность ЭИ позволяет поддерживать работоспособность сети ВОЛС КГД ОАО “Укртелеком”, а это около 15000 км. в одноволоконном исчислении, при наличии в штате группы ВОЛС всего пяти инженеров и трёх кабельщиков-спайщиков, чего явно недостаточно при возрастающих требованиях к надёжности сетей связи.

В настоящее время на Киевской сети связи достаточно много ВОЛС различных организаций, на которых вообще не проводятся ЭИ и ТР. При этом аварийный ремонт проводится не по предварительно заключённому договору на техническое обслуживание ВОЛС, а в спешном порядке, по договорам с фирмами, первыми откликнувшимися на информацию об аварии. При дальнейшем ужесточении требований к надёжности ВОС этот подход к техническому обслуживанию (ТО) ВОЛС можно считать неквалифицированным и не имеющим будущего. Варианты организации ТО сетей ВОЛС в зависимости от их объёмов приведены в статье “Оптоволокно: поддержка жизнеспособности” (“СиТ” №12/2003).

На международной конференции: “ВОЛС - 2003”. г.Киев. Фото: Диденко В.С.

На фоне обоснованно позитивного отношения пользователей к темпам развития сетей связи, специалисты должны чётко видеть неизбежные при таком бурном развитии недостатки и пути их устранения. Существенно помогают выявлять проблемные вопросы и определять пути их решения научно-технические выставки и конференции с привлечением широкого круга специалистов. Однако в первую очередь требуется осознание специалистами необходимости повышения квалификации и ответственности на каждом конкретном рабочем месте ибо народная мудрость гласит: “Вы не обязаны сделать мир безупречным, но не уклоняйтесь от того, что в ваших силах”.

Кабыш С.В.
vols@ukr.net