Надежность оптических сетей распределения

Требования, предъявляемые к волоконно-оптическим сетям, сводятся к обеспечению их высокой надежности. Чаще всего используются волоконнооптические кольцевые сети. На таких топологиях строятся распределительные сети. Кольцевая топология с резервированием позволяет существенно улучшить надежность работы сети. Оценка надежностных показателей кольцевых распределительных сетей показывает, что время простоя значительно уменьшается, что имеет большое значение, как для пользователей, так и для провайдера.

В конце XX века человечество вступило в новую технологическую эпоху – эру информационных технологий. Зависимость современного общества от информационных технологий настолько высока, что сбои в информационных системах способны привести к значительным инцидентам в «реальном» мире [1].

Телекоммуникации – ключевая отрасль для информационных технологий, занимающаяся вопросами транспортировки информации. Наиболее перспективными и стабильно развивающимися информационными системами являются волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Высокие скорости передачи, возможности эффективной модернизации сетей связи, надежность, защищенность передаваемой информации – далеко не полный список преимуществ ВОСП, формирующих возрастающий интерес к волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) телекоммуникационных операторов и пользователей услуг связи.

ВОСП наиболее успешно используются для организации:

– передачи данных;

– телефонной связи (магистральные, внутризоновые, городские, сельские и станционные линии);

– кабельного телевидения;

– локальных вычислительных сетей [2].

Требования, предъявляемые к волоконно-оптическим сетям современными бизнес-приложе-ниями, сводятся к обеспечению их готовности, поскольку передаваемая информация востребована круглосуточно. Цена убытков, к которым могут привести простои, постоянно возрастает [3].

Для многих частных приложений чаще всего используются волоконно-оптические сети, среди которых по параметрам надежности выгодно отличаются кольцевые сети. На таких топологиях строятся распределительные сети, например, кабельного телевидения и т.п.

В кольцевых сетях обеспечивается прием сигнала на районных оптических узлах с двух независимых направлений (см. рис.1).

Рис. 1. Оптическая кольцевая распределительная сеть

По одному оптическому волокну сигнал подается «по часовой стрелке», по другому волокну – «против часовой стрелки». Стрелками показано направление передачи оптического сигнала из головной оптической станции. Оптический сигнал из кольца принимается в районных оптических узлах, усиливается и подается в распределительную сеть FTTx, например, до жилого дома (FTTH

– Fiber to the Home) или до офиса (FTTO – Fiber to the Office).

На головной станции сигнал поступает на оптические передатчики (основной и резервный), с выходов которых оптические сигналы поступают на оптический переключатель MOS 1 ×2 производства ООО «Дейта Плюс», обеспечивающий автоматическое (или ручное) переключение основного оптического входа на резервный в случае пропадания оптического сигнала на основном входе. Оптический переключатель имеет возможность удаленного управления /мониторинга через СОМ – порт или WEB – интерфейс (см. рис.2) [4]. С выхода оптического переключателя через встроенный оптический сплиттер 1×2 оптический сигнал поступает на оптические усилители EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier), подающие сигнал в оптическое кольцо.

Передаваемый сигнал

Из оптического кольца “по часовой стрелке”

Из оптического кольца “против часовой стрелке”

сигнала в кольце

Рис. 2. Головная станция оптической распределительной сети

Выходной уровень оптических усилителей рассчитывается с учетом длины кольцевой линии и количества районных оптических узлов.

Окончания оптического кольца на головной станции используются для мониторинга целостности оптических волокон в кольце. В случае обрыва кольца система мониторинга подает сигнализацию об аварии.

На районных оптических узлах сигналы с обоих направлений из кольца через оптические ответвители подаются на оптический переключатель MOS 1×2, обеспечивающий бесперебойную (задержка менее 5 мс) подачу оптического сигнала на распределительный оптический усилитель (см. рис.3).

Рис. 3. Районный оптический узел распределительной сети

Коэффициенты ответвления оптических ответвителей рассчитываются с учетом уровня оптического сигнала в кольце данного направления, потерь, вносимых оптическим переключателем MOS 1×2 (порядка 1 дБ) и рабочего уровня входного оптического сигнала распределенного оптического усилителя. С выходов (до 64-х) распределенного оптического усилителя сигнал подается в районную распределительную оптическую сеть по древовидной или звездообразной топологии до жилых домов (FTTH) или офисов (FTTO).

Кольцевая топология с резервированием позволяет существенно улучшить надежностные показатели работы сети. Среднее время восстановления связи для оптической сети распределения можно рассчитать по формуле [5]:

t _ (^ ГС t erc + ^ РОУ n F-ОУ t ePOy + ^ каб ^Lt eka6 )

¹ вбез резерв                                                              , ⁽¹⁾

сист где tвбезрезерв – среднее время восстановления сети без резервирования; terc, tePOy , teka6 - среднее время восстановления, соответственно, главной станции, районного оптического узла и кабеля; ХГС , ХРОУ, Хкаб - интенсивности отказов, соответственно, главной станции, районного оптического узла и одного километра кабеля; nРОУ – число районных оптических узлов в кольце; L – длина кабеля в кольце; Λсист – интенсивность отказов системы (оптической сети распределения).

Интенсивность отказов системы определяется как сумма интенсивностей отказов всех ее элементов:

^Л сист   ^ ГС + ^ РОУ ^П РОУ + ^ каб ^L *

Рис. 4. Кольцевая топология с единичными участками

При использовании топологии «кольцо» с резервированием предположим, что кольцо разбито на n единичных участков, имеющих наименьшую длину, на которой могут располагаться ближайшие по отношению друг к другу районные оптические узлы. Обозначим коэффициент готовности единичного участка через к _{Г ед.. уч.}. Допустим, что n = n ₁ + n ₂, где n ₁ и n ₂ – число единичных участков между точками А ₁ и А ₂ (см. рис. 4), соответственно, по верхней и нижней дугам кольца.

Интенсивность отказов единичного участка

^ ед . уч . = Х роу П роу 1 + Х каб l ,          (3)

где n_{РОУ 1} = 2 – число районных оптических узлов на единичном участке; l – длина кабеля на одном единичном участке.

Среднее время безотказной работы единичного участка t ср>^ед.уч.      л ’                       (4)

^λ ед . уч .

а коэффициент готовности единичного участка

t ср. ед. уч.

к ГеД . уч.     t + t »            ⁽⁵⁾

ср . ед . уч . в ед . уч .

где t _{вед . уч .} – время восстановления единичного участка при отказе, равное:

t eed . уч . (Х роу n poy I t ePOy ⁺ ^ каб ^lt BKa6 ) / ^Х ед . уч • ⁽⁶⁾

Путем несложных преобразований можно получить формулу [6], позволяющую рассчитать отношение времени восстановления работоспособности кольцевой сети без резервирования ко времени восстановления с резервированием:

t в без резерв

t в с резерв

•

( n - n i )(1 - к гед.^ч . )

Поскольку величина ⁽1- к _Гед . уч . ) <<1, резервирование кольцевой сети обеспечивает резкое снижение времени простоя. Если принять n = 20 и для наихудшего случая n 1 = n /2 = 10 , то при к _{Гед . уч .} = 0, 9995 , находим, что время простоя при резервировании на кольце уменьшается в 200 раз, а это будет иметь большое значение, как для пользователей, так и для провайдера.