СПОСОБ МОНИТОРИНГА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 2005 года по МПК G01M11/02 H04B10/08 

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи информации, оптическим измерениям в волоконных световодах и может быть использовано для мониторинга волоконно-оптических сетей.

Известен способ мониторинга волоконно-оптической сети, включающий приемы оптической рефлектометрии: подачу в контролируемый световод тестового оптического сигнала в виде короткого импульса, измерение мощности отраженного тестового сигнала, регистрацию ее во времени и определение дефекта по кривой измеренной зависимости.

Кривая измеренной зависимости амплитуды отраженного сигнала от времени имеет:

- монотонные участки Релеевского обратного рассеяния света, характерные для световода, без дефектов;

- ступеньки, характерные для локального затухания на соединениях световодов без отражения;

- короткие выбросы большой амплитуды, характерные для отражения от обрывов и расстыковок световодов в соединителях [1], [2].

Недостатками известного способа являются:

- трудность, или даже практическая невозможность определения состояния соединения световодов в удаленной абонентской розетке, сигнал от которой маскируется сигналом большой амплитуды, отраженным от близко расположенного к ней конца тестируемой световодной линии;

- невозможность организации непрерывного мониторинга, так как из-за большой амплитуды импульса тестового сигнала существует опасность появления ошибок во время передачи данных в сети;

- в свою очередь отсутствие постоянства мониторинга приводит к низкой вероятности обнаружения кратковременных нарушений нормальной работы сети, например при случайной расстыковке световодов в соединении с последующим его восстановлением.

Известен способ мониторинга волоконно-оптической сети, включающий подачу, в контролируемую световодную линию сети тестового оптического сигнала, измерение мощности отраженного сигнала, обработку измерения и подачу тревожного сигнала.

В качестве тестового сигнала используется последовательность импульсов малой амплитуды. Измерение мощности отраженного тестового сигнала осуществляется корреляционным методом путем его сравнения с задержанной во времени исходной последовательностью тестового оптического сигнала. Тестовый сигнал мультиплексируется с сигналом передачи данных, в результате способ позволяет осуществлять непрерывный мониторинг сети [3].

Данное техническое решение принято за прототип.

Недостатками прототипа являются:

- невозможность контроля соединения световодов в удаленной абонентской розетке из-за низкой разрешающей способности корреляционного метода;

- низкая вероятность обнаружения кратковременных нарушений нормальной работы сети, если они возникают в промежутках между посылками тестовых последовательностей импульсов.

Кроме того, прототип, как и аналоги, использующие приемы оптической рефлектометрии, выполняет одновременно две функции: фиксацию факта нарушения и определение места дефекта. В результате аппаратная реализация способа оказывается неоправданно усложненной. И выполнение важнейшего условия мониторинга, его непрерывности для сложно разветвленной сети (особенно для полностью пассивной сети) становится проблематично.

Предлагаемым изобретением устраняются перечисленные недостатки прототипа, решается задача надежного контроля за состоянием соединения световодов в удаленной абонентской розетке.

Для достижения этого технического результата способ мониторинга волоконно-оптической сети включает подачу в контролируемую световодную линию сети тестового оптического сигнала, измерение мощности отраженного оптического сигнала, обработку измерения и подачу тревожного сигнала. В отличие от прототипа дефект в линии обнаруживается в процессе расстыковки световодов в соединителе по колебаниям мощности в отраженном сигнале с амплитудой, превосходящей ее исходный уровень.

Подача тревожного сигнала осуществляется при увеличении отраженного сигнала относительно ее исходного уровня не менее чем в три раза.

Тестовый оптический сигнал имеет длину волны излучения, отличную от длины волны оптического сигнала передачи данных в сети.

В качестве тестового сигнала используется немодулированное оптическое излучение.

В качестве тестового сигнала используется оптический сигнал передачи данных в сети.

Благодаря отличительному признаку: новому приему обнаружения дефекта в линии в процессе расстыковки световодов по появлению в отраженном тестовом сигнале кратковременных колебаний мощности большой амплитуды, удается контролировать состояние соединения световодов независимо от места расположения соединителя в тестируемой световодной линии, в том числе в удаленной абонентской розетке. Колебания возникают в процессе развития дефекта, пока увеличивающийся зазор еще не превосходит длины когерентности излучения тестового сигнала. Амплитуда колебаний превосходит не менее чем в четыре раза уровень отраженного сигнала до и после развития дефекта (исходный уровень).

Достижение указанного технического результата возможно при любом виде тестового оптического сигнала, важно лишь присутствие оптического излучения в контролируемом световоде. При этом наиболее простая аппаратная реализация способа получается при использовании в качестве тестового сигнала оптический сигнал передачи данных в сети.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на Фиг.1-5.

На Фиг.1 схематично показано формирование отраженного тестового оптического сигнала в контролируемом световоде.

На Фиг.2 представлен график колебаний мощности в отраженном тестовом оптическом сигнале в зависимости от зазора между световодами.

На Фиг.3 показана схема устройства для мониторинга по способу с длиной волны излучения тестового сигнала отличной от длины волны сигнала передачи данных в сети.

На Фиг.4 показана схема устройства для мониторинга по предложенному способу, в котором в качестве тестового сигнала используется сигнал передачи данных в сети.

На Фиг.5 показа схема мониторинга пассивной волоконно-оптической сети, имеющей архитектуру типа “Звезда”.

Тестовый оптический сигнал подается в контролируемый световод 1 (Фиг.1) со стороны ближнего к источнику тестового сигнала конца (не показан) световода 1. Распространяясь по световоду 1 в направлении к дальнему его концу 2 тестовый оптический сигнал последовательно испытывает отражение от неоднородностей. На Фиг.1 это торцы 4, 5 в соединителе 3 и торец 6 дальнего конца 2 световода. Отраженный оптический сигнал возвращается к ближнему концу, где измеряется его мощность. В отсутствии дефекта (зазор Δ=0) основной вклад в мощность отраженного сигнала дает мощность Р₃ при отражении (френелевском) от торца 6, которая и определяет исходный уровень мощности Р₀ до образования дефекта. При развитии дефекта появляется зазор Δ, увеличивающийся во времени. В отраженном сигнале появляется вклад мощности P₁ от торца 4 и Р₂ от торца 5. До тех пор, пока зазор Δ не превысит половины длины когерентности, излучение от торца 4 интерферирует с излучением отраженным от торца 5. Известно, что интенсивность I полностью когерентных интерферирующих пучков определяется формулой:

где I₁, I₂ интенсивности первого и второго отраженных пучков, δ - разность фаз интерферирующих волн [4].

В нашем случае разность фаз δ будет определяться зависимостью:

где λ - длина волны излучения тестового сигнала, а член - в формуле учитывает потерю полуволны при отражении от торца 5. Поскольку мощность пропорциональна интенсивности P~I, для мощности отраженного тестового оптического сигнала можно записать:

При коэффициенте отражения от торца в 4% и малом зазоре Δ-мощности

Отсюда

График зависимости колебаний мощности Р от зазора Δ представлен на Фиг.2 При малых значениях Δ, пока сохраняется когерентность интерферирующих пучков, он почти полностью совпадает с графиком зависимости (1), а мощность колеблется относительно среднего значения 3P₀. Затем при увеличении Δ зазор начинает вносить дополнительное затухание, среднее значение мощности падает до уровня P₀=P₁, амплитуда колебаний уменьшается до нуля. Длина колебательного участка L при λ=0,8...1,5 мкм может составить:

- для излучения светодиодов - доли и единицы мкм,

- для лазеров - единицы и десятки мкм.

Колебательное возмущение мощности в отраженном тестовом сигнале при расстыковке занимает короткий временной интервал. Однако это возмущение присутствует всегда в отраженном сигнале независимо от места расположения соединения по длине световода, в том числе при расстыковке в абонентской розетке, вблизи дальнего конца световода. Естественно возмущение имеет место и при восстановлении соединения во время уменьшения зазора Δ до нуля. Поскольку мощность колеблется с амплитудой 2Р₀ около среднего уровня 3Р₀, естественным является выбор критерия подачи тревожного сигнала по увеличению мощности отраженного сигнала относительно ее исходного уровня P₀ не менее чем в три раза.

Устройство, реализующее способ (Фиг.3) содержит источник 1 тестового оптического сигнала: световодной линии с длинной волны λ₁ отличной от длины волны излучения λ₂ сигнала передачи данных в сети. Например, λ₁=1,3 мкм, λ₂=0,85 мкм. Источник 1 связан через направленный оптический ответвитель 2 с устройством 3 спектрального уплотнения/разуплотнения, которое обеспечивает ввод излучения тестового сигнала, в контролируемый световод 10. Световод 10 имеет соединение в абонентской розетке 9. Через ответвитель 2 и устройство 3 с контролируемым световодом также связано фотоприемное устройство 4, выход которого соединен с измерительным входом компаратора 5, выход которого соединен с триггером 6.

Работает устройство в полном соответствии с заявленным способом. Фотоприемное устройство 4 вырабатывает электрический сигнал U_p, пропорциональный мощности Р отраженного тестового сигнала. Когда сигнал U_p превосходит опорное напряжение U_p соответствующее уровню мощности 3Р₀, по сигналу с компаратора срабатывает триггер 6, запускающий тревожную сигнализацию (не показано) выходным напряжением U_a.

Устройство Фиг.4 содержит направленный ответвитель 1, позволяющий отводить часть отраженного сигнала передачи данных из световода 2, имеющего соединение в абонентской розетке 3 к фотоприемнику 4, выход которого соединен с цепочкой из компаратора 5 и триггера 6.

Работает устройство (Фиг.4) аналогично работе вышеописанного на Фиг.3. Только в качестве тестового сигнала используется сигнал передачи данных из передающей части 7 сети в приемник абонентского терминала 8.

На Фиг.5. показан пример организации мониторинга пассивной сети типа “Звезда”. Все абонентские терминалы 1, 2, 3 и терминал 4 контроллера сети связаны между собой через общий разветвитель 19 типа “Звезда”. В началах каждого световодного луча 5, 6, 7 включены через направленные ответвители 8, 9, 10 фотоприемные устройства 11, 12, 13. Каждое фотоприемное устройство состоит из селективного фильтра 14, установленного перед фотоприемником 15, выход которого соединен с цепочкой из компаратора 16 и триггера 17. Выходы фотоприемных устройств 11, 12, 13, соединены с устройством тревожной сигнализации (не показано), управляющим запретом передачи данных контроллера 4 сети. С разветвителем 19 связан источник тестового излучения 18 с длинной волны λ₁=1,3 мкм. Передача данных в сети происходит на длине волны λ₂=0,85 мкм. Фотоприемники абонентских терминалов 1, 2, 3 выполнены на кремниевых PiN фотодиодах, верхняя спектральная граница фоточуствительности которых лежит ниже 1,3 мкм.

Мониторинг осуществляется следующим образом. Тестовое излучение от источника 18 равномерно распределяется по лучам 5, 6, 7 “Звезды”. Отраженный тестовый сигнал принимается в каждом луче 5, 6, 7 своим фотоприемным устройством 11, 12, 13 соответственно. Фотоприменое устройство в каждом луче работает также как аналогичное устройство в вышерассмотренных примерах (Фиг.3. и Фиг.4.) При обнаружении дефекта в любом из лучей сети срабатывает тревожная сигнализация, указывающая на луч с дефектом, а контроллер 4 вырабатывает команду на запрет передачи данных в сети.

Использованные источники

1. А.С. 1376059, G 02 B 6/00.

2. Патент ЕР 0499171, 1992 года публ., Н 04 В 10/08.

3. Internation patent application №GB90/01250, H 04 B 10/08.

4. М.Борн. Э.Вольф., Основы оптики М., 1970 г., стр. 291.

Изобретение относится к области систем передачи сигналов по волоконно-оптическим линиям связи и может быть использовано для мониторинга волоконно-оптической сети. Способ включает подачу в контролируемый световод сети тестового оптического сигнала и измерение отраженного сигнала, по колебаниям мощности которого с амплитудой, превосходящей ее исходный уровень, обнаруживается дефект в виде расстыковки световодов в соединении. Тревожный сигнал подается при увеличении мощности отраженного сигнала относительно ее исходного уровня не менее чем в три раза. Изобретение обеспечивает повышение надежности контроля за состоянием соединения световодов в удаленной абонентской розетке. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ мониторинга волоконно-оптической сети, включающий подачу в контролируемую световодную линию сети тестового оптического сигнала, измерение мощности отраженного оптического сигнала, обработку измерения и подачу тревожного сигнала при обнаружении дефекта, отличающийся тем, что дефект в виде зазора между торцами световодов в соединителе в световодной линии обнаруживается в процессе расстыковки световодов в соединителе по колебаниям мощности в отраженном оптическом сигнале с амплитудой, превосходящей ее исходный уровень.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача тревожного сигнала осуществляется при увеличении мощности отраженного сигнала относительно ее исходного уровня не менее чем в три раза.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что тестовый оптический сигнал имеет длину волны излучения отличную от длины волны оптического сигнала передачи данных в сети.4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве тестового сигнала используется немодулированное оптическое излучение.5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве тестового сигнала используется оптический сигнал передачи данных в сети.