СПОСОБ КОНТРОЛЯ СЕТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ Российский патент 2007 года по МПК H04B3/46 H04B3/48 

Изобретение относится к связи и системам связи и может быть использовано для определения исправности волоконно-оптических сетей связи и сбора служебной информации о сети обмена информацией при централизованном управлении.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ контроля сети связи с традиционными волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС), заключающийся в том, что на центральном узле сети связи формируется зонд-сигнал с адресом узла назначения. Зонд-сигнал отправляется по всем инцидентным центральному узлу сети связи трактам ВОЛС к узлам, инцидентным центральному, на каждом из которых определяют номер тракта передачи информации, по которым принят зонд-сигнал с полученным номером, и передают дополнительный зонд-сигнал на смежные с данным узлы сети связи по трактам передачи информации (кроме того, по которому принят зонд-сигнал). На конечном узле назначения формируют отраженный зонд-сигнал, который передают на центральный узел связи по пути прохождения зонд-сигнала (по трактам передачи информации, номера которого содержатся в дополнительном зонд-сигнале [1]).

Известен способ и система обмена информацией между сетями связи. Способ заключается в том, что он включает следующие шаги: прием информации, по меньшей мере, от одной сети связи-отправителя, преобразование информации во внутрисистемный формат данных и создание, и запоминание первой записи транзакции, содержащей сведения о приеме информации, передачу преобразованной информации при помощи одного из, по меньшей мере, двух имеющихся в распоряжении первых коммутационных блоков в определенный сервисный процессорный блок, обработку информации заданным образом и создание, и запоминание второй записи транзакции, содержащей сведения о пользовании сервисным процессорным блоком, передачу обработанной информации при помощи одного из, по меньшей мере, двух имеющихся в распоряжении вторых коммутационных блоков в блок передачи данных, приданный сети связи-получателю, преобразование информации в формат сети связи-получателя, передачу информации в сеть связи - получатель и создание, и запоминание третьей записи транзакции, содержащей сведения о передаче информации в сеть связи - получатель, и расчет оплаты, подлежащей записи на счет, на основании записей транзакций. Такой способ крайне трудно реализуем в сетях передачи информации с централизованным управлением и не обеспечивает управление конфигурацией сети за счет переключения каналов [2]

Однако известный способ требует большого времени для осуществлений на выполнение функций контроля и задействовании вычислительных ресурсов мониторинговой системы, не учитывая специфику и деградацию волоконно-оптического тракта передачи информации.

Технической задачей изобретения является повышение живучести волоконно-оптической сети передачи информации с централизованным управлением. Дополнительным условием является уменьшение загрузки вычислительных средств, входящих в состав систем мониторинга сети при выполнении операций анализа служебной информации и управления сетью.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что на каждом узле волоконно-оптической сети передачи информации осуществляется прогнозирование состояния волоконно-оптического тракта на определенный промежуток времени. Прогнозирование состояния может быть проведено как непрерывно во времени по отношению к каждому каналу и оборудованию, инцидентному центральному узлу связи, так и дискретно во времени. Такое прогнозирование должно выполняться с обязательным условием дискретного обращения к инцидентному каналу периодически во времени для получения служебной информации от канала о состоянии линий связи и оборудования.

Основным условием нормального функционирования сети является превышение основного сигнала (по мощности), являющегося носителем информации, в сети над шумом (также оценивающегося в единицах мощности), фоном и другими паразитными составляющими, всегда находящимися в канале. В особенности, если канал находится в работе и обеспечивает функционирование участка сети передачи информации (данных). В сети передачи информации между всеми узлами сети циркулируют потоки информации. Поскольку сеть управляется с центрального узла, то помимо основной информации, составляющей основную долю обмена, в каналах сети передается служебная информация, составляющая незначительную долю от общего обмена.

Процесс прогнозирования начинается с того, что на центральном узле формируется зонд-сигнал, который представляет собой последовательность оптических импульсов, в которой закодирована определенная информация, являющаяся служебной и выполняющая роль источника служебной информации для прогноза. Помимо этого, данная информация выполняет роль маршрутной карты, определяющей маршрут прохождения в сети. В волоконно-оптическом тракте происходит затухание несущей оптического сигнала, независимо от того, какую роль выполняет этот сигнал. Затухание сигнала происходит вследствие плавной деградации характеристик оптического волокна во времени и в связи с дисперсионными характеристиками волокна, обеспечивающими затухание оптического сигнала при увеличении расстояния проходимого сигналом. Деградация зависит от [3, 4, 5, 6]:

- влияния окружающей среды, в которой находится волоконно-оптический кабель (перепады температуры, влияние стихийных бедствий, подвижки почвы и т.п.);

- естественного старения волокна;

- воздействия ионизирующих излучений (от ядерного взрыва, иных источников жестких рентгеновских излучений);

- иные причины, вызывающие деградацию кабеля (в том числе обрывы, человеческий фактор и т.п.).

Затухание может быть как плавным, так и скачкообразным во времени, что говорит о неисправностях в оцениваемом канале. Причем ситуация, которая может быть истолкована как неисправность оцениваемого канала, может возникнуть вследствие нештатного срабатывания каналообразующей аппаратуры или системы мониторинга. А при воздействии на оптическое волокно ионизирующих излучений наблюдается следующий эффект: после того как произошло воздействие ионизирующего излучения, ограниченное промежутком времени, отличным от нуля, волокно мутнеет, что увеличивает затухание сигнала в тракте. Но если отключить такой канал, подвергшийся воздействию, и не использовать его какое-то время, то через промежуток времени, характерный для каждого конкретного случая, волокно может восстановит свои свойства и будет способно передавать оптические сигналы. То есть тракт станет вновь пригоден к эксплуатации.

Затухание оптической несущей сигнала в волоконно-оптическом тракте характеризуется коэффициентом затухания [3, 4, 5, 6]. Прогнозирование коэффициента затухания осуществляется по минору дисконтирования [2]. Волоконно-оптическая сеть связи имеет определенный запас по мощности для передачи оптической составляющей. Вследствие естественной деградации характеристик оптического волокна в тракте оконечное оборудование имеет запас по мощности источников излучения, обеспечиваемый возможностью регулировки параметров оборудования и включением в состав системы регулируемых аттенюаторов, выполняющих роль регуляторов мощности несущей оптического сигнала непосредственно при вводе в торец волокна. При деградации оптического волокна затраты оптической мощности переданного сигнала в волоконно-оптической системе достигают предела, при выходе за который волоконно-оптический тракт оказывается неработоспособным, так как мощность оптического сигнала и затухание взаимозависимы [3]:

α=10/ΔL·lg(P₁/P₂), [дБ/км],

где α - затухание в волокне;

ΔL - длина волокна;

P₁ - мощность на входе волокна;

P₂ - мощность на выходе волокна.

Такие величины, как мощность оптической составляющей, затухание тракта и запас мощности на деградацию, представляется как:

10/ΔL·lg(P₁/P₂)=α+δ;

и соответственно

α+δ<α_пор.

Процесс затухания оптической составляющей в тракте изменяется во времени и может превышать некоторое пороговое значение. Превышение порога затухания, независимо от причины, воспринимается как невозможность передачи информации, поскольку приемная аппаратура не способна выделить основной сигнал на фоне присутствующих помех. В случае максимального затухания тракт признается неработоспособным и отключается из системы. При затухании менее порогового (α_пор), при котором функционирует система, имеется возможность знать состояние волоконно-оптических каналов на определенный промежуток времени.

В дальнейшем сформированный зонд-сигнал отправляется в соответствии с маршрутной таблицей по маршруту к узлам сети. При получении узлом зонд-сигнала его дополняют прогнозом состояния всех смежных с данным узлом трактов передачи информации и передают дополнительный зонд-сигнал всем смежным узлам сети связи, инцидентным данному узлу сети связи трактам передачи информации (кроме того тракта, по которому принят зонд-сигнал), а на конечном узле назначения формируется отраженный зонд-сигнал, который передают на центральный узел сети связи по трактам передачи информации, номера которого и информация прогноза состояния которого на определенный промежуток времени содержатся в дополнительном зонд-сигнале (по обратному пути к центральному узлу). В центре управления принимается информация о прогнозе состояния волоконно-оптических трактов на определенный промежуток времени. По прогнозу состояния волоконных трактов центр управления определяет топологию сети передачи информации в целом на прогнозируемый промежуток времени.

На схеме (чертеж) представлена структурная схема сети передачи информации (данных) с централизованным управлением, в состав которой входят: 1 - центральный узел связи, являющийся центром управления сетью, 2-12 узлы сети, инцидентные центральному узлу сети, 13-32 конечные узлы сети, а также основные и резервные каналы связи.

Заявляемый способ контроля волоконно-оптической сети связи отличается от прототипа тем, что дополнительно введены операция прогнозирования деградации волоконно-оптических трактов в узлах сети и операция оценки уровня прогнозируемого сигнала. А также проводится дискретная во времени операция мониторинга параметров каналов сети.

Центральный узел рассылает зонд-сигнал по инцидентным трактам к узлам сети. Все тракты имеют номера. Каждый тракт состоит из конечного числа каналов его образующих, включающих в себя как основные, так и резервные линии связи. Между узлами сети могут быть проложены как основные или резервные линии связи, так и основные и резервные линии связи одновременно. Все основные и резервные линии связи образуют первичную кабельную сеть сети передачи информации. На каждом из узлов определяют номер тракта, по которому передан зонд-сигнал. Дополняют принятый зонд-сигнал полученным номером. Производят прогноз показания затухания волоконно-оптического тракта на промежуток времени Δt и сравнение с пороговым уровнем, а также дополняют полученный в узлах зонд-сигнал информацией о прогнозе состояния волоконных трактов и рассылают дополнительный зонд-сигнал на смежные узлы связи по всем инцидентным данному узлу сети связи трактам передачи информации (кроме того, по которому принят зонд-сигнал). Так узел 2 передает зонд-сигнал на узел 3, узел 5 передает на узлы 4, 6 и 7, а узел 4 передает на конечные узлы 17, 18 и 19. Процесс происходит до тех пор, пока все тракты не будут опрошены и до всех конечных узлов назначения не дойдет прямой зонд-сигнал. На узле назначения зонд-сигнал, который передают с центрального узла сети по трактам передачи информации, окончательно дополняют прогнозной информацией. Номера трактов и информация о прогнозе состояния содержится в дополнительном зонд-сигнале, который добавляется в основной зонд-сигнал по мере прохождения пути. На конечном узле (узле назначения) производится окончательная обработка служебной информации и пересчет маршрутной таблицы. Конечный узел «разворачивает» служебную информацию в сторону центрального узла. Пересчет производится таким образом, чтобы путь к центральному узлу был выполнен по маршруту, точно соответствующему, но обратному прямому маршруту. Прямой зонд-сигнал становится обратным. На центральном узле 1 по номерам трактов и информации прогноза, содержащейся в зонд-сигналах, и признакам сравнения с пороговым уровнем (уровнем опасности) делается вывод об исправности трактов на промежуток времени t. Таким образом, на центральном узле 1 концентрируется вся информация о текущем и прогнозируемом состоянии сети связи.

Опрос трактов путем посылки прямого и приема обратного зонд-сигнала может проводиться непрерывно. Но в этом случае на каждый тракт, помимо системы мониторинга, выполняющей функцию оценки параметров канала, необходимо иметь собственную ЭВМ, выполняющую расчет прогноза состояния канала и выполнения управления маршрутизацией зонд-сигнала. А также выполняющую задачу конфигуратора сети по командам центрального узла. Такая структура построения должна быть характерна для всех узлов сети. Что приводит к усложнению системы управления сетью и увеличению затрат как на инсталляцию системы управления сетью, так и затрат на ее эксплуатацию. Или выполнение расчетов по прогнозированию и управлению сетью должна выполнять ЭВМ, превосходящая по вычислительным возможностям все ЭВМ, потребные для выполнения этих функций на каждый тракт. Этого можно избежать, если проводить опрос каналов не непрерывно, как это происходит в [1], а периодически во времени в течение промежутка времени, позволяющего выполнить цикл опроса всех трактов. В течение каждого большого цикла опроса производится однократный опрос всех трактов сети. Причем цикл опроса начинается с младшего по номеру тракта и заканчивается старшим. Временной интервал полного цикла опроса выбирается таким, чтобы оно составляло значение, превышающее на 3-5 порядков длительность обратного зонд-сигнала. В этом случае время на опрос всех трактов, соединяющих данный узел, будет гораздо меньше, чем весь цикл опроса. Если канал выдал служебную информацию о своем состоянии, позволяющем сделать прогноз о его неработоспособности, необходимо повторно опросить такой канал. Большой период повторения позволяет осуществить повторную циклическую оценку тракта, но только касаемо данного тракта. В течение большого периода необходимо провести не менее двух повторов обращения к такому каналу.

Прогнозирование начинается на основании двух имеющихся отсчетов характеристик каждого тракта. По ним производится расчет прогноза по минору дисконтирования. Прогнозирование также осуществляется во времени с двумя периодами: большим и малым (малый период на порядок ниже большого). Если характеристики канала позволяют делать прогноз о том, что в течение времени следующего периода опроса характеристики тракта не изменятся, то опрос всех трактов проводится по длинному циклу. Переход от длинного цикла повторения зондирования трактов осуществляется по факту превышения значения прогнозируемого коэффициента затухания порогового значения в конкретном канале. Значение порога определяется значением 13% от разницы между последующим и предыдущим значениями вычисленного прогноза. Признак сравнения является усредненным за определенный предыдущий промежуток времени. Если разница прогнозируемых последующих и предыдущих значений коэффициента затухания не превышает пороговый уровень в 13% от максимального значения коэффициента затухания в данном канале, то дальнейшая оценка производится с большим циклом повторения. Если она превышает указанный порог, то система мониторинга переводится на короткий цикл повторения опроса на том тракте, который позволил рассчитать подобный прогноз, поскольку подобный факт увеличения деградации параметров оптического волокна свидетельствует о предполагаемом выходе тракта из строя. Если значение прогнозируемых параметров не превышает максимальное пороговое значение в течение трех больших циклов, то система продолжает работать в соответствии с правилом опроса тракта по большому циклу. Если же в течение следующих трех больших циклов опроса характеристики продолжают превышать пороговое значение и/или увеличиваются с каждым следующим циклом, то система переходит на малый цикл опроса по такому тракту. Остальные тракты, позволяющие прогнозировать их нормальную работу, опрашиваются однократно в течение каждого следующего большого цикла опроса. Если значения прогнозируемого порогового показателя уменьшаются с течением времени или остаются неизменными 10 раз подряд в течение последних 10 больших циклов, то система мониторинга опять переходит на большой цикл повторения прогнозирования по всем трактам. Считая, тем самым, установления остановку процесса деградации волокна на данном уровне, позволяющем считать данный волоконно-оптический тракт работоспособным. Если этого не происходит, то система продолжает опрашивать деградирующий тракт по малому циклу в течение каждого последующего большого цикла. Тем самым прогноз по данному тракту определяется чаще, чем по остальным каналам. Если прогнозируемые параметры составляют 95-98% от максимального значения коэффициента затухания, то такой тракт считается неисправным и отключается по команде центрального узла. Сеть изменяет свою конфигурацию по командам центрального узла, исходя из имеющихся исправных (работоспособных) основных и/или резервных трактов сети. Каналы, признанные неисправными в соответствии с проведенным ранее прогнозом, повторно однократно опрашиваются через каждые 100 больших циклов опроса. Если характеристики тракта позволяют сделать прогноз о том, что значения коэффициента затухания начинают уменьшаться во времени, то при достижении значения уменьшения значений параметров в 3-5% от предыдущего прогноза такой тракт считается вновь работоспособным и переводится в разряд резервных.

Предлагаемый способ позволяет повысить живучесть сети волоконно-оптической системы передачи информации в режиме обычного функционирования и в период воздействия ионизирующего излучения за счет введения прогнозирования состояния волоконно-оптических трактов, а также снизить объем процесса вычисления для выполнения операции прогнозирования и управления волоконно-оптическими трактами системы. Для выполнения операций прогнозирования можно использовать одну ЭВМ, выполняющую операции расчета прогноза и управления мониторинговой системой и оборудованием узла сети передачи информации. Дополнительно сокращается среднее время доведения информации в сети связи и повышается эффективность и гибкость управления сетью.

Источники информации

1. Мизин И.А. и др. Передача информации в сетях с коммутацией сообщений. - М.: Связь. 1972 г., с.282 (прототип).

2. Никлассон Свен (DE). Патент RU №2003110314, Способ и система для обмена информацией между сетями связи, МПК 7 Н04L 12/46.

3. Теория прогнозирования и принятия решений (под ред. Саркисяна С.А.) - М.: Воениздат, 1975 г., с.116.

4. Мурадян А.Г., Гольдфарб И.С., Иноземцев В.П. Оптические кабели многоканальных линий связи. - М.: Радио и связь. 1987 г., с.150.

5. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. - М.: Радио и связь, 1985 г., с.16, 146.

6. Верник С.М., Гитин В.Я., Иванов B.C. Оптические кабели связи. - М.: Радио и связь. 1988 г. С.38-49.

7. Этон Г., Этон X. Волоконная оптика в системах связи. - М.: Мир, 1981 г., с.40.

Изобретение относится к системам связи и может быть использовано для определения исправности волоконно-оптических сетей связи и сбора служебной информации о сети обмена информацией (данными) при централизованном управлении. Техническим результатом изобретения является повышение живучести волоконно-оптической сети передачи информации (данных) с централизованным управлением, а также уменьшение загрузки вычислительных средств, входящих в состав систем мониторинга сети при выполнении операций анализа служебной информации и управления сетью. Дополнительно сокращается среднее время доведения информации в сети связи и повышается эффективность и гибкость управления сетью. Способ контроля сети волоконно-оптической сети обмена информацией включает рассылку центральным узлом сети зонд-сигнала по инцидентным трактам к узлам сети. Введены операция прогнозирования деградации волоконно-оптических трактов в узлах сети и операция оценки уровня прогнозируемого сигнала. Также проводится дискретная во времени операция мониторинга параметров каналов сети. Прогнозирование начинается на основании двух имеющихся отсчетов характеристик каждого тракта. Прогнозирование осуществляется во времени с двумя периодами: большим и малым (малый период на порядок ниже большого). Для выполнения операций прогнозирования можно использовать одну ЭВМ, выполняющую операции расчета прогноза и управления мониторинговой системой и оборудованием узла сети передачи информации. 1 ил.

Способ контроля сети волоконно-оптической сети обмена информацией, включающий рассылку центральным узлом сети, помимо основной информации, зонд-сигнала по инцидентным трактам к узлам сети, отличающийся тем, что на узлах сети производят прогноз показания затухания принятого зонд-сигнала и далее рассылают дополнительный зонд-сигнал на смежные узлы связи по всем инцидентным данному узлу сети связи трактам передачи информации, кроме того тракта, по которому принят зонд-сигнал, на каждом конечном узле производят обработку этого зонд-сигнала, пересчет маршрутной таблицы и отправку пересчитанного зонд-сигнала дальше по тракту, а также отправку этого зонд-сигнала обратно в сторону центрального узла по маршруту, точно соответствующему, но обратному прямому маршруту, при этом опрос трактов путем рассылки прямого сигнала и приема обратного зонд-сигнала проводят периодически во времени в течение промежутка времени большого и/или малого цикла опроса всех трактов, цикл опроса начинают с младшего по номеру тракта и заканчивают старшим, временной интервал полного цикла опроса выбирают превышающим на 3-5 порядков длительность обратного зонд-сигнала, на центральном узле проводят окончательный прогноз по принятым обратным зонд-сигналам и определяют топологию сети передачи информации в целом на прогнозируемый промежуток времени.