СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Российский патент 2008 года по МПК H04B10/00 

Изобретение относится к оптическим системам связи и может быть использовано при создании и совершенствовании таких систем.

Известен способ построения системы оптической связи (см., например, Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001, с.189-194; Убайдулаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001, с.96-101).

В данном способе на каждом узле связи устанавливают мультиплексоры ввода-вывода, которые соединяют волоконно-оптическими линиями связи.

Недостатком указанного способа является сложность технической реализации системы оптической связи вследствие необходимости преобразования информационных сигналов из электрической формы в оптическую и обратно.

Известен также способ построения системы оптической связи (см., например, Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. - М.: Техносфера, 2006, с.407-411, 425-428), заключающийся в установке на узлах связи аппаратуры оптической коммутации, мультиплексирования, усиления и соединении их волоконно-оптическими линиями связи.

Недостатком указанного способа является низкая пропускная способность системы оптической связи ввиду передачи каждого оптического сигнала по отдельному оптическому волокну.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу построения системы оптической связи является способ построения по патенту CN №1284804 от 21.02.2001, МПК 7 Н04В 10/02 (приоритетная заявка GB 1999016577 от 1999.07.15).

Способ-прототип заключается в том, что на передающем конце узла связи устанавливают множество источников света и терминалы спектрального уплотнения, а на его приемном конце - множество фотодетекторов и терминалы спектрального уплотнения.

Данный способ построения позволяет увеличить пропускную способность системы оптической связи за счет передачи нескольких оптических сигналов по одному оптическому волокну.

Недостатком способа-прототипа является то, что на его реализацию с заданной пропускной способностью требуются относительно высокие материальные затраты, что обусловлено необходимостью использования дополнительных функциональных устройств на каждом узле системы оптической связи.

Целью заявленного изобретения является разработка способа построения системы оптической связи, обеспечивающего сокращение материальных затрат на его реализацию, при сохранении заданной пропускной способности.

Заявленный способ расширяет арсенал средств данного назначения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе построения системы оптической связи, содержащей N≥2 узлов связи, объединенных М≥1 ребрами оптических трактов (РОТ), заключающемся в том, что на передающем конце узла связи устанавливают множество источников света и терминалы спектрального уплотнения, а на его приемном конце - множество фотодетекторов и терминалы спектрального уплотнения, предварительно выделяют в системе оптической связи пары Z_i,j корреспондирующих узлов связи, где i=1,2,..., N, j=1,2,..., N, i≠j. Задают предельно допустимое значение ранга r_доп пути между любой парой корреспондирующих узлов связи и минимально допустимое число S_min путей, проходящих через РОТ между соответствующими парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи. Выделяют K РОТ, по каждому из которых общее число S_k, где k=1,2,...,K, проходящих путей между парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи превышает S_min. Для чего формируют структурную матрицу системы оптической связи размером N×N, где элемент матрицы ε_i,j=1 при i=j и ε_i,j=0 при отсутствии непосредственной связи между i-м и j-м узлами связи, а значению ε_i,j присваивают номер m-го ребра (РОТ), где m=1,2,...,М, при наличии непосредственной связи между i-м и j-м узлами. По сформированной структурной матрице системы оптической связи вычисляют суммарное значение F^i,j путей между каждой парой Z_i,j корреспондирующих узлов связи, ранг путей r которых не превышает r_доп. С этой целью структурную матрицу возводят в степень r_доп путем логического перемножения элементов i-й строки и j-го столбца с последующим суммированием результатов перемножения. Из возведенной в степень r_доп структурной матрицы выделяют элементы F^1,j, отличающиеся от нуля. После чего формируют матрицу путей размером М×Т_Σ, где ,

между всеми парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи. Причем элементы матрицы путей принимают значения 1 или 0, если ребро с номером m соответственно принадлежит или не принадлежит пути f^i,j, где f^i,j=1,2,..., F^i,j. Затем выделяют K ребер, соответствующих строкам матрицы путей , для которых выполняется условие S≥S_min. Причем множество источников света со стабильно узкими диапазонами и терминалы спектрального уплотнения на передающем конце и соответствующее множество фотодетекторов и терминалы спектрального уплотнения на приемном конце устанавливают на каждом из узлов, инцидентных (т.е. относящихся, принадлежащих) соответствующему ребру из ранее выделенных K ребер.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в проектируемой системе оптической связи установка источников света, фотодетекторов и терминалов спектрального уплотнения осуществляется только на наиболее загруженных участках. В то же время на менее загруженных участках установка указанных устройств не производится, что не снижает общей пропускной способности системы оптической связи. То есть для реализации системы оптической связи в сравнении с прототипом требуется меньшее число дополнительных элементов, что снижает общие материальные затраты и определяет возможность реализации заявленного технического результата.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность отличительных существенных признаков, обусловливающих тот же технический результат, который достигнут в заявляемом способе. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:

фиг.1 - общая структурная схема системы оптической связи;

фиг.2 - состав и соединение оборудования на узлах связи, инцидентных ребру, по которому общее число проходящих путей между парами корреспондирующих узлов связи превышает минимально допустимое значение;

фиг.3 - функциональная схема системы оптической связи;

фиг.4 - структура фрагмента системы оптической связи, представляемая в виде графа;

фиг.5 - совокупность путей между парами корреспондирующих узлов системы оптической связи;

фиг.6 - выделенное РОТ, по которому общее число путей между парами корреспондирующих узлов связи превышает минимально допустимое значение.

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.

В общем случае для построения системы оптической связи используют множество источников света, фотодетекторов и терминалы спектрального уплотнения, что повышает пропускную способность системы связи. С другой стороны, применение данного способа построения приводит к необоснованным материальным затратам. Следовательно, требуется разработать способ построения системы оптической связи, который позволит снизить экономические затраты на его реализацию и в то же время обеспечить заданную пропускную способность системы оптической связи на требуемом уровне, что и предлагается в заявленном решении.

Реализация заявляемого способа рассмотрена на примере системы оптической связи, показанной на фиг.1. Система оптической связи состоит из узлов связи 1, 2, 3, 4, соединенных соответствующими им инцидентными ребрами. В общем случае на каждом узле системы оптической связи (например, на 2-м и 3-м узлах) установлены (фиг.2):

- мультиплексоры ввода-вывода 2.1', 2.1" и 3.1', 3.1";

- источники света 2.2', 2.2" и 3.2', 3.2";

- фото детекторы 2.3', 2.3" и 3.3', 3.3";

- терминалы спектрального уплотнения 2.4 и 3.4.

Выходы мультиплексоров ввода-вывода 2.1', 2.1", 3.1', 3.1" соединены с входами соответствующих источников света 2.2', 2.2", 3.2', 3.2" и выходами фотодетекторов 2.3', 2.3", 3.3', 3.3". Выходы источников света 2.2', 2.2", 3.2', 3.2" и входы фотодетекторов 2.3', 2.3", 3.3', 3.3" соединены с входами соответствующих терминалов спектрального уплотнения 2.4, 3.4, выходы которых соединены с волокном оптического кабеля 6.

Функционально система оптической связи состоит из двух колец (фиг.3), в каждом из которых осуществляется передача синхронных сигналов и каждое из которых содержит соответствующие мультиплексоры ввода-вывода 1.1, 2.1', 3.1' и 2.1", 3.1", 4.1, соединенные волокнами оптического кабеля 6. Мультиплексоры ввода-вывода 1.1, 4.1 и пары мультиплексоров ввода-вывода 2.1'-2.1", 3.1'-3.1" расположены на соответствующих узлах связи 1,4,2,3 и в каждой паре соединены между собой линиями внутреннего монтажа 5.

Порядок реализации заявленного способа рассмотрен на примере системы оптической связи с числом узлов N=4 и ребер М=5, показанной на фиг.4. В системе оптической связи предварительно выделяют пары корреспондирующих узлов связи. В рассматриваемом примере условно приняты пары Z_1,3 и Z_2,3. Задают предварительно минимально допустимое число S_min путей, проходящих через РОТ между парами Z_1,3 и Z_2,3 корреспондирующих узлов связи, например S_min=2. Также предварительно задают предельно допустимое значение ранга r_доп пути между любой парой корреспондирующих узлов, например r_доп=2. Ранг пути - это число ребер системы связи, входящих в данный путь. Например, ранг пути между парой узлов Z_1,3 составляет r=1 или r=2 (см. фиг.5а). Величина ранга пути определяется требованиями по качеству организуемых каналов в системе связи (см., например, Давыдов Г.Б., Рогинский В.Н., Толчан А.Я. Сети электросвязи. М.: Связь, 1977, С.139).

Затем из всей совокупности РОТ выделяют те из них, по которым общее число проходящих путей S_k≥S_min. Для чего формируют структурную матрицу системы оптической связи размером N×N. В данном случае N=4, т.е. матрицу размером 4×4

В матрице , ее элемент ε_i,j, где i,j - номера узлов, т.е. i, j=1,2,3,4, принимает значение ε_i,j=1 при i=j и ε_i,j=0 при отсутствии непосредственной связи между i-м и j-м узлами связи, а значению ε_i,j присваивают номер m-го ребра, где m=1,2,..., М, т.е. m=1,2,3,4,5, если i и j принадлежат одному ребру.

По сформированной структурной матрице системы оптической связи вычисляют суммарную совокупность путей F^i,j между всеми парами корреспондирующих узлов связи, ранг которых не превышает r_доп=2.

С этой целью структурную матрицу возводят в степень r_доп=2 путем логического перемножения элементов i-й строки и j-го столбца с последующим суммированием результатов перемножения, т.е.

где знак ∨ - означает операцию логического сложения.

В возведенной в степень r_доп=2 структурной матрице выделяют совокупность элементов, отличающихся от нуля, которые в свою очередь определяют совокупность F^1,3={1^1,3,2^1,3} и F^2,3={1^2,3,2^2,3} путей между парами Z_1,3 и Z_2,3 корреспондирующих узлов связи соответственно, и общая сумма путей T_Σ будет составлять T_Σ=4 (фиг.5).

Затем формируют матрицу путей размером М×Т_Σ между всеми парами корреспондирующих узлов связи. В данном случае М=5, T_Σ=4, т.е. матрицу размером 5×4

В матрице ее элемент , где i, j - номера узлов, т.е. i,j=1,2,3,4, f - номер пути между парой Z_i,j корреспондирующих узлов связи, т.е. f=1,2, m - номер ребра, т.е. m=1,2,3,4, принимает значение , если ребро с номером m принадлежит пути с номером f между парой Z_i,j корреспондирующих узлов связи, а в противном случае .

Из сформированной матрицы путей выделяют РОТ, для которых выполняется условие S_k≥2. В данном случае таковым будет ребро с номером m=2 (фиг.6).

Таким образом, в результате выполненных действий было выделено РОТ, по которому общее число проходящих путей между парами Z_1,3 и Z_2,3 корреспондирующих узлов связи превышает S_min=1.

Следовательно, целесообразно на узлах связи с номерами 2 и 3, инцидентных ребру с номером 2 (фиг.2), установить источники света 2.2', 2.2", 3.2', 3.2", фотодетекторы 2.3', 2.3", 3.3', 3.3" и терминалы спектрального уплотнения 2.4, 3.4.

В случае использования способа-прототипа с четырьмя узлами необходимо на каждом узле связи разместить дополнительно по одному источнику света, фотодетектору и терминалу спектрального уплотнения, то есть всего 12 устройств. В заявленном решении установка указанных функциональных устройств осуществляется только на узлах, инцидентных выделенному ребру, т.е. всего 6.

Из рассмотренного примера можно заключить, что при использовании системы оптической связи с числом узлов N=4 обеспечивается практически двукратное снижение количества дополнительно устанавливаемых функциональных устройств при одновременном сохранении пропускной способности системы оптической связи, что при построении заявленным способом системы оптической связи с числом узлов N=10-20, выигрыш по количеству дополнительных функциональных устройств будет составлять 10 и более раз.

Отмеченное указывает на возможность достижения сформулированного технического результата при использовании заявленного технического решения.

Изобретение относится к оптическим системам связи и может быть использовано при создании и совершенствовании таких систем. Технический результат состоит в сокращении материальных затрат на реализацию способа при сохранении заданной пропускной способности. Способ заключается в выделении К ребер системы оптической связи, по каждому из которых общее число проходящих путей между парами корреспондирующих узлов связи превышает минимально допустимое значение С этой целью формируют структурную матрицу системы оптической связи. По сформированной структурной матрице вычисляют суммарное значение путей, ранг которых не превышает допустимого значения, между каждой парой корреспондирующих узлов связи. Затем формируют матрицу путей между всеми парами корреспондирующих узлов связи и выделяют ребра, соответствующие строкам матрицы путей, для которых выполняется определенное условие. После чего устанавливают множество источников света со стабильно узкими диапазонами и терминалы спектрального уплотнения на передающем конце и соответствующее множество фотодетекторов и терминалы спектрального уплотнения на приемном конце на каждом из узлов, инцидентных соответствующим выделенным ребрам системы оптической связи. 6 ил.

Способ построения системы оптической связи, содержащей N≥1 узлов связи, объединенных М≥1 ребрами оптических трактов (РОТ), заключающийся в том, что на передающем конце узла связи устанавливают множество источников света и терминалы спектрального уплотнения, а на его приемном конце - множество фотодетекторов и терминалы спектрального уплотнения, отличающийся тем, что предварительно выделяют в системе оптической связи пары Z_ij корреспондирующих узлов связи, где i=1,2,..., N, j=1,2,..., N, задают предельно допустимое значение ранга r_доп пути между соответствующими парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи и минимально допустимое число S_min путей, проходящих через РОТ между соответствующими парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи, из общего числа ребер М выделяют К ребер, по каждому из которых общее число S_k, где k=1,2,..., К, проходящих путей между парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи превышает S_min, для чего формируют структурную матрицу системы оптической связи размером N×N, где элемент матрицы ε_i,j=1 при i=j и ε_i,j=0 при отсутствии непосредственной связи между i-м и j-м узлами связи, а значению ε_ij присваивают номер m-го ребра, где m=1,2,..., М, при наличии непосредственной связи между i-м и j-м узлами связи, затем вычисляют суммарное значение F^i,j путей между каждой парой Z_i,j корреспондирующих узлов связи, ранг путей r_i,j которых не превышает r_доп, для чего структурную матрицу возводят в степень r_доп, а в возведенной в степень r_доп структурной матрице выделяют элементы F^i,j, отличающиеся от нуля, после чего формируют матрицу путей размером М×Т_Σ, где , между всеми парами Z_i,j корреспондирующих узлов связи, причем элементы матрицы путей принимают значения 1 или 0, если ребро с номером m соответственно принадлежит или не принадлежит пути f^i,j, где f^i,j=1,2,...,F^i,j, затем выделяют К ребер, соответствующих строкам матрицы путей , для которых выполняется условие S_k≥S_min, причем множество источников света со стабильно узкими диапазонами и терминалы спектрального уплотнения на передающем конце и соответствующее множество фотодетекторов и терминалов спектрального уплотнения на приемном конце устанавливают на каждом из узлов, инцидентных соответствующему ребру из ранее выделенных К ребер.