Надёжность оптических линий

Надёжность работы ВОЛС – это свойство волоконно-оптической линии связи обеспечивать возможность передачи требуемой информации с заданным качеством в течение определённого промежутка времени. Надёжность может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, сочетание всех этих свойств. Показатели надёжности – это количественные характеристики свойств, определяющих надёжность ВОЛС. В общем случае волоконно-оптическая линия связи может рассматриваться как система, состоящая из двух совместно действующих сооружений – линейного и станционного. Каждое из этих сооружений при определении надёжности может рассматриваться как самостоятельная система. В теории надёжности используются понятия:

“отказ” – повреждение с перерывом связи по одному, множеству или по всем каналам связи;

“неисправность” – повреждение, не вызывающее закрытия связи, при котором значение одного или нескольких параметров не удовлетворяет заданным норм.

Внешние факторы, снижающие надёжность ВОЛС, проявляются, как правило, при эксплуатации; это земляные работы вблизи места прокладки кабеля, стихийные явления включающие в себя оползни , обвалы удары молнии, мерзлотные явления, землетрясения и т.д. Кроме того ОК может повреждаться грызунами, термитами, грибковыми образованиями. В волоконно-оптических кабелях присутствует новый по сравнению с традиционными кабельными линиями связи внутренний источник отказов – обрывы оптических волокон, вызванные старением кварцевого стекла.

Отказы характеризуются плотностью повреждений m с перерывом связи, приходящихся на 100 км трассы в год:

m = 100N / KL (17.1),

где N - число отказов на магистрали связи длиной L за К лет. Обычно m не превышает величины 0.24-0.3 по всем причинам; при грозе допустимая величина m ≤ 0.1.

Интенсивность отказов на 1 км трассы в час λ определяется из плотности повреждений

λ = m / (8760∙100) (17.2),

где 8760 – число часов в году; 100 – длина трассы (км), при которой определяется значение m.

Поток отказов в час Λ на всей длине магистрали находится из выражения

Λ = λ∙L = mL / (8760∙100) (17.3).

Среднее время восстановления связи определяется на всей трассе

(17.4),

где t_вi - время восстановления связи при i – м отказе, часов.

Наработка на отказ или среднее время между отказами представляет среднее число часов исправной работы линии между двумя соседними отказами, взятыми за определённый календарный срок эксплуатации:

(17.5),

где n - число отказов за принятый календарный срок; τ_i - время исправной работы между i = 1 и i = n отказами, часов.

Коэффициент готовности определяется как отношение суммарного времени исправной (безотказной) работы к общему суммарному времени исправной работы и времени восстановления за один и тот же период эксплоатации

к_{г =} Т₀ / ( Т₀ + t_вп ) = (T – t_вп) / T (17.6),

где T₀ - суммарное время безотказной работы;

t_вп - время повреждения;

T - время наблюдения.

Коэффициент простоя – вероятность тог, что в заданный интервал времени линия неисправна

к_п = t_вп / (T₀ + t_вп ) = 1 - к_г (17.7).

Вероятность безотказной работы в заданный интервал времени t:

P(t) = e^-Λt (17.8).

Принятое значение коэффициента готовности кабельной линии равно 0.985, аппаратуры 0.995; среднее время между отказами на линии не меньше 340.5 часа; среднее время восстановления не более 5.2 часа, плотность повреждений не более 0.182. На воздушных линиях электропередачи средне время восстановления не более 10часов; наработка на отказ не менее 670 часов. Для линии длиной 100 км коэффициент готовности должен быть не менее 0.99989, плотность отказов - не более 0.094.

Заключение. Перспективы развития.

Тенденции развития транспортных сетей

Оптические технологии быстро сменяют друг друга, однако кабельная инфраструктура более консервативна. Существующие технологии позволяют довести пропускную способность до терабит/сек. Основаниями для строительства линий связи обычно являются необходимость связи в данном направлении, необходимость резерва, необходимость увеличения пропускной способности, необходимость улучшения качества, конкуренция с другими операторами, вложение капитала (аналогично покупке квартир), появление территории, удобной для строительства.

Показатели развития связи в России:

1) По числу стационарных телефонов - 6 место в мире.

2) По количеству на 100 жителей – 11 место.

3) Мобильных телефонов более 140 млн.

4) По средним затратам на линию связи (из-за большой площади территории) – 2 место (первое место у Канады).

5) По экономическому развитию – 14 место.

6) По к-ту трудности строительства – 1 место.

Наряду с волоконно-оптическими кабелями функционирует огромная сеть металлических кабелей, например сеть ОАО РЖД имеет 53 тыс. км ОК и 84 тыс.км металлических кабелей. Протяжённость ВОЛС в России к 2020 г. будет составлять 350 тыс. км, а к 2035 г. – 560 тыс. км.

В России степень развития сетей связи далека от насыщения. В ОАО Связьинвест оптические кабели имеют длину порядка 80000 км (2006 г.), металлические – 260 тыс.

Развитие технологий будет продолжаться в следующих направлениях:

1) Не полностью исчерпаны возможности 2 – го окна прозрачности.

2) Продолжается работа по повышению эффективности оптических усилителей.

3) Разрабатываются нетрадиционные способы увеличения длины УУ: предварительная коррекция ошибок (выигрыш 5 дБ), усиление мощности на передаче (25дБ), предусилитель на приёме (14 дБ), распределённое рамановское усиление (10 дБ), вынесенные усилители с накачкой по отдельному волокну (14 дБ).

4) Минимизация дисперсионных искажений.

5) Развитие технологий волнового уплотнения (WDM). Преимущества: возможность постепенного наращивания пропускной способности, использование общих усилителей для групп каналов.

6) Появление MetroWDM и неплотного мультиплексирования в городах и пригородах.

7) Разработка солитонной передачи, обладающей высокой пропускной способностью и рекордной дальностью (десятки тысяч км).

8) Переход к чисто оптической транспортной сети ОТС (без преобразования в электронную форму). Разработка новых типов волокон.

Возможны и революционные изменения:

1) Разработка дешёвых фотонно-кристаллических волокон, обладающих уникальными свойствами.

2) Появление на линиях сверхпроводящих кабелей.

Литература

1. И.И.Гроднев. Волоконно-оптические линии связи. М. Радио и связь, 1990.

2. Дэвид Бейли, Эдвин Райт. Волоконная оптика. Теория и практика. Кудриц-образ. М.

2006.

3. Р.Фриман. Волоконно-оптические системы связи. Техносфера. М. 2003.

4. Дэвид Гринфельд. Оптические сети. Диасофт. М. 2002.

5. Г.Мальке, П.Гёссинг. Волоконно-оптические кабели.Corning Cable Systems. 2001.

6. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы. П/р Дмитриева

С.А. и Слепова Н.Н. Connect. М.2001.

7. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. Волоконно-

оптическая техника. М.2005.

8. Оптические волокна для линий связи. А.В. Листвин, В.Н.Листвин, Д.В.Швырков.

Вэлком. М.2003.

9. Портнов Э.Л., Соколов С.А., Зубилевич А.Л. Оптические направляющие среды и

пассивные компоненты ВОЛС. Учебное пособие. М. МТУСИ. 2005.

10. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. А.С.Воронцов и др.

ЭКО-ТРЕНДЗ. М. 2003.

11. Андреев В.А., Бурдин В.А. Попов В.А. Технология строительства ВОЛП. Учебное

пособие. СРТЦ ПГАТИ, Самара. 2002.

12. Соколов С.А., Зубилевич А.Л. Современное оптическое волокно. Учебное пособие. М. МТУСИ. 2002.

13. Э.Л.Портнов. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи. М. Горячая линия – Телеком. 2007.

14. И.И.Гроднев, Ю.Т.Ларин, И.И.Теумин. Оптические кабели, Энергоатомиздат. М. 1991.

15. Ю.С.Кившарь, Г.П.Агравал. Оптические солитоны. М. Физматгиз. 2005.

16. Е.Б. Алексеев. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых волоконно-оптических систем передачи. Учебное пособие. М. МТУСИ. 2007.

17. Справочник. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. М. Радио и связь. 1993.

18. Э.Л.Портнов. Оптические кабели связи. М. Горячая линия-Телеком. 2002.

19. Д.В. Поргачёв, О.В.Бондаренко. Волоконно-оптические кабели и линии связи. ЭКО-ТРЕНДЗ. М.2002.