Построение волоконно-оптических систем передачи

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

/

Введение

Современные телекоммуникационные системы и сети представляют сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными параметрами качества. Основу телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим кабелям и радиолиниям, предназначенные для формирования типовых каналов и трактов. На основе систем передачи строится телекоммуникационная сеть страны, реализуемая в виде комплексов технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и частных сетей электросвязи на территории России, охваченная общим централизованным управлением и называемая Взаимоувязанной сетью связи Российской Федерации (ВСС РФ). В последнее время чаще используется термин «Единая сеть электросвязи РФ» (ЕСЭ РФ).

Единая сеть связи как информационная транспортная среда, кроме сетей передачи привычных сообщений, позволяет создать:

- цифровую сеть связи с интеграцией служб, обеспечивающих полностью цифровые соединения между оконечными устройствами (терминалами) для предоставления абонентам широкого спектра услуг по передаче телефонных и нетелефонных сообщений, доступ к которым осуществляется через ограниченный набор стандартизированных многофункциональных интерфейсов;

- интеллектуальную сеть, которая может предоставить абонентам расширенный набор услуг в заданное время в заданном месте, например установление телефонного соединения с оплатой за счет вызываемого абонента, вызов по кредитной карте, общение по сокращенному набору номера, телеголосование и др.;

- сотовые мобильные сети связи, предоставляющие абоненту, находящемуся в движении, возможность получить услуги связи в любом месте;

- широкополосные цифровые сети с интеграцией услуг со скоростью обмена информацией до десятков Гбит/с; высокоскоростные сети на основе транспортирования информации с помощью технологии асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и др.

Сами системы управления представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, поэтому существует граница целесообразности применения системы управления - она зависит от сложности сети, разнообразия применяемого коммуникационного оборудования и степени его распределенности по территории. В небольшой сети можно применять отдельные программы управления наиболее сложными устройствами, например коммутатором, поддерживающим технику VLAN. Обычно каждое устройство, которое требует достаточно сложного конфигурирования, производитель сопровождает автономной программой конфигурирования и управления. Однако при росте сети может возникнуть проблема объединения разрозненных программ управления устройствами в единую систему управления, и для решения этой проблемы придется, возможно, отказаться от этих программ и заменить их интегрированной системой управления.

Сетевое управление состоит из отдельных и независимых задач по управлению разнородными системами. К основным функциям сетевого управления относится:

– Проектирование, установка и обслуживание физической инфраструктуры, соединительных кабелей и коммутационных панелей, тестирование кабелей и проверка их длины.

– Настройка устройств, мостов, маршрутизаторов, коммутаторов и повторителей. Настройка процессов резервирования, архивирования и документирование. Создание и обновление топологических карт, отражение взаимосвязей устройств, определение места хранения конфигурационной информации.

– Мониторинг состояния связей и служб, определение базовых показателей сетевой производительности и ее измерение. Упреждающее и экстренное тестирование неполадок в связях и сетевых службах. Мониторинг безопасности сети.

– Отслеживание сбоев в управляемых компьютерах и устройствах, определение и устранение их причин, исправление их последствий и предотвращение сбоев.

– Управление конфигурированием компьютеров и сетевых устройств (инициализация, переконфигурирование, выключение управляемых сетевых устройств и компьютеров).

– Управление потребление сетевых ресурсов пользователями и группами пользователей (например, регулирование дисковых и иных квот).

– Управление производительностью сетевых устройств и сервисов (с помощью сбора и анализа статистики интенсивности применения и частоты ошибок сетевых устройств и искусственной установки уровня их производительности на основе полученных данных).

– Управление защитой данных с помощью контроля доступа к сетевым ресурсам на основе заранее установленной политики безопасности.

Кроме систем управления сетями существуют и системы управления другими элементами корпоративной сети: системы управления ОС, СУБД, корпоративными приложениями. Применяются также системы управления телекоммуникационными сетями: телефонными, а также первичными сетями технологий PDH и SDH.

Независимо от объекта управления, желательно, чтобы система управления выполняла ряд функций, которые определены международными стандартами, обобщающими опыт применения систем управления в различных областях. Существуют рекомендации ITU-T X.700 и близкий к ним стандарт ISO 7498-4, которые делят задачи системы управления на пять функциональных групп:

– управления конфигурацией сети и именованием;

– обработка ошибок;

– анализ производительности и надежности;

– управление безопасностью;

– учет работы сети.

Рассмотрим задачи этих функциональных областей управления применительно к системам управления сетями.

Управление конфигурацией сети и именованием (Configuration Management). Эти задачи заключаются в конфигурировании параметров как элементов сети (Network Element, NE), так и сети в целом. Для элементов сети, таких как маршрутизаторы, мультиплексоры и т.п., с помощью этой группы задач определяются сетевые адреса, идентификаторы (имена), географическое положение и пр.

Управление конфигурацией (как и другие задачи системы управления) могут выполнятся в автоматическом, ручном или полуавтоматическом режимах. Например, карта сети может составляться автоматически, на основании зондирования реальной сети пакетами-исследователями, а может быть введена оператором системы управления вручную. Чаще всего применяются полуавтоматические методы, когда автоматически полученную карту оператор подправляет вручную. Методы автоматического построения топологической карты, как правило, являются фирменными разработками.

Более сложной задачей является настройка коммутаторов и маршрутизаторов на поддержку маршрутов и виртуальных путей между пользователями сети. Согласованная ручная настройка таблиц маршрутизации при полном или частичном отказе от использования протокола маршрутизации (а в некоторых глобальных сетях, например Х.25, такого протокола просто не существует) представляет собой сложную задачу. Многие системы управления сетью общего назначения ее не выполняют, но существуют специализированные системы конкретных производителей, например система NetSys компании Cisco Systems, которая решает ее для маршрутизаторов этой же компании.

Обработка ошибок (Fault Management). Эта группа задач включает выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация, маршрутизация и анализ на основе некоторой корреляционной модели. Фильтрация позволяет выделить из весьма интенсивного потока сообщений об ошибках, который обычно наблюдается в большой сети, только важные сообщения, маршрутизация обеспечивает их доставку нужному элементу системы управления, а корреляционный анализ позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений (например, обрыв кабеля может быть причиной большого количества сообщений о недоступности сетей и серверов).

Устранение ошибок может быть как автоматическим, так и полуавтоматическим. В первом случае система непосредственно управляет оборудованием или программными комплексами и обходит отказавший элемент за счет резервных каналов и т.п. В полуавтоматическом режиме основные решения и действия по устранению неисправности выполняют люди, а система управления только помогает в организации этого процесса - оформляет квитанции на выполнение работ и отслеживает их поэтапное выполнение (подобно системам групповой работы).

В этой группе задач иногда выделяют подгруппу задач управления проблемами, подразумевая под проблемой сложную ситуацию, требующую для разрешения обязательного привлечения специалистов по обслуживанию сети.

Анализ производительности и надежности (Performance Management). Задачи этой группы связаны с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как время реакции системы, пропускная способность реального или виртуального канала связи между двумя конечными абонентами сети, интенсивность трафика в отдельных сегментах и каналах сети, вероятность искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициент готовности сети или ее определенной транспортной службы. Функции анализа производительности и надежности сети нужны как для оперативного управления сетью, так и для планирования развития сети.

Результаты анализа производительности и надежности позволяют контролировать соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA), заключаемое между пользователем сети и ее администраторами (или компанией, продающей услуги); Обычно в SLA оговариваются такие параметры надежности, как коэффициент готовности службы в течение года и месяца, максимальное время устранения отказа, а также параметры производительности, например, средняя и максимальная пропускная способности при соединении двух точек подключения пользовательского оборудования, время реакции сети (если информационная служба, для которой определяется время реакции, поддерживается внутри сети), максимальная задержка пакетов при передаче через сеть (если сеть используется только как транзитный транспорт). Без средств анализа производительности и надежности поставщик услуг публичной сети пли отдел информационных технологий предприятия не сможет ни проконтролировать, ни тем более обеспечить нужный уровень обслуживания для конечных пользователей сети

Управление безопасностью (Security Management). Задачи этой группы включают в себя контроль доступа к ресурсам сети (данным и оборудованию) и сохранение целостности данных при их хранении и передаче через сеть. Базовыми элементами управления безопасностью являются процедуры аутентификации пользователей, назначение и проверка прав доступа к ресурсам сети, распределение и поддержка ключей шифрования, управления полномочиями и т.п. Часто функции этой группы не включаются в системы управления сетями, а реализуются либо в виде специальных продуктов (например, системы аутентификации и авторизации Kerberos, различных защитных экранов, систем шифрования данных), либо входят в состав операционных систем и системных приложений.

Учет работы сети (Accounting Management). Задачи этой группы занимаются регистрацией времени использования различных ресурсов сети - устройств, каналов и транспортных служб. Эти задачи имеют дело с такими понятиями, как время использования службы и плата за ресурсы - billing. Ввиду специфического характера оплаты услуг у различных поставщиков и различными формами соглашения об уровне услуг, эта группа функций обычно не включается в коммерческие системы и платформы управления типа HP Open View, а реализуется в заказных системах, разрабатываемых для конкретного заказчика:

Модель управления OSI не делает различий между управляемыми объектами - каналами, сегментами локальных сетей, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами, модемами и мультиплексорами, аппаратным и программным обеспечением компьютеров, СУБД. Все эти объекты управления входят в общее понятие «система», и управляемая система взаимодействует с управляющей системой по открытым протоколам OSI.

Однако на практике деление систем управления по типам управляемых объектов широко распространено. Ставшими классическими системы управления сетями, такие как StinNet Manager, HP OpenView или Cabletron Spectrum, управляют только коммуникационными объектами корпоративных сетей, то есть концентраторами и коммутаторами локальных сетей, а также маршрутизаторами и удаленными мостами, как устройствами доступа к глобальным сетям. Оборудованием территориальных сетей обычно управляют системы производителей телекоммуникационного оборудования, такие как RADView компаний RAD Data Communications, MainStreetXpress 46020 компании Newbridge и т.п.

Рассмотрим, как преломляются общие функциональные задачи системы управления, определенные в стандартах X.700/ISO 7498-4, в задачи такого конкретного класса систем управления, как системы управления компьютерами и их системным и прикладным программным обеспечением. Их называют системами управления системой (System Management System). Обычно система управления системой выполняет следующие функции: Учет используемых аппаратных и программных средств (Configuration Management). Система автоматически собирает информацию об установленных в сети компьютерах и создает записи в специальной базе данных об аппаратных и программных ресурсах. После этого администратор может быстро выяснить, какими ресурсами он располагает и где тот или иной ресурс находится, например, узнать о том, на каких компьютерах нужно обновить драйверы принтеров, какие компьютеры обладают достаточным количеством памяти, дискового пространства и.т. п.

– Распределение и установка программного обеспечения (Configuration Management), После завершения обследования администратор может создать пакеты рассылки нового программного обеспечения, которое нужно инсталлировать на всех компьютерах сети или на какой-либо группе компьютеров. В большой сети, где проявляются преимущества системы управления, такой способ инсталляции может существенно уменьшить трудоемкость этой процедуры. Система может также позволять централизованно устанавливать и администрировать приложения, которые запускаются с файловых серверов, а также дать возможность конечным пользователям запускать такие приложения с любой рабочей станции сети.

– Удаленный анализ производительности и возникающих проблем (Fault Management and Performance Management). Эта группа функций позволяет удаленно измерять наиболее важные параметры компьютера, операционной системы, СУБД и т.д. (например, коэффициент использования процессора, интенсивность страничных прерываний, коэффициент использования физической памяти, интенсивность выполнения транзакций). Для разрешения проблем эта группа функций может давать администратору возможность брать на себя удаленное управление компьютером в режиме эмуляции графического интерфейса популярных операционных систем. База данных системы управления обычно хранит детальную информацию о конфигурации всех компьютеров в сети для того, чтобы можно было выполнять удаленный анализ возникающих проблем.

Примерами систем управления системами являются Microsoft System Management Server (SMS), CA Umcenter, HP Operationscenter и многие другие.

Как видно из описания функций системы управления системами, они повторяют функции системы управления сетью, но только для других объектов. Действительно, функция учета используемых аппаратных и программных средств соответствует функции построения карты сети, функция распределения и установки программного обеспечения - функции управления конфигурацией коммутаторов и маршрутизаторов, а функция анализа производительности и возникающих проблем - функции производительности.

Эта близость функций систем управления сетями и систем управления системами позволила разработчикам стандартов OSI не делать различия между ними и разрабатывать общие стандарты управления.

На практике уже несколько лет также заметна отчетливая тенденция интеграции систем управления сетями и системами в единые интегрированные продукты управления корпоративными сетями, например CA Unicenter TNG или ТМЕ-10 IBM/Tivoli. Наблюдается также интеграция систем управления телекоммуникационными сетями с системами управления корпоративными сетями.

1. Основы построения волоконно-оптических систем передачи

1.1 Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи

Основным направлением развития телекоммуникационных систем является широкое применение волоконно-оптических систем передачи. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку и передачу оптических сигналов. Физической средой распространения оптических сигналов являются волоконно-оптические или, просто, оптические кабели и создаваемые на их основе волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Совокупность ВОСП и ВОЛС образует волоконно-оптическую линию передачи (ВОЛП). Без широкого использования ВОЛС невозможно развитие телекоммуникационных технологий в области телефонной и телеграфной связи, кабельного телевидения и факсимильной связи, передачи данных, создания единой цифровой сети с интеграцией служб СЦИО (Integrated Services Digital Network ISDN), внедрения на телекоммуникационных сетях технологии асинхронного способа передачи (Asynchronous Transfer Mode ATM) и построения транспортных сетей на основе синхронной цифровой иерархии СЦИ (Synchronous Digital Hierarchy SDH). Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наивысшими скоростями, а имеет более широкий спектр, от бортовых систем (самолетов, кораблей и др.) до локальных и глобальных волоконно-оптических телекоммуникационных сетей.

В ВОСП передача сообщений осуществляется посредством световых волн от 0,1 мкм до 1 мм. Диапазоны длин волн (или частот), в пределах которых обеспечиваются наилучшие условия распространения световых волн по оптическому волокну, называются его окнами прозрачности.

В настоящее время для построения ВОСП используются длины волн
от 0,8 мкм до 1,65 мкм (в дальнейшем предполагается освоение и более длинных волн 2,4 и 2,6 мкм), называемые инфракрасным излучением (просто светом) или оптическим излучением (ОМ).

Для увеличения дальности передачи за счет наилучшего распространения световой волны были исследованы различные оптические волноводы, называемые оптическими волокнами (ОВ) или световодами, под которыми понимаются направляющие каналы для передачи оптического излучения, состоящие из сердцевины, окруженной оболочкой (оболочками). ОВ в сочетании с оптоэлектронными технологиями (генерация оптического излучения, его усиление, прием, обработка оптических сигналов и др.) дали развитие современному направлению техники, носящему название волоконной оптики раздела оптики, рассматривающего передачу излучения по волоконным световодам оптическим волокнам.

Световые сигналы издавна использовались для передачи сообщений, но первая попытка использовать их для передачи речевых сигналов, была осуществлена в 1882 г. американским изобретателем А.Г. Беллом. «В одном из заседаний американского общества ученых Белл демонстрировал новый прибор, который он назвал фотофоном, на том основании, что аппарат этот служил для передачи звуков при помощи светового луча, причем нет надобности оба корреспондирующие пункта соединять проволокою, как при действии телефонами, а необходимо одно только условие, чтобы луч света из передающего пункта мог беспрепятственно достигнуть принимающей стороны».

Однако из-за успешного развития в конце XIX века воздушных и кабельных линий связи, изобретения радио А.С. Поповым, оптические способы передачи сообщений были надолго забыты.

Современная эра оптической связи началась с изобретения в 1958 г. и последовавшим вскоре созданием первых лазеров (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation LASER) и создания на их основе оптических квантовых генераторов (ОКГ) в 1961 г. По сравнению с обычными источниками оптического излучения лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью и имеет очень большую интенсивность и поэтому было совершенно естественно использовать его в качестве несущего колебания в системах передачи. Лазерное излучение открывало возможность получения исключительно широкой полосы пропускания при условии осуществления его модуляции в полосе частот, составляющей всего несколько процентов от основной частоты излучения лазера. В самом деле, лазерная система передачи на гелий-неоновом лазере (длина волны в свободном пространстве мкм, частота  Гц) имеет полосу пропускания 4700 ГГц (1% от основной частоты), в которой можно разместить одновременно около миллиона телевизионных каналов.

В 60-е годы прошлого столетия было предложено много технических решений по осуществлению различных видов модуляции лазерного излучения (частотная, фазовая, амплитудная, по интенсивности и поляризации, импульсной), а также был создан ряд лазерных систем передачи, использующих распространение света в свободном пространстве, называемых открытыми системами связи.

Открытые системы связи из-за ряда своих недостатков (высокая требуемая точность наведения антенн передатчика и приемника, низкий КПД оптических излучателей, высокий уровень шумов в приемнике, влияние характеристик атмосферы на надежность связи) не нашли широкого применения для использования в телекоммуникационных сетях и системах общего пользования.

В это же время широко проводились эксперименты по созданию направляющих систем, в которых лазерный пучок вводился в канал передачи с помощью линз, располагаемых друг от друга на расстоянии 10 … 100 м. Дальнейшие исследования и разработки в этом направлении привели к идеи использования длинных оптических волокон (ОВ), подобных тем, которые использовались в эндоскопии и других областях, и были заложены основы волоконно-оптической связи.

Основной причиной, сдерживавшей практическую реализацию этой идеи, было большое затухание сигнала в таком ОВ, доходившее
до 1000 дБ/км. Если бы удалось уменьшить затухание в стекле в инфракрасной области спектра до 20 дБ/км, то стало бы возможным создание практических волоконно-оптических систем передачи. Работы в этом направлении привели к тому, что в 1975 г. в лабораторных условиях были получены ОВ с затуханием до 2 дБ/км и в 1979 г. были достигнуты потери порядка 0,2 дБ/км.

К 1980 г. во многих странах выпускали ОВ с потерями менее 10 дБ/км и были созданы надежные полупроводниковые источники оптического излучения и фотодетекторы (приемники оптического излучения) и стали проводиться всесторонние испытания волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), включаемых в обычные телефонные сети. Наступила эра волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) и соответствующих им телекоммуникационных, оптоэлектронных и компьютерных технологий.

Нижеперечисленные достоинства ВОЛС обеспечили их быстрое и широкое применение:

1. Возможность получения ОВ с параметрами, обеспечивающими расстояние между ретрансляторами не менее 100… 150 км.

2. Производство оптических кабелей (ОК) с малыми габаритными размерами и массой при высокой информационной пропускной способности.

3. Постоянное и непрерывное снижение стоимости производства оптических кабелей и совершенствование технологии их производства.

4. Высокая защищенность от внешних электромагнитных воздействий и переходных помех.

5. Высокая скрытность связи (утечка информации): ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну.

6. Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: ОВ различных типов позволяют заменить электрические кабели в цифровых системах передачи всех уровней иерархии.

7. Возможность постоянного совершенствования ВОСП по мере появления новых источников оптического излучения, оптических волокон, фотоприемников и усилителей оптического излучения с улучшенными характеристиками или при повышении требований к их характеристикам при полном сохранении совместимости с другими системами передачи.

8. Соответствующим образом спроектированные ВОЛС относительно невосприимчивы к неблагоприятным температурным условиям и влажности и могут быть использованы для подводных кабелей.

9. Надежная техника безопасности (безвредность во взрывоопасных средах, отсутствие искрения и короткого замыкания), возможность обеспечения полной электрической изоляции.

В настоящее время на многих ВОЛС общего пользования используются скорости передачи до 622 Мбит/с, но все большее применение получают ВОСП на скорости передачи 2,5 Гбит/с и выше. По таким ВОЛС можно организовать от 7680 до 100 000 каналов тональной частоты (КТЧ) или основных цифровых каналов (ОЦК) с пропускной способностью 64 кбит/с. В настоящее время разработаны ВОСП на скорости до 40 Гбит/с.

Эти возможности не являются предельными: спектральное уплотнение (СУ) и когерентный прием позволят на несколько порядков увеличить суммарную скорость передачи информации по ВОЛС. Если обратиться к третьему окну прозрачности ОВ шириной 140 мкм на длине волны 1,55 мкм, то в нем можно разместить до 630 спектральных каналов (СК) при разносе частот между ними 24 ГГц и скорости передачи 2,4 Гбит/с в каждом. Это соответствует примерно суммарной скорости 1,5 Тбит/с или 23 млн КТЧ или ОЦК.

Для описания параметров оптических кабелей и компонент ВОСП используется как частота, так и длина волны оптического излучения. Поэтому полезно знать соотношения между этими переменными, что особенно важно при описании полос пропускания в терминах отклонений длины волны или частоты.

Связь между длиной волны и частотой оптического сигнала определяются соотношением

,

где длина волны оптического излучения в среде распространения;
частота сигнала; с скорость света в среде распространения.

Скорость света при распространении его через оптически прозрачный материал, в свою очередь, связана с его показателем преломления следующим образом:

,

здесь скорость света, равная 300 000 000 м/с; n показатель преломления среды распространения оптического сигнала.

Очевидно, что длина волны оптического сигнала изменяется с изменением показателя преломления среды

,

где называется длиной волны в свободном пространстве, т.е. длиной волны, которая будет измерена в вакууме.

Очень часто особое значение приобретает разница между длинами волн или разница частот . Важно знать, как можно преобразовать эти две переменные, как они между собой связаны:

или

.

Эти уравнения весьма полезны, так как часто возникает необходимость преобразования данных параметров из одних единиц измерения в другие.

Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи

В состав волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) входят следующие технические средства:

1. Каналообразующее оборудование (КОО) тракта передачи, обеспечивающее формирование определенного числа типовых каналов или типовых групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи.

2. Оборудование сопряжения (ОС) тракта, необходимое для сопряжения параметров многоканального сигнала на выходе КОО с параметрами оптического передатчика.

3. Оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразование электрического сигнала в оптический сигнал, длина волны которого совпадает с одним из окон прозрачности оптического волокна; в состав ОПер входят: источник оптического излучения (ИОИ) оптической несущей, один или несколько параметров которой модулируются электрическим многоканальным сигналом, поступающим с ОС, и согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно оптического кабеля с минимально возможными потерями; как правило, источник оптического излучения и согласующее устройство образуют единый блок, называемый передающим оптическим модулем (ПОМ).

4. Оптический кабель, волокна которого служат средой распространения оптического излучения.

5. Оптический ретранслятор (ОР), обеспечивающий компенсацию затухания сигнала при его прохождении по оптическому волокну (ОВ) и коррекцию различного вида искажений; (ОР) могут быть обслуживаемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через определенные расстояния, называемые ретрансляционными участками; в ОР может производиться обработка (усиление, коррекция, регенерация и т.д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и оптического сигнала с помощью оптических квантовых усилителей.

6. Оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптического излучения и преобразования его в электрический сигнал; ОПр включает в себя согласующее устройство (СУ), необходимое для вывода оптического излучения из ОВ с минимальными потерями, и приемник оптического излучения (ПОИ); совокупность согласующего устройства и приемника оптического излучения представляет приемный оптический модуль (ПРОМ).

7. Оборудование сопряжения (ОС) тракта приема, преобразующее сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответствующего КОО.

8. Каналообразующее оборудование (КОО) тракта приема, осуществляющее обратные преобразования многоканального сигнала в сигналы отдельных типовых каналов и трактов.

Обобщенная структурная схема ВОСП приведена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи: а тракт передачи; б тракт приема

Для модуляции оптической несущей многоканальным электрическим сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (AM), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др.

При фиксированных пространственных координатах мгновенное значение электрического поля монохроматического оптического излучения можно записать в виде

,

где амплитуда поля; и соответственно частота и фаза оптической несущей. Тогда мгновенное значение интенсивности оптического излучения

,

а усредненное значение по периоду

.

Величина называется средней интенсивностью или мощностью оптического излучения.

При модуляции интенсивности (МИ) именно величина изменяется в соответствии с модулирующим многоканальным сигналом.

Обладая волновой природой, оптическое излучение в то же время является дискретным. Оно излучается и поглощается только в виде дискретных квантов фотонов с энергией , где постоянная Планка. Поэтому мощность оптического излучения можно характеризовать интенсивностью потока фотонов (числом в единицу времени) , которая и модулируется многоканальным сигналом.

Отметим, что МИ нашла самое широкое применение при построении волоконно-оптических систем передачи, так как приводит к относительно простым техническим решениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преобразования оптического сигнала в электрический, т.е. демодуляции.

Классификация волоконно-оптических систем передачи

Существует разнообразная классификация ВОСП, но в основном применяется следующая.

1. ВОСП в зависимости от применяемого каналообразующего оборудования делятся на:

- аналоговые волоконно-оптические системы передачи (АВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе аналоговых методов модуляции параметров гармонической несущей частоты (амплитудная, частотная, фазовая модуляции и их комбинации) или параметров периодической последовательности импульсов (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазоимпульсная модуляции и их комбинации);

- цифровые волоконно-оптические системы передачи (ЦВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе импульсно-кодовой модуляции, дельта-модуляции и их разновидностей; самое широкое применение находят ЦВОСП.

2. ВОСП в зависимости от способа модуляции оптического излучения подразделяются на:

- волоконно-оптические системы передачи с модуляцией интенсивности оптического излучения и соответствующей его демодуляции, называемые иногда прямой модуляцией и широко применяемой в большинстве ЦВОСП;

- волоконно-оптические системы передачи с аналоговыми методами модуляции оптического излучения (оптической несущей): амплитудной, фазовой, частотной модуляциями и их комбинациями.

3. ВОСП в зависимости от способа приема или демодуляции оптического сигнала подразделяются на:

- волоконно-оптические системы передачи с прямой демодуляцией или непосредственным приемом, при котором происходит непосредственное преобразование интенсивности оптического излучения в электрический сигнал, напряжение или ток которого однозначно отражают изменение интенсивности оптического сигнала;

- когерентные волоконно-оптические системы передачи, в которых применяется гетеродинное или гомодинное преобразование частоты независимо от вида модуляции (синхронная или несинхронная) оптического излучения, осуществляемое на промежуточной частоте. При гетеродинном приеме одновременно с оптическим сигналом частоты на фотодетектор подается достаточно мощное оптическое излучение местного гетеродина с частотой , на выходе фотодетектора выделяется промежуточная частота , на которой и осуществляются дальнейшие преобразования оптического сигнала в электрический. При гомодинном методе приема частоты колебаний принимаемого оптического излучения и местного гетеродина должны быть одинаковыми (), а фазы синхронизированы.

4. ВОСП в зависимости от способа организации двусторонней связи ВОСП подразделяются на:

- двухволоконную однополосную однокабельную, при которой передача и прием оптических сигналов ведутся по двум оптическим волокнам (ОВ) и осуществляются на одной длине волны ;

- одноволоконную однополосную однокабельную, особенностью которой является использование одного оптического волокна для передачи сигналов в двух направлениях на одной и той же длине волны;

- одноволоконную двухполосную однокабельную, при которой передача в одном направлении ведется на длине волны оптического излучения , а в другом .

5. По назначению и дальности передачи ВОСП подразделяются на:

- магистральные ВОСП, предназначенные для передачи сообщений на тысячи километров и соединяющих между собой центры республик, краев, областей, крупные промышленные и научные центры и др.;

- зоновые ВОСП, предназначенные для организации связи в административных пределах республик, краев, областей и протяженностью до 600 км;

- ВОСП для местных сетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях;

- ВОСП для распределения информации, обеспечивающие связь между вычислительными машинами, организацию локальных компьютерных сетей и сетей кабельного телевидения.

6. По методам уплотнения оптического волокна, в основе которых лежит процесс мультиплексирования ВОСП подразделяются на:

- ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн, при котором по одному ОВ одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальный сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием;

- ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнением, при котором в системах передачи исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот;

- цифровые ВОСП с временным уплотнением (с временным мультиплексированием), при котором несколько информационных или компонентных потоков объединяются в один, и для передачи каждого компонентного потока по одному ОВ отводится свой временной интервал.

Способы организации двусторонней связи на основе волоконно-оптических систем передачи

В случае организации двухволоконной однокабельной однополосной ВОСП, передача и прием оптических сигналов ведутся по двум оптическим волокнам (ОВ) и осуществляются на одной длине волны . Каждое ОВ является эквивалентом двухпроводной физической цепи и, так как взаимные влияния между оптическими волокнами кабеля отсутствуют, то тракты передачи и приема различных систем организуются по одному кабелю,
т.е. такие ВОСП являются однокабельными однополосными.

Принцип построения двухволоконной однокабельной однополосной ВОСП показан на рис. 1.2, где приняты обозначения: КОО канало-образующее оборудование; ОС оборудование сопряжения;
ОПер оптический передатчик; ОВ оптическое волокно; Опр оптический приемник. Достоинством такой ВОСП является использование однотипного оборудования трактов передачи и приема оконечных и промежуточных станций, а недостатком весьма низкий коэффициент использования пропускной способности ОВ.

Рисунок 1.2 Принцип построения двухволоконной однокабельной однополосной ВОСП

В случае организации одноволоконной однокабельной однополосной ВОСП используют одно оптическое волокно для передачи сигналов в двух направлениях на одной и той же длине волны; на рис. 1.3 к ранее принятым обозначениям добавились следующие: ОРУ оптическое развязывающее устройство, осуществляющее поляризацию световых волн или разделение типов направляемой волны оптического излучения.

В случае организации одноволоконной однокабельной двухполосной ВОСП передача в одном направлении ведется на длине волны оптического излучения , а в другом . Разделение направлений передачи осуществляется с помощью направляющих оптических фильтров (ОФ), настроенных на соответствующие длины волн оптического излучения; обобщенная схема такого способа организации двусторонней связи приведена на рис. 1.4.

Рисунок 1.3 Принцип построения одноволоконной однополосной однокабельной ВОСП

Рисунок 1.4 Принцип построения одноволоконной двухполосной однокабельной ВОСП, направляющие оптические фильтры, выделяющие соответствующие длины волн.

Способы уплотнения оптических кабелей

ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн (wavelength division multiplexing, WDM) предполагает, что по одному ОВ одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальным сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием.

Возможность построения таких систем основывается на сравнительно слабой зависимости коэффициента затухания ОВ в пределах соответствующего окна прозрачности от частоты (или длины волны) оптической несущей. Поэтому, применяя метод частотного разделения, по одному ОВ можно организовать несколько широкополосных оптических каналов, увеличив тем самым результирующую скорость передачи информации.

Структурная схема ВОСП со спектральным разделением оптических каналов показана на рис. 1.5, где к уже принятым обозначениям добавляются новые: ОФМС оборудование формирования многоканального сигнала, представляющего совокупность каналообразующего оборудования (КОО) и оборудования сопряжения (ОС), предназначенного для формирования электрического сигнала, параметры которого согласованы с оптическим передатчиком (ОПер) и оптическим приемником (ОПр); УСО или MUX мультиплексор; УСР или DMUX демультиплексор.

Рисунок 1.5 Структурная схема ВОСП со спектральным разделением

На передающей станции имеются n систем передачи (однотипных или разнотипных), сигналы которых подаются на n оптических передатчиков, излучающих различные оптические несущие .

С помощью УСО осуществляется ввод различных несущих в ОВ.

На приемной стороне в УРС оптические несущие разделяются и подаются на оптические приемники и далее на ОФМС. Таким образом, по одному ОВ организуется n спектрально разделенных оптических каналов, т.е. пропускная способность ОВ увеличивается в n раз по сравнению с традиционным построением оптических систем передачи.

Кроме того, этот метод позволяет обеспечить развитие сетей связи без проведения дополнительных строительных работ, а также создавать разветвленные сети любой структуры с пассивными элементами спектрального уплотнения в местах разделения или выделения световых потоков. При этом расширяются возможности передачи различных сигналов (телефонии, телевидения, телеметрии, передачи данных и др.) с различными скоростями или шириной полосы частот и типами модуляции цифровой и аналоговой. Это обеспечивает создание экономичных многофункциональных телекоммуникационных систем и сетей.

Для объединения и разделения оптических несущих могут использоваться различные оптические спектральные устройства: мультиплексоры, демультиплексоры, работа которых основана на явлениях физической оптики: дисперсия, дифракция и интерференция. В основе структуры мультиплексоров и демультиплексоров может быть оптическая призма, многослойный диэлектрик, дифракционная решетка и др.

ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнением. В системах передачи с частотным мультиплексированием исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот. В этом случае для получения группового линейного оптического сигнала требуются близко расположенные стабильные оптические несущие. Однако нестабильность частоты оптического излучения, особенно при высокоскоростной модуляции, приводит к тому, что расстояние по спектру между рабочими длинами волн соседних каналов во много раз превышает полосу информационного сигнала. Поэтому для получения близко расположенных спектральных каналов в ВОСП используются различные несущие не от разных источников, а от одного, но достаточно стабильного, с помощью соответствующего сдвига оптической несущей. Уплотнение с таким принципом формирования оптических несущих, называется частотным (гетеродинным) уплотнением.

Структурная схема, поясняющая принцип формирования группового оптического сигнала, приведена на рис. 1.6.

Рисунок 1.6 Схема формирования группового оптического сигнала при частотном уплотнении

Оптическое излучение с выхода источника оптического излучения ИИ, содержащего ряд несущих , поступает на анализатор А₁, представляющий собой спектральную призму Глана-Тейлора, а затем, пройдя четвертьволновую призму на фильтр первого канала Ф₁. Это фильтр пропускает оптическую несущую первого канала к оптическому модулятору ОМ₁ где она и модулируется информационным оптическим сигналом OC₁.

Оптическое излучение с частотами (т.е. кроме ) отражается фильтром и возвращается к анализатору А₁. По пути оно вторично проходит через четвертьволновую призму и попадает на анализатор A₂. Оптическая несущая первого канала, промодулированная в OM₁ информационным сигналом, отражаясь от зеркала также возвращается к анализатору А₁.

Плоскость поляризации оптического сигнала, дважды прошедшего четвертьволновую призму, поворачивается на по отношению к плоскости поляризации исходного колебания, в связи с чем световой пучок отклоняется в призме и выходит из нее. Далее общий сигнал поступает на анализатор A₂ и процесс повторяется, с той лишь разницей, что модулируется оптическое излучение с частотой . Таким образом, формируется оптический групповой сигнал, поступающий в оптическое волокно кабеля.

Принимаемый групповой оптический сигнал, содержащий ряд промодулированных оптических несущих, поступает на анализатор А₁ (рис. 1.7), а затем после прохождения через четвертьволновую призму и фильтр первого канала на оптический смеситель ОСМ.

Рисунок 1.7 Схема приема группового оптического сигнала при частотном (гетеродинном) уплотнении

Фильтр Ф₁ пропускает только оптический сигнал с несущей частотой , сигнал с другими частотами отражается и поступает на А₂. Оптическая промодулированная несущая частота перемножается в ОСМ с частотой местного гетеродина Гет, затем промежуточная частота выделяется полосовым фильтром ПФ и поступает на фотодетектор ФД, на выходе которого формируется электрический информационный сигнал. Таким образом, прием осуществляется гетеродинным способом. Аналогично происходит детектирование сигнала во всех остальных каналах.

Достоинства метода частотного (гетеродинного) уплотнения заключаются в том, что длина регенерационного участка за счет гетеродинного приема возрастает до 200 км и значительно повышается коэффициент использования пропускной способности ОВ. Недостатками данного метода является то, что требуется оптический тракт приема и передачи с сохранением поляризации, а также ряд дополнительных устройств: сдвигателей частоты, оптических вентилей, контроллеров поляризации, оптических усилителей, систем автоподстройки частоты и т.п., что значительно усложняет и увеличивает стоимость ВОСП.

Цифровые ВОСП с временным уплотнением (с временным мультиплексированием) предполагают, что несколько информационных или компонентных потоков объединяются в один, и для передачи каждого компонентного потока по одному ОВ отводится свой временной интервал. Объединение может быть осуществлено на уровне электрическихА сигналов и на уровне оптических сигналов.

Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов приведено на рис. 1.8, где приняты следующие обозначения: 1,…, N источники компонентных информационных потоков, представляющих многоканальные электрические сигналы; MUX временной мультиплексор, который, создавая групповой электрический сигнал, последовательно подключает компонентные многоканальные электрические сигналы к общему оптическому передатчику ОПер на определенный временной интервал; ОВ оптическое волокно; ОПр оптический приемник, преобразующий оптический сигнал в групповой электрический, содержащий N компонентных многоканальных электрических сигналов; DMUX временной демультиплексор, распределяет принятые компонентные многоканальные электрические сигналы по соответствующим приемникам 1,…, N.

Рисунок 1.8 Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов

Мультиплексор и демультиплексор должны работать синхронно. Отметим, что компонентные информационные потоки могут быть сформированы как на основе систем передачи с частотным разделением каналов, так и на основе систем передачи на основе импульсных и цифровых методов модуляции.

Схема с временным мультиплексированием (уплотнением) на уровне оптических сигналов приведена на рис. 1.9, где приняты следующие обозначения: оптические передатчики 1,…, N компонентных информационных потоков (многоканальных электрических сигналов аналоговых или цифровых, преобразованных в оптические сигналы); OMUX оптический мультиплесор, осуществляющий задержку оптического сигнала от каждого ОПер на величину (здесь N число компонентных информационных потоков или многоканальных оптических сигналов), объединяющий N многоканальных оптических сигналов в групповой оптический поток и направляющий его в оптическое волокно (ОВ); ODMUX оптический демультиплексор, осуществляющий на приеме обратные преобразования.

Рисунок 1.9 Временное мультиплексирование на уровне оптических сигналов

При временном мультиплексировании как на уровне электрических сигналов, так и на уровне оптических, требуется передача коротких (наносекундных) световых импульсов. Однако передача субнаносекундных импульсов предъявляет чрезвычайно высокие, близкие к предельным, требования к быстродействию оптоэлектронных компонентов оптических передатчиков и приемников ВОСП. Кроме того, скорость передачи или широкополосность оптических трактов ограничивается дисперсионными свойствами ОВ.

Основными достоинствами временного мультиплексирования являются увеличение коэффициента использования пропускной способности ОВ (уже достигнуты скорости передачи до 16 и выше Гбит/с) и возможность создания полностью оптической сети связи.

2 Средства оптической передачи

Передача информации по оптическим линиям связи имеет всего лишь 50-летнюю, но весьма бурную историю. В основе оптической передачи лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего па границу двух сред с различными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двухслойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя больше, чем наружного (п₂). Если в торец такого стержня ввести световой луч под углом к оси, не превышающим некоторый критический угол, то луч будет полностью отражаться от поверхности раздела слоев и распространяться вдоль световода. При этом световод можно изгибать (в определенных пределах), и проходящий световой поток также будет изгибаться. Световод, управляемый источник света и фотодетектор образуют канал оптической передачи информации, протяженность которого может достигать десятков километров. Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм (400-3000 нм), но пока практически используется только диапазон 600-1600 нм (часть видимого спектра и инфракрасного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковолновых (около 800 нм) систем. По мере совершенствования технологий производства излучателей и приемников уходят в сторону более длинных волн - через 1300 и 1500 к 2800 нм, передача которых может быть эффективнее. Высокая частота электромагнитных колебаний этого диапазона (10'³-10^ы Гц) дает потенциальную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется существующими источниками и приемниками сигналов - в настоящее время освоены скорости до нескольких гигабит в секунду.

2.1 Структура световода и режимы прохождения луча

Устройство световода иллюстрирует рисунок 2.1. Внутренняя часть световода называется сердцевиной (core, иногда переводят как «ядро»), внешняя - оптической оболочкой волокна, или просто оболочкой (cladding). В зависимости от траекторий распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно. Многомодовое волокно (multi mode fiber, MMF) имеет довольно большой диаметр сердцевины - 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм или 100 мкм при оболочке 140 мкм. Одномодовое волокно (single mode fiber, SMF) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5 мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет защитное покрытие (coating) толщиной 60 мкм, называемое также защитной оболочкой. Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием называется оптическим волокном. Оптоволокно в первую очередь характеризуется диаметрами сердцевины и оболочки, эти размеры в микрометрах записываются через дробь: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Наружный диаметр волокна (с покрытием) тоже стандартизован, в телекоммуникациях в основном используются волокна с диаметром 250 мкм. Применяются также и волокна с буферным покрытием, или просто буфером (buffer), диаметром 900 мкм, нанесенным на первичное 250-мкм покрытие.

Рисунок 2.1 - Оптоволокно в буфере: а - одномодовое, б - многомодовое. 1 - сердцевина, 2 - оптическая оболочка, 3 - защитное покрытие, 4 - буфер (необязательный)

Распространение света в волокне иллюстрирует рисунок 2.2. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более некоторого критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA и определяется через абсолютные показатели преломления слоев по формуле NA = sin 0

В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины и₍. и оболочки п_об различаются всего на 1-1,5% (например, п₍: п,_)б = 1,515: 1,50). При этом апертура NA*=Q, 2~0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом волокне показатели преломления различаются еще меньше (п_к.: n_a(l = 1,505: 1,50), апертура. №4=0,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания (см. ниже). Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала - световоды, источники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Рисунок 2.2 - Ввод света в оптоволокно. 1 - входной конус, 2 - осевая мода, 3 - мода низкого порядка, 4 - мода высокого порядка

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается уравнениями Максвелла. Возможные решения уравнений Максвелла соответствуют различным световым модам. В большинстве случаев можно пользоваться приближением геометрической оптики. Если рассматривать распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по разным траекториям (рисунок 2.3). Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, - они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции - показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки - и длины волны.

Рисунок 2.3 - Распространение волн в световодах: а - в одномодовом; б - в многомодовом со ступенчатым профилем; в-в многомодовом с градиентным профилем. 1 - профиль показателя преломления,

2 - входной импульс, 3 - выходной импульс

2.2 Пропускная способность, методы передачи и кодирования

В большинстве современных технологий информация по световодам передается с помощью импульсов в двухуровневой дискретной форме (есть сигнал-нет сигнала), аналога полярности электрического сигнала здесь нет. Информационная пропускная способность линии определяется ее полосой пропускания и принятой схемой кодирования. Полоса пропускания определяется как максимальная частота импульсов, различимых приемником. На рисунок 2.4 показаны результаты прохождения пары импульсов через отрезки световодов различной длины. Полоса пропускания волоконной линии ограничивается из-за явления дисперсии, поэтому она зависит от длины. Особенно это заметно на многомодовом волокне. Для многомодового волокна ширина полосы пропускания Ви^МГц) связана с длиной I (км) через параметр, называемый полосой пропускания А (МГцхкм):

Рисунок 2.4 - Дисперсионное ограничение длины волоконной линии BW=A/L

По полосе пропускания А можно определить максимальную частоту, при которой импульсы будут еще различимыми после прохождения через световод заданной длины. Можно решить и обратную задачу - определить максимальную длину световода, пропускающего импульсы заданной частоты. Коэффициент А приводится в спецификации на волокно и указывается для конкретной длины волны. Современные многомодовые кабели имеют /1=160-500 МГцхкм.

Для одномодового волокна в расчете полосы пропускания участвует молекулярная дисперсия Disp (пс/нм/км) и ширина спектра источника SW (нм), здесь можно использовать оценку В W=0,187/(DispxS WxL)

Современные одномодовые кабели и лазерные излучатели обеспечивают полосу пропускания порядка 1 ГГц при длине линии 100 км (технология 1000BaseLH). Применение особо прозрачных фторцпрконатных волокон позволит строить линии с участками без регенераторов длиной до 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Эффективность использования полосы пропускания определяется принятой схемой кодирования. В технологии FDDI (и 100BaseFX), например, применяется физическое кодирование по методу NRZI, при котором один бит передается за 1 такт синхронизации (см. 2.5), и логическое 4В/5В. Это означает, что каждые бита полезной информации кодируются 5-битным символом, передаваемым за тактов. Таким образом, коэффициент использования полосы пропускания составляет 4/5=0,8, и для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с требуется обеспечить передачу импульсов с частотой (полосой) 125 МГц.

В технологиях современных поколений используется когерентное излучение с модуляцией частоты или фазы сигнала. При этом достигается пропускная способность, измеряемая гигабитами в секунду при длине и сотни километров без регенерации. Другое направление - солитоновая технология, основанная на передаче сверхкоротких (10 ас) импульсов-солитонов. Эти импульсы распространяются без искажения формы, и в идеальной линии (без затухания) дальность связи не ограничена при гигабитных скоростях передачи. Для этих технологий, пока не имеющих отношения к локальным сетям, пропускная способность линии определяется иными способами.

2.3 Топология соединений

Оптоволоконная передача допускает разнообразие топологий соединения устройств. Каждое устройство с оптическим портом, как правило, имеет приемник и передатчик каждый со своим коннектором. Наиболее простая и распространенная топология соединений - двухточечная (рисунок 2.10, а). Здесь выход передатчика одного порта соединяется отдельным волокном со входом противоположного порта. Таким образом, для дуплексной связи необходимо два волокна. На основе двухточечного соединения строится и звездообразная топология (рисунок 2.5, б), где каждый порт периферийного устройства соединяется парой волокон с отдельным портом центрального устройства, которое может быть как активным, так и пассивным.

В кольцевой топологии выход передатчика одного устройства соединяется со входом следующего и так далее до замыкания кольца. Для того чтобы устройства могли обмениваться информацией по кольцу, они все должны быть включены и исправны, что не всегда достижимо. Для возможности работы кольца при отключении отдельных устройств применяют обходные коммутаторы (bypass switch).

Рисунок 2.5 - Топологии соединений: а - двухточечная, б - звездообразная

Обходной (он же проходной) коммутатор представляет собой пассивное управляемое устройство, включаемое между линиями связи и коннекторами приемника и передатчика устройства. Он имеет поворотное зеркало с электрическим приводом. При наличии управляющего напряжения зеркало принимает такое положение, при котором станция включена в кольцо (рисунок 2.6, а). При отсутствии управляющего напряжения зеркало поворачивается так, что кольцо замыкается, минуя станцию, и, кроме того, в тестовых целях приемник станции подключается к ее передатчику (рисунок 2.6, б). Под пассивностью коммутатора подразумевается то, что он не имеет собственных приемников и передатчиков, а также усилительных схем.

Рисунок 2.6 - Обходной коммутатор: а - рабочее положение, б - станция отключена

С оптоволокном также возможна организация разделяемой среды передачи на чисто пассивных элементах-разветвителях. Разветвителъ (coupler) представляет собой многопортовое устройство для распределения оптической мощности (здесь под портом понимается точка подключения волокна). Световая энергия, поступающая на один из портов, распределяется между другими портами в заданном соотношении. В реальном разветвителе присутствуют и различные потери, так что сумма выходных мощностей будет меньше входной. Разветвители реализуются с помощью сварки узла из нескольких волокон или с помощью направленных отражателей.

Т-разветвитель имеет 3 порта, такие разветвители можно соединять в цепь, реализуя шинную топологию с разделяемым доступом к среде передачи (рисунок 2.7, а). Для того чтобы в цепочку можно было соединять значительное количество абонентов, разветвители должны большую часть мощности пропускать насквозь, а к абонентам ответвлять меньшую. Абоненты, имеющие раздельные коннекторы приемников и передатчиков, должны подключаться к шине через дополнительные разветвители. В такой сети потери между абонентами сильно зависят от их взаимного расположения в цепочке, в результате чего повышаются требования к ширине динамического диапазона приемников. С ростом количества абонентов потери (в децибелах) растут линейно.

Рисунок 2.7 - Применение Т-разветвителей: а - оптическая шина, б - двухточечное соединение по одному волокну

Рисунок 2.8 - Зависимость потерь от числа абонентов

В разветвителе «звезда» свет, входящий в любой порт, равномерно распределяется между всеми остальными. На основе такого разветвителя может строиться сеть с разделяемой средой передачи и звездообразной топологией (см. рисунок 2.6, б) - например, Ethernet 10Base-FP. Здесь рост потерь с увеличением числа узлов происходит гораздо медленнее, но расплатой является большая потребность в оптическом кабеле - от каждого абонента к разветвителю идет пара волокон. На рисунок 2.8 приведены графики потерь для сетей с идеальными (без внутренних потерь) и реальными разветвителями обоих типов (графики взяты из книги Дж. Стерлинга «Техническое руководство по волоконной оптике»).

3. Подсистема контроля и диагностики волоконно-оптических линий связи

Как известно, в волоконно-оптических системах передачи наибольшие потери времени на поиск и локализацию неисправности, обуславливающей прерывание связи, имеют место при обрывах и нарушениях коммутации оптических кабелей. В большинстве случаев это связано с необходимостью проведения измерений на месте повреждения, что в свою очередь требует увеличения числа бригад для обслуживания кабельного хозяйства. Однако помимо данного вида неисправностей линий связи очень часто имеют место нарушения, вызванные изменением параметров оптического волокна. Так, намокание кабеля, механические напряжения, вызванные, например, его провисанием, а также наличие неоднородностей волокна приводят к временным изменениям параметров оптических волокон и, как следствие, непредвиденному изменению качества связи. Как правило, необратимые процессы деградации волокна определить достаточно сложно, так как для этого необходимо располагать статистическими данными, требующими проведения большого числа измерений, которые в полевых условиях не обеспечивают необходимой точности. Кроме этого, проведение таких измерений связано со значительными трудовыми и временными затратами.

Другой не менее важной задачей, связанной с необходимостью всестороннего анализа и контроля состояния ВОЛС, является периодически возникающее требование увеличения пропускной способности каналов связи, а также числа и качества услуг. Это требует введения дополнительных каналов, использующих новые длины волн оптической несущей, что в свою очередь вызывает проблемы, связанные с изменением первоначальных паспортных значений характеристик инсталлированных кабелей. Решение данной задачи также невозможно без наличия информации о значениях потерь и отражений в любой точке оптической сети, а также энергетическом бюджете ее участков.

Наиболее эффективно перечисленные задачи могут быть решены с помощью подсистемы контроля и диагностики волоконно-оптических линий связи ПКД ВОЛС Quest Fiber компании GN Nettest/Optic Devision, включающей систему удаленного контроля оптических волокон, программу привязки топологии сети к географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. При этом удаленный контроль оптических волокон выполняется с помощью оптических импульсных рефлектометров, осуществляющих диагностирование волокон по обратному рассеиванию световой волны, распространяющейся в пассивном или активном волокне оптического кабеля.

В настоящее время данная система развернута в ведущих телекоммуникационных компаниях мира, таких как National Fiber Network, ADC Telecommunications и AT&T Network Systems (США), Telsetra (Австралия), Telemig (Бразилия), Bezeq (Израиль), SANEF и SNCF (Франция), FTZ (Германия), Telia AB (Швеция) и др., а также в МГТС и Раском (Россия). Эта система позволяет диагностировать нарушения оптических кабелей обоими указанными методами и отличается от иных систем использованием в ней оптического рефлектометра с наивысшим разрешением и динамическим диапазоном, равным 46 дБ. Применение такого рефлектометра обеспечивает возможность контроля сложных многоточечных сетей при минимальном числе используемого оборудования, охватывая площадь до 300 000 км² и позволяя адаптировать систему к всесторонним потребностям заказчика.

3.1 Базовая структура ПКД ВОЛС

Как было отмечено выше, ПКД ВОЛС позволяет контролировать как пассивные, так и активные оптические волокна. При этом в первом случае производится контроль не предназначенного для передачи данных резервного оптического волокна, по результату которого судят об исправности всего кабеля, что не требует модификации действующих систем оптической связи. Во втором случае тестируется волокно, по которому производится передача данных. В связи с этим в линию связи вводится оптическое излучение с длиной волны, отличной от длины волны, используемой для передачи данных, а на приемной стороне производится разделение этих волн. Как известно, данный принцип может использоваться как для одного волокна, так и для всех волокон контролируемого кабеля и требует введения в систему оптической связи дополнительных компонентов.

– Основу архитектуры данной системы составляют:

– устройство управления системой тестирования - Test System
Controller;

– устройства удаленного тестирования оптических волокон - QuestProbe;

– устройства, обеспечивающие доступ к тестируемым оптическим волокнам - StarPath.

Test System Controller представляет собой PC (компьютер) с операционной системой Windows или UNIX и прикладным программным обеспечением администрирования кабельной сети StarGuide, имеющим интуитивно ясный человеко-машинный интерфейс, который может быть изучен оператором за короткое время. TSC выполнен в следующих конфигурациях:

– Для одного пользователя - устанавливается на PC компьютер под Windows 95 или Windows NT.

– Для рабочей группы - устанавливается на сетевом компьютере под Windows NT или Novell, обеспечивая многопользовательский доступ с поддержкой до шести одновременно работающих пользователей.

– Для предприятия - устанавливается на PC под Windows NT или на рабочей станции SunSparc под UNIX, поддерживает множество клиентов с конкурентным доступом и может использовать протокол TCP/IP для удаленного доступа через сети общего пользования с персонального компьютера, имеющего клиентское программное обеспечение.

QuestProbe содержит один или несколько модулей удаленного контроля оптических волокон (RTU) на рефлектометре с устройством локального доступа (LAM) и клавиатурой управления, что обеспечивает легкий в использовании интерфейс и минимизирует оборудование.

Другим средством входа с систему является опция сопровождения удаленного доступа RMA, предназначенная для дистанционного доступа к системе из любой точки сети.

Благодаря применению в RTU рефлектометров с возможностью тестирования оптических волокон на длинах волн 850 нм, 1244 нм, 1300 нм, 1310 нм, 1550 нм и 1625 нм с динамическим диапазоном 45 дБ на 1550 нм, мертвыми зонами по отражению и затуханию, составляющими 3.5 м и 5 м, соответственно, и разрешением по расстоянию до 5-10 см, ПКД ВОЛС позволяет решить практически все задачи мониторинга ВОЛС.

StarPath выполнен в виде оптических переключателей OTAU, которые позволяют сформировать необходимое число портов подключения к RTU и могут быть сконфигурированы в почти бесконечном наборе комбинаций, в связи с чем они позволяют обеспечить наиболее эффективное покрытие кабельной сети. При наличии переключателей в узлах дерева сети одно устройство удаленного тестирования может обеспечить мониторинг более 5000 кабелей, что, в зависимости от структуры сети, позволяет значительно снизить стоимость всей системы. Управление и конфигурирование переключателей может осуществляться дистанционно от RTU, а связь между QuestProbe RTU и OTAU обеспечивается в соответствии со стандартом Bellcore no TL-1 протоколу, что позволяет использовать OTAU других производителей.

Ввиду того, что ПКД ВОЛС сама является модульной системой (рисунок 3.1), она легко адаптируется к многочисленным конфигурациям сети, сетям телекоммуникаций, сигнальным системам и требованиям организации контроля волоконно-оптических кабелей, позволяя автоматически контролировать их на протяжении многих лет в течение 24 часов в сутки.

3.2 Основные функции системы

Взаимодействие компонентов ПКД ВОЛС, осуществляемое по каналам связи, обеспечивает доступ к следующим основным функциям системы:

– управлению документированием кабельного хозяйства;

– установкам индикаторов качества;

– ожиданию нарушений в линии;

– обнаружению нарушений в оптических волокнах и локализации их местоположения;

– выявлению динамики изменения параметров оптических волокон;

– дистанционному управлению, а также ко всем функциям дистанционного управления рефлектометром, позволяя обрабатывать, анализировать и производить измерения, имея в своем распоряжении широкие возможности выделения и идентификации отклонений текущей рефлектограммы относительно эталонной, обеспечивая:

– измерение потерь, отражений и расстояния;

– измерение возвратных потерь, управление маскированием измерений;

– автоматическое измерение с обнаружением порогов, полуавтоматическое измерение с маркерами;

– ручное измерение с курсорами;

– возможность локализации случаев нарушений соединений, отражений и обнаружения конца волокна;

– автоматическое обнаружение призрака.

Результаты измерений могут быть представлены как в графическом, так и в табулированном виде.

Помимо этого в ПКД ВОЛС предусмотрена функция моделирования линии связи, позволяющая определить энергетический бюджет линии, что может быть принято во внимание при сравнении результатов проектирования сети с результатами испытаний. Если обнаруживаются какие-либо проблемы, они могут быть накоплены и использованы в качестве признаков, необходимых при оптимизации и обслуживании будущих линий связи. Моделирование также позволяет оптимизировать расположение устройств удаленного тестирования, определить наиболее подходящую конфигурацию измерений и упростить стадию внедрения оптической сети.

Картографическое программное обеспечение позволяет производить трассировку ВОЛС по географической карте и визуализацию местоположения нарушения. Таким образом обеспечивается соответствие расстояния между установленными маркерами на географической карте и расстоянием, измеренным оптическим способом, что существенно улучшает точность локализации нарушений. Кроме этого имеется доступ к заданию уровней изменения масштаба изображения, вида представления, визуализации региональной тревоги, создания новой связи и т.д.

Рисунок 3.1 - Базовая архитектура ПКД ВОЛС

Так как в базе данных ПКД ВОЛС оптические компоненты привязаны к их географическим координатам, а набор графических функций позволяет работать одновременно с несколькими рефлектограммами, представленными на экране монитора, обеспечивается динамическая связь между данными рефлектограммами и схемным решением оптического кабеля. Для повышения достоверности ввода информации о строящейся линии бригада, выполняющая работы в соответствии с заданными требованиями, может использовать портативный компьютер, который связан посредством устройства дистанционного управления с ПКД ВОЛС. Пользователь входит в базу данных текущего участка, а затем проверяет и утверждает работу перед следующим построением участка сети, используя временный конец волокна в качестве маркера для привязки географических и оптических расстояний. При этом производится дистанционный контроль монтажа кабеля, определение качества сварных соединений, создание документации, централизованное и стандартизированное ведение документации и процедур контроля, фиксация оптической дистанции с привязкой к местности.

Функция управления документацией оптической сети обеспечивает точное документирование конфигурации и текущих данных, хранение информации обо всех кабелях, а также отслеживание процесса строительства и развития сети.

Каждая из рассмотренных процедур имеет свой уровень приоритета, который при необходимости может быть изменен. Так, различают три уровня приоритета:

– уровень обслуживания, на котором доступны процедуры тестирования волокон и отображения результатов тестирования;

– уровень администрирования, на котором доступны процедуры изменения системных установок и функции первого уровня приоритета;

– уровень оперативного управления, на котором доступны функции первых двух уровней приоритета, а также определение (задание) имен и паролей пользователей.

Изначально наивысший приоритет устанавливается для процедуры тестирования и администратора системы, который устанавливает приоритеты для каждого пользователя и определяет группы санкционированных пользователей. Для некоторых групп приоритеты являются общими и наследуются подгруппами, а при фиксации попыток связи система организует соответствующий файл.

3.3 Мониторинг волоконно-оптических линий связи

В соответствии с установившейся практикой контроля оптических волокон посредством ПКД ВОЛС следует различать:

1. Условия выполнения:

- немедленно, периодически или по заданной во времени программе;

- по сигналу тревоги от сетевого оборудования;

- условия обнаружения нарушений для следующих процессов:

- автоматического измерения с использованием маркеров или без них;

- определения составляющих потерь и обнаружения порога отражения;

- установления уровней контроля для точек сети связи;

- выявления изменения потерь;

2. Режимы выполняемых действий:

- визуализации;

- записи;

- восстановления при тревоге.

Данная методика применима для всех элементов ВОЛС.

В общем случае контроль волоконно-оптических линий связи может выполняться в одноразовом режиме ручного запуска, а также в режимах наблюдения и прогнозирования обслуживания.

Одноразовый режим ручного запуска используется для получения рефлектограммы немедленно, позволяя проконтролировать линию в произвольный момент времени, например, сразу же после выполнения ремонтно-восстановительных работ. Характерной особенностью данного режима является то, что после его выполнения осуществляется переход в режим прогнозирующего обслуживания, если он был установлен до запуска ручного режима.

Режим наблюдения используется для получения эталонной рефлектограммы, а также для автоматического обнаружения нарушений оптического кабеля путем:

– задания установок и критериев сравнения;

– снятия рефлектограммы;

– сравнения полученной рефлектограммы с эталонной;

– математической обработки результатов измерения.

В данном режиме при обнаружении отклонения параметров ВОЛС формируется сигнал тревоги и происходит передача сообщения с детальной информацией результатов идентификации и локализации мест нарушений с учетом параметров кабеля и топологических идентификаторов.

В режиме прогнозирующего обслуживания выполняются все процедуры режима наблюдения при регулярном автоматическом накоплении в базе данных характеристик и результатов измерений оптических волокон (ослабления, потерь, самих рефлектограмм и др.), что, в свою очередь, позволяет:

– устанавливать статус сети;

– контролировать качество оптических кабелей;

– проводить оценку характеристических параметров по нескольким индикаторам качества.

При сбое процесса передачи режимы наблюдения и прогнозирующего обслуживания позволяют идентифицировать и устранять нарушения прежде, чем на линию выйдет бригада обслуживания, если нарушения не вызваны изменением параметров ВОЛС.

При возникновении нарушений в контролируемых оптических волокнах ПКД ВОЛС формирует сигнал сигнализации, условия возникновения которого определяются посредством следующих функций:

– активизации критериев обнаружения неисправности,

– передачи сообщения к системе управления или другому адресату, а так же отправки факса, электронной почты, SMS сообщения и др.,

– архивирования и удаления данных сигнализации.

При этом имеется возможность программирования нескольких порогов обнаружения и добавления комментариев к различным случаям сигнализации.

Имея накопленную базу данных и набор инструментов для их анализа, пользователь может контролировать динамику изменения характеристик оптических компонентов во времени, отслеживать развитие индикаторов качества, анализировать общую тенденцию и, как следствие, разработать прогнозирующую политику обслуживания сети. Результаты измерений и другие данные могут экспортироваться во внешние средства обработки данных, такие как EXCEL™, Word™ и др., и могут быть представлены в виде твердых копий.

Контроль непрерывности оптических кабелей по пассивным оптическим волокнам

Как было отмечено выше, контроль ОК по пассивным оптическим волокнам основан на тестировании резервного волокна оптического кабеля (рисунок 3.2) при длине волны А._траф оптического луча трафика, независимой от длины волны X _тест тестирующего оптического излучения.

Рисунок 3.2 - Метод контроля оптического кабеля по резервному волокну

Применение данного метода при своей очевидности и простоте реализации обусловливает необходимость дублирования инфраструктуры контроля гипотетического волокна, отражающего свойства всего кабеля, и по некоторым данным позволяет выявить до 90% его нарушений.

На рисунке 3.3 показана схема организации контроля ОК по пассивным оптическим волокнам, где ТХ (Transceiver) и RX (Receiver) - соответственно, передающее и приемное сетевые устройства, RTU (Remote Test Unit) - устройство удаленного контроля оптических волокон, a OTAU (Optical Test Access Unit) - устройство доступа к оптическим волокнам или, что то же, оптический переключатель, который обеспечивает доступ к контролируемым волокнам.

Контроль непрерывности оптических кабелей по активным оптическим волокнам

Как известно, для передачи данных в ВОЛС обычно применяются 1310 нм или 1550 нм длины волн оптического излучения. Следовательно, для контроля состояния волокон было бы целесообразным использовать А._твст= 1550 нм при длине волны Х_таф= 1310 нм или Х_тест = 1310 нм при передаче на длине волны 1_траф = 1550 нм. В то же время по экономическим соображениям, вызванным необходимостью увеличения емкости каналов передачи данных, часто используются обе указанные длины волн Х_т j = 1310 нм и X_{f 2} = 1550 нм, поэтому в последнем случае для контроля необходимо использовать иную длину волны, например, А_тест = 1625 нм, которая значительно отличается от используемых для передачи данных и, как следствие, может быть эффективно выделена на приемной стороне линии связи.

С этой целью на передающей стороне ВОЛС (рисунок 3.3) вводятся оптические волновые мультиплексоры (Wavelength Division Multiplexing - WDM), объединяющие длину волны тестирующего излучения с длиной волны передачи данных сетевого оборудования NE (Network Equipment), а для исключения взаимного влияния процессов передачи данных и контроля оптического волокна в схему вводятся фильтры F2 и F3. Последние предотвращают попадание тестирующего излучения на входы NE, а излучения передачи данных - на OTDR.

Рисунок 3.3 - Схема организации контроля оптических кабелей по резервному волокну

Схема организации контроля по активным волокнам в этом случае имеет вид, представленный на рисунок 3.4.

Рисунок 3.4 - Метод контроля оптического кабеля по активному волокну

Применение длин волн 1310 нм, 1550 нм и 1625 нм вызвано тем, что в этом случае оптические компоненты, используемые, как правило, в волоконно-оптической технике, обеспечивают наиболее низкие потери передачи, хорошую изоляцию и наилучшее подавление отраженных волн.

Дальнейшее развитие метода контроля оптических кабелей по активным оптическим волокнам основано на использовании большего количества длин волн оптического излучения, распространяющегося по волокну и, как следствие, предусматривает применение многочастотных WDM, обеспечивающих мультиплексирование большего числа длин волн. При таком решении одна длина волны может использоваться для тестирования волокна, а остальные - для передачи данных. Схема организации контроля оптических кабелей по активным оптическим волокнам с передачей данных на двух длинах волн 1310 нм и 1550 нм и тестировании на 1625 нм приведена на рис. 3.5, где LPF (Long Pass optical filter) и SPF (Short Pass optical filter) представляют собой оптические фильтры нижних и верхних частот, a OTAU - оптический коммутатор, обеспечивающий необходимую последовательность подключения оптических волокон к RTU.

При наличии в ВОЛС регенерационных участков, а также в случае необходимости исключения оборудования на этапе контроля, должен быть предусмотрен обход данных участков, который осуществляется согласно рисунки 3.6 - 3.8.

Рисунок 3.5 - Схема организации контроля оптических кабелей по активному волокну

По сравнению с рассмотренным выше методом контроля оптических кабелей по пассивному волокну метод контроля по активному волокну дает практически 100%-ную гарантию обнаружения неисправностей кабеля и отличается более высокой стоимостью реализации из-за введения в линию связи WDM и F. Поэтому применение последнего метода оказывается целесообразным для тестирования ответственных волокон или в том случае, когда для передачи данных используются все волокна кабеля.

Рисунок 3.6 - Схема организации контроля оптических кабелей по активному волокну с передачей данных на двух длинах волн

Рисунок 3.7 - Схема организации обхода регенерационных участков при контроле по активному волокну

Рисунок 3.8 - Схема организации обхода телекоммуникационного оборудования при организации контроля по активному волокну

Контроль спектральных характеристик

Известно, что основным фактором, ограничивающим возможности волоконно-оптических линий связи, до настоящего времени является само оптическое волокно, параметры которого определяют основные характеристики волоконно-оптической линии связи - максимальную дальность связи и максимальную полосу пропускания. При этом если первый параметр определяется выходной мощностью источника излучения, чувствительностью приемника и потерями волокна, то второй зависит от частотных характеристик источника и приемника, а также дисперсии волокна, в частности, поляризационной модовой дисперсии (PMD).

В связи с этим все более актуальным становится анализ оптического спектра, который представляет собой измерение оптической мощности в зависимости от длины волны. Необходимость данного вида измерений в первую очередь связана с контролем спектра источников оптического излучения, а также определением степени влияния спектральных составляющих на параметры волоконно-оптических компонентов и передачу данных по волоконно-оптическим линиям связи. Кроме этого введение в линии связи волоконно-оптических усилителей, в частности, EDFA (эрбиевых усилителей), и развитие технологии DWDM (уплотненного мультиплексирования по длине волны), вызывают необходимость анализа оптического спектра, без которого практически невозможно проводить инсталляцию и эксплуатацию современных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). На рисунок 3.9 приведена экспериментально полученная характеристика спектра реальной WDM системы передачи с промежуточным оптическим усилителем на легированном эрбием волокне (EDFA).

Рисунок 3.9 - Спектр WDM системы передачи

В современных высокоскоростных телекоммуникационных системах весьма существенное влияние оказывает и PMD, в связи с чем актуальным становится и вопрос ее коррекции на линиях связи, что естественно, требует проведения более детальных измерений. Влияние дисперсии особенно значительно в случае модулированных сигналов, так как их временное расширение ограничивает максимальную частоту кодирования информации, и поэтому влияние дисперсии любого вида необходимо сводить к минимуму. Как показали исследования, это не значит, что она всегда должна быть доведена до нулевого значения, а обязательно должна иметь на определенной длине волны определенное значение, которое предопределяется как типом волокна, так и методом передачи.

Учитывая эти особенности современных систем передачи, в QuestFiber предусмотрена возможность организации мониторинга линий связи с возможностью данных видов измерений, позволяя тем самым представить полную картину о состоянии ее оптических волокон и кабелей.

3.4 Организация администрирования и контроля

Вся необходимая для тестирования волокон информация о кабельном хозяйстве сети организуется с помощью приведенной на рисунок 3.10 структуры данных и соответствующих интерфейсов.

При этом используется широкий спектр окон, позволяющих эффективно структурировать отмеченную информацию, а также вводить необходимые карты, схемы, рисунки, фотографии и т.д. (рисунок 3.11).

Основным здесь является возможность детализации топологии сети на карте местности вплоть до точек подключения волокна к соответствующему оборудованию системы передачи, что позволяет исследовать каждый кабель сети и провести сквозной анализ любого из его волокон, а также задать регион и получить статистическую информацию по его кабелям (рисунок 3.12).

При необходимости извлечения кабеля из земли это позволяет указать курсором место аварии с тем, чтобы определить клиентов, обслуживаемых этим кабелем, а из списка зданий, в которые входит волокно из этого кабеля, определить кого информировать и есть ли обходные маршруты.

Место установления аварии определяется по рефлектограмме, которая, как показано на рисунок 3.13, легко связывается с топологией кабеля, путем задания одним из способов точек его привязки.

На рисунке 3.14 представлены два основных окна Quest Fiber, позволяющих моментально определить как текущее состояние кабельного хозяйства, так и динамику изменения параметров тестируемых волокон.

Для детального анализа параметров линии связи ее основные характеристики могут быть представлены либо в табличном виде, либо в виде тех или иных графиков, удобных для создания наглядных отчетов.

Рисунок 3.10 - Схема организации сетевой информации в Quest Fiber

Рисунок 3.11 - Пример вводимой сетевой информации

Рисунок 3.12 - Пример организации аналитической информации

3.5 Локализация нарушений ВОЛС

Используя отмеченные выше возможности локализации нарушений ВОЛС, первоначально, при получении исходной рефлектограммы, производится привязка параметров линии к карте местности, на нее наносятся географические координаты расположения кабеля с указанием в окне параметров волокна его оптических длин, километрических расстояний и особенностей прокладки кабеля. Помимо этого на карту местности наносятся условные обозначения компонентов ВОЛС, например, транзитных узлов, регенераторов, муфт и т.д. с указанием их оптических характеристик. Это позволяет системе при получении сообщений о нарушениях в ВОЛС визуализировать на карте место нарушения, а также получать данные о расстоянии до ближайшего отмеченного на карте топологического или оптического ориентира, минимизируя, тем самым, простои оборудования за счет немедленного оповещения ремонтной бригады, устраняющей нарушения оптических кабелей.

Рассмотренные возможности системы в настоящее время становятся определяющими в связи с требованиями повышения надежности сети и экономической эффективности ее использования.

Рисунок 3.13 - Связь рефлектограммы с топологией кабеля

Рисунок 3.14 - Основные окна системы Quest Fiber

В настоящее время данная система эксплуатируется в МГТС, прошла испытания в ОАО Ростелеком, Раском и ряде других организаций.

4. Имитационная модель алгоритма управления конфигурацией информационной вычислительной сети

Рассмотрим основные принципы структуры и функционирования программы-имитатора на основе модели управления конфигурацией.

Блок 1. Начало.

Начало программы.

Блок 2. Преамбула.

Преамбула является необходимым элементом программы. В преамбуле описываются все переменные, массивы и прочие системные ресурсы, используемые в программе. Также указываются типы применяемых данных и присваиваются имена процессам, происходящим в модели.

Блок 3. Ввод исходных данных.

Исходными данными для описываемой модели являются:

параметры, характеризующие загрузку системы связи;

число каналов на направлениях связи;

состояние ресурсов сети;

конфигурация сети.

Блок 4. Создание структуры сети.

Создание структуры предусматривает программную реализацию матрицы ресурсов

где Vjj - число каналов (ресурсов) на направлении УК_i-УК_j.

Блок 5. Генератор вызова.

Генератор потока вызовов представляет собой генератор простейшего потока вызовов с параметром . Качество работы генератора обеспечивается системными средствами языка C++.

Блок 6. Определение направления для поступившего вызова.

Поток вызовов, поступающих в систему формируется единым генератором. Параметры работы генератора определяют суммарную возникающую нагрузку. Задача подпрограммы распределения нагрузки состоит в определении направления, на которое будет направлен поступивший вызов. Иными словами, поступившему вызову будет поставлена пара значений i и j.

Блок 7. Есть свободный ресурс на ветви i-j?

Если на ветви i-j есть свободный ресурс, то вызов должен быть обслужен. Обслуживание вызова в данном случае осуществляется в блоке 13.

Блок 8. Определение возможной промежуточной управляющей станции (УС).

В данной процедуре определяются те УС, которые могут служить в качестве транзитных для обслуживания управляющего вызова. Т.к. данная модель является полносвязной, вызов может быть обслужен любой УС сети. В случае неполно-связной сети не каждая УС может использоваться для обслуживания вызова УСi - УСj без нарушения ограничения на число коммутируемых участков на пути прохождения вызова.

Блок 9. Определение количества доступных ресурсов.

Производится считывание количества доступных ресурсов на направлениях УСi - УСk и УСk - УСj.

Количество свободных ресурсов заносится в массив текущего состояния TMN для дальнейшей обработки.

Основным параметром, влияющим на качество работы алгоритма является интервал обновления информации о количестве свободных ресурсов. В данной модели этот интервал определен в 10 секунд. Внутри этого интервала количество свободных ресурсов, известное системе и реальное может не совпадать, однако снижение интервала обновления на реальной сети является сложной задачей.

Блок 10. Все доступные УС просмотрены?

Проверка на окончание сбора информации о доступных ресурсах.

Блок 11. Определение ветви с наибольшим количеством доступных ресурсов.

Поиск транзитной станции, для которой количество свободных ресурсов на направлениях УСi - УСk и УСk - УСj является наибольшим.

Блок 12. Ресурсы зарезервированы?

Блоки 13 и 14. Генератор времени занятия ресурса.

Время занятия ресурса определяется случайной величиной с экспоненциальным распределением.

Блок 16. Занять ресурс.

В случае выполнения условия блока 7 предоставить поступившему вызову ресурс на прямом направлении.

Блок 17. Занять ресурс.

Если ресурсы на транзитном направлении не зарезервированы, обслужить вызов по транзитному маршруту.

Блок 15. Удалить вызов из системы.

В случае, когда предоставленные ресурсы оказываются зарезервированными, вызов теряется - абонент получает отказ в соединении. В модели вызов уничтожается.

Блок 18. Количество вызовов в серии достигнуто?

Расчет продолжается только в том случае, если обработано заявок меньше, чем определено для серии наблюдений.

Блок 19. Вывод результатов моделирования.

В качестве результатов работы системы выводится общее количество вызовов, получивших отказ в обслуживании.

Блок 20. Конец.

Окончание работы программы.

Необходимо отметить, что наряду с занятием ресурсов для обслуживания вызовов выполняется процедура их освобождения по прохождении времени занятия канала вызовом.

Данная процедура осуществляется параллельно с выполнением основного алгоритма, что осуществляется средствами операционной системы.

 // -

#include <vcl.h>

#pragma hdrstop

#include <windows.h>

#include <process.h>

#include <iostream>

#include <vector>

#include <algorithm>

using std::vector;

typedef struct

{

unsigned short i;

unsigned short j;

unsigned int iFreeChannels;

unsigned int iDroppedCalls;

unsigned int iCountCalls;

unsigned int iMinChannels;

unsigned int iAverageLoad;

} Station;

typedef vector<Station*> g_vector;

typedef vector<Station*>::iterator g_vector_iterator;

g_vector vStations;

HANDLE hStopEvent;

unsigned short StI;

unsigned short StJ;

unsigned short StCallWaiting;

unsigned short iFreeChannels = 0;

unsigned int iThreadCount = 0;

char fCallingState = 'N';

 // -

#pragma argsused

void _USERENTRY ReqThread (LPVOID lpArg)

{

HANDLE hThreadHandle = NULL;

DuplicateHandle (GetCurrentProcess(),

GetCurrentThread(),

GetCurrentProcess(),

&hThreadHandle,

DUPLICATE_SAME_ACCESS,

FALSE,

0);

char arg;

while (true)

{

std::cout << «Введите команду или нажмите h для вызова справки -»;

std::cin >> arg;

if ((arg == 'c') || (arg == 'C'))

{

for (g_vector_iterator i = vStations.begin();

i!= vStations.end(); i++)

{

Station *AStation = *i;

std::cout << «Направление номер:» << AStation->i << AStation->j;

std::cout << «tСвободных каналов:» << AStation->iFreeChannels;

std::cout << «tСброшеных вызовов:» << AStation->iDroppedCalls;

std::cout << «tМинимум каналов:» << AStation->iMinChannels;

std::cout << «tКоличество вызовов:» << AStation->iCountCalls;

std::cout << «tСредняя загрузка:» << ((float) (iFreeChannels -

(AStation->iAverageLoad / AStation->iCountCalls)) /

(float) iFreeChannels) * 100 << «%» << std::endl;

}

}

else if ((arg == 'q') || (arg == 'Q'))

{

SetEvent(hStopEvent);

std::cout << std::endl << «Остановка работы…» << std::endl;

break;

}

else if ((arg == 'h') || (arg == 'H'))

{

std::cout << «c - просмотр состояния каналов» << std::endl;

std::cout << «v - включить просмотр вызовов» << std::endl;

std::cout << «s - отключить просмотр вызово» << std::endl;

std::cout << «q - окончание работы» << std::endl;

}

else if ((arg == 'v') || (arg == 'V'))

{

fCallingState = 'Y';

}

else if ((arg == 's') || (arg == 'S'))

{

fCallingState = 'N';

}

}

if (hThreadHandle!= NULL)

CloseHandle(hThreadHandle);

}

void _USERENTRY CallThread (LPVOID lpArg)

{

InterlockedIncrement((LPLONG)&iThreadCount);

HANDLE hThreadHandle = NULL;

DuplicateHandle (GetCurrentProcess(),

GetCurrentThread(),

GetCurrentProcess(),

&hThreadHandle,

DUPLICATE_SAME_ACCESS,

FALSE,

0);

Station *AStation = (Station*) lpArg;

if (AStation->iMinChannels > AStation->iFreeChannels)

AStation->iMinChannels = AStation->iFreeChannels;

AStation->iAverageLoad += AStation->iFreeChannels;

Sleep(StCallWaiting);

AStation->iFreeChannels++;

InterlockedDecrement((LPLONG)&iThreadCount);

if (hThreadHandle!= NULL)

CloseHandle(hThreadHandle);

}

bool cmp (Station *AStation)

{

if ((AStation->i == StI) && (AStation->j == StJ))

{

return true;

}

return false;

}

int main (int argc, char* argv[])

{

hStopEvent = CreateEvent (NULL, TRUE, FALSE, NULL);

unsigned short iStation, iCallDensity, iCallWaiting;

std::cout << «Введите количество станций:»;

std::cin >> iStation;

std::cout << «Введите количество каналов:»;

std::cin >> iFreeChannels;

std::cout << «Введите среднюю длительность вызова:»;

std::cin >> iCallWaiting;

std::cout << «Введите интенсивность вызовов:»;

std::cin >> iCallDensity;

for (int i = 0; i < iStation; i++)

{

for (int j = 0; j < iStation; j++)

{

Station *AStation = new Station;

AStation->i = i;

AStation->j = j;

AStation->iFreeChannels = iFreeChannels;

AStation->iDroppedCalls = 0;

AStation->iCountCalls = 0;

AStation->iMinChannels = iFreeChannels;

AStation->iAverageLoad = iFreeChannels - AStation->iFreeChannels;

vStations.push_back(AStation);

}

}

randomize();

DWORD dwThreadId;

HANDLE hReqThread = (HANDLE)_beginthreadNT (

ReqThread, 1024, NULL, NULL,

CREATE_SUSPENDED, &dwThreadId);

ResumeThread(hReqThread);

while (WaitForSingleObject(hStopEvent, 10)!= WAIT_OBJECT_0)

{

Sleep (random(iCallDensity));

StI = random(iStation);

StJ = random(iStation);

StCallWaiting = random(iCallWaiting);

if (fCallingState == 'Y' || fCallingState == 'y')

std::cout << «Вызов от» << StI << «к» << StJ << «длительность» << StCallWaiting << «сек.» << std::endl;

g_vector_iterator El = std::find_if (vStations.begin(), vStations.end(), cmp);

if (El == vStations.end())

{

continue;

}

else

{

Station *AStation = *El;

AStation->iCountCalls++;

if (AStation->iFreeChannels == 0)

{

AStation->iDroppedCalls++;

if (fCallingState == 'Y' || fCallingState == 'y')

std::cout << «Не хватает ресурсов! Вызов сброшен!» << std::endl;

continue;

}

else

{

if (fCallingState == 'Y' || fCallingState == 'y')

std::cout << «Вызов прошел!» << std::endl;

}

AStation->iFreeChannels -;

DWORD dwThreadId1;

HANDLE hCallThread = (HANDLE)_beginthreadNT (

CallThread, 1024, AStation, NULL,

CREATE_SUSPENDED, &dwThreadId1);

ResumeThread(hCallThread);

}

}

while (iThreadCount > 0){};

for (g_vector_iterator i = vStations.begin();

i!= vStations.end(); i++)

{

Station *AStation = *i;

delete AStation;

vStations.pop_back();

}

CloseHandle(hStopEvent); return 0;}

5. Технико-экономическая эффективность проекта

5.1 Определение трудоемкости выполненных работ

Целью представленного дипломного проекта является разработка подсистемы автоматизации документооборота для ООО МТУ «Телеком-С».

Трудоемкость разработки программного обеспечения в чел.-часах определяется по формуле:

(5.1)

где - затраты труда на описание задачи;

- затраты на исследование предметной области;

- затраты на разработку блок схемы;

- затраты на программирование;

- затраты на отладку программы;

- затраты на подготовку документации.

Определение затрат труда на описание задачи затруднено, так как этот труд связан с творческим характером работы. Допустим, что = 60 чел.-часов и то, что работу выполняет инженер-программист с окладом 15000 руб. в месяц и коэффициентом квалификации (определяется в зависимости от стажа работы и составляет: для работающих до 2-х лет - 0,8; от 2-х до 3-х - 1,0; от 3-х до 5 - 1,1…1,2; от 5 до 7 - 1,3…1,4; свыше семи лет - 1,5…1,6) .

Затраты труда на исследование предметной области с учетом уточнения описания и квалификации программистов определяются по формуле (5.2).

(5.2)

где D - общее число операторов, ед; - коэффициент увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи (= 1,2…1,5); - количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час (для данного вида работ = 75…85 ед./чел.-ч).

Большинство составляющих трудоемкости определяются через общее число операторов D

(5.3)

где - число операторов, ед.; c - коэффициент сложности задачи, (с = 1,25… 2); p - коэффициент коррекции программы, учитывающий новизну проекта (для совершенно новой программы p = 0,1).

При разработке подсистемы автоматизации документооборота в соответствии с формулой (6.3), примем следующее условное число операторов программы:

ед.

Коэффициент () увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи равен 1,4.

Примем количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час равным 80.

В соответствии с формулой (6.3) затраты труда программистов на исследование предметной области чел.-часов.

Затраты труда программистов на разработку алгоритма решения задачи рассчитывается по формуле

(5.4)

Принимем = 25 ед./чел.-часов, тогда чел.-часов.

Затраты труда программистов на составление программы на ЭВМ по готовой блок-схеме находят по формуле:

(5.5)

Учитывая, что = 20 ед./чел.-часов, получим чел.-часов.

Затраты труда на отладку программы на компьютере

(5.6)

Подставив в данную формулу значения: = 7 ед./чел.-часов, получаем, чел.-часа.

Подготовка документации включает в себя подготовку материалов в рукописи и последующие редактирование, печать и оформление документов.

Затраты труда программистов на подготовку материалов в рукописи вычислим по формуле:

(5.7)

Подставив в формулу (5.7) значения = 12 ед./чел.-часов и = 1,0, получим, чел.-часов.

Затраты труда программистов на редактирование, печать и оформление документов рассчитываются по формуле:

(5.8)

Получим величину затрат труда на редактирование, печать и оформление документов равную чел.-часов.

Окончательно подставив в формулу (5.1) все найденные значения, получим полные трудозатраты инженера-программиста = 1805,3 чел.-часа.

Полученное значение необходимо скорректировать с учетом уровня языка программирования

(5.9)

где - коэффициент уровня языка программирования (в нашем случае ).

Учитывая последнюю формулу получим значение общей трудоемкости разработки программного обеспечения равное 903 чел.-часа.

5.2 Суммарные затраты на разработку

Суммарные затраты на разработку проекта состоят из единовременных расходов на всех этапах инновационного процесса: исследование, разработка, внедрение, эксплуатация. Определение этих затрат производится путем составления калькуляции плановой себестоимости.

Плановая себестоимость включает все затраты, связанные с ее выполнением, независимо от источника их финансирования. Себестоимость единицы продукции состоит из следующих статей затрат:

- основная заработная плата;

- дополнительная заработная плата;

- отчисления на социальные нужды;

- затраты на электроэнергию;

- затраты на амортизацию и ремонт вычислительной техники;

- расходы на материалы и запасные части;

- накладные расходы.

Основная заработная плата включает заработную плату менеджера и инженера-программиста. Для ее расчета применяется следующая формула:

(5.10)

оптический волоконный управление передача

где - дневная тарифная ставка, T - время работы.

Для расчета основной заработной платы определим продолжительность работы исполнителей заказа на данную подсистему, поместив полученные данные в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Продолжительность работы исполнителей заказа

Наименование работ	Исполнитель	Продолжительность работ (дней)
Постановка задачи	Менеджер	2
Подготовительный этап	Менеджер	7
Разработка алгоритма и структуры подсистемы	Программист	14
Разработка требований к интерфейсу приложения	Менеджер	3
Написание программы	Программист	11
Отладка программы	Программист	32
Оформление документации	Программист	32
Тестирование программы	Менеджер	7
ИТОГО	Менеджер	19
	Программист	89

Из таблицы 5.1, видно, что наиболее продолжительную работу по разработке подсистемы автоматизации документооборота выполняет программист. Основными этапами разработки являются разработка алгоритма и структуры, отладка программы, а так же оформление документации. Исходя из этого, рассчитаем основную заработную плату разработчиков.

Принимаем дневную тарифную ставку программиста рубля.

По формуле 5.10, найдем величину основной заработной платы программиста:

рубля.

Принимаем дневную тарифную ставку менеджера рубля.

Продолжительность работы над проектом менеджера составляет 19 рабочих дней, тогда его основная заработная плата за работу над проектом составит:

рублей.

Учитывая рассчитанные значения, рассчитаем основной фонд заработной () платы, воспользовавшись формулой:

рублей (6.11)

Дополнительная заработная плата () в виде различных премий составляет 50% от . Тогда рублей.

К отчислениям на социальные нужды относятся отчисления единого социального налога, который составляет 26% от основной и дополнительной заработной платы. Тогда

(5.12)

Для расчета суммы основной и дополнительной заработных плат воспользуемся формулой:

104001 рублей(5.13)

Используя формулу 6.13), найдем отчисления на единый социальный налог:

рублей

Затраты на оплату электроэнергии можно рассчитаем по формуле:

(5.14)

где - мощность ЭВМ, кВт; t - время вычислительного комплекса;

С - стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб.

Затраты на оплату электроэнергии составят рубля

Эксплуатационные затраты на использовании ЭВМ в процессе программирования рассчитываются согласно амортизационным отчислениям при учете основных средств:

(5.15)

где - первоначальная стоимость персонального компьютера;

А - амортизационные отчисления в % (обычно принимают 20%);

m - количество месяцев использования.

Работа ЭВМ составляет 75 дней, что приблизительно составляет 3,4 месяца. За этот период амортизационные отчисления при первоначальной стоимости персонального компьютера 32000 руб. составят:

рублей.

Кроме амортизационных отчислений в эксплуатационные затраты входят затраты на оплату электроэнергии и следовательно, сумма эксплуатационных затрат составила: 2004,4 рубля.

Расходы на материалы и запасные части включают стоимость всех видов сырья и материалов, расходуемых на разработку подсистемы автоматизации документооборота для ООО «Академия инноваций» (см. таблицу 5.2).

Таблица 5.2 - Расчет сырья и материалов

Наименование	Единица измерения	Количество	Цена за единицу, руб.	Стоимость, руб.
Дискеты	шт.	10	15	150,00
DVD-RW диск	шт.	20	25	500,00
Бумага	пачка (500 листов)	5	145	725,00
Услуги доступа в Интернет (безлимитный доступ)	месяц	4	1050	4200,00
Картридж для принтера HP Laser Jet 1010	шт.	3	150	450,00
Итого				6025,00

Таким образом, общая сумма сырья и материалов, потребленных в процессе разработки, составила 6025 рублей.

Здесь же необходимо рассчитать и накладные расходы, которые включают в себя затраты на обслуживание управления и производства. При исчислении себестоимости продукции они должны прибавляться к основным расходам. Накладные расходы составляют 20% от прямых затрат, и рассчитываются по формуле:

(5.16)

В прямые затраты входят затраты, рассчитанные ранее, и составляют в нашем случае: = 139071 рубля.

Воспользовавшись формулой (5.16), рассчитаем сумму накладных расходов:

рубля.

Составим смету затрат на разработку подсистемы (таблица 5.3).

Таблица 5.3 - Смета затрат на разработку подсистемы документооборота

Статьи	Сумма руб.
1 Сырье и материальные ресурсы	6025,00
2 Основная заработная плата	69334,00
3 Дополнительная заработная плата	34667,00
4 Затраты при использовании ПК	2004,00
5 Единый социальный налог	27040,00
6 Накладные расходы	27814,00
ИТОГО	160860,00

Анализ таблицы позволяет сделать вывод, что основными затратами на создание подсистемы автоматизации документооборота для ООО «Академия инноваций» являются затраты на заработную плату разработчиков, относительно незначительные затраты составляют накладные расходы.

5.3 Технико-экономический эффект от разработки подсистемы документооборота

Технико-экономический эффект от разработки подсистемы автоматизации документооборота может быть оценен таким параметром, как коэффициент оперативности управления (принятия решений). Коэффициент оперативности К определяется по формуле:

(5.17)

где - время, необходимое на обработку входящего документа при традиционном подходе; - время, необходимое на обработку входящего документа с использованием подсистемы автоматизации. Все данные для расчета технико-экономического эффекта представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Данные для расчета технико-экономической эффективности разработки

Наименование работы	Время обработки
	ручной метод	с применением подсистемы документооборота
Среднее время регистрации входящего документа	15 мин	5 мин.
Проверка корректности и выполнимости на этапе рассмотрения.	50 мин	15 мин
Среднее время на поиск схожих документов в базе данных	10 мин	0,5 мин
Среднее время на визирование документа	50 мин	7 мин
Время необходимое для подготовки и предоставления документального отчета о ходе продвижения документа	60 мин	10 мин
Итого	185 минут	37,5 минут.

Используя формулу 6.17, получим коэффициент оперативности управления К = 5,2.

На основе приведенных вычислений можно сделать вывод, что внедрение подсистемы автоматизации документооборота приводит к пятикратному повышению оперативности работы с документами.

5.4 Определение экономической эффективности разработки

Для автоматизированной системы, характеризующейся стабильностью технико-экономических показателей по годам расчетного периода, расчет экономического эффекта проводится по формуле:

, (5.18)

где - неизменная по годам расчетного периода стоимостная оценка результатов автоматизации, включающая основные и сопутствующие результаты; E_н - норматив эффективности капитальных вложений, E_н = 0,1;

- неизменные по годам расчетного периода затраты на автоматизацию, вычисляемые по формуле:

(5.19)

где - годовые текущие издержки на функционирование автоматизированной системы (без учета амортизации), руб.;

- единовременные затраты на создание автоматизированной системы, руб.;

- норма амортизации основных фондов функционирующей автоматизированной системы, определяемая с учетом фактора времени, вычисляется по формуле:

(5.20)

где - срок службы средств технического обеспечения автоматизированной системы, лет.

Срок морального устаревания программного и технического обеспечения подсистемы составляет порядка 4-х лет. В связи с этим норму амортизации основных фондов функционирующей автоматизированной системы можно рассчитать по формуле (5.20):

Стоимостная оценка результата, получаемая за первый год, рассчитывается по формуле:

(5.21)

где - экономия, получаемая в t-м году в результате сокращения затрат трудовых и материальных ресурсов в автоматизированной системе, руб.;

- экономия, получаемая в t-м году в результате повышения качества новой техники, ее потребительских свойств, руб.;

- дополнительная прибыль в t-м году от приоритетной новизны решения, полученного в автоматизированной системе в кратчайшие сроки, руб.;

- сокращение длительности автоматизируемого процесса, лет.

Основной результат от внедрения системы будет получен в результате сокращения времени на обработку документов приблизительно в 5 раз. Экономия получаемая в результате сокращения трудовых затрат представляет собой сокращение в среднем рабочего времени необходимого сотруднику на поиск и обработку документации с 185 минут до 37,5 минут. Определим, что:

? средняя стоимость часа сотрудника отдела АСОИУ составляет 52 рубля;

? количество сокращенных часов трудового времени (час/день);

? количество рабочих дней в году 240.

Учитывая это и прибыль от увеличения производительности труда, получим:

руб.

Экономия, получаемая в последующие годы, является аналогичной, так как сокращение времени обработки информации является постоянным и не зависит от срока службы системы.

Так как техника, имеющаяся в отделе АСОИУ, удовлетворяет требованиям подсистемы, то во внедрение новой техники нет необходимости. Следовательно, экономия, получаемая в t-м году в результате повышения качества новой техники, ее потребительских свойств = 0 руб.

Дополнительная прибыль от приоритетной новизны решения не имеет ярко выраженной основы и принимается равной = 0 руб.

Сокращение длительности автоматизируемого процесса заключается в экономии времени сотрудников затрачиваемого на регистрацию, обработку и поиск документации. Учитывая, что среднее время, затрачиваемое сотрудником на поиск с информацией в «бумажных архивах» и подтверждение достоверности данной информации, составляет в среднем 185 мин. в день, а после внедрения подсистемы документооборота должно составлять не более 37,5 минут, то экономия времени в течение одного рабочего дня составляет 2,46 часа.

Таким образом, приняв среднее количество рабочих дней в году равным 240, а общее количество рабочих часов в году равным получим:

года.

Экономия, получаемая за первый год в результате внедрения автоматизированной системы по формуле (6.21) составляет:

руб.

Так как все рассчитанные показатели идентичны в последующие годы работы автоматизированной системы, то система имеет стабильные технико-экономические показатели.

Так как рассматриваемая в рамках дипломного проекта система только готовится к внедрению, то для расчета будем использовать метод определения текущих затрат посредствам основных составляющих:

(5.22)

где - годовые текущие затраты на эксплуатацию комплекса средств автоматизации (КСА), руб.;

- годовые затраты на заработную плату специалистов в условиях функционирования автоматизированной системы с начислениями, руб.

Затраты определяются по формуле:

(5.23)

где - годовые затраты на эксплуатацию комплекса технических средств (КТС) без учета заработной платы персонала, руб.;

- годовые затраты на поддержание и актуализацию системы обеспечения применения КТС (хранение, обновление, контроль данных и программ и других операций), руб.;

- годовые затраты на содержание и ремонт производственных помещений, руб.;

- годовая заработная плата работников группы эксплуатации КСА с начислениями, руб.

Годовые затраты на эксплуатацию КТС сводятся к затратам на электроэнергию, потребляемую серверной станцией системы (клиентские станции системы будут продолжать работать в том же режиме, что и до внедрения системы), а так же затраты на резервное копирование данных и возможный ремонт аппаратуры. Затраты на электроэнергию для серверной станции составят порядка 6000 рублей в год. Затраты на резервное копирование данных будут составлять порядка 2500 рублей в год. В год на ремонт предусматривается выделять 4% от стоимости аппаратуры. При стоимости технического обеспечения системы 60000 рублей это составит 2400 рублей в год.

Таким образом:

руб.

Так как поставщиком системы гарантируется бесплатное обновление системы с целью ликвидации возможных ошибок в программном обеспечении системы, то затраты на поддержание и актуализацию системы .

На содержание и ремонт производственных помещений планируется выделять рублей в год. Годовая заработная плата работников группы эксплуатации КСА с начислениями предполагается равной рублей в год. Отсюда по формуле 6.23 можем рассчитать годовые текущие затраты на эксплуатацию КСА:

руб.

Годовые затраты на заработную плату специалистов в условиях функционирования автоматизированной системы предполагается повысить примерно на 200 рублей в месяц, т.е. на 2400 рублей в год. Автоматизированная система затронет труд порядка 50 сотрудников, отсюда:

руб.

По представленным данным по формуле 6.22 можно рассчитать текущие затраты на функционирование автоматизированной системы:

руб.

После определения единовременных затрат на создание и текущих затрат на функционирование автоматизированной системы мы можем рассчитать затраты на автоматизацию по формуле 6.19:

руб.

Определим экономический эффект по формуле 6.18:

руб.

Период возврата единовременных затрат рассчитывается по формуле:

(5.24)

Отсюда:

лет.

Таким образом, внедряемая подсистема документооборота окупит себя в течение 6 месяцев. Так как планируемый срок эксплуатации системы составляет 4 года и система экономически эффективна, то можно сделать вывод о том, что внедрение подсистемы документооборота оправданно.

Экономическая эффективность подсистемы определяется отношением результата, получаемого от работы системы (руб.) к суммарным затратам на ее создание (руб.):

.

Тогда .

В таблице 5.5 приведены основные технико-экономические показатели проекта разработки подсистемы автоматизации документооборота для ООО МТУ «Телеком-С».

Таблица 5.5 - Основные технико-экономические показатели проекта

Основные характеристики	Единицы измерения	Величина
Итоговая трудоемкость разработки	чел.-ч.	903,00
Полные затраты на создание программного продукта	руб.	160860,00
Срок окупаемости проекта	месяц	6,00
Экономическая эффективность проекта		1,40
Коэффициент оперативности управления (принятия решений)		5,20

Выводы

Основной эффект от внедрения подсистемы автоматизации документооборота ожидается в виде повышения качества и оперативности обработки входящей документации, а также увеличения скорости поиска необходимых документов в базе данных.

Итоговая трудоемкость разработки проекта составила 903 чел.-ч. Затраты на разработку подсистемы автоматизации документооборота составляют 160860,28 рубля. Срок окупаемости разработанной подсистемы составляет 5,2 месяца. Экономическая эффективность проекта равна 1,4. Технико-экономический эффект достигается в виде повышения оперативности работы подразделений.

Таким образом, учитывая все рассчитанные технико-экономические показатели проекта, а также то, что внедрение подсистемы автоматизации в процесс обработки поступающих документов и запросов на поиск информации ведет к повышению эффективности управленческой структуры, можно говорить о целесообразности и востребованности разработки.

Заключение

В мире объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций.

Создание российской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой и интеллектуальной активности общества, укрепления авторитета страны в международном сообществе.

Дипломный проект посвящен рассмотрению характеристик первичных электрических сигналов и соответствующих им каналов передачи, принципов организации двусторонних каналов и особенностей передачи электрических сигналов по таким каналам. Изложены основы построения систем передачи с частотным и временным разделением каналов.

Особое внимание уделено построению цифровых систем передачи с временным разделением каналов на основе импульсно-кодовой модуляции. Раскрыты принципы иерархического построения систем передачи. Рассмотрены вопросы построения цифровых волоконно-оптических систем передачи и систем радиосвязи: радиорелейных и спутниковых систем передачи, систем подвижной радиосвязи. Освещены основы построения телекоммуникационных сетей различного назначения и принципы их взаимодействия.

Список литературы

1. Аваков Р.А., Кооп М.Ф., Лившиц Б.С, Подвидз М.М. Городские координатные автоматические телефонные станции и подстанции. М.: Связь, 2007.

2. Афанасьев А.П. Раздельное обслуживание абонентских устройств на ГТС. М.: Связьиздат, 2008.

3. Бабицкий И.А. К расчету ступенчатого включения на АТС. М.: Связьиздат, 2006.

4. Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: технология и практика измерений. М.: Эко-Трэндз, 2009.

5. Бекман Д. Стандарт SNMPV3 // Сети и системы связи, 2008. - №12.

6. Берлин Б.З., Брискер А.С., Васильева Л.С. и др. Городская телефонная связь. Справочник. М.: Радио и связь, 2007.

7. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. М.: Мир, 2009.

8. Боккер П. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы: Пер. с нем. М.: Радио и связь, 2008.

9. Борман В.А. Измерения на городских телефонных сетях. М.: Связь-техиздат, 2009.

10. Булгак В.Б., Варакин Л.Е., Ивашкевич Ю.К., Москвитин В.Д., Осипов В.Г. Концепция развития связи Российской Федерации. М.: Радио и связь, 2005.

11. Голубев А.Н. Стратегия разработки комплекса АТСЦ-90 // Вестник связи, 2003. - №9.

12. Голубцов И.Е., Сасонко СМ. Нормы затухания на местных телефонных сетях. М.: Связь, 2005.