Моделирование технологического процесса обслуживания оптических кабелей в целях обеспечения эффективного функционирования телекоммуникационных сетей Шафигуллин Лутфулла Нурисламович

Введение к работе

Актуальность темы и состояние вопроса

Постоянно возрастающий объем передаваемой информации в самых разных сферах деятельности современного общества определяет насущную потребность в дальнейшем развитии и совершенствовании телекоммуникационных сетей и систем. Важнейшей составной частью любой телекоммуникационной сети в настоящее время являются волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП), в значительной мере обеспечивающие качественную и надежную работу сети связи в целом.

Основным конструктивным элементом линейно-кабельных сооружений ВОЛП являются оптические кабели (ОК), обладающие рядом существенных особенностей по сравнению с медножильными электрическими кабелями связи. Это большая пропускная способность (до 40 Гбит/с и более), увеличенная длина регенерационных участков (до 600 километров и более), значительное время восстановления при повреждениях ОК, большая длина оптических кабельных вставок. Данные особенности приводят, с одной стороны, к увеличению требований к надежности ОК, с другой к проблемам в техническом обслуживании и, как следствие, требуют совершенствования технологий обслуживания линейно- кабельных сооружений ВОЛП с учетом специфики ОК и уровня иерархии телекоммуникационных сетей, на которых они применяются. Для выбора стратегий технического обслуживания, оптимизации технической эксплуатации и повышения эффективности функционирования ОК необходимы исследования процессов обслуживания на моделях с целью поиска оптимальных решений.

Отсюда следует актуальность научно-технической проблемы моделирования технологического процесса обслуживания ОК в целях выбора оптимальной технологии обслуживания для обеспечения эффективного функционирования телекоммуникационных сетей в зависимости от их уровня иерархии.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Разработкой теории направляющих систем электросвязи (НСЭ), вопросами надежности и технического обслуживания телекоммуникационных сетей, систем и кабелей связи занималась целая плеяда ученых. Наибольший вклад внесли работы И.И. Гроднева, В.О. Шварцмана, А.Ю. Цыма, Ю.Т. Ларина, Е.Б. Алексеева и др. Был создан комплекс нормативных и руководящих документов по технической эксплуатации телекоммуникационных сетей, однако регламенты проведения различных видов работ на линейно-кабельных сооружениях связи базировались в основном на классических подходах к техническому обслуживанию электрических кабелей. При этом не учитывались особенности технологического процесса обслуживания оптических кабелей, отличающихся не только конструкцией, но и набором важнейших контролируемых параметров, определяющих их надежность и срок службы.

Особенностью технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений ВОЛП является то, что часть работ и операций технологического процесса обслуживания ОК не может быть автоматизирована, велика роль человеческого фактора и уровня квалификации персонала эксплуатационных предприятий. Решению проблем разработки человеко-машинных систем, учитывающих вероятность ошибок на этапе выполнения технологических операций, когда потери от ошибок человека сравнимы с потерями от отказа технических средств, посвящены работы Е.Ю. Барзиловича, А.И. Губинского, А.Н. Адаменко,

1. 1. П. Пятибратова и др., в которых описывается обобщенный структурный метод и его реализация в виде функциональных сетей технологических процессов обслуживания сложных систем, требующих высокой надежности и живучести (атомная энергетика, подводный флот и т. д.). Однако в этих работах не рассматриваются технологические процессы обслуживания распределенных объектов, имеющие свою специфику.

   За последние годы получили развитие современные стратегии экспертно- диагностического обслуживания объектов технической эксплуатации. Эксперт- но-диагностическое техническое обслуживание устанавливает периодичность регламентных работ в зависимости от результатов контроля параметров с учетом фактического состояния объектов технической эксплуатации и статистических данных о надежности работы контролируемых объектов в предшествующий проверке период. Известен ряд отечественных и зарубежных разработок методов и средств технической эксплуатации, в которых решались проблемы эффективного функционирования сложных распределенных объектов большой протяженности применительно к электроэнергетике, трубопроводным системам, электрифицированным железным дорогам на основе экспертно- диагностического технического обслуживания - В.Е. Любинского, И.С. Кораго,

   1. 2. В. Рыбалко, А.Г. Овсянникова и др.

      Можно ожидать, что экспертно-диагностическое техническое обслуживание линейно-кабельных сооружений ВОЛП при внедрении позволит повысить надежность и качество функционирования телекоммуникационных сетей и снизить затраты на техническую эксплуатацию. Однако, внедрение экспертно- диагностического технического обслуживания требует достоверного прогноза срока службы оптических волокон (ОВ) с целью определения величины допустимого интервала времени между технологическими процессами проведения работ на ОК и оптимизации показателей эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП по надежности, качеству и затратам в зависимости от уровня иерархии телекоммуникационной сети.

      Задачи прогноза срока службы ОВ решались в работах М. Мэтьюсона, T. Хансона, П. Веймана, Г. Глаземана, С.Л. Семенова. В публикациях И.И. Гроднева, Ю.Т. Ларина, А.А. Овчинникова рассматривались вопросы надежности ОК. Работы Т. Вайтхаймера, Д. Кано, К. Дорни, О.В. Длютрова, А.В. Воронкова посвящены вопросам мониторинга линейно-кабельных сооружений ВОЛП, и, в частности, мониторингу ОВ по характеристикам Рэлеевского или Бриллюэновского рассеяния. В них рассматривается прогноз срока службы ОК по результатам измерений отдельных параметров ОВ. В работе Х. Кога, Т. Кувабара, Ю. Митсунага представлен алгоритм прогноза, базирующийся на комплексе испытаний и измерений набора параметров ОВ и статистических данных повреждений линии. Однако, он не учитывает результаты выполнения целого ряда работ на кабельной линии, в частности, охранно-разъяснительных работ, отдельных видов не поддающихся автоматизации планово- профилактических и аварийно-восстановительных работ, оказывающих существенное влияние на надежность кабельных линий.

      В целом обзор литературы показал, что модели технологического процесса обслуживания ОК, позволяющей оценивать эффективность их функционирования и производить выбор наиболее оптимальной реализации стратегии технической эксплуатации применительно к телекоммуникационным сетям различного уровня иерархии, на сегодняшний день еще не создано.

      Цель работы - разработка модели технологического процесса обслуживания ОК и алгоритма выбора технологии обслуживания, обеспечивающей эффективное функционирование телекоммуникационных сетей заданного уровня иерархии.

      Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

      1. 1. 1. Разработать модель технологического процесса обслуживания ОК на линейно-кабельных сооружениях ВОЛП.

            2. Разработать алгоритм прогноза интервала времени безотказной работы ОК по результатам измерений параметров ОВ и ОК в процессе эксплуатации с учетом данных технического учета производства работ на кабельной линии, не поддающихся автоматизации.

            3. Разработать алгоритм оценивания эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП с учетом внедрения эксперт- но-диагностической стратегии.

            4. Разработать практические рекомендации по обеспечению эффективного функционирования ОК применительно к телекоммуникационным сетям различного уровня иерархии.

            Методы исследований

            Методы сетевого планирования и управления, теория направляющих систем электросвязи, теория круглых диэлектрических волноводов, теория надежности кварцевых ОВ, теория надежности ОК.

            Обоснованность и достоверность результатов работы

            Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваются корректностью применения используемого аналитического аппарата и подтверждаются результатами экспериментальных исследований.

            Научная новизна работы

            1. 1. 4. 1. Разработана модель технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП на основе обобщенного структурного метода и функциональных сетей, позволяющая оценивать эффективность технологического процесса обслуживания ОК с учетом как автоматизированных, так и не поддающиеся автоматизации видов работ.

                     2. Доказано, что в диапазоне значений локального коэффициента отражений от -100 дБ до -65 дБ зависимость прочности стандартного кварцевого ступенчатого ОВ от локального коэффициента отражений на дефекте с погрешностью менее 1,1% можно аппроксимировать линейной зависимостью.

                     3. Разработан метод краткосрочного прогноза интервала времени безотказной работы ОК с кварцевыми ступенчатыми ОВ по результатам измерений отражений в ОВ, учитывающий снижение прочности кварцевого ступенчатого волокна с локальной неоднородностью и данные технического учета выполнения работ, не поддающихся автоматизации.

                     4. Разработан метод оценивания эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП, учитывающий особенности технологических процессов и специфику региональных телекоммуникационных сетей.

                     Личный вклад

                     Основные результаты диссертационной работы, обладающие научной новизной, получены автором лично.

                     Практическая ценность результатов работы

                     1. 1. 4. 4. 1. Разработана конфигурационная матрица и системная модель технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП, позволяющая учесть специфику работ по обеспечению функционирования ОК.

                                 2. Получены показатели эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП при внедрении прогнозирующей стратегии на телекоммуникационной сети.

                                 3. Разработаны рекомендации по внедрению прогнозирующей стратегии обслуживания ОК с учетом особенностей региональной телекоммуникационной сети ОАО «Таттелеком».

                                 Реализация результатов работы

                                 Результаты диссертационной работы внедрены на телекоммуникационной сети ОАО «Таттелеком», научно-производственном предприятии «Связь, автоматика, монтаж» в технологическом процессе технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП и в учебном процессе ФГОБУ ВПО ПГУ- ТИ. Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

                                 Апробация результатов работы

                                 Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на VII Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2008), XI Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Уфа, 2010), VIII Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Уфа, 2010), Х Международной научно- технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2011), XII Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Казань, 2011), IX Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Казань, 2011), 66-й Научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 2011), III Всероссийской научно-практической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии» (Самара, 2011), XVIII Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2011).

                                 Публикации

                                 По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 13 печатных трудов. Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы изложены в 5 статьях в периодических научных изданиях (в том числе 4 статьи - в журналах, включенных в определенный ВАК «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук»), 1 статья в редактируемом сборнике научных трудов «Proceedings of SPIE Optical Technologies for Telecommunications, V.7992».

                                 Объем и структура работы

                                 Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть содержит 191 страницу машинописного текста, 64 рисунка, 20 таблиц. Список литературы содержит 137 наименований.

                                 Положения, выносимые на защиту

                                 1. 1. 4. 4. 3. 1. Модель технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП на основе обобщенного структурного метода и функциональных сетей, позволяющая оценивать эффективность технологического процесса обслуживания ОК с учетом как автоматизированных, так и не поддающиеся автоматизации видов работ.

                                                2. Положение о том, что в диапазоне значений локального коэффициента отражений от -100 дБ до -65 дБ зависимость прочности стандартного кварцевого ступенчатого ОВ от локального коэффициента отражений на дефекте с погрешностью менее 1,1% можно аппроксимировать линейной зависимостью.

                                                3. Метод краткосрочного прогноза интервала времени безотказной работы ОК с кварцевыми ступенчатыми ОВ по результатам измерений отражений в ОВ, учитывающий снижение прочности кварцевого ступенчатого волокна с локальной неоднородностью и данные технического учета выполнения работ, не поддающихся автоматизации.

                                                4. Метод оценивания эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП, учитывающий особенности технологических процессов и специфику региональных телекоммуникационных сетей.

                                                Похожие диссертации на Моделирование технологического процесса обслуживания оптических кабелей в целях обеспечения эффективного функционирования телекоммуникационных сетей

                                                Исследование характеристик функционирования сетей со спектральным разделением и поддержкой классов обслуживанияСавандюков, Иван Михайлович

                                                

                                                Исследование влияния характеристик функционирования сетей последующих поколений на качество услуг на базе открытых интерфейсовШалагинов, Виктор Алексеевич

                                                

                                                Разработка методов оценки качества функционирования систем сигнализации в сетях с коммутацией каналов и пакетовЛетников Андрей Иванович

                                                

                                                Повышение эффективности функционирования региональной банковской мультисервисной сети на основе комплексной оптимизации параметров сетевых протоколовУспенский, Игорь Маркович

                                                

                                                Модели и методы исследования процессов функционирования и оптимизации построения сетей связи следующего поколения (Next Generation Network)Сычев, Константин Иванович

                                                Модели прогнозирования нагрузки и функционирования Call-центров в сетях связи железнодорожного транспортаСолуянов, Александр Владимирович

                                                

                                                Основы построения и функционирования идентификационной системы сетевых элементов единой сети электросвязи Российской ФедерацииМардер Наум Семенович

                                                Универсальная распределенная расширяемая система высокоуровневого моделирования сетейМилованов, Денис Сергеевич

                                                

                                                Методы и программные средства гибридного моделирования мультисервисных сетей большой размерностиЯрославцев Александр Федорович

                                                

                                                Алгоритмы многоуровневого моделирования корпоративных телекоммуникационных сетейПроферансов, Дмитрий Юрьевич