Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в связи с меняющейся социально-экономической обстановкой возрос интерес к поиску новых идей и путей повышения надежности линейных трактов аналоговых и цифровых систем передачи (ЦСП), что возможно лишь при условии разработки оптимальных методик скорейшего восстановления работоспособности трактов.
Проблемы повышения надежности линейных трактов систем передачи связаны с влиянием различных внешних факторов, вызывающих повреждения линейно-кабельных сооружений, а также необходимостью проведения шшновых и внеплановых ремонтно-восстановительных работ (РВР).
Основным критерием оценки эффективности проведения указанных видов работ является время восстановления связи на участке повреждения и достижение высоких значений коэффициента готовности кабельной магистрали (КМ).
Важно подчеркнуть, что в первичной се га связи России еще достаточно широко используются аналоговые и цифровые системы передачи на симметричных и коаксиальных кабелях.
В связи с этим необходимо выделить возрастающее значение основных задач эксплуатационных организаций, связанных с разработкой мероприятий на основе применения современных методов и оборудования, направленных на сокращение времени восстановления работоспособности трактов, и оснащение своих подразделений современными методиками. Экономическая эффективность этих мероприятий (т.е. сравнительная оценка затрат на их проведение с потерями доходов, обусловленных простоем тракта) зависит от типа системы передачи на данном направлении. Например, простой тракта АСП К-3600 в результате повреждения кабеля, оценивается в среднем в 3 USD в минуту, а время восстановления тракта лежит в пределах 6-8 часов. Следовательно, доходы, потерянные предприятиями связи в этом случае, могут составить десятки тысяч USD. В такой ситуации требуется поиск оптимальных решений в области развития системы технической эксплуатации трактов (ТЭТ) как с точки зрения традиционных критериев производительности ремонтно-восстановительных работ и их стоимости, так и с точки зрения разработки новых подходов к проблеме повышения эффективности ТЭТ.
Актуальность подтверждается и тем, что уровень развития волоконно-оптической технологии (ВОТ) оптимально влияет на преимущества проектирования, строительства и эксплуатации кабельных линий связи (КЛС).
Цель и задаче диссертации. Цель диссертационной работы состоит в разработке и исследовании новых методов и устройств на основе применения элементов волоконной оптики, сокращающих время РВР линейных трактов систем передачи, и исследовании показателей надежности линий связи при использовании новых разработок.
, , :.„:1ЛДЬИЛЙ I
- .„'ИОТЕКА І
^.Петербург bw- }
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы, исследованы и решены следующие основные задачи:
1. Общий анализ литературы по проблемам надежности линий связи (ЛС),
определение значений основных показателей надежности.
2. Исследование статистики, причин и характера повреждений КМ;
рассмотрение процессов, происходящих в оптических волокнах под действием
различных факторов.
3. Изучение и обобщение опыта проведения мероприятий, обеспечивающих
повышение надежности ЛС.
4. Разработка новых методов и устройств, обеспечивающих повышение
надежности линий связи путем сокращения времени ремонтно-
восстановительных работ.
5. Анализ опыта и результатов применения новых устройств на
действующих кабельных магистралях.
Методы исследования. Теоретической основой диссертации послужили общие и профильные работы отечественных и зарубежных ученых, посвященные развитию волоконно-оптических технологии и испытанию волоконно-оптических вставок.
Как объекты самостоятельных исследований, рассмотренные устройства -волоконно-оптические вставки представляют собой сложные технические системы (ТС), содержащие несколько взаимосвязанных элементов и характеризующиеся значительным количеством признаков и параметров.
При исследовании направлений изменения значений надежности кабельных линий связи (КЛС) использованы элементы теории вероятностей, статистической обработки и прогнозирования отказов линейных трактов систем передач (СП).
Для исследования, проектирования и разработки, предлагаемых в диссертации устройств использована теория передачи цифровых сигналов, принцип частотной модуляции, а также принцип амплитудной модуляции источника излучения групповым сигналом, который и послужил основой для создания универсального оптоэлектронного преобразователя.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы характеризуется получением оригинальных теоретических и практических результатов:
- проведён статистический анализ повреждаемости линий связи,
основанных как на металлических кабелях, так и на волоконно-оптических
кабелях (ВОК), выполнен расчет коэффициента готовности и среднее время
безотказной работы в стандартных ситуациях;
предложен метод сокращения времени РВР на основе волоконно-оптических кабельных вставок (ВОКВ);
на основе анализа условий эксплуатации ВОКВ выполнен расчет требуемых механических характеристик ВОК и разработана методика выбора кабеля;
для реализации метода рассмотрены возможные варианты построения активного оборудования для ВОКВ, проведена разработка требований к нему при использовании как на аналоговых, так и цифровых трактах СП;
на основе анализа параметров перспективных источников излучения и фотоприемников предложена методика отбора источников излучения, как основного элемента влияющего на качественные характеристики трактов, а также на немаловажный критерий - соотношение «цена - качество»;
проведены экспериментальные исследования устройств и предложенных методик на действующих трактах КМ, которые показали эффективность их использования, что характеризуется увеличением Кп времени безотказной работы, а также сокращением времени простоя трактов.
Практическая ценность работы. В процессе выполнения научных и экспериментальных исследований созданы модели вставок, совмещающие в себе возможности работы на различных системах передач с использованием ЭОМ.
Результаты анализа источников, вызывающих повреждение КЛС, элементов и технологий, направленных на повышение эффективности технической эксплуатации ЛС, могут широко использоваться в новых разработках на основе элементов и технологий ВО в целях обеспечения надежности ЛС. Эти результаты могут также использоваться на практике для предварительного и уже качественного прогнозирования показателей надежности КМ.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены при разработке, изготовлении опытных образцов целого семейства волоконно-оптических вставок и оптимального построения систем резервирования выполненных по заказам АО «Ленсвязь», ОАО «Ростелеком», ОАО «Узтелеком», а также ведомственных сетей связи МПС России, РАО «Газпром» и РАО «ЕЭС России».
Личный вклад автора. Проведение исследований, сравнительный анализ существующих методов, и обобщение опыта по применению предложенных методов, осуществлены автором лично. Разработаны методики расчета механических характеристик ВОК для вставок, позволяющие предъявить требования к ним заводу-изготовителю. Предложена методика отбора и оценки характеристик источников излучения для ЭОМ, а также расчет параметров последних для различных типов СП.
Практическое же исследование, внедрение и испытание предложенных устройств выполнялись автором диссертации совместно с сотрудниками научно-исследовательской лаборатории кафедры Линии связи С-Пб ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-й международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ (Санкт-Петербург, 2000г.), 53-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов (Санкт-
Петербург, 2000г.), конференции «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений (СТЛКС-2002)» (Санкт-Петербург, 2002г.), 56-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов (Санкт-Петербург, 2002г.).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 6 статьях, в сборниках трудов, материалов и тезисах международных, российских и региональных научных конференций.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы. Материал изложен на 168 страницах машинописного текста, включая 38 рисунков, 6 таблиц, 13 приложений и список литературы из 82 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
- статистический анализ повреждаемости КМ, расчет Кг для
существующей системы ТЭ, значительные потери доходов предприятий связи за
счет простоя при существующей методике устранения отказов обусловили
необходимость предложить ряд мероприятий, которые обеспечивают
сокращение времени РВР;
- основное внимание уделено вопросам исследования и разработки
ремонтных ВОКВ для использования на линейных трактах, организованных по
металлическим кабелям;
для решения этой задачи предложены методики, выполнены расчеты и проведены экспериментальные исследования как по выбору ВОК, так и по активному оборудованию обеспечивающему преобразование сигналов линейного спектра (кода) в оптический диапазон и обратно;
испытания разработанных устройств на действующих КМ показали высокую эффективность их использования, что харакіеризуется существенным сокращением времени РВР.
