Нефть и песок О стали Компрессор - подбор и ошибки Из истории стандартизации резьб Соперник ксерокса - гектограф Новые технологии производства стали Экспорт проволоки из России Прогрессивная технологическая оснастка Цитадель сварки с полувековой историей Упрочнение пружин Способы обогрева Назначение, структура, характеристики анализаторов Промышленные пылесосы Штампованные гайки из пружинной стали Консервация САУ Стандарты и качество Технология производства Водород Выбор материала для крепежных деталей Токарный резец в миниатюре Производство проволоки Адгезия резины к металлокорду Электролитическое фосфатирование проволоки Восстановление корпусных деталей двигателей Новая бескислотная технология производства проката Синие кристаллы Автоклав Нормирование шумов связи Газосварочный аппарат для тугоплавких припоев
Главная страница / Архитектура отрасли

Кабельное хозяйство

Кабельное хозяйство, будь то металлические или оптические кабели, является одним из существенных частей современной системы электросвязи. Сколь бы успешно ни развивались беспроводные технологии, даже базовые станции сотовой связи чаще всего соединяются кабелями. Но что оператор знает о состоянии собственного кабельного хозяйства?

Система, начисто лишенная интеллекта

Кабельная система оператора – это наиболее важная часть его сети. Настолько важная, что породила немало каламбуров, например, «связь – наука о контактах». Без кабельного хозяйства немыслима никакая связь, вокруг него часто идут споры, дебаты и пр. В чем же причина? Все довольно просто: кабельное хозяйство – это, с одной стороны, самая ценная часть системы электросвязи, без которой связи не будет, с другой – самая традиционная часть современной системы электросвязи. Все наши новинки, тенденции, заботы проходят сквозь кабельную систему, как призрак сквозь стену. Аналоговая и цифровая связь, технологии PDH и SDH, революция NGN, ренессанс аналоговых методов передачи и коммутации в технологии OBS/WDM – все это заставляет бурлить отрасль на протяжении нескольких десятилетий. Призраки сменяют друг друга, а кабельная сеть остается, лишь немного изменяясь с учетом требований ВОЛС. Вместе с ней остаются и все сопутствующие технологии эксплуатации. Разработанные почти 100 лет назад методы эксплуатации металлических кабелей – мостовые, позднее рефлектометрические как были востребованы в начале и середине ХХ века, так и используются с незначительными модификациями до сих пор.

Столь редкостный консерватизм технологии обусловлен одной важной особенностью кабельной сети: при всей ее значимости для прошлых и будущих систем связи это, пожалуй, единственная система в современных телекоммуникациях, которая начисто лишена интеллекта. Даже блоки питания в нашу сумасшедшую эпоху IT обзавелись процессорами для диагностики своего состояния, кроссы (впрочем, тоже часть кабельной сети) робко начинают использовать функции удаленного управления и мониторинга. Но кабельная сеть в целом как была глуха и нема, так и стоит вот уже более столетия на всех сетях мира. Научно-исследовательский угар последних десятилетий совершенно не отразился на структуре кабельной сети и на методах ее эксплуатации.

Что такое система, лишенная интеллекта? Это означает, что любой компонент кабельной сети никогда о себе ничего не скажет. Кабельные системы оказались в стороне от столбовой дороги научно-технического прогресса, связанной с широким внедрением систем управления и OSS. Но сразу возникла проблема подконтрольности кабельной системы. Коль скоро она лишена интеллекта и не может быть подключена к новым системам управления, то и контролировать ее работу с помощью системы управления оказывается невозможно. Налицо «расслоение» системы эксплуатации. Одна часть службы эксплуатации идет вперед, все более интенсифицируя сам процесс эксплуатации, автоматизируя бизнес-процессы и пр. Другзастряла на технологиях начала ХХ века. И чем дальше развиваются технологии автоматизированных систем эксплуатации, тем больше технологический и даже социальный разрыв между двумя группами специалистов. Еще несколько лет – и они совершенно перестанут понимать друг друга. Но как же в таком случае добиться единства построения самой системы эксплуатации?

Для решения этой проблемы в середине 90-х годов было предпринято несколько попыток оснастить кабельные системы встроенными средствами диагностики, но все они так или иначе потерпели неудачу. В большинстве случаев для обеспечения автоматического контроля за кабельной системой на удаленном конце необходимо разместить интеллектуальное устройство – респондер. Обычно это очень дешевое устройство, стоимостью 5–10 долл. Основная его функция – подавать в линию сигналы под управлением центрального диагностического модуля. Последний, в свою очередь, генерирует сигнал управления (как правило, тональный или многочастотный), получив который респондер генерирует в линию служебный сигнал. Служебный сигнал может быть одночастотным сигналом для измерения параметра сигнал/шум либо с качающейся частотой для анализа АЧХ и т. д.

Респондеры внедрены в наиболее развитых странах и составили основу автоматизации систем эксплуатации металлического кабеля, однако практика показала, что это решение едва ли можно назвать эффективным. Дело в том, что для обеспечения максимального охвата кабельной системы оператора респондер необходимо разместить на каждом кабеле. Но тогда система контроля состояния кабельной системы по стоимости оказывается сопоставимой с кабельной системой в целом. Такие решения недолговечны, слишком высокая плата за интеллектуальность кабельной инфраструктуры.

Похожая тенденция наметилась в последнее время и в системах эксплуатации ВОЛС. Здесь изначально условия были лучше, так как в среднем длина оптических участков значительно превосходит длину участков металлического кабеля на сетях. Даже для ВОЛС реализация концепции интеллектуальной системы эксплуатации, где стоимость диагностических средств меньше стоимости самих участков кабеля, оказалась чрезвычайно сложной. Методы диагностики ВОЛС, связанные с использованием рефлектометров и оптических коммутаторов, потребовали очень высокой стоимости за один порт. Сейчас стоимость систем мониторинга ВОЛС составляет более 40–50 тыс. долл. на узел сети, и опять стоимость системы контроля оказалась сопоставимой (хотя бы по порядку) со стоимостью самой кабельной системы. В результате бум на решения в области мониторинга ВОЛС, который переживала отрасль в 80–90-е годы, сошел на нет. Из 15 фирм – производителей систем мониторинга остались 4 (Agilent, Acterna, Nicotra, Nettest), остальные отказались от разработок в этом направлении. Таким образом, и для оптических кабелей интеллект оказался непозволительной роскошью.

Таким образом, можно сделать печальный вывод: кабельная система не имела и в ближайшем будущем не будет обладать интеллектом. С точки зренения, такие системы являются пассивными компонентами. Любые системы управления и OSS рассматривают кабельное хозяйства как «чемодан без ручки», с которым невозможно расстаться, но и нести тяжело...

Системы техучета: панацея или всего лишь одно из решений?

Но если привнести интеллект в кабельную систему нереально, можно постараться самим дать ее описание. Пассивные элементы кабельной системы никогда не будут говорить о себе и никогда не выдадут нам информацию о неисправностях. Но мы-то не лишены интеллекта, мы-то можем говорить о кабельной системе... На таком принципе основаны разработки систем технического учета кабельных сетей (техучета ЛКС), о которых была отдельная статья в № 2 за 2004 г.

Идею системы технического учета можно охарактеризовать всего одним девизом «Наводим порядок!» Описание кабельной системы представляет собой базу данных. Как известно, система оператора постоянно находится в движении (кабели коммутируются, ремонтируются, меняется их статус в системе и т. д.), поэтому для модификации базы данных существует редактор. Для удобства работы с ней применяется графический интерфейс пользователя (GUI), обычно связанный с картографией («Электронный город», «Электронная область» и пр.). Значение графического интерфейса настолько высоко, что зачастую определяет лицо самой системы технического учета. Даже системы техучета нередко сравниваются по удобству интерфейсов, хотя это некорректно, поскольку основой таких систем являются БД и ее функциональность.

Применение систем техучета металлических и оптических кабельных систем имеет много преимуществ. Но нас в данном случае интересует система автоматизированной эксплуатации на основе систем технического учета, которая действительно привносит интеллект в решение данной проблемы, только не «внутренний», отсутствующий у самой кабельной системы, а внешний, связанный с внешней системой описания.

Благодаря такому подходу операторы впервые смогли вписать самую консервативную часть своих сетей в системы TMN на уровне элемент-менеджеров, а затем и в концепцию OSS в качестве подсистемы OSS Inventory. Здесь есть несколько уровней решений, отличающихся своими подходами и преимуществами.

Несколько поколений систем технического учета

Сейчас можно выделить три поколения систем технического учета кабельных систем. Рассмотрим отличия этих систем на примере решения задачи технического учета волоконно-оптических кабелей.

Системы первого поколения можно назвать системами «наличия компонентов». Суть в том, что база данных предполагается фиксированной и статичной по отношению к состоянию кабельной сети. Как только ВОЛС проложен, соответствующие участки, муфты, кроссы и пр. заносятся в базу данных. При необходимости в качестве отдельных документов прилагаются паспорта на отдельные узлы (например, на муфты и т. д.). Указываются соединительные связи между элементами. Формируется карта местности с указанием географического положения узлов. И все, ератор может выносить суждения о наличии того или иного элемента, вроде «здесь стоит такая-то муфта, а здесь – вот такой кросс...» Таким образом, он может судить только о наличии элемента, но не о его текущем состоянии.

Системы техучета первого поколения уже приносят существенную пользу. Сведя все воедино, оператор может охватить единым взглядом всю свою сеть, собрать информацию о всех свободных ресурсах, в случае поломки известного элемента быстро определить место повреждения и выслать ремонтную бригаду.

В настоящее время большая часть развернутых в России систем технического учета – это именно системы техучета первого поколения.

Системы второго поколения отличаются тем, что в них присутствуют количественные характеристики всех элементов (например, затухание в муфте оптического кабеля или уровень PMD участка кабеля). В результате оператор получает информацию не только о наличии элемента, но и о его текущем состоянии. Каждый элемент кабельной сети эволюционирует от состояния к состоянию. В системе хранятся данные о предыдущих состояниях. Это может быть информация как о количественных характеристиках элементов, так и об их конфигурации (например, граф соединений оптического кросса). Таким образом, в системе имеется «память» прошлых состояний. В результате может быть реализован «курсор памяти», который позволяет «вспомнить» структуру и состояние кабельной системы месяц и даже год назад. Для систематической и аналитической работы системы эксплуатации такая функция особенно важна.

Существенное преимущество систем второго поколения – возможность экспертного анализа полного состояния кабельной системы. Представьте себе, что над базой данных имеется экспертная система, которая анализирует состояние каждого элемента в соответствии с интегральными или дифференциальными порогами на каждую количественную величину системы. По достижении порога генерируется сигнал о неисправности в кабельной системе. Более того, экспертная программа может использовать различные методы аппроксимации поведения отдельного элемента системы и заблаговременно предупреждать оператора о необходимости принятия мер по предотвращению возможного дефекта. Например, со временем затухание в некачественной муфте может увеличиваться. Если оператору доступны данные о состоянии муфты за последние несколько лет, то программа может предсказать, когда ориентировочно потребуется реконструкция или полная замена муфты. По совокупности всех элементов может формироваться перспективный план реконструкции кабельной сети, который является реальным обоснованием бюджета капитального строительства.

Переход от первого поколения систем ко второму, как и любой качественный переход,

порождает новые проблемы.

Основная проблема систем техучета второго поколения – это актуализация данных, объем которых в десятки и сотни раз больше, чем в системах первого поколения. Но тогда возникает вопрос: кто будет собирать эти данные. В соответствии с установленными процедурами эксплутдельных элементов кабельной сети должны собирать в процессе проведения регламентных измерений. Соответственно, актуализация данных достигается, если данные из журнала эксплуатации периодически переносятся в систему техучета. Только тогда экспертная система будет иметь достаточный объем данных. Но такая актуализация требует увеличения штата службы эксплуатации в 1,5–2 раза, на что сегодня вряд ли пойдет хоть один оператор.

Проблему может решить автоматизация процесса актуализации информации. Суть его состоит в том, что данные поступают в систему технического учета непосредственно из прибора. Для этого к системе технического учета должны быть написаны программные шлюзы, позволяющие импортировать данные из контрольных и измерительных средств в cистему

техучета. Инженер на регламенте получает разнарядку пройти по сети и снять 4, 5 и т. д. рефлектограмм. После этого он должен подключить прибор к программному шлюзу и выполнить экспорт данных. Система получает рефлектограмму оптического кабеля, идентифицирует все элементы на измеренном участке и актуализирует данные о затухании на каждом элементе.

В результате количество ручных операций в службе эксплуатации сокращается, а штат службы при этом остается прежним.

Системы техучета второго поколения, на первый взгляд, могут показаться близкими к совершенству, но в современном технологическом мире связи у них есть один недостаток – это системы неоперативной актуализации. Обновление информации в них привязано к графику проведения регламентных работ, так что обновление данных может осуществляться раз в неделю, раз в месяц или даже раз в квартал. Для надежной эксплуатации кабельной системы этого вполне достаточно. Но не для эффективного предоставления услуг. Для сквозного предоставления канала передачи данных, в котором участвует и кабельная система, необходима актуальная информация в режиме реального времени.

Поэтому в перспективе появятся системы техучета третьего поколения, в которых для актуализации информации будут использоваться не эксплуатационные приборы, а удаленные пробники. По сути, это возврат к теме систем мониторинга ВОЛС, о которых было сказано выше, но на другом уровне технологии.

Как бы то ни было, переход от систем техучета второго поколения к системам третьего поколения потребует существенных финансовых затрат. Оправдание этих затрат связано с ценой вопроса оперативности предоставления услуг в сетях. Сегодня стоимость системы третьего поколения явно завышена. Более интересными в финансовом смысле системы второго поколения, которые в настоящее время бурно развиваются ведущими отечественными компаниями.

За бетонным забором: вопрос о подконтрольности кабельной сети

Но все перечисленные решения, начиная от систем техучета второго поколения, неизбежно натолкнутся на еще один нюанс современных кабельных сетей – их потенциальную неподконтрольность. Для того чтобы понять суть проблемы, посмотрите на фотографию обычного патчнтролировать ее параметры без вреда для самой системы невозможно. В прошлые времена, когда в кроссах использовались либо навивные соединения, либо врезные контакты, можно было подключиться к кабелю без нарушения связи (например, с использованием гальванической развязки). Но структурированные кабельные сети на патч-кордах впервые поставили проблему точек мониторинга. Если точка мониторинга не реализована в кроссе заранее, служба эксплуатации окажется слепой.

Для проверки качества соединения в кроссе можно временно вытащить патч-корд и организовать переходник с мониторингом, но тогда нарушится сама связь. Можно, не вынимая патч-корда, разрезать провод и подключиться к металлической паре высокоомно. Связь сохранится, но разрушится структурированное соединение, следовательно, и патч-корд. В обоих случаях кабельной системе будет нанесен вред.

Таким образом, если в современной кабельной системе на структурированных кабельных соединениях возможности мониторинга не заложены изначально, она, при всей ее консервативности, является еще и неподконтрольной. Можно сколько угодно говорить о системе технического учета второго или третьего поколения, закупать дорогие приборы и формировать план регламентных измерений, но к количественным параметрам системы доступа в любом случае не будет. Ситуация напоминает инспектора энергонадзора, который пришел проверить показания счетчика у коттеджа, но натолкнулся на высокий забор, и у него нет доступа к счетчику.

С оптическими кабельными системами ситуация еще более тяжелая. Если к металлическому кабелю можно найти доступ и подключиться «на металл» через гальваническую развязку, не повредив целостности передаваемой по кабелю информации, то подключение к оптическому кабелю запрещено самой технологией. Единственный выход – использование идентификаторов активности волокна, которые службы эксплуатации называют «прищепкой». В основе такого подключения лежит метод изгиба волокна более критического радиуса, так что часть сигнала начинает выходить за пределы границ световода. В результате можно диагностировать сигнал и даже «подслушивать» содержимое ВОЛС. Однако, как и в случае с патч-кордами, для того чтобы подключить «прищепку» к волокну, нужно нарушить изоляцию, кевларовый слой и пластиковое покрытие волокна, так что в точке подключения оптический кабель неизбежно пострадает.

Подведем итог. Оказывается, помимо общей задачи наведения порядка и привнесения интеллекта в кабельную систему существует еще одна существенная задача: в эту же кабельную систему оператора нужно привнести системно организованные точки мониторинга. Без таких точек мониторинга не могут существовать ни современные системы технического учета, ни экспертные системы, даже регламентные работы не могут выполняться, а кабельная система оказывается совершенно закрытой и неподконтрольной. Выражаясь аллегорически, в высоком и глухом заборе современных кабельных систем нужны небольшие дырочки, через которые инспектора из служб эксплуатации могли хотяедить за состоянием кабельной системы.

Пассивные эксплуатационные системы

Для решения вопроса о системной организации точек мониторинга в качестве примера целесообразно рассмотреть наиболее запущенный случай – современные оптические кабельные системы. Многие операторы настолько увлеклись прокладкой кабелей, что вопрос о контроле их качества в период эксплуатации до последнего времени вообще не поднимался. Большая часть современных систем передачи ВОЛС в России – это «слепые» системы, не имеющие точек мониторинга параметров кабельной сети, поэтому операторам ВОЛС придется строить систему эксплуатационных точек фактически с нуля.

Рассмотрим возможные решения такой задачи. Пусть есть система, не обеспечивающая доступ службе эксплуатации в кабельной системе. Как внедрить в ней какие-то решения, которые восстановят утерянную технологичность?

Единственно грамотным решением задачи будет системное внедрение точек эксплуатации в кабельную сеть. Поскольку оператор стремится к формированию гармоничной системы, решения типа «подточить по месту» в данном случае не подходят. Не стоит искать на аппаратуре мониторинговые точки или пытаться выделить их. Легче сделать универсальное решение, инвариантное к разным типам аппаратуры. Итак, наше решение должно быть независимым от аппаратуры и универсальным для всей сети.

Второй нюанс, который нужно определить, – место размещения искомого решения. Вполне естественно, что это кросс кабельной сети. Во-первых, поскольку здесь происходят все изменения в структуре кабельной системы, количество потенциальных проблем в кроссе всегда выше, чем на линии. Во-вторых, рядом с кроссом всегда есть технический персонал, который может выполнять разные работы с использованием мониторинговых точек. Представьте себе, что произойдет, если мониторинговую точку разместить не в кроссе, а в кабельном колодце. Тогда для контроля параметров инженерам придется с оговоренной регулярностью нырять в колодцы, что уж точно не прибавит престижа их профессии.

Итак, нам необходим независимый кроссовый компонент, обеспечивающий для служб эксплуатации доступ к кабельной системе. Такие компоненты есть. В качестве примера приведем несколько конфигураций кроссовых компонентов для эксплуатации ВОЛС.

Для оптических кабелей существуют две основные задачи контроля: контроль количественных параметров (измерение мощности на разных длинах волн, спектральный анализ и пр.) и контроль кабелей рефлектометрическими методами (контроль целостности, измерения ORL, PMD, CD и пр.). В первом случае измерения выполняются в режиме мониторинга, во втором – активной диагностикой канала. В настоящее время обе задачи имеют кроссовые решения.

Для пассивного мониторинга эффективно используются сплиттеры (оптические разветвители), которые часть оптической мощности (чаще всего 5–10%) направляют на порт мониторинга, остальной сигнал идет дальше в кросс. Порт мониторинга всегда свободен для проведения любых измерений в режиме мониторинганизовать на «живом» канале активные методы диагностики. Обычно для этого используются пассивные WDM-модули, выполняющие спектральное мультиплексирование и демультиплексирование оптических сигналов на разных длинах волн. Например, если в системе аппаратура передачи работает на длине волны L1 = 1,5 мкм, то можно провести измерения на длине волны L2 = 1,3 мкм. На один порт WDM-модуля подается рабочий сигнал, к другому подключается рефлектометр (OTDR). Поскольку оба устройства работают в разных окнах прозрачности волокна, их работа не создает взаимных помех.

Допустимо и объединение двух модулей в единый структурный универсальный кроссовый модуль. В этом случае все оптические средства контроля могут быть подключены к такому модулю.

Указанные кроссовые компоненты размещаются в обычном кроссе, формируя панель для мониторинга состояния кабельной системы. Эта панель может использоваться для проведения регламентных измерений, поиска и устранения неисправностей, а в перспективе – подключения системы мониторинга для систем техучета третьего и далее поколений. Отметим, что на одну панель могут приходить все мониторинговые точки, что эффективно решает проблему подконтрольности кабельной системы.

Модульные конструктивы – тенденция современности

В заключение рассмотрения вопроса о подконтрольности современных кабельных систем имеет смысл остановиться еще на одной важной современной тенденции в построении эксплуатационных систем. Речь идет о типизации конструктивных решений. Сама проблема типизации возникает тогда, когда оператор имеет цель стандартизировать не только кроссовые эксплуатационные элементы, но и принципы их размещения в аппаратном зале. Вот тут и находят широкое применение типовые конструктивы.

Типовой конструктив представляет собой стойку, в которой размещаются не только кроссовое оборудование, но и системы диагностики. Внутреннее наполнение таких модулей может быть самым разнообразным, оно определяется и тем, что есть у оператора, и теми задачами, которые выполняют удаленный тестовый и диагностический модуль. Но внешне модуль – это совершенно типизованный конструктивный элемент, размещаемый в кроссе или ЛАЦ и выполняющий функции централизованной системы диагностики.

Новое поколение конструктивов позволяет не только разместить необходимое оборудование, кроссовые элементы, элементы ввода-вывода кабелей и управляющий контроллер, но и обеспечить оптимальные режимы вентиляции, подачи питания и удаленной самодиагностики вновь создаваемой системы.

Таким образом, типовые конструктивы добавляют интеллект в кабельную систему. Например, контроллер конструктива может быть связан с диагностическими модулями внутри конструктива, а те, в свою очередь, постоянно будут диагностировать состояние кабельной системы. В случае нарушений информация будет собираться на модуле конструктива и передаваться в центр OSS. В результате само техническое сопряжение кабельной системы будет определяться конструктивом и его контроллщественно облегчит такую интеграцию. Интеллект контроллера конструктива в данном случае можно трактовать как интеллект кабельной системы.

Типовые конструктивы могут найти широкое применение, особенно в системах техучета третьего поколения, требующих размещения в кроссе средств контроля и систем мониторинга.

Выводы и суждения

1. Современные кабельные системы – наиболее консервативная часть системы связи.

2. Как следствие, процесс интеграции служб эксплуатации кабельной сети в современные системы управления и OSS существенно затруднен.

3. В настоящее время самыми перспективными решениями с точки зрения централизованных систем эксплуатации являются системы техучета кабельных сетей второго поколения.

4. Внедрение систем технического учета второго поколения, равно как и системная организация регламентных измерений, неизбежно сталкиваются с проблемой неподконтрольности современных структурированных кабельных сетей.

5. В современной кабельной сети должны быть организованы точки контроля количественных параметров кабеля.

6. Системное решение вопроса о точках мониторинга приводит к необходимости структурированных эксплуатационных кроссовых решений.

7. Объединение концепции системных точек мониторинга с концепцией типовых конструктивов обеспечивает введение дополнительных «очагов» интеллекта в кабельную систему и, как следствие, значительно упрощает процесс ее интеграции в единую OSS.

8. Только разумное сочетание систем техучета второго поколения, системных точек мониторинга и типовых конструктивов позволит включить кабельную систему в состав перспективных систем OSS-операторов России.

Главная страница / Архитектура отрасли