Разработка и описание временно-импульcной диаграммы функционирования устройства передачи сигналов на основе программируемых логических интегральных схем, повышающей надежность связи в волоконно-оптических системах связи при WDM

С развитием современной техники и технологий, вычислительных средств, освоением новых оптических диапазонов волн, стало возможным использование ВОЛС высокой эффективности. Особенно сейчас, когда многие промышленно развитые страны мира стали использовать особенности, свойства и возможности среды передачи на ее основе. При этом наиболее перспективным является спектральный метод уплотнения канала, осуществляемый в соответствии с международным стандартом [1]. Данный метод позволяет одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах. WDM (англ.Wavelength-divisionmultiplexing, WDM, буквально мультиплексирование с разделением по длине волны) — технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах. Это позволяет существенно увеличить пропускную способность канала. Причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии [7]. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну. В простейшем случае, каждый лазерный передатчик генерирует сигнал на определенной частоте из частотного плана. Все эти сигналы, перед тем, как они вводятся в оптическое волокно, объединяются мультиплексором (MUX). На приемном конце сигналы аналогично разделяются демультиплексором(DEMUX). Здесь, так же как и в SDHсетях, мультиплексор является ключевым элементом. Исторически первыми возникли двухволновые WDM системы, работающие на центральных длинах волн — из второго и третьего окон прозрачности волокна (1310 и 1550 нм). Главным достоинством таких систем является то, что из-за большого спектрального разноса полностью отсутствует влияние каналов друг на друга. Этот способ позволяет, либо удвоить скорость передачи по одному оптическому волокну, либо организовать дуплексную связь.

Наряду с этим возникает проблема повышения надежности связи на всех участках волоконно-оптической системой связи (ВОСС) при WDM, применяя новые подходы, пути и средства, обеспечивающие требуемую гарантированную безотказную работу. Следовательно, в контексте последнего, решение этой проблемы становится актуальным и своевременным.

Авторами настоящей статьи предлагается разработка время импульсной диаграммы модифицированного варианта устройства передачи сигналов с использованием ПЛИС, повышающей надежность связи в волоконно-оптических системах связи (ВОСС) при WDM. Цель данного устройства [2], в ВОСС с WDM обеспечить требуемые показатели отказоустойчивости при сохранении высокого быстродействия работы и качества информации. Это достигается путем определения направления, в котором расположена запрашиваемая станция, посылкой оптического сигнала только в этом направлении и блокированием на время передачи и приема сообщений для других станций. Предлагаемое устройство содержит в своем составе совокупности ряда элементов, как электронных, так и оптических и их сочетания. Функциональная схема устройства и блок-схема оптического приемопередатчика приведены в ранее опубликованной статье.

Следовательно, необходимо будет оценить степень влияния ее на показатели надежности ВОСС при WDM с предложенным устройством. Для этого требуется произвести расчет и оценить интенсивности отказов, суммируя все однородные элементы (ИМС) и передающих и приемных средств, по следующим формулам [3]:

1(t) =(1)

(2)

3(t)= (3)

где:1(t) — интенсивности отказов блок элементов, «ПЛИС, блоки матрица произведений», «ПЛИС, блоки суммы матриц», «ПЛИС, матрицы произведений», «ПЛИС, матрица суммы» 2(t), и3(t) — интенсивности отказов приемника передатчика и передатчика соответственно.

На рис 1. приведена функциональная схема УПС базового варианта. Основной характеристикой надежности УПС является вероятность P(t) его безотказной работы в течение времени t. Суммы интенсивности отказов равны: 1(t)=55*10–6, 2(t)=20*10–6, 3(t)=20*10–6.Учитывая суммы интенсивности отказов, т. е. число отказов в единицу времени, определяем вероятность безотказной работы в течение 2000 ч: P(2000) = e-P(t) = e-*t=e-55*10–6*2000 =0,8958

Результаты расчета отказоустойчивости ПЛИС выполнены в работе [8]. Воспользовавшись ими, а также приведенными выше результатами расчета основных показателей и характеристик, определяющих среднюю интенсивность и вероятность безотказной работы базового варианта устройства, получим соответственно результаты по базовому и модифицированному вариантам, которые составляют соответственно:

б(t)=55*10–6 1/ч Pб(t) = e-*t=e-55*10–6*2000 =0,8958

п(t)=44,8*10–6 1/ч Pп(t) = e-*t=e-44,8*10–6*2000 =0,9231

Рис.2. Временная-импульсная диаграмма функционирования УПС

Сравнение этих данных позволяет судить, что при одинаковых отрезках времени (при т=2000 ч) вероятность безотказной работы модифицированного варианта выше, чем базового варианта. Поэтому модификация базового варианта УПС значительно улучшит показатели надежности при использовании ПЛИС.

Ниже приведены интенсивности отказов отдельных элементов УПС.

λ(t)=0,6*10–6 *3=1,8*10–6 1∕чλ(t)=0,6*10–6 *5=3*10–6 1∕ч

λ(t)=0,6*10–6 *2=1,2*10–6 1∕чλ(t)=0,6*10–6 *3=1,8*10–6 1∕ч

λ(t)=0,6*10–6 *2=1,2*10–6 1∕чλ(t)=0,6*10–6 *1=0,6*10–6 1∕ч

λ(t)=20*10–6 *2=40*10–6 1∕ч

На рис. 2 приведены данные по функционированию данного устройства с представлением эпюров время импульсной диаграммы работы.

Заключение по данной работе:

1.     Внедрение новых технологий и их принципов, методов и средств, повышающих эффективность ВОЛС, требует разработки адекватных новых мер и подходов, обеспечивающих ее надлежащую надежность.
2.     Авторами предлагаются возможные области применения нового модернизированного варианта устройства, реализуемого на базе ПЛИС.
3.     Авторы надеются, что имеется реальная возможность осуществить данные задумки при выполнении условия экономической выгодности при достижении высокого качества трафиков, используемых абонентами. И, следовательно, обеспечить новыми аппаратными программными средствами существующие ВОЛС при WDM.
4.     Таким образом, предложенное устройство может найти свое применение в зональных, локальных и корпоративных сетях, а также в городских сетях ВОЛС с доставкой данных больших объемов до последней «мили» с высокой надежностью и эффективностью использования канала связи.
5.     Сравнение отказоустойчивости базового и модифицированного вариантов УПС позволяет сделать вывод, что в последнем случае, при сохранении требуемой отказоустойчивости, удается увеличить (в 10 и более раз) число запрашиваемых станций и количество предоставляемых услуг. Это дает возможность увеличения трафика сообщений и услуг, доставляемых до последней мили, с высокими качественными показателями, обеспечивая требуемую надежность связи в ВОЛС в спектральном уплотнении.

Литература:

1.     Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. 2001.
2.     Э. Б. Махмудов, Д. В. Протопопов и Э. Н. Биктимиров А.С 1688427. Устройство передачи сигналов. 1991.
3.     3. Райкин А.Л Элементы теории надежности технических систем 1978.
4.     Э. Б. Махмудов. Об одном методе повышения надёжности и достоверности связи. В сб. трудов ФРРТ ТЭИС под редакцией академика Т. Д. Раджабова Издательство РИС, Ташкент 1993. — 88–89 с.
5.     Журнал «Технологии защиты — Украина» № 2, 2010
6.     http://ru.wikipedia.org/w/index.php
7.     А. В. Листвин, В. Н. Листвин, Д. В. Швырков Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003
8.     Сетевой электронный научный журнал «Системотехника» № 7, 2009