автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование процессов в многоканальных волоконно-оптических сетях и их компонентах на основе алгебраических объектов матричного типа

'г\

I и

□03401736

На правах рукописи

ВИНОГРАДОВА Ирина Леонидовна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В МНОГОКАНАЛЬНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ И ИХ КОМПОНЕНТАХ НА ОСНОВЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ МАТРИЧНОГО ТИПА

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических паук

Уфа-2009

003481736

Работа выполнена на кафедре «Телекоммуникационные системы» ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный консультант д-р техн. наук, проф.

Султанов Альберт Ханович

Официальные оппоненты д-р техн. наук, проф.

Фурсов Владимир Алексеевич

д-р физ.-мат. наук, проф. Надев Аделъ Фирадович

д-р физ.-мат. наук, проф. Житников Владимир Павлович

Ведущая организация Институт систем обработки

изображений РАН, г. Самара

Защита диссертации состоится "_" декабря 2009 г. в_часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан "_" _2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф. ' "у < В.В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современная тенденция развития инфокоммуника-ционных систем, в том числе многоканальных телекоммуникационных систем, высокопроизводительных вычислительных средств связана с масштабным внедрением оптических технологий. Это с одной стороны является следствием стремительного развития волоконной и интегрально-оптической техники, с другой стороны - продиктовано требованиями инфокоммуникационных технологий, машиностроения и всеми областями, где используются телекоммуникации и выставляются требования как по увеличению информационной ёмкости канала, скорости обработки сообщений, так и по надёжности системы связи. В связи с этим перспективным является направление на создание полностью оптических транспортных сетей, в функционировании которых главную роль в процессе преобразования играют не электронные (оптоэлектронные), а полностью оптические технологии и компоненты.

В настоящее время отсутствует полнофункциональная математическая модель многоканальных систем связи, позволяющая отслеживать изменение критериев качества передачи в условиях воздействия помех на аппаратуру, выполняющую обработку сигналов в сети. Известные математические модели критериев качества передачи, используемые при выборе сетевых решений, оптимизации архитектуры сетей, построены без учёта неидеальности входных сигналов и устройств управления. Руководящие документы в большинстве случаев составлены безотносительно к условиям эксплуатации, способам управления, архитектуре сети и не отражают как характеристик реальных компонентных сигналов с возможными искажениями и уровнем шума, так и параметров работоспособности аппаратуры.

Это не позволяет производить анализ реальной работоспособности сетей связи, так и создавать адекватные компьютерные имитаторы и виртуальные средства для их мониторинга. Существующие программные средства моделирования процессов взаимодействия компонентов сетей не дают возможности использовать оригинальные авторские разработки, например, по моделированию многоканальных систем, либо устройств с выраженным интерференционным эффектом, и наряду с этим обладают ограниченным набором библиотечных функций. Отсюда можно сделать вывод, что не решена задача разработки виртуально-приборного полигона, моделирующего процесс работы сети с учётом параметров входящих элементов и искажающих факторов. Поэтому задача обеспечения качества передачи на требуемом уровне решается путём неоправданного завышения системного запаса системы передачи, а задача выбора наиболее приемлемого пути модернизации в большинстве случаев - интуитивно.

Следует подчеркнуть, что востребуемые математические модели процессов, свойственных многоканальным телекоммуникационным системам должны быть построены с учётом специфики полностью оптических компонентов, в частности - полностью оптических активных устройств управления сетью, без которых последние реализуются в усечённом варианте. В последнем случае говорят о пассивных оптических сетях.

В настоящее время на пути к масштабному переходу к реконфигурируе-мым полностью оптическим сетям имеет место ряд проблем как фундаментального, так и прикладного технического характера. Одна из них - это создание оптических материалов с такими свойствами, которые бы обеспечивали эффективность оптико-оптических взаимодействий, а следовательно - и построение эффективных полностью оптических переключателей. К другой проблеме можно отнести разработку эффективных схем таких устройств с учётом свойств сетевых сегментов и сигналов, включая операции многоканального уплотнения.

Следовательно, известные математические модели волоконно-опти-' ческих систем передач (ВОСП), с одной стороны, сложны и трудноприменимы, так как далеко не всегда выходят на требуемые характеристики и параметры, кроме того, вектор исходных данных зачастую не позволяет их применить непосредственно в эксплуатации. С другой стороны, они обладают ограниченным рассмотрением факторов влияния, тем самым неадекватно описывают физические процессы, происходящие в ВОСП. Так новые технические задачи, поставленные промышленностью перед системами телекоммуникаций по увеличению скорости, объемов передаваемой информации, расширению областей технических приложений, приводят к необходимости разработки концепции моделирования многоканальных систем с учётом становления последпих на новый уровень с последующей разработкой виртуального полигона, имитирующего сетевые процессы и обеспечивающего тем самым возможность прогнозирования состояния сети. В этой связи задачи построения новых инженерных методик расчёта сегментов как ВОСП, так и полностью оптических сетей с применением методов математического, физического и компьютерного моделирования являются актуальными. Диссертация посвящена разработке концепции моделирования многоканальных телекоммуникационных систем с учётом реальной работоспособности устройств, схемотехники полностью оптических коммутаторов и свойств оптических сигналов.

Целью диссертационной работы является разработка концепции моделирования процессов в многоканальных волоконно-оптических сетях, учитывающей свойства как оптических чирпированных сигналов, так и сетевого оборудования включая полностью оптических коммутационных устройств, содержащих перспективные оптические материалы, что позволит согласовать параметры оборудования и сигналов, тем самым получить систему передачи с заданными показателями работоспособности. Для повышения эффективности расчёта параметров системы передачи, а также обеспечения возможности анализа работы существующих и прогнозирования эффективности строящихся сетей ставится цель разработки виртуального полигона, базирующегося на новой математической модели телекоммуникационных систем.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

♦ Разработка математической модели процесса взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, учитывающей технические параметры сетевых устройств, позволяющей формализовать многока-

нальные алгоритмы и тем самьм анализировать и прогнозировать показатели надёжности и помехоустойчивости сетей.

♦ Разработка метода моделирования амплитуды оптического импульса в линии передачи, обладающей интерференционными, дисперсионными и нелинейными свойствами, позволяющего рассчитывать комплекснозначную амплитуду импульса на произвольном участке линии.

♦ Разработка методики моделирования параметров оптического импульса, позволяющей оптимизировать импульс по минимуму среднеквадрати-ческого отклонения формы под линию передачи с заданными свойствами.

♦ Разработка математической модели структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, обеспечивающей возможность расчёта пространственной интерференционной картины для резонаторов длиной до 200 мкм.

♦ Разработка математической модели процесса взаимодействия на-нокристаллического прозрачного материала с внешней световой волной, обеспечивающей возможность расчёт коэффициентов, характеризующих макроскопические оптические свойства нанокристаллических материалов.

♦ Разработка методики моделирования параметров профильного резонатора типа Фабри-Перо в составе оптической линии, обеспечивающего взаимодействие двух видов оптических сигналов, позволяющая оптимизировать параметры резонатора по минимуму искажений типовых сигналов, либо оптимизировать параметры произвольного сигнала для резонатора с неизменно распределёнными параметрами.

♦ Разработка метода определения значений ОоБ-показателей сети, позволяющего адаптировать структуру телекоммуникационной системы к заданным условиям эксплуатации.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использовались положения теории матричного исчисления, дифференциальных и интегральных методов моделирования, линейной алгебры, теории функций комплексной переменной, вероятностей, дискретной математики. Применён метод конечных разностей для решения дифференциальных уравнений совместно с компьютерными методами моделирования. Для оценки эффективности полученных результатов использовались методы математического и имитационного моделирования. Проведён экспериментальный анализ параметров физической системы, а также натурный эксперимент на созданном научно-исследовательском стенде с привлечением оборудования эксплуатирующихся телекоммуникационных систем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

♦ Предложена математическая модель процесса взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, разработанная с применением введённых алгебраических объектов матричного типа и операций с ними. Создана алгебра преобразования многомерных оптических сигналов. Исследована замкнутость введённых операций.

• Разработана методика моделирования процесса распространения оптического импульса в линии передачи, совместно учитывающая действие дисперсионных, нелинейных и интерференционных эффектов со стороны многих неидентичных по параметрам элементов интерференции.

• Решена задача синтеза параметров минимально искажаемого оптического импульса для заданной линии передачи с учётом интерференционных свойств последней. Полученная методика позволяет находить конструктивные параметры интерференционных устройств, перенаправляющих сигналы типа «меандр», либо параметры сигналов, обеспечивающих минимальные искажения последних, перенаправляемых интерференционными устройствами с подобранным профилем.

• Разработана математическая модель структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, обеспечивающая расчёт пространственной интерференционной картины для резонаторов длиной до 200 мкм, обладающих неплоским выходным зеркалом, с точностью до 10%. Предложен подход к управлению рабочей точкой резонатора посредством оптического излучения, что обеспечивает реализацию динамической маршрутизации в полностью оптических интеллектуальных сетях.

• Разработана математическая модель процесса взаимодействия на-нокристаллического прозрачного материала с внешней световой волной, обеспечивающая анализ макроскопических оптических свойств материала. В результате моделирования получена взаимосвязь между материальными параметрами наноструктуры и её макроскопическими оптическими свойствами. Предложен подход к эффективному формированию оптических свойств рабочей области многолучевого интерферометра, заключающийся в применении в качестве оптического смесительного элемента направляющей структуры, выполненной из прозрачного объёмного нанокристаллического материала.

• Разработан метод определения значений показателей работоспособности сети, разработанный на основе совместного учёта тактового рассогласования и амплитудного искажения с произвольным характером распределения, учитывающий вариативность структурных свойств системы передачи и результаты предшествующей эксплуатации.

Практическая ценность. Разработан виртуальный полигон, имитирующий процессы приёма-передачи сигналов в многоканальных сетях с учётом свойств как полностью оптического компонентов, так и традиционно используемых устройств. Виртуальный полигон адаптирован для моделирования синхронных многоканальных сетей и применён для разработки плана низкозатратной модернизации городской телефонной сети общего пользования.

Предложена схемотехническая модель полностью оптического коммутатора, построенного на основе нанокристалличесокго ситалла. Разработана методика управления полностью оптическим устройством на сегменте сети, что обеспечило полностью оптический вариант исполнения протяжённого сетевого сег мента, а с этим - возможность неразборки уплотнённого по длине волны сигнала и упрощение состава оборудования. Предложена методика использования чирпиро-

ванных символьно-модулированных сигналов для диагностики линий передачи сетей типа Ethernet, что обеспечило возможность коррекции взаимодействия сетевых устройств и исключения ложных остановов при передаче.

Полученные результаты могут служить физической основой построения сегментов полностью оптических сетей, использующих чирпированные символьно-модулированные сигналы, и представляют интерес при создании технологий, относящихся к хрупким нанокристаплическим материалам.

На защиту выносятся:

1. Концепция моделирования процессов взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, разработанная с применением введённых алгебраических объектов матричного типа, обладающих позиционной неинвариантностью строк и столбцов, введённых действий с указанными объектами, а также с применением иерархического моделирования, что позволяет формализовать многоканальные сетевые алгоритмы преобразования сигналов, учитывая реальную работоспособность аппаратных средств и свойства входных сигналов, и тем самым анализировать и прогнозировать показатели помехоустойчивости и надёжности сетей.

2. Методика моделирования процесса распространения оптического чирпированного импульсного сигнала, разработанная с применением метода встречных волн для многих взаимодействующих элементов многолучевой интерференции, учитывающая линейные и нелинейные искажающие факторы в линии, позволяющая адаптировать импульс под линию передачи с заданными свойствами по минимуму среднеквадратического отклонения его формы посредством итерационного пересчёта параметров последней относительно изначальной, полученной аналитически.

3. Математическая модель структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, полученная на основе методов конических волн и когерентного неравнофазного отражения, обеспечивающая расчёт пространственной интерференционной картины для резонаторов длиной до 200 мкм, обладающих неплоским выходным зеркалом, с точностью до 10%.

4. Математическая модель процесса взаимодействия нанокристалли-ческого прозрачного материала с внешней световой волной, основанная на решении уравнения напряжённого нелинейного осциллятора, обеспечивающая расчёт коэффициентов, характеризующих макроскопические оптические свойства нанокристаллических материалов в линейном и нелинейном режимах мощностей с точностью до 10%.

5. Методика моделирования параметров профильного резонатора типа Фабри-Перо в составе оптической линии, на который совместно подаётся два вида оптических сигналов, разработанная с применением итерационного пересчёта параметров относительно первоначальных на основе методов конических волн и когерентного неравнофазного отражения, позволяющая оптимизировать параметры резонатора по минимуму искажений типовых сигналов, либо адаптировать параметры произвольного сигнала для резонатора с неизменно рас-

пределёнными параметрами.

6. Метод определения значений показателей работоспособности сети, разработанный на основе совместного учёта тактового рассогласования и амплитудного искажения с произвольным характером распределения принимаемых сигналов в синхронной сети, учитывающий вариативность структурных свойств системы передачи и результаты предшествующей эксплуатации, позволяющий рассчитывать её показатели работоспособности.

7. Методика построения виртуального полигона, имитирующего многоканальные сетевые процессы, разработанная на основе матричной математической модели многоканальной сети, учитывающая технические свойства полностью оптических и традиционно используемых сегментов сетей, что позволяет анализировать показатели работоспособности сети или адаптировать её технические параметры к заданным условиям эксплуатации исходя из задаваемых показателей качества выходных сигналов.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Российских научно-технических конференциях и семинарах, в том числе: Третьем Всероссийском семинаре, посвящённом волоконным лазерам, Уфа, 2009; Международных научно-технических конференциях «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», Уфа, Самара, 2001-2008; Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь-1ШЧС», Воронеж, 2001-2007; Всероссийских научных сессиях, посвященных дню радио, Москва, 2004-2006; а также на семинарах кафедры «Телекоммуникационные системы» УГАТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 68 работ, среди них 3 монографии, 3 учебных пособия, 35 статей (в том числе 27 в рецензируемых журналах из списка ВАК), более 14 публикаций в трудах конференций, семинаров, депонированных рукописях, 10 программ, на которые получены свидетельства об официальной регистрации программного продукта, 2 авторских свидетельства, 1 патент РФ и 1 свидетельство об официальной регистрации интеллектуального продукта.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы и приложения. Содержит 245 с. машинописного текста, 95 рисунков, список использованной литературы из 141 наименований, приложения на 6 с.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована основная цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ современного состояния в области построения, тенденций развития и моделирования многоканальных волоконно-оптических сетей связи, обосновывающий постановку задачи диссертационной работы.

Ввиду повсеместного использования многоканальных методов уплотне-

ния и расширения применимости разветвлённых волоконно-оптических архитектур, обеспечивающих эффективность маршрутизации сигналов и усложняющих сеть, появляется необходимость в аналитическом моделировании сетевых процессов в целом. Подобного рода аналитическая модель, заложенная в основу виртуального полигона, имитирующего работу сети, позволяет анализировать и прогнозировать работоспособность последней, выявляя точки деградации качества. Очевидно, что такая модель должна учитывать работоспособность каждого сетевого элемента, особенно в связи с внедрением оптических устройств управления, показатели быстродействия и работоспособности которых сравнимы с показателями для волоконно-оптических каналов связи. Но общепринятая сегодня математическая модель многоканальных систем связи не учитывает физические свойства (работоспособность) оборудования, считая его идеальным по сравнению с каналом, что и было справедливо для ранних систем передач.

Так объединение канальных сигналов с переносчиками Ч7Д) в групповой канальный сигнал обеспечивается суммированием:

При разборке предполагается, что отклик (I) на принимаемый сигнал &го канала однозначно определяется оператором разделения канала Цс

Следовательно, известная модель не позволяет учитывать возможное изменение функциональных характеристик оборудования со временем, модельно описываемого идеализированным символом суммирования, что в конечном итоге и приводит к неадекватности моделирования и ошибкам на приёме.

Ввиду того, что практическая применимость сетевой модели без учёта физических свойств современного и перспективного оборудования является весьма малой, кратко представлены существующие подходы к моделированию, свойственные полностью оптическим сетям: для характеристик преобразующих полностью оптических устройств и для параметров электромагнитного поля оптического диапазона, преобразуемого устройствами и направляющими средами. Показана значимость физического моделирования свойств оптических материалов, главным образом ответственных за эффективность оптико-оптических взаимодействий.

По результатам анализа методов моделирования обобщённых показателей работоспособности сетей связи сделан вывод о необходимости разработки новых математических, физических и схемотехнических моделей устройств и процессов их взаимодействия, свойственных полностью оптическим сетям.

£

(1)

О,

(2)

Во второй главе развита концепция моделирования многоканальных телекоммуникационных систем, основанная на введённых алгебраических объектах матричного типа и операций с ними. Проведено исследование замкнутости введённых операций; техническая реализация концепции выполнена для алгоритма синхронного группообразования (АСГ), наиболее широко применяемого в многоканальных ВОСП.

Задачей предложенной концепции является получение характеристики преобразования сигналов, содержащей передаточную функцию мультиплексирующей аппаратуры и вероятностные характеристики входных и выходных сигналов. С этой целью предложен матричный способ описания преобразующих и сигнальных компонентов телекоммуникационной системы, рис. 1. Каждая из таких матриц одной из размерностью имеет время г, изменяющееся в общем случае от нуля до бесконечности. Другое измерение матрицы характеризует функциональные характеристики описываемого узла (от 1 до п), сигнала и т.д. В связи с неравноправностью измерений матрицы - компоненты, характеризующие функциональное свойство, по физическому смыслу принципиально не соответствуют компонентам, характеризующим изменение этого свойства со временем, такие матрицы именуются матрицами объектов АСГ. Конкретный вид каждой матрицы объекта АСГ (направления изменения г и п) определяется тем, для описания какого объекта она предназначена, и использующимся действием (Д), рис. 1.

функциональное свойство -> (каналы)

] -1. 2. 3. ... л п »

X

О

д

А(=1

в ДГ=2

Р с 1 Дг=з

м 1 ;

е 11 дг = /

И -

О О • • • о о

° Устройство, °

выполняющее операцию в схеме алгоритма .группообразования^

о

о о

о о

Ф

о

1» о

о о

Сигнал на входе операции

о о о

о о

Сигнал на выходе операции

о

Рисунок 1 - Иллюстрация принципа математического моделирования операций при АСГ

Требования к действиям над такими матрицами связаны со спецификой работы многоканальной системы и в ряде случаев не позволяют использовать известные матричные операции, вследствие чего введены специальные операции.

1. Суммирование в АСГ: [а0Ф] н [а0 Ь0] = [с0Ф]. (3) ■ Применяется при формализации отображения или выравнивания в АСГ, матрица устройств содержит значения «функционального свойства», характеризующие безошибочность присоединения заголовков или выравнивания цифровыми указателями.

2. Произведение в АСГ:

КФ] К"' [Ья*] :

Ъ'ч-Ь,

(4)

о, I * ! .

Применяется при формализации мультиплексирования, матрица устройств содержит значения, зависящие от работоспособности мультиплексных цепей.

3. Разбиение в АСГ:

с.,1 =...=с..„,пс =6у/ и усреднение в АСГ: ' >

(5)

Ц| и Цз зависят от способа разбиения. Применяется для учёта рассогласования принимаемого сигнала и маски приёмника, рис. 2.

"Маска",

Принятый сигнал

Сигнал

ГГ*

I

Сигнал

Рисунок 2 - Иллюстрация способа учёта рассогласования в системе передач на базе матричной модел систем передач

Разбиение на к интервалов

4. Операции, связанные с изменением размерности или направления хода времени в матрицах объектов АСГ. Введены для обеспечения состоятельности данной математической модели при описании реальных операций в АСГ.

Разработанная модель процесса преобразования в многоканальной системе связи позволяет с учётом влияния внешних воздействий на аппаратуру мультиплексирования и параметров входных сигналов получить параметры выходных сигналов, а с этим - оценить значения критериев качества передачи и показателей надёжности на протяжении времени, тем самым произвести учёт негативного влияния помех и выдать рекомендации по адаптированию системы телекоммуникаций к условиям эксплуатации.

С целью определения параметров входных сигналов, подверженных одновременному влиянию аддитивного шума и тактового рассогласования, выполнено моделирование процесса приёма с учётом введённой количественной меры рассогласования: я® =1и* - тлр^ , где тПф - длительность тактового интервала

переданного к узлу к в /-м канале сигнала (для £-то бита) и тпр - «маска» считывания приёмника (определяемой синхронизацией). Если в течение интервала наблюдения величина рассогласования остаётся меньше длительности такта (маски) приёмника, то можно говорить об идентичности рассогласования и установленной нормативно-технической документацией (НТД) девиации временного интервала (ДВИ): Л'^ЧО = в ('40- Если существует превышение рассогласования

а: =

коли-

над длительностью такта приемника, тогда: (у - " - »ц ч, - ■

чество смещённых тактов к €-му моменту времени или величина проскальзывания в течение интервала наблюдения к моменту времени и Моделирование проведено в предположении, что й = X + К + 2, т.е. связано с независимыми видами задержек: по физическим (X), логическим-интерфейсным (У) и алгоритмическим (1), связанным с преобразованием сигнала, причинам.

Для двух типов приёмных решающих устройств (принимающих решение о поступлении логической единицы в случае превышения уровня принятой энергии за время длительности такта над некоторым пороговым уровнем Е (по энергии) - тип а) и принимающих решение о поступлении логической единицы в случае, если наблюдается превышение уровня амплитуды принятого сигнала (оптической мощности излучения) над некоторой пороговой величиной А в течение заранее заданного интервала времени т?"" (интервала принятия решения) - тип б) получены математические выражения для вероятности ошибки РЕ считывания £-го бита при совместном действии шумов и рассогласования в системе передачи. В случае отсутствия проскальзывания для устройств а):

РЕ= •

4т1 Е

"/качу

Л

Т /

2<т 1к)"

Ш ц

'¿Ареал +

¿в-ехр

Е/ ■Л <*>

2а,

<ЫС

(6)

Аналогичное выражение получено для устройств типа б). В (6) х~ среднеста-

(¡Л

тистическая скважность импульсов, аш ^ - среднеквадратическое значение аддитивного гауссовского шума, Ареал - наблюдаемая амплитуда принимаемого сигнала, А{1) - нормативное значение амплитуды (Ат = I мВт), - плотность распределения вероятности 9, А и Е— пороговые амплитуда и энергия для устройств типа а). Энергия в реальном такте была определена как

"Ч'-Ш

■т ''•(«-{(<» +

Юо

(7)

Для тпр(г) г х„ер(0 можно допустить: ^ = А/. При отсутствии проскальзывания получены аналогичные (6) математические выражения для вероятности ошибки считывания бита в уплотняемом в модуль АСГ синхросигнале.

Предложен подход к оценке надёжности телекоммуникационных систем (по параметру вероятности безотказной работы О) с учётом результатов пред-

шествующей эксплуатации. Предложено под отказом понимать событие ухудшения качества приёма-передачи сигналов (значений QoS и GoS-параметров) за пределы, установленные НТД, устранение которого не может произойти автоматически и требует вмешательства оператора. Для приведённого понимания отказа задача статистического определения показателей надёжности ВОСП ставится следующим образом: предлагается рассматривать вектор значений количественных мер работоспособности сети {РЕр точности синхросигнала тяг и др.}, при которых реальная вероятность безотказной работы этой системы будет не меньше наперёд заданной величины Q3 с вероятностью у. Относительно обобщённого параметра р (характеризующего одну из мер работоспособности, в данном случае РЕ) вероятность Q предложено находить следующим

образом (рис. 3,рв - граница работоспособности по НТД): р'-р р*-р

Qw= у(р)-Ф~ |%-ф, (8)

где р - параметр, получаемый из функционального соотношения вида: Rip) = =F(p ), где Y(p) является результатом фиксации состояний сети (событий) через равные интервалы времени, Rip)- при наличии отказа.

Рисунок 3 - Иллюстрация статистических данных, собираемых в процессе настройки, либо эксплуатации сети.

Кривая R(p) имеет спадающий характер с ростом р, что объясняется редкими случаями возникновения значительных по величине р в системе передачи; и также спадающий характер с уменьшением р - в связи с тем, что отказы при малых р наступают реже. Математические ожидания М" и М могут бьггь найдены по результатам эксплуатации.

В качестве одного из методов повышения надёжности эксплуатирующихся ВОСП предложено осуществлять динамическую маршрутизацию сигналов служебных подсистем, выбирая для их передачи наиболее работоспособные сегменты.

Известный подход к определению маршрутов передачи сигналов в цифровой сети основан на требовании о минимизации взвешенной суммы межконцевых задержек T.j передаваемых (принимаемых) сообщений от передатчика j к приёмнику i без учёта каких-либо возмущений и дополнительных задержек, вносимых оборудованием. В предложенном методе предполагается, что среднее время пребывания сообщения в линии t^ между транзитными узлами

(к, Г) зависит не только от длины сообщения ц и величины математического ожидания пропускной способности линии но и среднестатистического

времени ожидания сообщения в очереди на узле с номером I (й^; а также

среднестатистической задержки, вызванной с искажениями (по физическим или алгоритмическим причинам, т.е. компоненты рассогласования) (н^:

(9)

причём ' .^а__ + хй.(б,г),1де (8,г)

■-) — среднее время обработки од-

ного информационного бита станционным оборудованием узла к . Здесь предполагается, что величина может варьироваться в зависимости от состояния-реальной работоспособности аппаратуры данного узла, т.е. представляет компоненту рассогласования. В этом случае для сети, где допустимо разделение заданного трафика у.-, на искомые составляющие части е [0, 1]; предна-

значенные для передачи по линиям к, I = (1, И), сумма межконцевых задержек (рис. 4):

IV V

V

г—¿2.1

/•I 7=1

- -х- "■■" х ■ Хк1 х

1

N N

N N

/=1 j-\

(10)

Рисунок 4 - Иллюстрация общей постановки задачи маршрутизации при ограничении

[Ч /=/;

Щ) .

0, Г,

х 1-7

Для случая маршрутизации синхросигнала (требующего по НТД централизованной передачи и неразделимости на трафиковые доли) предложено минимизировать значение алгоритмического джитгера:

N N Г N N

/У N *

I

Ы -> гаш.

(П)

где А/ - значение длительности тактового интервала (при передаче синхросигнала по потоку Е1, М = 0,5 мкс), ^¿г, - интенсивность потока в линии. Задачу требовалось решать при действии ограничения е {0, 1}, ¡,],к,1= 1,2, ..., М, в этой связи был применён метод релаксации Лагранжа (с введением не-

определённых множителей Лагранжа <з-к1 (а^ < 0, к , 1= 1, 2,..., Щ, что позво-

V N Г Н N 1

лило решать задачу: с переменной

М М I й »-1 н ) «загрузкой линии» рГ(. После преобразований было произведено разделение на

подзадачи:

N « , 4-1 '=1

г!г+р"3 -^К1+ст" "р<

7.1 (=1 I

П!

N N Г N N

^"ТШТЪп^ (12)

-I /--I [ " ¿"'.1 м

которые решались с применением алгоритма Флойда.

В третьей главе представлена математическая модель процесса передачи чирпированного импульса в волоконно-оптической линии передачи с учётом действия дисперсии, нелинейного преломления и многолучевой интерференции. Получено выражение для комплекснозначной «амплитуды» оптического сигнала, характеризующее его параметры на произвольном участке линии. Выполнено сравнение результатов моделирования, полученных «волновым» и «лучевым» методами для волоконного петлевого двухрезонаторного интерферометра типа Фабри-Перо (ДИФП). Решена задача подбора оптимальной формы чирпированного оптического сигнала для искажающей линии с заданными свойствами. Модель позволяет рассчитать значения элементов для матриц сигналов, структурно входящих в модель многоканальных систем.

Для обеспечения возможности совместного учёта искажающих факторов предложено показатель преломления светопроводящей среды протяжённой состыкованной линии представить в виде: п(а, г, /)= п(ш)+ пт I + пИФП (г), зависящем в общем случае от частоты со, продольной координаты г и интенсивности излучения I. Здесь п(ш) - линейная усреднённая часть для п, определяющая дисперсию; п{Т> — нелинейная составляющая для п\ пш,П (г) - «скачкообразная» составляющая, приводящая к появлению многолучевой интерференции, связанная со стыками. В этом случае фурье-образ напряжённости электрической составляющей поля Ё имеет вид Ё(г, о) = р(х, >>)х

, где Р(х, у) - характеризует

£ Л/ ехрО?12) + ^ (*,«)• е*Р(" УМ)

поперечные свойства поля; К - количество элементов ИФП; Аг и Аь медленно меняющиеся в зависимости от г амплитуды прямой и отражённой волн; -волновое число А-го ИФП. Тогда для Аг и Аь справедливо:

к <*) к ( \

причём А, (г, со)= А, (0, -ехрО'фО+ А, ехр(- да)) И ю) = со)х

X (В, ехр (/суг )+ 3, ■ ехр (- ¿ц! )), где Аь Аъ В\, Въ ц, (3(оз), рк, ДР, а, 91 - взаимосвязанные параметры и коэффициенты. Причём для всех амплитуд Аи АЬП] в зависимости от текущего номера к, входящих в (13), справедливы очевидные

Ат

«отражательные» соотношения: + А/"*"+ас - А,1*', —= =

= ——^, где ас - потери на стыке, р, - коэффициенты отражения. Полученные аналогично (13) соотношения для ДИФП (рис. 5), для которого разработана «лучевая» модель выходного сигнала, имеют вид: для ИФП|

-ь-=Ж») - р,+др,)-V+/я. -1*1 ■¿Г>

¿1

— = Жи)-Р, и для ИФП2

' ' 1

<к •£Й/

Д"

= у(р((о)-р2 + др2)-л/-Чу9?2.|л',1|-^ Л/1-';

= Ш-Р2 + АРЛ- "С + ■|2/1 ■"7■■

ГДе А,(0, <о)з рДол)-ехрО'м/>//-

(14)

Рисунок 5 - Оптоволоконная схема ДИФП с возможностью ответвления из кольцевого резонатора;

АР\г, 0 - выходная комплекснозначная «амплитуда», полученная «волновым» методом

Сравнение передаточных функций ДИФП, полученных «волновым» (14) и «лучевым» методами по критерию СКО-е (рис. 6):

е ^ЩКржю.-Кртщ) шо% Л

показало, что наибольшее отличие составляет £ = 4,2%, следовательно, упрощенный метод, полученный путём пренебрежения второй производной от А, и от Аь по &, обладает приемлемой точностью.

Для того, чтобы найти параметры входного сигнала (импульса), который будет наименее искажён в линии (устройстве) действием рассматриваемых искажающих факторов, был сформулирован ц-критерий:

ц(:,/)=С/:о(^(г,/)-^.(0,/))-Ю> (16)

Рисунок 6 - Иллюстрация кривых, характеризующих передаточную функцию ДИФП, полученных «волновым» и «лучевым» методами: Ае - выходной сигнал ДИФП, полученный «лучевым» методом.

Здесь используется представление: А(г, <) = М>г/(л(г, /)) • ехр(/ ■ Ф(л(г, {)))

где ЛДО, /) - начальная искомая форма входного импульса. С учётом (16) было «сконструировано» решение уравнений (13) для единственного ИФП с базой ¿ифп, а также при Р = const и нулевых А(3 и а:

(17)

Vt,

2 Ы-L -{г-г\яЖ' Зг(7.) Г^Ъ + г'Ь.)) )

> ? =

_\'~TJ2\ [TIT

■SR-sin^, <7o соответст-

вует и зависит от 9?,

-•COS11'-

4Л

зф + '-'ОГ

arctg

ctg (if)

, P0,5 И Го "

половинная мощность и длительность импульса, у в диапазоне 0,..., я/2. Огибающая мощности {форма) и функция чирпа были найдены соответственно:

С„,„Ы = ИМЛЫ)! и М = (18)

2ти с Эг

На рис. 7 и рис. 8 представлены графики, соответствующие (18).

Рисунок 7 - Огибающая мощности на выходе (1)

-OA -0.5 НИ -0.3 -0.2 -0.1 ,0.0 ,0.2 rt.4 .ОЛ -О 7

Рисунок 8 - Функция чирпа на входе и входе (2); у = Зя/8

Выполнен анализ устойчивости формы импульса действием возмущающих факторов — путём придания малых возмущений соотношениям для Ау и Аь

в действительной и мнимой областях: Л,(г, м)= 5,(0, <в)-{(4 + ом + /«|,)х хехр(/?г)+ (Л2 +а:, +;Ъ„)-ехр(-у?г)}, .3„(-, ш)= ЛА(0. ш)-{(В, + £„ + 7Й,,)-ехр(/дг)+ Требование нетривиальности решения относительно коэффициентов (обращение в нуль определителя (4x4)) приводит к алгебраическому уравнению: (г-Д'/-):-29!,--(.г-М-)-Э!-<г-(.!+М)1- •(5-Л'/)"-4;ЛГд-(г-ЗМ:!)=0, где введена нормировочная частота 5 = 0/уг. р, = Мв (1 - параметры «встречных» волн, Г - эффективный параметр нелинейности. Коэффициент усиления найден через: g= 21т(5г), в котором - корень с наибольшей мнимой частью, € = 1,...,4. Анализ §(АЯ.) показал, что для аномальной дисперсии усиление неограниченно возрастает при увеличении отстройки по длине волны от рабочего значения, равного Хо = 1550 нм. В случае нормальной дисперсии устойчивый характер наблюдается при А\_ з 15 нм и ДХ+ г 47 нм.

Для повышения практической значимости методики подбора параметров входного импульса по ц-критершо (16) предложено полученную форму (17) итерационно подстраивать для какой-либо произвольной (заданной) волоконно-оптической конфигурации.

Четвёртая глава посвящена моделированию параметров электромагнитного поля оптического диапазона в объёмной интерференционной структуре, составляющей основу полностью оптического коммутатора. Представлены результаты расчёта интенсивности излучения в резонаторе, полученные путём численного интегрирования дифференциального уравнения второго порядка, и путём численного интегрирования упрощённого дифференциального уравнения первого порядка. Моделирование эффекта отражения от профиля структуры проведено на основе конических волн. Показана актуальность задачи обеспечения вариативности профиля показателя преломления в резонаторе. Модель позволяет рассчитать значения элементов для матриц полностью оптических устройств, структурно входящих в модель многоканальных систем.

Предположено, что в основу коммутатора может быть заложен ИФП с управляемым коэффициентом преломления п между его зеркалами (при помощи подачи дополнительного управляющего излучения). Следовательно, изменением значения п можно в окрестности одной и той же пространственной координаты получать минимум или максимум стоячей волны. Если продольно (г) разнести торцы выходных световодных каналов, то в зависимости от режима можно обеспечивать распространение сигнала либо в один, либо в другой из каналов. Для реализации данного принципа переключения необходимо подобрать параметры рабочего тела ИФП (смесителя) - длину (г0), радиус (г(г)) и профиль показателя преломления п{г, г(г)).

Моделирование параметров смесителя проводилось по методике аналогично (13). Для уточнения результатов наряду с методом встречных плоских волн использовались конические волны. £;'(оз.;\г) = [^/(;\м)-ехр(у]3;.';-)+ + К ^(;-.м)-е.\р(- /р;'/-)] х [Л. (г. ю)-ехр(_/В.г)+Д,(г. ш)-ехр(-/6_г)], а также был разработан метод когерентного неравнофазного отражения (КНО), в рамках которо-

го: ЕГ(ш,г, --) = [5Лг,®).«р(7Йг)+ ^.-"Ы - ехр(- Ж-')]*

х[ЛД=, в).«рОрг=)+Я(=. ю)-е*Р{-М-р)-)\' (19)

где Р/(г,ю) - эффективное-радиальное распределение на каждой ступеньке Дг для рассматриваемой моды с азимутальным порядком к, д - номер «короткого» и р

номер «узкого» элементарного резонатора; /?=%,, „•—; р. = —

е " 2г

= /(дг р). Используемые методы встречных волн обеспечили

2г0 +

моделирование резонатора с отражающим профилем и плоскими зеркалами с учётом модового состава излучения, метод КНО - с изломанным выходным зеркалом без учёта модового состава, рис. 9. ч

р

У

Рисунок 9 - Иллюстрация принципа разбиения профилированного смесителя: а- на «короткие» и б - на «короткие и узкие» резонаторы. Выполнение зауженной средней части наряду с отражающим профилем, как показали расчёты, обеспечивает выриативность модового состава излучения в смесителе, что расширяет диапазон конструктивных параметров последнего

Показано, что разработанные упрощённые методы обладают приемлемой точностью по сравнению с непосредственным интегрированием волнового уравнения в резонаторе, тем самым обеспечивают расчёт «длинных» смесителей (го < 200 мкм). На рис. 10 показаны полученные результаты.

мкм

Рт = 0.8

мкм

мкм

Рисунок 10 - Иллюстрация результатов расчёта пространственной интерференционной картины в коротком профильном слабоотражающем смесителе: а - метод плоских волн; 6 -конических волн; <? - численное интегрирование уравнения второго порядка. Здесь пт,а = =1.48. п„ = 1,46;. Я =3ж\п„ф„ -п«,,,)3/4V Хо = 1-55 мкм; £„ = 2.Ы05 В/м;0=1О;/> = 10: .г + >•■ = г" = /,(г) = не5 + г,г, т = 7Д-10"3.

Сравнение результатов счёта (рис. 10, б) с результатами, полученными лучевым методом, показало, что наибольшее расхождение кривых по критерию СКО-е (15) не превосходит 3,7%.

На базе разработанных методов получены рекомендательные параметры смесителя, входящего в состав одномодового ИФП-коммутатора. С целью минимизации потерь при переключении разработаны конструкции входного и выходного фоконов. Разработан метод дистанционного полностью оптического подключения устройства к линии передачи для случая, когда мощность сигнала управления не превосходит несколько ватт. Произведена оценка конструктивных погрешностей смесителя на структуру (положение максимумов и их контрастность) интерференционной картины.

Выполнено моделирование параметров системы: ИФП-коммутатор + сигнал в составе линии. В рамках прямой задачи требовалось уточнить конструктивные параметры смесителя включая мощность управляющего сигнала, при которых подаваемый на вход сигнал типа «меандр», традиционно используемый в цифровых системах связи, получал бы минимальные искажения формы по д-критерию. Расчёты показали, что в данном случае смеситель должен быть существенно профилированным, рис. 11.

00 20 40 60 80 100 120 1«! 160 180 200

мкм

Рисунок 11 - Иллюстрация функции преломления смесителя, который являя-егся малоискажающим для «меандра»

Шкала значений показателя преломления

Для реализации полученной функции профиля решено было использовать объёмные нанокристаллические прозрачные материалы.

В рамках обратной задачи моделирования ИФП-коммутатор + сигнал в составе линии были определены параметры входного чирпированного импуль: са, минимально искажаемого в смесителе с однородно распределённым показателем преломления.

Пятая глава посвящена моделированию макроскопических оптических свойств прозрачного нанокристаллического материала. Приведены результаты экспериментального анализа коэффициентов затухания и преломления для стекла литиевой группы вида ЦгО-АЬОз-ЭЮг с инициатором кристаллизации

Т1О5 (ситалла), обладающего изначально кристаллитной структурой. Ситалл был применён для обеспечения возможности получения макро образцов (в отличие от кварца), обладающих приемлемой прозрачностью, рис. 12.

Рисунок 12 - Иллюстрация фрагментов на-некристаллических ситалловых образцов, соответствующих различной степени деформации и диаграммы деформации (г): а - относительная степень деформации о составляет 18% от максимального значения, при котором образец существовал как макроскопическое тело; б - и составляет 48%; в - и составляет 92%.

На диаграмме деформации (1 - кварцевое стекло, SiCb; 2 - ситалл) показаны области «минимальной» А, «средней» Б и «большой» В обработки.

Заметным является нелинейный характер изменения а(и) для ситалла, что свидетельствует о его пластичности. Для получения образцов использовался I модернизированный метод, основанный на Интенсивном кручении под высоким давлением (ИКВД).

Полученные серии образцов при различных степенях деформации были I использованы для измерения коэффициента линейного светопропускания (для I X е [500, 1800] нм) и линейного и нелинейного (при подаче дополнительного мощного излучения на другой длине волны) показателей преломления. Последние измерения производились в интерферометре Маха-Цендера в температурном диапазоне 20±10 °С для исследования существенности зависимости п(Т) и отдельно в калориметре для выявления степени нагревания образца при пере-| ходе от линейного к максимально нелинейному (в данном эксперименте) режиму преломления. Установлено, что изменением п(Т) следует пренебречь, а изменение температуры образца при увеличении интенсивности накачки /pilmp от 0,2 до 3,2 Вт/см" остаётся существенно меньше 10 °С. Тем не менее установлено, что зависимость и(/ритр) для нанокрисхаллического ситалла обладает выраженным скачкообразным характером в отличие от аналогичной зависимости для ненапряжённого ситалла. Критическая интенсивность, на которой возникает «скачок», находится в диапазоне 0,55...0,9 Вт/см2 и зависит от степени и, от которой также зависит и разброс п в послекритическом режиме преломления.

Относшеш>шя логарифмическая степень деформации

Установлено также, что для образцов с «большими» и «скачок» наступает при 0,8...0,9 Вт/см2, а разброс значений даже меньше, чем для изначальных образцов. По-видимому, это связано со свойствами межзёренных уширенных границ и процессами аннигиляции дефектов.

При изучении светопропускания обнаружено отличие в резонансах поглощения в областях 950-1050, 1300-1550 и 1620-1800 нм. Известный локальный минимум поглощения в области 1740 нм не наблюдался, в то время, как были обнаружены резонансы в высокочастотной (1020 нм) и низкочастотной (1730 нм) областях. Наблюдалось уширение (по среднему уровню в пределах 10... 12 %) и увеличение амплитуды (на3...4 %) резонансов поглощения.

Для систематизации полученных новых свойств преломления материала разработана аналитическая модель указанных параметров, выполненная с привлечением модели квазигармонического напряжённого осциллятора. Для случая нелинейного уравнения движения, связанного с мощной накачкой

Р+а^Р+М-Р* =S-exs(jat)+K, (20)

где P{t) - макроскопическая поляризованность вещества (в пределах зерна), со0 и ш - собственная и подаваемая частоты, М - нелинейная «жёсткость», 5 - приведённая амплитуда внешнего излучения и К- параметр «механической напряжённости» осциллятора, получено приближённое решение в установившемся режиме путём пренебрежения членами выше третьей степени при подстановке. Так Р = Е0К(0)£аехр(/см)+е0К("£0exp(jmt)+е0КтЕйехр(2jcat)+в0КтЕ0exp(3jmf)+Р0, где К"'1 - коэффициенты нелинейной восприимчивости, Бо = 8,85-10"12 Ф/м; Ро связана с

АГ, то

к™ =

Ые2 17т£„

з юЛеДм

-4а>-

4(ta0-~o}-J

М0-е№0 | cUj

V.

(со02 -4о2) Мйет

/ /

1 3 Ne

1» \

9М'с

е2Л?3е0М,

eN

где т - масса и е - заряд осциллятора, N - количество осцилляторов в области взаимодействия, Мо - М-(Ые)2\ с = 3-Ю8 м/с, С/0 = ^га^ГТ) I, II- потенциальная энергия, введённая в вещество в результате ИКВД-обработки. В этом случае, в

частности для показателя преломления справедливо: «¡)=/к|0)+1 и пт =—Ке[х(,)].

8л0

На основе построенной аналитической зависимости п{Т) в результате решения обратной задачи (подбора) был получен неизвестный ранее коэффициент жёсткости Мо, обеспечивающий различие графиков «ТЕОр(/) и и,ксп(7) по максимуму среднеквадратического отклонения не более 3%. Это позволило уточнить

уравнение движения, переписав = S • exp(/coi)+К*(я), где к'г

Ne_ m

dU{x)

дх

его

Ne

в виде:

Р + Ю.-Р + М-Р3 =■

Лл-

5 m

.у.

—+ф)5 для U s А(у + Фр, где Л • Ne }

параметр, характеризующий поверхностные свойства зёрен кристаллита рас-

сматриваемого материала независимо от размеров данных зёрен, в данном случае обладающих границами типа кручения; Ф - параметр напряжения границы. Результирующие зависимости птеор(Г) и пж№(1) показаны на рис. 13.

i . . . A ;!i 'с

0,2 0.4 0.6 0.8 1.0 1J 1.4 1.6 1.S 2.0 га 2,4 2.6 2.8 3.0 -U

Рисунок 13 - Иллюстрация характера нелинейного изменения показателя преломления для наноструктурных ситашювых образцов: а - X.pump = 1546 нм; б - ¿.pump = 980 нм. Зависимости п{Г) получены: пА(Г) ~ приближённо-аналитического решения (20) с уточнённым Мо ; пв{1) - численного решения уточнённого уравнения с К*(Р) и в результате экстраполяции экспериментально наблюдаемых значений - лс(А "лСО и «¿(7) соответственно для образцов а, б и в по рис, 12

Для оценки степени достоверности решения уравнения (20) приближённым методом путём отбрасывания ряда слагаемых при подстановке последнее было решено численно с выполнением сравнения решений в реперных точках, а также методом частичного интегрирования. Без множителя S домножим

P+w0 Р+М Р3 =К на множитель 2Р, получаем: 2PP + 2asa2 РР+2М РРЪ

М

2РК, Р"=2РК. Раз-

после чего проинтегрируем один раз по t. Имеем: {Р\ +юв2Р2

деление переменных и интегрирование последнего соотношения даёт P(t), графическое построение которого при различных вынуждающих 5 также позволяет получить сравнение в реперных точках. В последнем методе решения возникает дополнительная частота со , разделяющая режимы движения осциллятора. Установлено, что погрешность приближённо-аналитического решения (20), в результате которого были определены К(,), не превосходит 5%.

Показана возможность изменения макроскопических оптических свойств нанокристаллического ситалла путём подбора его методики обработки — вариацией параметра U. Исследование нанокристаллического ситалла произведено с целью его использования при построении ИФП-коммутатора.

Шестая глава посвящена разработке прикладных аспектов построения адаптивных сегментов и волоконно-оптических сетей, построенных или модернизированных с использованием виртуального моделирования. Изложены принципы построения и описание виртуального полигона, созданного на основе разработанных в диссертации математических моделей.

Общая задача моделирования процессов в сети представляет технический интерес как в прямой постановке, именуемой задачей анализа, связанной с нахождением значений показателей работоспособности ВОСП исходя из имеющихся конструктивных параметров аппаратных средств и линейных сооружений, так и в обратной, именуемой задачей настройки, связанной с определением вектора подстройки этих конструктивных параметров для обеспечения требуемых показателей работоспособности по НТД.

Задав реальную сеть в виде объекта, рис. 14, и его передаточную функцию преобразования, можно определить параметры выходных сигналов а"~, если известны параметры входных сигналов ат, воспользовавшись концепцией моделирования на основе матриц АСГ. Это позволяет исследовать возможность установления на данной конкретной сети какого-либо приложения, увеличения битовой скорости и т.д. Сравнивая полученные значения с регламентируемыми в НТД, оператор определяет возможность решения той или иной телекоммуникационной задачи с использованием этой конкретной телекоммуникационной системы. Проводя сетевые измерения и сравнивая их результат с результатом аналитического моделирования, можно делать вывод об адекватности моделирования.

Модель возмущающих факторов ф

1. Многомерная плотность вероятности случайного процесса (стацнонарн. нестац.);

2. Моменты случайны! величины:

Модели входного сигнала:

1. Св-ва физич. переносчика;

2. Вид модуляции;

3. Входные шумы, искажения;

и 1

Модель преобразования многоканального тракта

Таблица конструктивных параметров ВОСП

ГМ]

\....... Ш.КО.\ЮЕ: "'(

•¿Модельные параметры:

пыхо.^нок) сип1Л-т;г ]

'*"'"' 1" "

(.'рг-ГНййинПСЯ с

р.-*у.:»1Ч'дамк ■ -измерений

а"1 ~ [М]—сопя!]

Рисунок 14 - Иллюстрация «прямой задачи»

Оператора может интересовать не только ответ типа «можно или нельзя» решить ту или иную телекоммуникационную задачу, а что именно надо сделать с минимальными затратами (материальными, канальными, рабочими, финансовыми), для того чтобы решить поставленную телекоммуникационную задачу на данной сети. Здесь обозначается постановка задачи настройки ВОСП, рис. 15.

Воэмущакгаще факторы Ф

Выходной

С11ГН.1Л

годгимальяое гроекгирши-. йр; пне, можриизяция, 1 й:; V мк^табирокаш'к и т.д:

Рисунок 15 - Иллюстрация «обратной задачи»

Для решения задач анализа и настройки ВОСП разработан комплекс программ (виртуальный полигон), для реализации которого выполнено статистическое моделирование традиционных цифровых (ТЦ) и символьно-модулированных (СМ) (или чирпированных) оптических сигналов. Статистическая модель ТЦ построена на базе четырёх псевдослучайных последовательностей, «отвечающих» за: формирование случайного потока логических единиц, девиацию временного интервала, уровень шума и джиттера в сигнале. Статистическая модель СМ базируется на подстройке аналитической формы (17) с использованием г-ичного «дерева» Хоффмана, в котором независимыми параметрами являются огибающая мощности и волновой чирп.

Для обеспечения возможности статистического моделирования реальных характеристик оборудования при проведении вычислительного эксперимента, целью которого являлась разработка пути низкозатратной модернизации ВОСП, был выбран гауссовский марковский процесс Орнштейна-Уленбека. Выбор объясняется свойственным для технических объектов гауссовским характером протекания случайных процессов, а также наблюдаемой заметно выраженной нестационарностью внешнего воздействия, и экспериментально определяемой слабой зависимостью настоящего состояния системы от пути прихода её в данное состояние. Каждый функциональный аппаратный узел мультиплексоров на сети был описан на базе непрерывно меняющегося случайного параметра С,{{) в

диапазоне: С^ =о = С"1 I / =о (начало действия помехи) и ^ = С,тн |, = мент прекращения действия помехи с плотностью вероятности:

• мо^

Жнач; О = Снач С 2 с™, если С (г= 0) = Г'}-

(21)

Инфинитезимальные характеристики рассматриваемого процесса, а так же значения Сач и пороговые конечные значения , были определены в соответствии с данными из эксплуатации и на базе численных и эмпирических оценок для сети ОАО «Башинформсвязь». Наиболее вероятные ■£-ые значения элементов матриц устройств АСГ для рассматриваемых аппаратных узлов на рассматриваемой сети определены с использованием начального значения параметра £нач и функции р(Снач; С). Например, для блока НОА первой группы потоков

в мультиплексоре ввода-вывода, расположенном в узле связи Субхангулово, значение €-го элемента вектор-строки объекта АСГ, было представлено:

■ (21)

1с-с"

Н0А' *МАХ(

C^ixuii

Зная параметры входных сигналов, свойства аппаратных средств, производился последовательный пересчёт параметров сигналов, переданных по сети, рис. 16.

Воздействующие факторы

v(°)v№ iirM 7(i) \ .-СО . лч- Ч ГП ')•. Jv • £ч

W4 у!» 7Ю

Рисунок 16, а - Схема пересчёта временных задержек в рассогласовании на к-м генераторе сетевого элемента (ГСЭ) с учётом вносимых им искажений. Предполагается, что изначально поступающий сигнал на вход сегмента не содержит ^-компоненту задержки

9™(t) = + г$*>(0 * z<f>(t).

I Рзботос посоСность1 •р* J оптоэолснои тракта 1 | на учэспк ш*ду Г " [(к-1)-м и fc-м ГСЭ J

Работе госоЬносв» I

ка»ме-либо другие ■отчит «ричны J

\

Рисунок 16, б - Схема рекуррентного пересчёта ДВИ. Значение в\к "(О представлено без счётчика канала, так как в общем случае У-компонента задержки может зависеть от ДВИ и в других каналах (например, уплотняемых и затем передаваемых в данном канале)

Алгоритм виртуального моделирования по представленной схеме, основанной на разработанных моделях, имеет вид, рис. 17. Программы, реализующие моделирование, составлены на языках PASCAL-6 (реализующие логическую обработку) и FORTRAN-77 (рассчитывающие комплекснозначные величины). Взаимодействие между программами (передача данных) осуществлена с использованием соответствующих форматов.

В результате моделирования составлен прогноз работы для каждого из сегментов сети, выданы рекомендации по изменению топологии, в том числе зависящей от нагрузки (с привлечением маршрутизации), по применению полностью оптических устройств. Последние особенно актуальны для реализации динамической маршрутизации тактового синхросигнала, критичного к задержкам и не критичного к форме синхроимпульсов. Выявлены области деградации качества эксплуатируемых сегментов, рис. 18.

Результатом виртуального моделирования явилась рекомендация применения разработанных программных средств для проектирования и настройки телекоммуникационных систем.

Входные данные:

1). Реальный цифровой сипкш:

2). Измерение плр.шетров искажений на селг.

3). Результаты эксплуатации

4). Конструкшвные параметры сета по НТД.

-ЛЮТ---

Реально эксплуатируемая система телекоммуникаций

Да

телекошмии

ML

I Шаг

Исследование возможности подстройки параметров сет с целью обеспечения показателей работоспособности на требуемом уровне (по (^оЯ и вой)

Зяйппл решена

Z

П Шаг

Исследование вочможносп! обеспечения самых надёжных маршрутов дня служебных анналов с учётом возможных шмерений работоспособности сегментов

Да

Рисунок 17 - Алгоритм виртуального моделирования

Ш Шаг

Определение работоспособности динамически маршрутизируемой сети (для служебных еппгалое)

Нет

Uiónna решена

Низкотшрашпая '

АЮдернитцня

несозлюжни

Рисунок 18 - Результат вычислений боБ-показателя. Выявлена область деградадии качества

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы.

В приложении представлены документы, подтверждающие применение теоретических результатов работы в учебном процессе в Уфимском государственном авиационном техническом университете, практических результатов -при модернизации сетей ОАО «Башкирэнерго», ОАО «Башинформсвязь» и ООО «Телекоммуникационные системы», г. Уфа.

Виртуальный полигон адаптирован для моделирования синхронных многоканальных сетей и успешно применён для разработки плана низкозатратной модернизации городской телефонной сети ОАО «Башинформсвязь» в г. Уфе, что обеспечило снижение общеплановых (материальных, канальных, финансовых) расходов на 11,8% на всех этапах жизненного цикла проектных решений, включая проектирование, модернизацию и эксплуатацию указанной системы связи. Разработанная методика управления полностью оптическим устройством на сегменте сети применена на ВОСП ОАО «Башкирэнерго», г. Уфа. В соответствии с методикой выполнено включение волоконно-оптического устройства, для функционирования которого требуется интенсивный служебный оптический сигнал. Это обеспечило полностью оптический вариант исполнения протяжённого сетевого сегмента, а с этим - возможность неразборки уплотнённого по длине волны сигнала и, следовательно, упрощение состава оборудования. Разработанная методика использования чирпированных символьно-модулированных сигналов использована для диагностики линий передачи сетей Ethernet. Методика реализована на сети ООО «Телекоммуникационные системы», г. Уфа, что позволило обеспечить коррекцию взаимодействия сетевых устройств и тем самым исключить ложные остановы в передаче. На основании теоретических положений диссертации разработаны и опубликованы учебно-методические пособия, что обеспечило постановку новых дисциплин направления «Телекоммуникации», преподаваемого в УГАТУ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана математическая матричная модель процесса взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, основанная на применении алгебраических объектов матричного типа, обладающих позиционной неинвариантностью строк и столбцов, введённых действий с указанными матрицами, и иерархического моделирования, позволяющая формализовать многоканальные алгоритмы, учитывая реальную работоспособность аппаратных средств и свойства входных сигналов, и тем самым анализировать и прогнозировать показатели надёжности и помехоустойчивости сетей.

2. Разработана методика моделирования амплитуды оптического импульса в линии передачи, обладающей интерференционными, дисперсионными и нелинейными свойствами, который в отличие от традиционных основан на интегральном учёте совместного влияния искажающих факторов. Моделирование проведено на основе представления электромагнитного поля в линии передачи в виде сумм встречных волн, связанных с системой взаимодействующих интерферометров. Методика позволяет рассчитывать комплекснозначную амплитуду импульса на произвольном участке линии, а также обеспечивает адаптацию параметров импульса относительно первоначальной формы, полученной аналитически, под линию передачи с заданными свойствами.

3. Разработана математическая модель структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, основанная на представлении электромагнитного поля в виде встречных конических волн при выполнении условия когерентного неравно-фазного отражения, обеспечивающая расчёт пространственной интерференци-

онной картины для резонаторов длиной до 200 мкм, обладающих неплоским выходным зеркалом, с точностью до 10%.

4. Разработана математическая модель процесса взаимодействия на-нокристаллического прозрачного материала с внешней световой волной, основанная на решении уравнения напряжённого нелинейного осциллятора, обеспечивающая расчёт коэффициентов, характеризующих макроскопические оптические свойства нанокристаллических материалов1 в линейном и нелинейном режимах мощностей с точностью до 10%.

5. Разработана методика моделирования параметров профильного резонатора типа Фабри-Перо в составе оптической линии, на который совместно подаётся два вида оптических сигналов, основанная на итерационном пересчёте параметров относительно первоначальных, полученных аналитически, на основе методов конических волн и когерентного неравнофазного отражения, позволяющая оптимизировать параметры резонатора по минимуму искажений типовых сигналов, либо оптимизировать параметры произвольного сигнала для резонатора с неизменно распределёнными параметрами.

6. Разработан метод определения значений GoS-показателей сети, в отличие от традиционных основанный на интегральном учёте тактового рассогласования и амплитудного искажения с произвольным характером распределения принимаемых сигналов, позволяющий адаптировать структуру телекоммуникационной системы к заданным условиям эксплуатации.

7. Разработан виртуальный полигон, имитирующий многоканальные сетевые процессы, основанный на матричной математической модели многоканальной сети, построенный с учётом технических свойств полностью оптических и традиционно используемых сегментов сетей, что позволяет анализировать показатели работоспособности сети или адаптировать её технические параметры к заданным условиям эксплуатации исходя из задаваемых показателей качества выходных сигналов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ Монографии

1. Волоконно-оптические системы передачи: вопросы оценки работоспособности / А.Х. Султанов, Р.Г. Усмаиов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова. М.: Радио и связь, 2005.372 с.

2. Методы повышения работоспособности сетей связи с системой сигнализации ОКС № 7 в процессе эксплуатации / А.Х. Султанов, В.Н. Акульшин, И.Л. Виноградова. М. : Радио и связь, 2006. 278 с.

3. Метод коррекции работоспособности сетей связи типа Ethernet и PON на основе применения, сложного оптического сигнала / А.Х. Султанов, P.P. Гайфуллин, И.Л. Виноградова. Уфа: Гилем, 2007.150 с.

В рецензируемых журналах из списка ВАК

4. Статистический подход к описанию интерферометров Фабри-Перо как элементов многолучевой интерференции в линиях связи / И.Л. Виноградова, А.Х. Султанов // Радиотехника. 2000. № 1. С. 45-49. (5 м/п.л.)

5. Помехоустойчивые волоконно-оптические преобразователи на основе интерферометра Фабри-Перо / Р.А. Тухватуллин, Р.Г. Сагитов, И.Л. Виноградова Н Радиотехника. 2000. № 5. С. 76-79. (3 м/п.л.)

6. Моделирование сегмента волоконно-оптической линии связи на основе интерферометров Фабри-Перо / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова // Телекоммуникации. 2001. № 1. С. 31-36. (2 м/п.л.)

7. Сегмент системы передачи с усилителем ЕОБА / А.Х. Султанов, Р.Г. Ус-манов, И.Л. Виноградова// Датчики и системы. 2002. № 11. С. 18-22. (2м/п.л.)

8. Спектральные характеристики помех многолучевой интерференции в волоконно-оптической линии связи для нестационарного случая / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова // Телекоммуникации. 2002. № 6. С. 27-32. (3 м/п.л.)

9. Характеристики двухрезонатороного интерферометра Фабри-Перо / И.Л. Виноградова // Радиотехника. 2002. № 6. С. 33-37.

10. Математическая модель синхронного мультиплексора, позволяющая проводить оценку вероятности битовой ошибки в БТМ-сигнале / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2002. № 2. Т. 5, - С. 63-69. (3 м/п.л.)

11. Погрешности волоконно-оптического преобразователя с интерферометром Фабри-Перо. Ч. 1 / И.Л. Виноградова // Радиотехника. 2002. № 10. С. 32-37.

12. Нелинейные оптические эффекты в волоконно-оптических компонентах, построенных на основе деформированных стёкол / А.Х. Султанов, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова // Инфокоммуникационные технологии. 2003. № 2. С. 47-52. (4 м/п.л.)

13. Фильтр для сетей плотного волнового мультиплексирования на основе двухрезонаторного интерферометра Фабри-Перо / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова // Датчики и системы. 2003. № 4. С. 20-28. (3 м/п.л.)

14. Погрешности волоконно-оптического преобразователя с интерферометром Фабри-Перо. Ч. 2 / И.Л. Виноградова // Радиотехника. 2003. № 5. С. 31—35.

15. Статистический подход к математическому моделированию погрешностей сигнала синхронизации в синхронных системах телекоммуникаций / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгапиев, И.Л. Виноградова // Телекоммуникации. 2003. № 7. С. 20-28. (3 м/п.л.)

16. Исследование влияния нелинейных оптических эффектов в мелкозернистых стёклах на передаваемый импульсный сигнал / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгапиев, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова // Вестник УГАТУ. Сер. Управление, информатика и вычислительная техника. 2004. № 1. С. 92-101. {3 м/п.л.)

17. Подход к построению коммутаторов оптических сигналов, управляемых оптическим излучением I А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова // Компьютерная оптика. 2005. № 26. С. 56-64. (3 м/п.л.)

18. Подход к повышению надёжности и быстродействия волоконное оптических систем передач / А.Х. Султанов, В.Н. Акульшин, И.Л. Виноградова // Электросвязь. 2005. № 12. С. 46-50. (3м/п.л.)

19. Распространение электромагнитной волны в прозрачной среде, подверженной деформационным изменениям / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Вестник УГАТУ. Сер. Управление. 2006. № 1. С. 170-175. (3 м/п.л.)

20. Стыковка разнотипных волокон при дистанционной доставке сигнала накачки EDFA-усилителя / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Ин-фокоммуникационные технологии. 2006. № 2. С. 38-^2. (2 м/п.л.)

21. Задача определения параметров оптического импульса, обеспечивающих малые искажения в разветвлённой волоконно-оптической сети / А.Х. Султанов, P.P. Гайфуллин, И.Л. Виноградова // Компьютерная оптика. 2007. № 5. С. 46—49. (Зж/и.л.)

22. Подход к оценке формы оптического сигнала, предназначенного для кодирования адреса сетевого узла / А.Х. Султанов, P.P. Гайфуллин, И.Л. Виноградова // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2007. № 1. С. 234-241. (3 м/п.л.)

23. Методика кодирования сетевого адреса узла связи на примере сети Ethernet / А.Х. Султанов, P.P. Гайфуллин, И.Л. Виноградова // Инфокоммуника-ционные технологии. 2007. № 6. С. 56-60. (2 м/п.л.)

24. Нелинейный волоконно-оптический переключатель / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Вестник УГАТУ. Сер. Управление, информатика и вычислительная техника. 2008. № 1. С. 205-217. (1 м/п.л.)

25. Подход к комплексному моделированию профилированного интерферометра типа Фабри-Перо, обеспечивающего переключение оптических сигналов / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Вестник УГАТУ. Сер. Управление, информатика и вычислительная техника. 2009. № 1. С. 172-179. (5м/п.л.)

26. Математическое моделирование процесса распространения оптического импульса для линии с интерференционными свойствами / И.Л. Виноградова // Вестник УГАТУ. Сер. Управление, информатика и вычислительная техника. 2009. № 1.С. 190-196.

27. Моделирование коэффициента преломления в линейном и нелинейном режимах мощностей для наноструетурного ситалла / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Инфокоммуникационные технологии. 2009. № 2. С. 22-29. (4м/пл.)

28. Задача определения параметров оптимального оптического импульса для линии передачи с интерференционными свойствами / И.Л. Виноградова // Компьютерная оптика. 2009. Т. 33, № 2, С. 147-155.

29. Исследование нелинейного режима преломления для наноструктурно-го ситалла / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Нелинейный мир. 2009. № 5. С. 360-369. (4м/п.л.)

30. Матричный подход к математическому моделированию многоканальных систем связи / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова // Вестник КГТУ им. Туполева. 2009. № 3. С. 63-68. (5м/п.л.)

В других изданиях

31. A.c. СССР № 1697035, МКИ5 G 02 В 6/28. Волоконно-оптический развет-витель / P.A. Тухватуллин, Л.Е. Виноградова, С.П. Ржевский, И.Л. Виноградова. // Опубл. БИ№ 45.1991.

32. A.c. СССР № 1760494, МКИ5 G 02 В 6/28. Волоконно-оптический раз-ветвитель / P.A. Тухватуллин, Л.Е. Виноградова, И.Л. Виноградова. Опубл. БИ № 33. 1992.

33. Патент РФ № 2203502 от 25.04.2001. Волоконно-оптический усилитель / А.Х. Султанов, Т.Я. Якубов, И.Л. Виноградова // Зарег. в Гос. Реестре изобретений 27.04.2003.

34. Расчёт передаточной характеристики двухрезонаторного интерферометра Фабри-Перо / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова. Per. № 50200000093 Ц Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2001. № 1.

35. Расчёт спектральной характеристики помех композиции интерферометров Фабри-Перо в волоконно-оптической линии связи / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова. Per. № 50200000091 // Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2001. № 1.

36. Расчёт передаточной характеристики волоконно-оптического преобразователя с интерферометром Фабри-Перо / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова. Per. № 50200000094 // Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2001. № 1.

37. Нелинейные эффекты в современных компонентах волоконно-оптических систем передач / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова // Распознавание-2001 : сб. док. 5-йМеждунар. науч.-техн. конф. Курск, 2001. С. 150-154.

38. Построение современных компонентов волоконно-оптических систем передач на основе деформированных стёкол / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова // Распознавание-2001 : сб. докл. 5-й Междунар. науч.-техн. конф. Курск, 2001, С. 148-153.

39. Многолучевая интерференция на сегменте волоконно-оптической системы связи / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова // Оптические технологии в телекоммуникациях : сб. SPIE. Самара. 2001. Т. 4589. С. 78-88. (На англ. яз.)

40. Программа расчёта влияния нелинейных искажений на параметры оптического сигнала / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова. Per. № 50200200116 // Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2002. № 2.

41. Программа расчёта вероятности битовой ошибки в сегменте синхронной сети, содержащем мультиплексор / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова. Per. № 50200200115 II Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2002. № 2.

42. Исследование многолучевой интерференции в волоконно-оптической линии связи / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова. УГАТУ. Уфа, 2002. 19 с.: ил. Библиогр.: 11 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ 29.04.02 № 778-В2002.

43. Влияние характеристик оптоволоконного разъёма на параметры синхронного сигнала / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова // Радиолокация, навигация, связь : сб. док. Междунар. науч.-техн. конф. RLNC2002. Воронеж, НПФ «Саквоее», 2002. С. 781-794.

44. Волоконный усилитель с ровным «плато» передаточной характеристики в диапазоне длин волн 1540... 1545 нм / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова И 57-я Научная сессия, посвященная дню радио : сб. док. Междунар. науч.-техн. конф. М.: Рос. НТОРЭС, 2002. С. 53-56.

45. Вопросы синхронизации сетей SDH / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова // Устройства синхронизации и формирования сигналов : сб. док. научн.-техн. сем. РНТОРЭС им. A.C. Попова. Н. Новгород : РНТОРЭС им. A.C. Попова, 2002. С. 4-6.

46. Организация сети синхрониизации для волоконно-оптических ведомственных систем телекоммуникаций республики «Башкортостан» / А.Х. Султанов; И.А. Шарифгалиев, С.Г. Запивалов, И.Л. Виноградова // Вестник корпоративных сетей связи. 2002. № 6. С. 69-75.

47. Реконструкция ведомственной сети ОАО «Башкирэнерго» / А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, Ю.П. Алькин, И.Л. Виноградова II Вестник корпоративных сетей связи. 2002. № 3. С. 60-63.

48. Программа расчёта вероятности битовой ошибки для сегмента сети SDH / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова. Per. № 50200300467. // Алгоритмы и программы: информ. бюлл. ВНТИЦ. 2003. № 1.

49. Программа расчёта показателей ресурса и срока службы аппаратуры сетевых элементов для синхронных систем телекоммуникаций / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова. Per. № 50200300466 // Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2003. № 1.

50. Считывание неточно синхронизированных импульсов в SDH-системах с редкими проскальзываниями / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова // 58-я Научная сессия, посвящённая Дню радио : сб. док. Междунар. науч.-техн. конф. М.: Рос. НТОРЭС. 2003. Т. 2. С. 125-128.

51. Методика экспериментального изучения возможности построения компонентов волоконно-оптических систем передач на основе деформированных стёкол / А.Х. Султанов, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова // Радиолокация, навигация, связь : сб. док. Междунар. науч.-техн. конф. RLNC'2003. Воронеж, НПФ «Саквоее», 2003. С. 1159-1167.

52. Вероятность ошибки в синхронных системах передачи для случая неточной синхронизации / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова // Радиолокация, навигация, связь : сб. док. Междунар. науч.-техн. конф. RLNC'2003. Воронеж, НПФ «Саквоее», 2003. С. 781-794.

53. Устройство фильтрации с памятью, корректирующее сигнал в цифровых сетях / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова // Синхронизация, формирование и обработка сигналов : сб. док. науч.-техн. сем. РНТОРЭС им. A.C. Попова. Ярославль : РНТОРЭС им. A.C. Попова, 2003. С. 14-16.

54. Новый способ подключения волоконно-оптического усилителя и опыт его реализации / С.Т. Кусимов, А.Х. Султанов, Р.Г. Усманов, И.Л. Виноградова // SCI-2003: Труды седьмой междунар. конф. по кибернетическим системам и информатике. Орландо, Флорида, 2003. С. 1311-1318 (На англ. яз.)

55. О результатах исследования спектра поглощения деформированных стёкол с целью использования их в перспективных информационных технологиях / А.Х. Султанов, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова // Вычислительная техника и новые информационные технологии: Межвузовск. научн. сб. - Уфа, Мин. общ. и ср. образ. РФ, УГАТУ, 2003. С. 35-42.

56. Матричный подход к математическому моделированию схемы синхронного группообразования / А.Х. Султанов, И.А. Шарифгалиев, И.Л. Виноградова // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвузовск. научн. сб. - Уфа, Мин.общ. и ср.образ. РФ, УГАТУ, 2003 С. 21-29.

57. Результаты экспериментального исследования деформированных прозрачных образцов / А.Х. Султанов, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова // Сборник SP1E. Самара. 2003. Т. 5485. С. 56-62. (На англ. яз.)

58. Опыт построения волоконно-оптических линий передач для систем телекоммуникаций предприятий топливно-энергетического комплекса / А.Х. Сул-

танов, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова II Вестник корпоративных сетей связи. 2003. №2. С. 44-50.

59. Лазер накачки для усилителя EDFA в сегменте оптической телекоммуникационной системы / И.Л. Виноградова, A.A. Лощенков // Оптические технологии в телекоммуникациях: сб. SPIE. Самара. 2004. Т. 5485. С. 35-46. (На англ. яз.)

60. Программа расчёта амплитуды выходного сигнала волоконно-оптического телекоммуникационного устройства / А.Х. Султанов, В.И. Канаков, И.Л. Виноградова. Per. № 50200400159 // Алгоритмы и программы : ин-форм. бюлл. ВНТИЦ. 2004. № 1.

61. Построение коммутаторов оптических сигналов, управляемых оптическим излучением / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Физика и технические приложения волновых процессов : сб. док. IV Междунар. научн,-техн. конф. Н. Новгород, НП ИПД «Авторское перо», 2005. С. 211-214.

62. Сетевые аспекты многоканальных телекоммуникационных систем: принцип построения и расчёт / А.Х. Султанов, В.Н. Акулыпин, A.A. Лощенков, P.M. Шарафутдинов, А.Д. Снегов, И.Л. Виноградова // Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2005.-200 с.

63. Программа расчёта статистических параметров цифрового сигнала синхронизации / А.Х. Султанов, В.Н. Акулышш, И.Л. Виноградова. Per. № 50200500850 // Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2006. № 1.

64. Метод повышения надёжности системы синхронизации эксплуатирующейся цифровой сети / А.Х. Султанов, В.Н. Акулыпин, И.Л. Виноградова^ Per. РИП № 73200500178 // Информ. бюлл. ВНТИЦ. 2006. № 1.

65. Метод контроля состояния «loop» для волоконно-оптической системы связи / А.Х. Султанов, P.P. Гайфуллин, И.Л. Виноградова // Радиолокация, навигация, связь : сб. док. XIII Междунар. науч.-техн. конф. RLNC2007. Воронеж, НПФ «Саквоее», 2007. С. 645-651.

66. Программа расчёта вероятности ошибочного приёма на основе фрактального метода оценки формы принятого сигнала / А.Х. Султанов, P.P. Гайфуллин, И.Л. Виноградова. Per. № 50200691342II Алгоритмы и программы : информ. бюлл. ВНТИЦ. 2007. № 5.

67. Проектирование компонентов для полностью оптических сетей / И.Л. Виноградова // Учебное пособие. - Уфа: УГАТУ, 2008. 139 с.

68. Построение и эксплуатация полностью оптических сетей / А.Х. Султанов, И.Д. Виноградова // Учебное пособие. - Уфа: УГАТУ, 2008.132 с.

Диссертант

И.Л. Виноградова

ВИНОГРАДОВА Ирина Леонидовна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В МНОГОКАНАЛЬНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

СЕТЯХ И ИХ КОМПОНЕНТАХ НА ОСНОВЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ МАТРИЧНОГО ТИПА

Специальность: 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 20.10.2009. Формат 60x84 1/16. Бумага офисная. Печать плоская. Гарнитура Тайме. Усл.печ.л. 2,0. Усл. кр.-отт. 2,0. Уч.-изд.л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 525 Уфимский государственный авиационный технический университет Редакционно-издательский комплекс УГАТУ 450000, Уфа-Центр, К.Маркса, 12

Таблица используемых сокращений Таблица терминов Введение

Глава 1. Анализ современного состояния в области построения и моделирования полностью оптических сетей связи

1.1. Принцип полностью оптической многоканальной передачи и существующая концепция моделирования многоканальных систем

1.2. Анализ моделей полностью оптических компонентов управления

1.3. Анализ методов моделирования электромагнитного поля оптического диапазона в направляющих структурах

1.4. Анализ современного состояния материалов, перспективных для формирования структур с заданными оптическими свойствами. Методы моделирования оптических свойств прозрачных материалов

1.5. Анализ методов моделирования показателей работоспособности сетей связи

1.6. Постановка задачи исследований

1.7. Выводы к главе I

Глава 2. Концепция моделирования параметров работоспособности многоканальных волоконно-оптических систем передач

2.1. Задача моделирования многоканальных волоконно-оптических систем передач

2.2. Математическая модель многоканальной системы передачи, основанной на синхронном методе уплотнения каналов

2.3. Математические операции, дополнительно введённые для формализации процесса многоканальной передачи

2.4. Исследование замкнутости введённых алгебраических операций

2.5. Задача нахождения показателей работоспособности сети для рассинхронизированных и зашумлённых сигналов

2.6. Статистический подход к математическому моделированию процесса приёма цифрового сигнала

2.7. Концепция прогнозирования вероятности безотказной работы в системе передачи с рассогласованным приёмом ^

2.8. Подход к повышению надёжности системы передачи с применением маршрутизации сигналов служебных подсистем

2.9. Задача о динамической маршрутизации сигналов служебных подсистем в сетях, находящихся в эксплуатации

2.10. Выводы к главе II

Глава 3. Моделирование параметров оптических чирпированных импульсов в волоконно-оптической линии передачи

3.1. Метод моделирования параметров чирпир о ванного импульса в линии передачи, обладающей интерференционными, дисперсионными и нелинейными свойствами

3.2. Задача определения комплекснозначной амплитуды сигнала для двухрезонаторного интерферометра Фабри-Перо

3.3. Лучевая модель выходного сигнала двухрезонаторного интерферометра Фабри-Перо

3.4. Задача адаптации параметров чирпированного импульса под линию передачи с заданными свойствами

3.5. Анализ устойчивости формы чирпированного импульса действием возмущающих факторов

3.6. Методика численной оптимизации формы чирпированного импульса для линии передачи с заданными параметрами

3.7. Выводы к главе III

Глава 4. Моделирование конструктивных параметров полностью оптических устройств, используемых на сегменте волоконно-оптической линии передачи

4.1. Модель интерференционного коммутатора, управляемого оптическим сигналом. Задача оптимизации параметров объёмной интерференционной структуры

4.2. Концепция моделирования пространственной интерференционной картины в профильном резонаторе типа Фабри-Перо

4.3. Метод получения пространственной интерференционной картины в профильном интерферометре для длинных резонаторов

4.4. Задача моделирования параметров системы: резонатора типа Фабри-Перо в составе линии

4.5. Способ управления удалённым полностью оптическим устройством, использующим нелинейный режим преломления

4.6. Моделирование параметров многослойной направляющей структуры для совместного подведения используемых видов излучения

4.7. Метод дистанционного подключения волоконно-оптического устройства (на примере модернизации сегмента сети ОАО «Башкир-энерго»)

4.8. Подход к уменьшению размеров переключателя с профильным резонатором, основанный на применении специализированных фо-конов

4.9. Моделирование влияния конструктивных погрешностей на передаточную функцию интерференционного переключателя

4.10. Разработка волоконно-оптических устройств с профильным резонатором для традиционно эксплуатируемых сетей

4.11. Выводы к главе IV

Глава 5. Моделирование оптических свойств прозрачного нанокристаллического материала

5.1. Методика получения прозрачных нанокристаллических образцов на основе хрупкого диэлектрического материала. Обоснование применения стекла литиевой группы

5.2. Экспериментальный анализ поглощения оптического излучения объёмных нанокристаллических стёкол литиевой группы в линейной области мощностей

5.3. Экспериментальный анализ нелинейного изменения показателя преломления объёмных нанокристаллических стёкол литиевой группы

5.4. Аналитическая модель оптических свойств прозрачного нанокри-сталлического материала

5.5. Подход к определению модовых и дисперсионных свойств нанок-ристаллической направляющей структуры

5.6. Выводы к главе IV

Глава 6. Разработка виртуального полигона, м о д ел ирую щ его процессы приёма-передачи в многоканальных сетях

6.1. Задачи, решаемые в рамках виртуального полигона, моделирующего процессы приёма-передачи сигналов в многоканальной сети

6.2. Метод статистического моделирования цифровых сигналов

6.3. Статистическая модель показателей работоспособности сетевых аппаратных устройств

6.4. Статистическая методика оценки работоспособности систем передач

6.5. Методика реализации и взаимодействия программ, обеспечивающих виртуальное моделирование сетевых процессов

6.6. Результаты моделирования параметров сети типа SDH. Разработка подхода к низкозатратной модернизации на примере сети ОАО «Башинформсвязь»

6.7. Метод повышения информаёмкости сети типа Ethernet с применением сложного оптического сигнала (на примере сети кабельного телевидения ООО «Телекоммуникационные системы»)

6.8. Выводы к главе VI

Наметившаяся в последние 20 лет тенденция развития современных телекоммуникационных систем связана с масштабным внедрением оптических технологий. Это с одной стороны является следствием стремительного развития волоконной и интегрально-оптической техники, с другой стороны - продиктовано требованиями информационных технологий, машиностроения и всеми областями, где используются телекоммуникации и выставляются требования как по увеличению информационной ёмкости канала, скорости обработки сообщений, так и по надёжности системы связи. Решение задач телекоммуникаций на базе электронных компонентов не только ограничивает быстродействие и функциональные возможности системы в целом, но в ряде случаев требует дополнительной инженерной проработки для обеспечения надёжности и отказоустойчивости элементов системы. Перспективным является направление на создание полностью оптических транспортных сетей (All Optical Networks или AON [1]), в функционировании которых главную роль при коммутации, мультиплексировании, фильтрации, перегруппировании, ретрансляции играют не электронные (оптоэлектронные), а полностью оптические технологии и компоненты.

Новые технические задачи, поставленные промышленностью перед системами телекоммуникаций по расширению сферы предоставляемых услуг и областей технических приложений приводят к необходимости пересмотра фундаментальных принципов не только проектирования (включая физические принципы построения AON-компонентов на базе новых материалов), но и управления и контроля объектов систем связи, а следовательно - и подходов к моделированию процесса их взаимодействия. Следует особо подчеркнуть, что процесс функционирования AON, особенностью которых является возможность реконфигурирования начиная с физического уровня [1] с применением полностью оптических технологий, существенно неидентичен процессу работы (с учётом действия служебных подсистем) традиционных волоконно-оптических систем передач (ВОСП)1. Кроме этого оптический сигнал по срав

1 Принципиальным различием ВОСП и AON с точки зрения построения системы связи является использование лишь оптической несущей для транспортного сигнала в первом случае и использование физических свойств оптического излучения, обеспечивающих замкнутый телекоммуникационный цикл с учётом взаимодействия служебных подсистем и мониторинга во втором. нению с электрическим является принципиально многомерным, что обусловлено отсутствием2 взаимодействия между видами излучения, передаваемыми на различных длинах волн. Это приводит к необходимости разработки новой концепции моделирования, устанавливающей взаимосвязь между конструктивными параметрами сети и её показателями работоспособности [2].

В настоящее время отсутствует математическая модель многоканальных систем связи, позволяющая отслеживать изменение критериев качества передачи в условиях воздействия помех на аппаратуру, выполняющую обработку сигналов в сети. Известные математические модели критериев качества передачи [3 - 5], используемые при выборе сетевых решений, оптимизации архитектуры сетей, построены без учёта неидеальности сигналов и устройств управления. Руководящие документы, в частности [6, 7], в большинстве случаев составлены безотносительно к условиям эксплуатации, способам управления, архитектуре сети. Существующие научные, учебно-методические и инженерно-технические литературные источники [1, 3 - 10 и др.], не отражают как характеристик реальных компонентных сигналов с возможными искажениями и уровнем шума, так и параметров работоспособности аппаратуры.

Это не позволяет производить анализ реальной работоспособности сетей связи, так и создавать адекватные компьютерные имитаторы и виртуальные средства для их мониторинга. Существующие программные средства моделирования процессов взаимодействия компонентов сетей, среди которых можно выделить наиболее функциональные: Веетргор и ЫпкБеет, являющиеся разработками западных университетов, не позволяют использовать оригинальные авторские разработки, например, по моделированию многоканальных систем, либо устройств с выраженным интерференционным эффектом, и наряду с этим обладают ограниченным набором библиотечных функций. Отсюда можно сделать вывод, что не решена задача разработки виртуально-приборного полигона, моделирующего процесс работы сети с учётом параметров входящих элементов и искажающих факторов. Поэтому задача обеспечения качества передачи на требуемом уровне, как правило, решается путём неоправданного завышения системного запаса ВОСП, а задача выбора оптимального пути модернизации в большинстве случаев - интуитивно [11 - 14].

Следует подчеркнуть, что востребуемые математические модели про

2 В случае линейного режима передачи. цессов, свойственных многоканальным телекоммуникационным системам должны быть построены с учётом специфики AON-компонентов, в частности - полностью оптических переключателей, без которых AON реализуются в усечённом варианте. В последнем случае говорят о пассивных оптических сетях (Passive Optical Networks - PON).

В настоящее время на пути к масштабному переходу от PON к AON имеет место ряд проблем как фундаментального, так и прикладного технического характера. Одна из них - это создание оптических материалов с такими свойствами, которые бы обеспечивали эффективность оптико-оптических взаимодействий, а следовательно - и построение эффективных полностью оптических переключателей. К другой проблеме можно отнести разработку эффективных схем таких устройств с учётом свойств сетевых сегментов и сигналов, включая операции многоканального уплотнения.

Следовательно, известные математические модели ВОСП, с одной стороны, сложны и трудноприменимы, так как далеко не всегда выходят на требуемые характеристики и параметры, кроме того, вектор исходных данных зачастую не позволяет их применить непосредственно в эксплуатации. С другой стороны, они обладают ограниченным рассмотрением факторов влияния, тем самым неадекватно описывают физические процессы, происходящие в ВОСП. Так новые технические задачи, поставленные промышленностью перед системами телекоммуникаций по увеличению скорости, объемов передаваемой информации, расширению областей технических приложении, приводят к необходимости разработки концепции моделирования многоканальных систем с учётом становления последних на новый уровень с последующей разработкой виртуального полигона, имитирующего сетевые процессы и обеспечивающего тем самым возможность прогнозирования состояния сети. В этой связи задачи построения новых инженерных методик расчёта сегментов AON с применением методов математического, физического и компьютерного моделирования являются актуальными. Диссертация посвящена разработке концепции моделирования многоканальных телекоммуникационных систем с учётом реальной работоспособности устройств, схемотехники AON-коммутаторов и свойств сигналов AON.

Основные результаты диссертационной работы получены с использованием положений теории матричного исчисления, дифференциальных и интегральных методов моделирования и случайных процессов. Применён метод конечных разностей для решения дифференциальных уравнений совместно с компьютерными методами моделирования. Проведён экспериментальный анализ параметров физической системы, а также натурный эксперимент на созданном научно-исследовательском стенде с привлечением оборудования эксплуатирующихся телекоммуникационных систем.

Научная новизна работы заключается в следующем: Предложена математическая модель процесса взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, разработанная с применением введённых алгебраических объектов матричного типа и операций с ними. Создана алгебра преобразования многомерных оптических сигналов. Исследована замкнутость введённых операций. Разработана методика моделирования процесса распространения оптического импульса в линии передачи, совместно учитывающая действие дисперсионных, нелинейных и интерференционных эффектов со стороны многих неидентичных по параметрам элементов интерференции. Решена задача синтеза параметров минимально искажаемого оптического импульса для заданной линии передачи с учётом интерференционных свойств последней. Полученная методика позволяет находить конструктивные параметры интерференционных устройств, перенаправляющих сигналы типа «меандр», либо параметры сигналов, обеспечивающих минимальные искажения последних, перенаправляемых интерференционными устройствами с подобранным профилем. Разработана математическая модель структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, обеспечивающая расчёт пространственной интерференционной картины для резонаторов длиной до 200 мкм, обладающих неплоским выходным зеркалом, с точностью до 10%. Предложен подход к управлению рабочей точкой резонатора посредством оптического излучения, что обеспечивает реализацию динамической маршрутизации в полностью оптических интеллектуальных сетях. в Разработана математическая модель процесса взаимодействия на-нокристаллического прозрачного материала с внешней световой волной, обеспечивающая анализ макроскопических оптических свойств материала. В результате моделирования получена взаимосвязь между материальными параметрами наноструктуры и её макроскопическими оптическими свойствами. Предложен подход к эффективному формированию оптических свойств рабочей области многолучевого интерферометра, заключающийся в применении в качестве оптического смесительного элемента направляющей структуры, выполненной из прозрачного объёмного нанокристаллического материала. в Разработан метод определения значений показателей работоспособности сети, разработанный на основе совместного учёта тактового рассогласования и амплитудного искажения с произвольным характером распределения, учитывающий вариативность структурных свойств системы передачи и результаты предшествующей эксплуатации.

Практическая ценность. Разработан виртуальный полигон, имитирующий процессы приёма-передачи сигналов в многоканальных сетях с учётом свойств как полностью оптического компонентов, так и традиционно используемых устройств. Виртуальный полигон адаптирован для хмоделирования синхронных многоканальных сетей и применён для разработки плана низкозатратной модернизации городской телефонной сети общего пользования.

Предложена схемотехническая модель полностью оптического коммутатора, построенного на основе нанокристалличесокго ситалла. Разработана методика управления полностью оптическим устройством на сегменте сети, что обеспечило полностью оптический вариант исполнения протяжённого сетевого сегмента, а с этим - возможность неразборки уплотнённого по длине волны сигнала и упрощение состава оборудования. Предложена методика использования чирпированных символьно-модулированных сигналов для диагностики линий передачи сетей типа Ethernet, что обеспечило возможность коррекции взаимодействия сетевых устройств и исключения ложных остановов при передаче.

Полученные результаты могут служить физической основой построения сегментов полностью оптических сетей, использующих чирпированные символьно-модулированные сигналы, и представляют интерес при создании технологий, относящихся к хрупким нанокристаллическим материалам. Новые научные результаты, выносимые на защиту: 1. Концепция моделирования процессов взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, разработанная с применением введённых алгебраических объектов матричного типа, обладающих позиционной неинвариантностью строк и столбцов, введённых действий с указанными объектами, а также с применением иерархического моделирования, что позволяет формализовать многоканальные сетевые алгоритмы преобразования сигналов, учитывая реальную работоспособность аппаратных средств и свойства входных сигналов, и тем самым анализировать и прогнозировать показатели помехоустойчивости и надёжности сетей.

2. Методика моделирования процесса распространения оптического чирпированного импульсного сигнала, разработанная с применением метода встречных волн для многих взаимодействующих элементов многолучевой интерференции, учитывающая линейные и нелинейные искажающие факторы в линии, позволяющая адаптировать импульс под линию передачи с заданными свойствами по минимуму среднеквадратического отклонения его формы посредством итерационного пересчёта параметров последней относительно изначальной, полученной аналитически.

3. Математическая модель структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, полученная на основе методов конических волн и когерентного неравно-фазного отражения, обеспечивающая расчёт пространственной интерференционной картины для резонаторов длиной до 200 мкм, обладающих неплоским выходным зеркалом, с точностью до 10%.

4. Математическая модель процесса взаимодействия нанокристалли-ческого прозрачного материала с внешней световой волной, основанная на решении уравнения напряжённого нелинейного осциллятора, обеспечивающая расчёт коэффициентов, характеризующих макроскопические оптические свойства нанокристаллических материалов в линейном и нелинейном режимах мощностей с точностью до 10%.

5. Методика моделирования параметров профильного резонатора типа Фабри-Перо в составе оптической линии, на который совместно подаётся два вида оптических сигналов, разработанная с применением итерационного пересчёта параметров относительно первоначальных на основе методов конических волн и когерентного неравнофазного отражения, позволяющая оптимизировать параметры резонатора по минимуму искажений типовых сигналов, либо адаптировать параметры произвольного сигнала для резонатора с неизменно распределёнными параметрами.

6. Метод определения значений показателей работоспособности сети, разработанный на основе совместного учёта тактового рассогласования и амплитудного искажения с произвольным характером распределения принимаемых сигналов в синхронной сети, учитывающий вариативность структурных свойств системы передачи и результаты предшествующей эксплуатации, позволяющий рассчитывать её показатели работоспособности.

7. Методика построения виртуального полигона, имитирующего многоканальные сетевые процессы, разработанная на основе матричной математической модели многоканальной сети, учитывающая технические свойства полностью оптических и традиционно используемых сегментов сетей, что позволяет анализировать показатели работоспособности сети или адаптировать её технические параметры к заданным условиям эксплуатации исходя из задаваемых показателей качества выходных сигналов.

Основные результаты диссертационной работы были доложены на:

Третьем всероссийском семинаре, посвященном волоконным лазерам, г.Уфа, 2009; Международных научно-технических конференциях «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», Уфа, Самара, 2001-2008; Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь-ЕШМС» Воронеж, 2001-2007; Всероссийских научных сессиях, посвященных дню радио, Москва, 2004-2006; а также на семинарах кафедры «Телекоммуникационные системы» УГАТУ. По материалам диссертации опубликовано три монографии, согласованные с Учебно-методическим объединением учебные пособия, 23 печатные работы, 34 доклада в сборниках трудов конференций, получено 8 свидетельств об официальной регистрации программного продукта и два свидетельства об официальной регистрации интеллектуального продукта, список которых приведен в конце автореферата.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографии и приложений.

Основные результаты работы заключаются в следующем: 1. Разработана математическая матричная модель процесса взаимодействия элементов многоканальной телекоммуникационной системы, основанная на применении алгебраических объектов матричного типа, обладающих позиционной неинвариантностью строк и столбцов, введённых действий с указанными матрицами, и иерархического моделирования, позволяющая формализовать многоканальные алгоритмы, учитывая реальную работоспособность аппаратных средств и свойства входных сигналов, и тем самым анализировать и прогнозировать показатели надёжности и помехоустойчивости сетей.

2. Разработана методика моделирования амплитуды оптического импульса в линии передачи, обладающей интерференционными, дисперсионными и нелинейными свойствами, который в отличие от традиционных основан на интегральном учёте совместного влияния искажающих факторов. Моделирование проведено на основе представления электромагнитного поля в линии передачи в виде сумм встречных волн, связанных с системой взаимодействующих интерферометров. Методика позволяет рассчитывать комплекснозначную амплитуду импульса на произвольном участке линии, а также обеспечивает адаптацию параметров импульса относительно первоначальной формы, полученной аналитически, под линию передачи с заданными свойствами.

3. Разработана математическая модель структуры электромагнитного поля в профильном резонаторе типа Фабри-Перо с произвольными параметрами профиля, основанная на представлении электромагнитного поля в виде встречных конических волн при выполнении условия когерентного неравно-фазного отражения, обеспечивающая расчёт пространственной интерференционной картины для резонаторов длиной до 200 мкм, обладающих неплоским выходным зеркалом, с точностью до 10%.

4. Разработана математическая модель процесса взаимодействия на-нокристаллического прозрачного материала с внешней световой волной, основанная на решении уравнения напряжённого нелинейного осциллятора, обеспечивающая расчёт коэффициентов, характеризующих макроскопические оптические свойства нанокристаллических материалов в линейном и нелинейном режимах мощностей с точностью до 10%.

5. Разработана методика моделирования параметров профильного резонатора типа Фабри-Перо в составе оптической линии, на который совместно подаётся два вида оптических сигналов, основанная на итерационном пересчёте параметров относительно первоначальных, полученных аналитически, на основе методов конических волн и когерентного неравнофазного отражения, позволяющая оптимизировать параметры резонатора по минимуму искажений типовых сигналов, либо оптимизировать параметры произвольного сигнала для резонатора с неизменно распределёнными параметрами.

6. Разработан метод определения значений ОоЭ-показателей сети, в отличие от традиционных основанный на интегральном учёте тактового рассогласования и амплитудного искажения с произвольным характером распределения принимаемых сигналов, позволяющий адаптировать структуру телекоммуникационной системы к заданным условиям эксплуатации.

7. Разработан виртуальный полигон, имитирующий многоканальные сетевые процессы, основанный на матричной математической модели многоканальной сети, построенный с учётом технических свойств полностью оптических и традиционно используемых сегментов сетей, что позволяет анализировать показатели работоспособности сети или адаптировать её технические параметры к заданным условиям эксплуатации исходя из задаваемых показателей качества выходных сигналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного исследования разработана концепция построения полностью оптического интерференционного коммутатора. Показана возможность применения последнего на сегменте полностью оптической сети — совместно с чирпированным сигналом сложной формы, и на сегменте традиционной сети электросвязи — для реализации быстродействующего переключения. Последнее имеет технический смысл для реконфигурации сети, особенно применительно к сигналам служебных подсистем.

По результатам исследований в качестве краткого резюме следует сказать, что создание ИФП-коммутатора позволит реализовать виды полностью оптических логических устройств, включая вычислительные средства. Использование сложных чирпированных сигналов упростит не только схему приёма ввиду их малоискажаемости при передаче по сети, но и позволит увеличить информаёмкость сетей. Разработка комплексных математических моделей для процессов, происходящих в сетях, обеспечит возможность оптимизации последних до стадии развёртывания и эксплуатации - на стадии проектирования при помощи виртуального полигона. Всё это вместе можно отнести к комплексному подходу к модернизации телекоммуникационных систем, что позволит расширять сферу услуг и снижать стоимость передаваемого бита.

По завершению работы над диссертацией предполагается продолжить научно-исследовательскую деятельность в области моделирования и разработки конструкций полностью оптических логических устройств. Предполагается также продолжить исследования фундаментального характера в области изучения оптических линейных и нелинейных свойств перспективных материалов, в частности, наноструктурных стёкол. Представляется весьма интересным проведение аналитического моделирования свойств вынужденного рассеяния в нанокристаллическом ситалле. Положительный результат в данной области позволит повысить функциональность и компактность полностью оптических устройств.

1. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с.

2. Волоконно-оптические системы передачи: вопросы оценки работоспособности / Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Шарифгалиев И.А., Виноградова И.Л. М.: Радио и связь, 2005. - 372 с.

3. Гордиенко В. Н., Тверецкий М. С. Многоканальные телекоммуникационные системы, учебник для вузов. М.: Горячая линия-Телеком, 2005. - 416 с.

4. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989.-504 с.

5. Гальярди Р. М., Карп Ш. Оптическая связь: Пер. с англ. /Под ред. А. Г. Шереметьева. М.: Связь, 1978. - 424 с.

6. Руководящий технический материал по построению тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети связи РФ. Принят Решением ГКЭС России от 1.11.1995 г. № 133, М.: ЦНИИС. — 1995. 43 с.

7. Правила технической эксплуатации первичной сети взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. Руководящий документ. Кн. 1, 2 М.: ЦНИИС, 1998 г.- 138 с.

8. Матвеев А.Н. Оптика: Учеб.пособие для физ.спец. вузов. М.: Высшая школа, 1985.- 351 с.

9. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Издательство Техносфера, 2003. - 512 с.

10. Алексеев Е.Б. Основы технической эксплуатации современных волоконно-оптических систем передачи. Учебное пособие. М.: ИПК при МТУ СИ, 1998 г.-224 с.

11. И. Ершов В. А., Кузнецов Н. А. Мультисервисные телекоммуникационные сети. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 432 с.

12. Султанов А.Х., Шарифгалиев И.А., Виноградова И.Л., Запивалов С.Г. Организация сети синхронизации для волоконно-оптических ведомственных систем телекоммуникаций Республики Башкортостан // ВКСС, № 6, 2002. - С. 69 - 75.

13. Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Виноградова И.Л., Алькин Ю.П. Реконструкция ведомственной сети ОАО «Башкирэнерго». // ВКСС, 2002, № 2.1. С. 60-65.

14. Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Виноградова И.Л. Вопросы синхронизации сетей SDH // Устройства синхронизации и формирования сигналов: Сб. докладов научно-технического семинара РНТОРЭС им. A.C. Попова. -Н.Новгород, РНТОРЭС им. A.C. Попова, 2002. С. 4 - 6.

15. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы / Сборник статей под ред. Дмитриева С. А., Слепова Н. Н. М.: Издательство «Connect», 2000. - 376 с.

16. Донн Аннабел 3. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и отрасли / Пер. с англ. -М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2002. 400 с.

17. Султанов А.Х., Акулынин В.Н., Виноградова И.Л. Методы повышения работоспособности сетей связи с системой сигнализации ОКС № 7 в процессе эксплуатации. М.: Радио и связь, 2006. - 278 с.

18. Теория электрической связи / А. Г. Зюко, Д. Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь,1998. - 432 с.

19. Mukheijee В. Optical CommunicationNetworks. Mc.Graw-Hill, 2005. - 576 p.

20. Kaminov I.P. Optical Piber Telecommunications: Components of Systems. -Boston: Academic Press, 2006. 876 p.

21. Построение и эксплуатация полностью оптических сетей. / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова. Уфа: УГАТУ, 2008. - 136 с.

22. Проектирование компонентов для полностью оптических сетей. / И.Л. Виноградова. Уфа: УГАТУ, 2008. - 138 с.

23. Гиббс X. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 520 с.

24. Парамонов В.В. Фотонный нанопереюпочатель для нового поколения чипов: http://www.сompulenta.ru/news/351487/, опубл. 18.03.2008.

25. Agrawal G.P. Nonlinear fiber optics. Boston: Academic Press, 2001. - p. 466.

26. Кившарь Ю. С., Агравал Г. П. Оптические солитоны. От волоконных световодов до фотонных кристаллов / Пер. с англ. под ред. Н. Н. Розанова. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 648 с.

27. Broeng J.A., Bjarklev A.S. Photonic crystal fibers. Kluwer: Academic Publishers, 2003.-p. 266.

28. Шуюпова Я.О. Методы расчёта мод лазерного излучения в фотонно-кристаллических световодах: Дис. канд. техн. наук: 01.04.05. Защищена 29.04.2008; Утв. 11.07.2008. - Самара, 2008. - 149 с.

29. МСЭ-Т G.703 Физические/электрические характеристики интерфейсов.

30. МСЭ-Т М.550/М.2100 Сервисные нормы на международные каналы связи.

31. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987. - 656 с.

32. Дмитриев В.Г., Тарасов JI.B. Прикладная нелинейная оптика. 2-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 512 с.

33. Виноградова И.Л. Моделирование волоконно-оптических линий связи и преобразователей с интерферометром Фабри-Перо: Дис. канд. техн. наук: 05.13.16. Защищена 14.06.2000; Утв. 11.11.2000. -Уфа, 2000. - 205 с.

34. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. Отв. Ред. M. Е. Жабо-тинский. М.: Сов. Энциклопедия, 1969. - 432 с.

35. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. -М.: Компания Сайрус-Системс, 1999. 670 с.

36. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Издательство «Логос», 2000.-346с.

37. Siegel R.W., Fougere G.E. Mechanical properties of nanophase metals. Nanos-tructured materials, 1995, v.6, N 1-4, p.205-216.

38. R.S. Averback, H.J. Hofler, H. Hahn and J.C.Logas. Sintering and grain grows in nanocrystalline ceramics. Nanostructured Materials, 1992, v.l, p. 173 -178.

39. Hayashi K., Eto H. Pressure sintering of iron, cobalt, nickel and copper ultrafine powders and the crystal grain size and hardness of the compacts. Materials Transactions, 1989, v. 30, №11, p. 925-931.

40. Klabunde K.J., Stark J.V., ICoper O, Mohs C., Khaleel A., Glavee G., Zhang D., Sorensen C.M., Hadjipanayis G.C. Chemical synthesis of nanophase materials, -Nanophase materials. Ed. by Hadjipanayis G.C. and Siegel R.W., 1994, p.1-19.

41. Валиев P.3., Корзников A.B., Мулюков P.P. Структура и свойства металлических материалов с субмикрокристаллической структурой, ФММ, 1992, №4, с.70-81.

42. Ultrafine grained materials produced by severe plastic deformation. Spesial issue. Ed. by R.Z. Valiev. Annales de Chimie Science des Materiaux, 1996, V.21, p.369-520.

43. Alexandrov I.V., Zhang K., Kilmametov A.R., Lu K., Valiev R.Z. The X-ray characterization of the ultrafine-grained Cu processed by defferent methods of severe plastic deformation, Mater.Sci.Eng., 1997, V.A 234-236, p.331-334.

44. Eastman J. A. and Fitzsimmons M. R., On the two-state microstructure of nanocrystalline chromium, J. Appl. Phys., 1995, 77, p.522-527.

45. Епифанов Г.И. Физика твёрдого тела. М.: Высшая школа, 1965. - 274 с.

46. Ачеркан Н.С. Справочник металлиста. — М.: Машиностроение, 1965. -1008 с.

47. Eastman J. A. and Fitzsimmons М. R., On the two-state microstructure of nanocrystalline chromium, J. Appl. Phys., 1995, 77, p.522-527.

48. Lian J., Valiev R. Z. and Baudelet В., On the enhanced grain growth in ultrafine grained metals. ActaMetall. Mater., 1995, 43, 11, p.4165-4170.

49. R.K. Islamgaliev, F. Chmelik, R. Kuzel. Thermal structure changes of ultrafine grained copper and nickel Mat.S'ci.Eng., 1997, A234-236, p.335-338.

50. A. Tschope, R. Birringer, H. Gleiter. Calorimetric measurements of the thermal relaxation in nanocrystalline platinum. J. Appl. Phys., 1992, 71, N 11, p.5391-5394.

51. R.Birringer, H.Gleiter. Nanocrystalline Materials, in Encyclopedia of Mater. Sci. and Eng. Oxford, Pergamon Press, 1988, 1, p.339.

52. Ultrafine grained materials produced by severe plastic deformation. Spesial issue. Ed. by R.Z.Valiev. Annales de Chimie Science des Materiaux, 1996, 21, p.369-520.

53. Gabay A.M., Popov A.G., Gaviko V.S., Belozerov Ye.V., Yermolenko A.S., Shchegoleva N.N. Investigation of phase composition and remanence enhancement in rapidly quenched Nd9(Fe,Co)85B6 alloys. -JALCOM. 1996,237, p. 101107.

54. M.Furukawa, Z.Horita, M Nemoto, R.Z.Valiev, T.G.Langdon. Microhardness measurements and the Hall-Petch relationship in Al-Mg alloy with submicrme-ter grain size. Acta mater., 1996, 11, 4619-4629.

55. C.C. Koch, Y.S. Cho. Nanocrystals by high energy ball milling. Nanostr. Mater., 1992, l,p. 207-212.

56. Дж.Хирт, И.Лоте. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. 600с.

57. Yu.Milman, B.A.Galanov, S.I.Chugunova. Plasticity characteristic obtained through hardness measuremants. Acta metal.mater. 1993, 41, p.2523-2532.

58. O.V. Mishin, V.Yu. Gertsman, R.Z. Valiev, G.Gottstein. Grain boundary distribution and texture in ultraflne-grained copper produced by severe plastic deformation. Scripta Mater. 1996, 35, p.873-878.

59. Цым А.Ю. Надёжность волоконно-оптических линий связи. // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: Сб. докладов Четвёртой международной научн.-техн. конф. Уфа, УГАТУ, 2003, - с. 166 - 169.

60. Колтунов М.Н., Рыжков A.B. Организация системы тактовой сетевой синхронизации на ведомственных и корпоративных цифровых сетях связи. // Электросвязь, № 7, 2001. с. 21 - 25.

61. Рекомендация МСЭ-Т G.811. Требования к хронированию на выходах первичных эталонных задающих генераторов, пригодных для обеспечения плезиохронной работы международных цифровых трактов. М.: ЦНТИ "Информсвязь". 1993. - 55 с.

62. Рекомендация МСЭ-Т G.822. Нормы на частость управляемых проскальзываний на международном цифровом соединении. М.: ЦНТИ "Информсвязь". 1996. - 32 с.

63. Осовский С. С. Нейронные сети для обработки информации. -М.: Финансы и статистика, 2004. 344 с.

64. Султанов А.Х., Виноградова И.Л. Матричный подход к математическому моделированию многоканальных систем связи // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, № 4, 2009. - С. 155-164.

65. Курош А.Г. Лекции по общей алгебре. М.: Наука. - 1973. - 400 с.

66. Мальцев А.И. Алгебраические системы. -М.: Наука. 1970. - 392 с.

67. Султанов А.Х., Канаков В.И., Виноградова И.Л. Опыт построения волоконно-оптических линий передач для систем телекоммуникаций предприятий топливно-энергетического комплекса // ВКСС, № 2, 2003. - с. 74 - 83.

68. Султанов А.Х., Шарифгалиев И.А., Виноградова И.Л. Статистический подход к математическому моделированию погрешностей сигнала синхронизации в синхронных системах телекоммуникаций. // Телекоммуникации, -№ 7, 2003.-с. 20-28.

69. Боровков С.И. Теория вероятностей. М.: Финансы и статистика, 2004. -348с.

70. Ширяев М.А. Теория вероятностей для математических специальностей. — М.: Наука, 2001.-350 с.

71. Султанов А.Х., Акулыпин В.Н., Виноградова И.Л. Подход к повышению надёжности и быстродействия волоконно-оптических систем передач. // Электросвязь, 2005. № 12, - С. 46 - 50.

72. Agrawal, G.P., Boyd, R.W. Contemporary nonlinear optics. Boston: Academic Press, 2006. - 478 p.

73. Ахмедиев, H.H., Анкевич, А. Солитоны. -M.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 304 с.

74. Султанов А.Х., Виноградова И.Л. Моделирование сегмента волоконно-оптической линии связи на основе интерферометров Фабри-Перо. // Телекоммуникации, № 1, 2001. - с. 31-36.

75. Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Виноградова И.Л. Спектральные характеристики помех многолучевой интерференции в волоконно-оптической линии связи для нестационарного случая. // Телекоммуникации, № 6, 2002. - с. 27 - 32.

76. Виноградова И.Л., Султанов А.Х. Статистический подход к описанию интерферометров Фабри-Перо как элементов многолучевой интерференции в линиях связи. // Радиотехника, № 1, 2000. - с. 45 - 49.

77. Ржевский С.П. Интерференционные волоконно-оптические устройства вычислительной техники и систем управления : Дис. канд. техн. наук: 05.13.05.-Защищена 09.11.91; Утв. 11.05.92. Уфа, 1989.- 197 с.

78. Виноградова И.Л. Математическое моделирование процесса распространения оптического импульса для линии с интерференционными свойствами. // Вестник УГАТУ, 2009. - Т. 30, № 1, - С. 190 - 196.

79. Виноградова И.Л. Характеристики двухрезонатороного интерферометра Фабри-Перо. // Радиотехника, № 6, 2002. - с. 33 - 37.

80. Султанов А.Х., Виноградова И.Л. Расчёт передаточной характеристики двухрезонаторного интерферометра Фабри-Перо. Программа, per. № 50200000093. Информ.бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, 2001, № 1.

81. Agrawal G.P. Applications of Nonlinear fiber optics. Boston: Academic Press, 2001.-458 p.

82. Фотиади, A.A., Киян, Р.В., Шакин, О.В. Наблюдение пассивной модуляции добротности в эрбиевом волоконном лазере при малых мощностях накачки // Письма в ЖТФ. 2001. - т. 27, № Ю. - С. 79 - 85.

83. Зюзин, Ю.Б. Способ формирования импульсов лазерного излучения // SciTecLibrary.ru. 2002. - № 9. - С. 180 - 181.

84. Виноградова И.Л. Задача определения параметров оптимального оптиче-> ского импульса для линии передачи с интерференционными свойствами. //

85. Компьютерная оптика, Т. 33, № 2, 2009. - С. 147 - 155.87. de Sterke С.М., Eggleton В J. Progress in Optics // Optical Communication, -V. 59, 1999.-P. 1267- 1275.

86. Бурдин B.A. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи сетей связи. М.: Радио и связь, 2002. - 310 с.

87. Султанов А.Х., Гайфуллин P.P., Виноградова И.Л. Метод коррекции работоспособности сетей связи типа Ethernet и PON на основе применения сложного оптического сигнала. Уфа.: Гилем, 2007. - 150 с.

88. Султанов А.Х., Виноградова И.Л. Подход к построению коммутаторов оптических сигналов, управляемых оптическим излучением. // Компьютерная оптика, № 26, 2005. - С. 56 - 64.

89. Патент 2203502 РФ, МКИ6 G 01 В 6/28. Волоконно-оптический усилитель/ А.Х. Султанов, Т.Я. Якубов, И.Л. Виноградова -от 25 апреля 2001г., зарегистрирован в Гос. реестре изобретений 27.04.2003 г., Бюлл. № 11.

90. A.c. 1697035 СССР, МКИ5 G 02 В 6 / 28. Волоконно-оптический разветви-тель / P.A. Тухватуллин, Л.Е. Виноградова, И.Л. Виноградова, С.П. Ржевский. Заявлено 05.07.1989; Опубл. 04.12.1991, Бюл. № 45.

91. A.c. 1760494 СССР, МКИ5 G 02 В 6 / 28. Волоконно-оптический разветви-тель / P.A. Тухватуллин, И.Л. Виноградова, Л.Е. Виноградова. Заявлено 04.01.1990; Опубл. 07.09.1992, Бюл. № 33.

92. Карпеев С.В. Анализ и формирование многомодовых лазерных пучков методами дифракционной оптики. М.: Радио и связь, 2005. - 120 с.

93. Султанов А.Х., Салихов А.И., Виноградова И.Л. Подход к комплексному моделированию профилированного интерферометра типа Фабри-Перо, обеспечивающего переключение оптических сигналов. // Вестник УГАТУ, -2009. Т. 30, № 1, - С. 172 - 179.

94. Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Виноградова И.Л. Сегмент системы передачи с усилителем EDP А. // Датчики и системы, № 11, 2002. - с. 18-22.

95. Султанов А.Х., Салихов А.И., Виноградова И.Л. Стыковка разнотипных волокон при дистанционной доставке сигнала накачки EDPA-усилителя. // Инфокоммуникационные технологии, № 2, 2006. - с. 38 - 42.

96. Султанов А.Х., Салихов А.И., Виноградова И.Л. Нелинейный волоконно-оптический переключатель. // Вестник УГАТУ, 2008. Т. 10, № 1, - С. 205 -217.

97. Технология строительства ВОЛП: учеб. пособие для вузов / В.А. Андреев, В.А. Бурдин, Б.В. Попов, В.Б. Попов; под ред. В.А. Андреева. Самара, СРТТЦ ПГАТИ, 2006. - 274 с.

98. J. Hudgings & J. Nee. «WDM All-Optical Networks EE228A Project Report», EE228A Project Report, 1998, http://vvww-bsac.eecs.berkeley.edu/~inee/ee228a/

99. Виноградова И.Л. Погрешности волоконно-оптического преобразователя с интерферометром Фабри-Перо, часть 2. // Радиотехника, № 5, 2003. - с.31.35.

100. Виноградова И.Л. Погрешности волоконно-оптического преобразователя с интерферометром Фабри-Перо, часть 1. // Радиотехника, № 10, 2002. - с.32.37.

101. Султанов А. X., Усманов Р.Г., Виноградова И. Л. Фильтр для сетей плотного волнового мультиплексирования на основе двухрезонаторного интерферометра Фабри-Перо. // Датчики и системы, № 4, 2003. - с. 20 - 28.

102. Андреев В.А., Бурдин A.B. Многомодовые оптические волокна. Теория и приложения на высокоскоростных сетях связи. М.: Радио и связь, 2004. -248с.

103. Сайт ЗАО «Опто-Технологическая Лаборатория» -www.optotl.ru/zerodurrus.htm

104. Химическая Энциклопедия: В 5 т.: Полимерные Трипсин / Редкол.: Н.С. Зефирова и др. - M., Научное изд-во: Большая Российская Энциклопедия, Т.4, 1995,-639 с.

105. Сайт ЗАО «Обнинское научно-техническое предприятие «Технология» -www.technologiya.ru

106. Исследование нелинейного режима преломления для наноструктурного ситалла / А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов // Нелинейный мир. 2009. № 5. С. 360-369.

107. Салихов А.И. Разработка полностью оптического переключателя на основе прозрачного наноструктурного материала для волоконно-оптических сетей связи: Дис. канд. техн. наук: 05.12.13. Защищена 05.09.2008; Утв.11.11.2008. -Уфа, 2008.- 139 с.

108. Султанов А. X., Канаков В.И., Виноградова И. Л. Нелинейные оптические эффекты в волоконно-оптических компонентах, построенных на основе деформированных стёкол. // Инфокоммуникационные технологии, № 2, 2003.-с. 47-52.

109. Кувыркин Г.Н. Термомеханика деформируемого твердого тела при высокоинтенсивном нагружении. -М.: Изд-во МГТУ, 1993. 142 с.

110. Слуцкер А.И., Лайус Л.А., Гиляров В.Л., Гофман И.В., Поликарпов Ю.И., Аверкин Б.А. В сб.: Нелинейные проблемы механики и физики деформируемого твёрдого тела. Изд-во СПбГУ, СПб. 2002. - № 5, С. 155-161.

111. Слуцкер А.И., Гиляров В.Л., Лукьяненко A.C. Особенности энергетики адиабатически нагружаемого ангармонического осциллятора // Физика твёрдого тела, 2006. Т. 48, № 10. - С. 1832 - 1837.

112. Султанов А.Х., Салихов А.И., Виноградова И.Л. Моделирование коэффициента преломления в линейном и нелинейном режимах мощностей для наноструктурного ситалла. // Инфокоммуникационные технологии, № 2, 2009.-С. 22-29.

113. Стадник В.И., Романюк H.A., Тузяк Н.Р. Влияние одноосных давлений на инфракрасные спектры кристаллов (NH4)2S04 // Физика твёрдого тела, 2007. Т. 49, № 4. - С. 662 - 666.

114. Оглуздип В.Е. Интерпретация видимой фотолюминесценции взвешенных в этаноле разновеликих наночастиц кремния // Физика и техника полупроводников, 2005. Т. 39, № 8. - С. 920 - 926.

115. Лекции по теории нелинейных колебаний, http://sgtnd.narod.ru/papers/Lect09.pdf

116. Султанов А.Х., Канаков В.И., Виноградова И.Л. Результаты исследований нелинейных преломления, затухания и параметрических процессов в мелкозернистых прозрачных образцах. // SPIE: Vol. 4589, 2004, p.p. 730 742.

117. Фазовые переходы на границах зёрен / Б.Б. Страумал; Отв. Ред. Э.В. Суворов М.: Наука, 2003. - 327 с.

118. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур: монография / А.Г. Ткачёв, И.В. Золотухин М.: «Издательство Машиностроение-1», 2007.-316 с.

119. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и нанома-териалов / И.П. Суздалев М.: КомКнига, 2006. - 592 с.

120. Султанов А.Х., Салихов А.И., Виноградова И.Л. Распространение электромагнитной волны в прозрачной среде, подверженной деформационным изменениям. // Вестник УГАТУ, 2006. Т.7, № 1 (14), - С. 170 - 175.

121. Султанов А.Х., Шарифгалиев И.А., Канаков В.И., Виноградова И.Л. Исследование влияния нелинейных оптических эффектов в мелкозернистых стёклах на передаваемый импульсный сигнал. // Вестник УГАТУ, № 1, 2004, с. 92-101.

122. Султанов А.Х., Акулыпин В.Н., Виноградова И.Л. Программа расчёта статистических параметров цифрового сигнала синхронизации. Per. №50200500850. Информационный бюллетень ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 1, 2006.

123. Теория ТЕЛЕТРАФИКА / Ю.Н. Корнышев, А.П. Пшеничников, А.Д. Харкевич. М.: Радио и связь, 1996. - 272 с.

124. Шарифгалиев И.А. Разработка методов повышения надёжности и помехоустойчивости волоконно-оптических систем телекоммуникаций на основе моделей и экспериментов: Дис. канд. техн. наук: 05.13.13. Защищена 19.12.2003; Утв.14.05.2004. -Уфа, 2003. -186 с.

125. Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Виноградова И.Л. Программа расчёта вероятности битовой ошибки в сегменте синхронной сети, содержащем мультиплексор. Per. № 50200200115. Информ. бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 2, 2002.

126. Султанов А.Х., Шарифгалиев И.А., Виноградова И.Л. Программа расчёта вероятности битовой ошибки для сегмента сети SDH. Per. № 50200300467. Информационный бюллетень ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 1, 2003.

127. Султанов А.Х., Шарифгалиев И.А., Виноградова И.Л. Программа расчёта показателей ресурса и срока службы аппаратуры сетевых элементов для синхронных систем телекоммуникаций. Per. № 50200300466. Информ. бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 1, 2003.

128. Султанов А.Х., Акулынин В.Н., Виноградова И.Л. Метод повышения надёжности системы синхронизации эксплуатирующейся цифровой сети. Per. РИП№ 73200500178. Информ. бюлл. ВНТИЦ, № 1, 2006.

129. Султанов А.Х., Гайфуллин P.P., Виноградова И.Л. Методика кодирования сетевого адреса узла связи на примере сети Ethernet. // Инфокоммуникаци-онные технологии, № 6, 2007. - С. 56 - 60.

130. Султанов А.Х., Гайфуллин P.P., Виноградова И.Л. Подход к оценке формы оптического сигнала, предназначенного для кодирования адреса сетевого узла. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, № 1, 2007.-с. 234-241.

131. Султанов А.Х., Виноградова И.Л. Расчёт спектральной характеристики помех композиции интерферометров Фабри-Перо в волоконно-оптической линии связи. Per. № 50200000091. Информ. бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 1, 2001.

132. Султанов А.Х., Усманов Р.Г., Виноградова И.Л. Программа расчёта влияния нелинейных искажений на параметры оптического сигнала. Per. № 50200200116. Информ. бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 2, 2002.

133. Султанов А.Х., Гайфуллин P.P., Виноградова И.Л. Задача определения параметров оптического импульса, обеспечивающих малые искажения в разветвлённой волоконно-оптической сети. // Компьютерная оптика, № 5, 2007.-С. 46-49.

134. Султанов А.Х., Виноградова И.Л. Расчёт передаточной характеристики волоконно-оптического преобразователя с интерферометром Фабри-Перо. Per. № 50200000094. Информ. бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 1,2001.

135. Султанов А.Х., Гайфуллин P.P., Виноградова И.Л. Программа расчёта вероятности ошибочного приёма на основе фрактального метода оценки формы принятого сигнала. Per. № 50200691342. Информ. бюлл. ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 5, 2007.

136. Лепский А.Е., Броневич А.Г. Математические методы распознавания образов: Курс лекций. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - 152 с.