автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Моделирование технологического процесса обслуживания оптических кабелей в целях обеспечения эффективного функционирования телекоммуникационных сетей



На правах рукописи

Шафигуллин Лутфулла Нурисламович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБСЛУЖИВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 [л Р

Самара-2012

005013028

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО ПГУТИ).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Воронков Андрей Андреевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО УГАТУ, заведующий кафедрой

Телекоммуникационных систем Султанов Альберт Ханович

- доктор технических наук, с.н.с.,

ФГУП ЦНИИС, начальник лаборатории Цым Александр Юрьевич

Ведущая организация - ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится « » й л/?•€<■{2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 219.003.002 при Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в научно - технической библиотеке

ФГОБУ ВПО ПГУТИ.

Автореферат разослан « » 'У2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.003.002, доктор технических наук, профессор

Мишин Д.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса

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

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

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

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

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

Особенностью технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений ВОЛП является то, что часть работ и операций технологического процесса обслуживания ОК не может быть автоматизирована, велика роль человеческого

фактора и уровня квалификации персонала эксплуатационных предприятий. Решению проблем разработки человеко-машинных систем, учитывающих вероятность ошибок на этапе выполнения технологических операций, когда потери от ошибок человека сравнимы с потерями от отказа технических средств, посвящены работы Е.Ю. Барзиловича, А.И. Губинского, А.Н. Адаменко,

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

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

B.В. Рыбалко, А.Г. Овсянникова и др.

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

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

целого ряда работ на кабельной линии, в частности, охранно-разъяснительных работ, отдельных видов не поддающихся автоматизации планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ, оказывающих существенное влияние на надежность кабельных линий.

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

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

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

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

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

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

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

Методы исследований

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

Обоснованность и достоверность результатов работы

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

Научная новизна работы

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

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

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

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

Личный вклад

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

Практическая ценность результатов работы

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

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

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

Реализация результатов работы

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

Апробация результатов работы

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

Публикации

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

Объем и структура работы

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

Положения, выносимые на защиту

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

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

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

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цель и программа исследований, описаны состав и структура работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Раздел 1 посвящен исследованию современных концепций технической эксплуатации телекоммуникационных сетей и систем с целью определения основных факторов, влияющих на эффективность и качество технического обслуживания протяженных объектов технической эксплуатации.

В результате исследования показано, что важнейшими параметрами, влияющими на качество и эффективность технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП являются коэффициент готовности (простоя),

затраты на техническое обслуживание и потери от простоев связи. Выбор стратегии технического обслуживания оптических кабелей, является одной из основных и наиболее сложных задач, от корректности решения которой в значительной мере зависит как надежность функционирования линейно-кабельных сооружений ВОЛП, так и экономические показатели эффективности.

Показано, что сравнительный анализ стратегий технического обслуживания линейно-кабельных сооружений целесообразно выполнять с помощью комплекса моделей. Так, по критерию «коэффициент готовности» линейно-кабельных сооружений используется модель, которая учитывает параметры технического обслуживания и позволяет определить оптимальный интервал времени между регламентными работами, максимизирующий указанный коэффициент готовности. Модели для каждого из показателей эффективности представлены в виде уравнений, связывающих характеристики устройства, параметры технического обслуживания и интервала времени Т между регламентными работами. Оптимальное значение интервала времени Т определяется как корень соответствующего уравнения и используется для определения критерия эффективности. В результате исследований показано, что используя комплекс моделей, можно оптимизировать величину интервала времени Т между регламентными работами на линейно-кабельных сооружениях ВОЛП с целью внедрения наиболее перспективной прогнозирующей стратегии технического обслуживания. Дана оценка показателей надежности ВОЛП протяженностью'13900 км с различными интервалами обслуживания, для которой согласно действующим нормативным документам должны быть выполнены следующие требования: коэффициент готовности не менее 0,985; коэффициент простоя не более 0,015; среднее время восстановления не более 10 часов; плотность отказов не более 0,1554; наработка между отказами не менее 407 часов.

При моделировании технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП было обеспечено выполнение заданных условий. При этом учитывалось, что главная цель технологического процесса технического обслуживания состоит в предупреждении отказов, которые могут нарушить функционирование ОК или вызвать перерыв действия ответственных объектов технической эксплуатации.

Результаты расчета коэффициента готовности при различных, интервалах обслуживания представлены в табл. 1. Результаты расчетов показали, что за счет выбора соответствующего интервала обслуживания можно добиться требуемого коэффициента готовности и обеспечить заданные параметры эффективности функционирования линейно-кабельных сооружений ВОЛП. Эти результаты представлены в виде графика на рис. 1.

Если при использовании прогнозирующего обслуживания возможный отказ объекта технической эксплуатации обнаруживается на стадии контроля и в кратчайшее время проводятся необходимые работы, то в таком случае исключаются опасные последствия, к которым приводит появление в ВОЛП опасного отказа. Это условие можно выразить в виде неравенства: Т0< А Т„, где: Т0 - допустимая длительность интервала обслуживания; Д Ти - интервал времени, в течение которого в состоянии объекта технической эксплуатации не могут про-

изойти существенные изменения с необратимыми катастрофическими последствиями. Следовательно, цель технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП при использовании прогнозирующей стратегии будет в полной мере достигнута при соблюдении двух условий: своевременное обнаружение возможности появления отказов (качественный прогноз изменения параметров ВОЛП); достоверный прогноз интервала обслуживания Т0, который удовлетворяет условию Т0 < А Т„.

Кг

Таблица 1

Интервал обсл.

Кг ВОЛП

7*, часов

0,99995 10

0,99563 100

0,99047 1000

0,98554 10000

0,97924 100000

0,97771 1000000

0,97641 10000000

0,97510 100000000

0,98

0,97

Рис.1

Неизбежность перехода к прогнозирующей стратегии обусловлена двумя основными факторами: экономическим фактором, который действует вследствие перехода от устаревшей затратной экономики к рыночной; появлением новых эффективных средств контроля и диагностики технического состояния линейно-кабельных сооружений ВОЛП.

В разделе 2 выполнен анализ методов моделирования технологических процессов обслуживания сложных распределенных объектов технической эксплуатации. Показано, что наибольшими возможностями описания и оценки технологических процессов в таких объектах обладает обобщенный структурный метод и функциональные сети. Они является продолжением и развитием обобщенного структурного метода. На основе аппарата функциональных сетей осуществляется разбиение алгоритма произвольной структуры на ряд заданных формализмов. В соответствии с введенными количественными характеристиками строится модель процессов технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП и сравниваются различные алгоритмы обслуживания. Исходной для вычисления показателей эффективности является функциональная структура Р. Принцип Р-структуры состоит в том, что при построении модели процесса функционирования системы за основу принимается конкретная структура выполняемых ею функций, соответствующая структуре взаимодействующих элементов этой системы. Сравнительные характеристики методов моделирования сложных систем данных для функциональных структур Р различного уровня определяются по-разному: исходные характеристики для отдельных операций определяются на основе исходных данных, в свою очередь, зависящих от большого числа факторов, а также от наличия контроля за возможными отказами функционирования линейно-кабельных сооружений

ВОЛП; полученные путем применения функциональных сетей показатели качества технологического процесса на уровне задачи, в свою очередь, становятся исходными характеристиками для получения показателей эффективности и качества производственного процесса на уровне технического обслуживания ВОЛП. С помощью функциональных сетей выполнена структурная декомпозиция основных этапов, видов работ и операций технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП, разработана конфигурационная матрица и системная модель технологического процесса обслуживания ОК.

Разработан алгоритм моделирования технологического процесса технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП методом функциональных сетей (рис. 2).

Рис. 2

Произведено моделирование технологических процессов технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП с использованием функциональных сетей и выполнены расчеты основных показателей качества, дающие оценку эффективности применяемых технологий.

Раздел 3 посвящен исследованиям и разработке алгоритма выбора интервала обслуживания ОК на основе прогноза срока службы. Предложен алгоритм (рис.3), который в отличие от известного алгоритма прогноза срока службы ОК и интервала времени безотказной работы ОК, описанного в работе X. Кога, Т. Кувабара и Ю. Митсунага, базируется на краткосрочных прогнозах повреждаемости ОВ и учитывает актуализированные данные техучета проведения работ, не поддающихся автоматизации (охранно-разъяснительные

работы, отдельные виды планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ), а также результаты контроля состояния наружных покровов и электрических цепей ОК, проложенного в земле.

Рис. 3

Как и в известных решениях, прогноз срока службы ОК базируется на модели разрушения кварцевого оптического ОВ. Показано, что для ОК, введенного в эксплуатацию, можно использовать статическую модель, ограничиваясь анализом первой стадии разрушения стекла. При этом, необходимые для прогноза оценки приложенных к ОВ нагрузок, определяются по результатам измерений параметров ОВ. Была рассмотрена методика краткосрочного прогноза срока службы ОВ по результатам измерений характеристики обратного рассеяния ВОТОЯ. Описан адаптированный к предложенному алгоритму выбора интервала обслуживания вариант методики прогноза срока службы ОВ по результатам измерений приращения затухания ОВ, изложенной в работе X. Кога, Т. Кувабара и Ю. Митсунага. Проведены исследования и разработан алгоритм прогноза срока службы ОВ по результатам измерений параметров локальных неоднородностей ОВ. Автор использовал модель, описывающую взаимосвязь между параметрами микротрещины в оболочке волоконного световода и локальным коэффициентом отражений на ней, предложенную в работах А.В. Во-ронкова, согласно которой локальный коэффициент отражения на участке ОВ с

дефектом определяется по формуле: <2 = 20^(0.5-\0-ро\/р), где р - постоянная распространения круглого ступенчатого ОВ без дефектов; ^-постоянная распространения участка ОВ с дефектом. Предполагается, что локальный коэффициент отражения определяется параметрами зеркальной зоны дефекта и световод на всех участках является слабонаправляющим. Кроме того, в известном решении выражение для Д, было получено методом возмущений, то есть в предположении, что микротрещина не изменяет распределения поля основной моды по сечению ОВ. При этом, в известном решении для описания взаимосвязи параметра зеркальной зоны микротрещины и прочности волокна использовалась упрощенная модель. Автор использовал введенную в работах Г. Глазе-мана и др. модель микротрещины (рис.4), корректно учитывающая форму зеркальной зоны дефекта волоконного световода из кварцевого стекла и взаимосвязь ее параметра гх с прочностью ОВ. Для характеристики глубины дефекта был введен относительный параметр ¿р1а, где а- радиус сердцевины ОВ, а

с1р - кратчайшее расстояние от оси ОВ до границы зеркальной зоны, связанное с параметром дефекта как ¿р=Ь-гх. Здесь Ь- радиус оболочки ОВ.

Рис. 4 Рис. 5

Предварительно, исследовали допустимость предположения о том, что световод на участке с дефектом является слабонаправляющим. С этой целью для модели стандартного кварцевого ступенчатого ОВ с дефектом (рис.5) были выполнены вычисления постоянной распространения основной моды и локального коэффициента отражений в зависимости от глубины дефекта методом смешанных конечных элементов (МСКЭ) в векторной постановке задачи и методом конечных элементов (МКЭ) с использованием пакета программ РОЕ в среде Ма^аЬ в скалярной постановке задачи. При 1а > 0.3 расхождение значений локальных коэффициентов отражений, полученных для векторной и скалярной постановки задачи не превышают 3%, что позволяет при указанных размерах дефекта считать световод с дефектом слабонаправляющим.

Затем для этой же модели ОВ с дефектом, выполняя для скалярной постановки задачи вычисления МКЭ с использованием пакета программ РОЕ в среде Ма^аЬ, исследовали влияние глубины дефекта на распределение поля основной моды по сечению ОВ. Было выявлено, что даже при ¿р/а = 2 распределение по-

ле все еще является несимметричным и только уже при ¡¡г/а = 5 и более приближается к распределению поля основной моды невозмущенного световода. Это позволило сделать заключение о некорректности применения для решения данной задачи метода возмущений, что подтвердили значительные (до 25% и более) погрешности оценок локального коэффициента отражений, полученных при использовании формулы, выведенной методом возмущений, по сравнению с результатами, полученными сеточными методами.

Воспользовавшись указанной выше известной моделью микротрещины, описывающей взаимосвязь ее размера с прочностью кварцевого волокна, и вычисляя значения локальных коэффициентов отражений для заданного параметра размера микротрещины МКЭ для скалярной постановки задачи, исследовали зависимость прочности стандартного кварцевого ступенчатого ОВ от значений локального коэффициента отражений. Было показано, что в диапазоне значений, соответствующих чувствительности средств измерений и области выявления дефекта на начальной стадии эта зависимость может быть аппроксимирована линейной ст = 0.1575 - 0.00045 • б (рис.6).

Погрешность такой аппроксимации в области изменений локального коэффициента отражений от -100 дБ до -65 дБ не более 1.1%.Анализ результатов моделирования и данных измерений характеристик ОВ с неоднородностя-ми, со стыками ОВ позволил разработать метод краткосрочного прогноза срока службы ОВ при выявлении локальной неоднородности на характеристике обратного рассеяния ОВ, базирующийся на том, что если неоднородность выявлена, то прочность ОВ не превышает 0,2 ГПа, а отсчет времени приложения нагрузки, которая привела к ускоренному разрушению ОВ, определяют по результатам измерений электрических цепей ОК, проложенного в земле, и(или) данным техучета с момента последних изменений параметров или зафиксированных вероятных воздействий на ОК на исследуемом участке. В итоге был разработан общий алгоритм краткосрочного прогноза интервала безотказной работы ОВ кабеля, введенного в эксплуатацию, по результатам мониторинга параметров передачи ОВ и с учетом данных техучета выполнения работ на кабельной линии, не поддающихся автоматизации.

В разделе 4 представлен метод оценивания эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП.

В соответствии с разработанным методом оценивания эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП введена целевая функция Р, учитывающая основные параметры технологического процесса, влияющие на эффективность обслуживания линейно-кабельных сооружений

Рис.6

ВОЛП. К ним относятся: коэффициент простоя линейно-кабельных сооружений ВОЛП К„, который может изменяться в пределах от 0 до 0,015; стоимость Сто технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП, которая может изменяться в пределах от 0 до 1, причем за 1 приняты максимальные затраты которые относятся к планово-профилактическому обслуживанию. Рассматривались 5 технологий обслуживания: планово-профилактическая, планово-профилактическая с мониторингом ОК, прогнозирующая технология с мониторингом ОК, с мониторингом ОК и Бриллюэновской рефлектометрией срока службы ОК, с мониторингом и Бриллюэновской рефлектометрией прогноза интервала безотказной работы ОК. В общем случае целевая функция F для технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП будет иметь следующий вид: F= {К„, Сто}. В процессе оптимизации целевой функции стремились к заданному значению К„, причем он должен быть не выше нормативных значений из руководящих документов Минсвязи РФ - К„ не более 0,015. Стоимость технического обслуживания ЖС ВОЛП должна стремиться к минимуму при сохранении заданных параметров по коэффициенту простоя и качеству технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП. Были построены графики зависимости целевой функции F от коэффициента простоя К„ = 1- /С,, технологии обслуживания и цифрового потока на телекоммуникационной сети. Пример реализации данных графиков представлен на рис. 7 для цифрового потока уровня STM— 1 , и для цифрового потока уровня STM-64 на рис. 8.

Рис. 7 Рис. 8

На графиках представлена целевая функция: 1- планово-профилактическое обслуживание; 2- планово-профилактическое обслуживание с мониторингом ОК; 3-прогнозирующее обслуживание с мониторингом ОК; 4- с мониторингом ОК и Бриллюэновской рефлектометрией срока службы ОК; 5— с мониторингом и Бриллюэновской рефлектометрией прогноза интервала времени безотказной работы ОК. Анализ графиков зависимости целевой функции от технологии обслуживания и интенсивности цифрового потока при заданном коэффициенте простоя показал, что минимум целевой функции при увеличении цифрового

потока существенно зависит от технологии обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП, причем значительное преимущество дает прогнозирующая стратегия технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП с системами мониторинга, уже начиная с цифрового потока уровня 8ТМ-1. Это соответствует минимуму целевой функции на графике. Данная методика позволяет ранжировать линейно-кабельные сооружения ВОЛП по заданному коэффициенту простоя и интенсивности цифрового потока и выбирать в зависимости от этого наиболее целесообразную стратегию технического обслуживания ВОЛП.

В разделе 5 представлены рекомендации по реализации прогнозирующего технического обслуживания применительно к линейно-кабельным сооружениям ВОЛП телекоммуникационной сети ОАО «Таттелеком». Произведено ранжирование сети связи ОАО «Таттелеком» по уровню иерархии и качественным характеристикам функционирования, причем наивысший уровень иерархии присвоен центральной кольцевой структуре, обеспечивающей наибольшую пропускную способность и требующей наименьшего коэффициента простоя. Самый низкий уровень иерархии присвоен местной сети на участках с низкой пропускной способностью и небольшим числом абонентов. Показано с использованием графиков целевой функции по нормируемому значению коэффициента простоя, что на центральной кольцевой структуре телекоммуникационной сети ОАО «Таттелеком», с учетом наивысшего уровня иерархии, целесообразно внедрить систему автоматического мониторинга и прогнозирующий контроль интервала времени безотказной работы ОК. Произведена оценка эффективности основных видов работ при техническом обслуживании линейно-кабельных сооружений ВОЛП на телекоммуникационной сети ОАО «Таттелеком» с использованием предложенного метода расчета. Выявлены резервы экономии затрат на техническое обслуживание линейно-кабельных сооружений ВОЛП на телекоммуникационной сети ОАО «Таттелеком», позволяющие при минимуме затрат получить заданные параметры качества и надежности функционирования ОК.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы. При этом достигнута следующая цель:

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

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

3. Разработан алгоритм оценивания эффективности технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП.

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

В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Шафигуллин Л.Н. Прогнозирующие стратегии технического обслуживания и мониторинга линейно-кабельных сооружений ВОЛП/ Л.Н. Шафигуллин, В.А. Бурдин, А.А. Воронков, Д.И. Чадаев // Вестник связи. - 2010.-№11.- С. 45-47.

2. Шафигуллин Л.Н. Внедрение технологии прогнозирующего контроля при техническом обслуживании ВОЛП/ А.А. Воронков // Известия Самарского научного центра Российской Академии Наук. - 2011. Том 13, - №4(4).- С. 1072-1074.

3. Шафигуллин Л.Н. Проблемы технической эксплуатации ВОЛП/ Л.Н. Шафигуллин, А.А. Воронков // T-comm. -2011.-№8,- С. 40-43.

4. Шафигуллин Л.Н. Моделирование производственного процесса технического обслуживания линейно-кабельных сооружений ВОЛП/ Л.Н. Шафигуллин // Инфокоммуника-ционные технологии. - Самара. 2011. Том 9, -№4,- С. 32-37.

5. Shafigullin L.N. Strategy choice for fïber optic transmission lines maintenance/ L.N. Sha-figullin, V.A. Andreev, A.A. Voronkov // Proceedings of SPIE. V.7992, 2010.-P. 79920F-1-79920F-8.

6. Шафигуллин Л.Н. Концептуальные проблемы технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи/ Л.Н. Шафигуллин, В.А. Андреев, А.А. Воронков // Труды LXVI Научной сессии Российского НТО им. А.С. Попова, посвященной Дню Радио,- М.: -2011,-С. 105-107.

7. Шафигуллин Л.Н. Проблемы повышения эффективности технической эксплуатации ВОЛП/ Л.Н. Шафигуллин, А.А. Воронков // Труды IX Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» -Казань. 2011.- С.323-324.

8. Шафигуллин Л.Н. Проблемы внедрения систем мониторинга волоконно-оптических кабелей на сетях связи/ Л.Н. Шафигуллин, В.А. Андреев, В.А. Бурдин // Труды XI Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» - Уфа. 2010,- С.336-338.

9. Шафигуллин Л.Н. Особенности выбора типа оптического кабеля для аварийного запаса на сети, введенной в эксплуатацию/ Л.Н. Шафигуллин // Тезисы докладов VII Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» - Самара. 2008.- С.296.

10. Шафигуллин Л.Н. Эффективная стратегия технического обслуживания ВОЛП. / Л.Н. Шафигуллин, А.А. Воронков // Тезисы докладов XVIII Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. -Самара. -2011.С.96-97.

11. Шафигуллин Л.Н. К вопросу о стратегии технического обслуживания ВОЛП на сети связи ОАО «Таттелеком»/ Л.Н. Шафигуллин // Тезисы докладов X Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» -Самара. 2011,- С.224.

12. Шафигуллин Л.Н. Прогнозирующая стратегия технического обслуживания ВОЛП/ Л.Н. Шафигуллин // Тезисы докладов X Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» -Самара. 2011,- С.223.

13. Шафигуллин Л.Н. Методы повышения эффективности технического обслуживания ВОЛП/ Л.Н. Шафигуллин, А.А. Воронков // Тезисы докладов X Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» -Самара. 2011,- С. 196.

Подписано в печать 20.02.2012 г. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Бумага офсетная.

_Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №1185._

Отпечатано в издательстве учебной и научной литературы Поволожского государственного университета телекоммуникаций и информатики 443090, г. Самара, Московское шоссе 77. тел. (846)228-00-44