Тема 1.3.1 Волоконно-оптические линии передачи. Структура

На железных дорогах различных стран мира средства волоконнооптической связи применяются с 1985 г. В настоящее время можно выделить четыре области, связанные с их использованием на железнодорожном транспорте: волоконно-оптические линии связи (ВОЛС); локальные вычислительные оптические сети (ЛВОС); системы видеонаблюдения; волоконно-оптические преобразователи (ВОП).

Общим для них является применение электронно-оптических и оптоэлектронных преобразователей и оптических волокон. По сравнению с медными жилами кабелей связи оптические волокна и кабели обладают следующими преимуществами:

- большой пропускной способностью;

- защищенностью от внешних электромагнитных воздействий; отсутствием взаимных влияний между сигналами, передаваемыми по различным оптическим волокнам;

- малыми потерями энергии сигнала при его распространении; электрической безопасностью;

- экономичностью;

- высокой степенью защищенности от несанкционированного доступа;

- небольшой массой и габаритами.

Кроме того, использование волоконно-оптических кабелей (ВОК) способствует экономии дефицитных цветных металлов, таких, как медь и свинец. Однако у ВОЛС есть и недостатки: например, высокая стоимость оптического интерфейсного оборудования.

Многолетний опыт эксплуатации этой линии, оборудованной ВОСП плезиохронной цифровой иерархии (PDH), и других отечественных и зарубежных ВОЛС позволил оценить трудности и преимущества при-менения новых средств связи, целесообразность и эффективность создания железнодорожных ВОЛС.

Так, несмотря на большую стоимость и сложность в монтаже, перспективными для железнодорожного транспорта являются одно-модовые ВОК, обладающие практически неограниченными возмож-ностями в увеличении пропускной способности ВОЛС, оборудуемых ВОСП синхронной цифровой иерархии (SDH). Использование многомодовых ВОК в основном ограничено местными и внутриобъектовыми сетями.

При строительстве ВОЛС на каждом конкретном направлении, участке железных дорог, осуществляется выбор типа ВОК, его конструктивных и оптических характеристик с учетом способа прокладки (подвески), технологии выполнения аварийно-восстановительных работ, варианта технического обслуживания сети связи, цены простоя линейного тракта, требуемого значения коэффициента готовности ВОЛС, территориального распределения потребителей услуг в районе прохождения трассы ВОЛС и величины передаваемого трафика. На электрифицированных участках железных дорог используются ВОК без металлических элементов в конструкции, не требующие применения специальных мер защиты от опасных электромагнитных влияний со стороны контактной сети переменного тока и грозовых разрядов.

В МПС имеется опыт проектирования и реализации различных способов прокладки-подвески ВОК на различных участках: непосредственно в грунт, в полиэтиленовом трубопроводе, в кабельном желобе, подвеска самонесущего кабеля на опорах контактной сети или высоковольтных линий автоблокировки.

Из перечисленных способов в настоящее время наиболее широко применяется подвеска на опорах контактных сетей электрифицированных железных дорог. Это позволяет сократить сроки строительства по сравнению с традиционными способами прокладки кабеля в грунт.

Вместе с тем считается, что риск механического повреждения для воздушных кабелей выше, чем для кабелей, проложенных под землей. Поэтому там, где позволяет трасса, целесообразно применять подземные варианты прокладки.

Полиэтиленовый трубопровод надежно защищает ВОК от механических повреждений и грызунов. Диаметр трубопровода достаточен для затягивания в него нескольких ВОК. Этот способ прокладки лишен недостатков подвески, допускает применение кабелеукладчиков.

Локальные вычислительные оптические сети (ЛВОС). Локальные сети получили в последние годы широкое распространение во всех службах, подразделениях железнодорожного транспорта в связи с интенсивным внедрением компьютеров, созданием автоматизированных рабочих мест и распределенных информационных систем.

Главная цель создания локальных сетей — повышение производительности труда за счет автоматизации всех форм деятельности работников железнодорожного транспорта.

Локальные сети относятся к классу распределенных систем обработки данных, объединяющих вычислительно-информационные средства отдельных подразделений, предприятий, информационно-вычислительных центров дистанций и др., сосредоточенных на ограниченной территории.

Локальные сети строятся на базе общей передающей среды, через которую происходит обмен информацией между абонентами.

В большинстве существующих на железных дорогах локальных сетей в качестве передающей среды используются симметричные кабели связи (категории 3-5) или коаксиальные кабели, обеспечивающие скорость передачи информации 10... 100 Мбит/с. При скоростях передачи выше 100 Мбит/с становится целесообразным использование ВОК и переход к ЛВОС. Потребность в таких сетях возникает в местах обработки и хранения больших потоков информации, таких как главный вычислительный центр МПС и дорожные информационно-вычислительные центры. С созданием высокоскоростных железнодорожных магистралей ЛВОС целесообразно оборудовать высокоскоростные пассажирские поезда.

Локальные вычислительные оптические сети являются удачным итогом синтеза наиболее передовых информационных технологий, поэтому новые перспективные сети целесообразно разрабатывать с применением волоконной оптики.

С ВОЛС локальные вычислительные оптические сети роднит одинаковая передающая среда, но существенное отличие состоит в масштабах, степени разветвленности и количестве оконечных устройств, что не позволяет механически переносить в ЛВОС применяемые на ВОЛС технические или иные решения.

Системы видеонаблюдения. В последние годы на железных дорогах постоянно ужесточаются требования, предъявляемые к надежности, безопасности и экономичности пассажирских и грузовых перевозок. Видеонаблюдение является одним из важнейших и рациональных способов удовлетворения этих требований.

Система видеонаблюдения включает три основных компонента: передающие видеокамеры, средства передачи видеосигналов и телевизионные мониторы, на которых можно наблюдать контролируемые объекты.

Видеосигналы могут передаваться по отдельным волокнам ВОЛС или в общем цифровом потоке цифровой волоконно-оптической системы передачи. Выбор одного из этих способов передачи информации зависит от удаленности контролируемого объекта.

При построении видеосистем с расстоянием передачи видеосигналов в пределах до 100 км целесообразно использовать отдельные волокна, в которых передачи видеосигналов реализуются технически проще и несколько дешевле, чем при использовании оборудования цифровых сетей связи. Одно оптическое волокно может быть использовано для передачи нескольких видеоканалов или видеоканала и сигналов от различных датчиков, установленных на объекте. При расстояниях больше 100 км целесообразно использовать возможности цифровой волоконно-оптической сети связи.

Для целей видеонаблюдения на железнодорожном транспорте в большинстве случаев требуется передача видеосигналов от объектов на расстояния, не превышающие 100 км. Такими объектами могут быть мосты, тоннели, сортировочные горки, терминалы и др. В этом случае комплекс оборудования системы видеонаблюдения должен отвечать требованиям, предъявляемым к линиям специального назначения. Для передачи видеоинформации по таким линиям не требуется предварительной обработки данных в стандартных форматах, как не требуется и специальных мер по синхронизации приемного и передающего оборудования.

Набор аппаратных компонентов системы видеонаблюдения в общем виде представлен на рисунке 73. Передающие видеокамеры черно белого или цветного изображения передают видеосигнал на передающее оборудование: мультиплексор с функциями выделения каналов (при работе нескольких видеокамер) и электронно-оптический преобразователь, обеспечивающий преобразование электрического сигнала в оптический. В зависимости от типа оптического волокна и расстояния до контролируемого объекта в качестве источника оптического излучения может использоваться светоизлучающий диод или лазер.

На посту управления устанавливается приемное оборудование — демультиплексор, видеоматричный переключатель, устройство для ввода текста и мониторы. Видеоматричный переключатель обеспечивает выбор любого из всех доступных видеосигналов, а устройство для ввода текста позволяет накладывать на видеосигнал текстовые пояснения, помогающие правильно оценить изображение.