Затраты на строительство линий связи составляют 60 – 80 % общих затрат от сооружение глобальных сетей связи. А потому в ЦНИИС большое внимание всегда уделялось поиску оптимальных технологий и разработке научного обоснования и проектирования, строительства и эксплуатации линий связи.

Данная область восприимчива к инновационным технологиям. Воздушные линии связи сменились кабельными; дорогостоящие свинцовые оболочки заменили на алюминиевые, стальные гофрированные и пластмассовые; на смену медным жилам пришли оптические волокна. Радикально изменились и технологии сооружения линий связи.

Технология ВОЛС-ВЛ

ЦНИИС обеспечивает научное сопровождение сооружения ВОЛС-ВЛ Бирюсинск – Белогорск протяженностью 3800 км.

Характер развития сетей связи диктует необходимость разработки новых технологий сооружения проводных линий передачи. Основные требования к которым - простота проектирования, быстрота и экономичность строительства, высокая пропускная способность, надежность. Этим требованиям отвечает и представляет интерес для специалистов новая технология сооружения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Её отличительная особенность - оптический кабель подвешивается на опоры высоковольтных воздушных линий электропередачи (ВЛ), а не прокладывается в грунт.

Сеть высоковольтных воздушных линии электропередачи покрывает всю территорию России. Направления линий передачи электрической энергии должны совпадать и, как правило, совпадают, с направлениями линий передачи информации. Это и послужило  началом для создания технологии ВОЛС-ВЛ, а в частности создание диэлектрической направляющей системы - оптический кабель (ОК).

Действительно, все его элементы - оптические волокна (ОВ), гидрофобное заполнение, силовые элементы, поясная изоляция, наружная оболочка могут быть выполнены из диэлектрических материалов. Такие кабели целесообразно подвешивать на опорах ВЛ, так как они гораздо менее подвержены воздействию мощных электромагнитных полей, чем кабели связи с металлическими жилами.

Очевидны достоинства кабелей из диэлектрических материалов и по сравнению с традиционным способом прокладки кабеля в грунт. Нет необходимости отвода соответствующими организациями земли под трассу кабеля; уменьшение сроков строительства и числа повреждений, особенно в регионах с высоким уровнем урбанизации, а так же снижение капитальных и эксплуатационных затрат, что особенно важно  в регионах с тяжелыми грунтами.

Для подвески на ВЛ разработаны оптические кабели четырех типов: самонесущие, навиваемые на фазовый провод, встроенные в фазовый провод, встроенные в грозозащитный трос. Напряженность электрического поля на поверхности ОК первых двух типов достигает 70... 130 кВ/м. Когда оболочки ОК покрываются пылью, на их поверхности происходит сухоразрядная дуга и протекает ток порядка 1... 5 мА. Этот ток невелик, но при многочисленных разрядах существенно снижается срок службы кабеля. И как следствие известных явлений Керра и Фарадея - скачкообразного изменения плоскости поляризации оптических волокон при резком изменении магнитного и электрического полей - может снизиться точность передачи. ОК третьего и четвертого типов экранированы одним или двумя слоями проволок и эти недостатки у них отсутствуют.

Согласно техническим требованиям, предъявляемым к сети связи общего пользования РФ, на данный момент являются  оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос. Комплексная направляющая система, выполняющая функции и оптического кабеля, и грозозащитного троса, и круглой проволочной брони ОК - ОКГТ, подвешивается на грозостойках опор ВЛ вместо обычного грозотроса.

Технология ТМК

Инновации в области технологий строительства современных волоконно-оптических линий связи должны отвечать следующим требованиям:

  • высокие пропускная способность и показатели надёжности; 
  • низкие тарифы; 
  • оптимальная топология, позволяющая минимизировать протяженность и стоимость транспортных сетей;
  • масштабируемость, обеспечивающая сохранность капитальных вложений при дальнейшем развитии сети;
  • гарантированный уровень качества передачи информационных потоков;
  • информационная безопасность при пользовании любыми услугами;
  • доступность для всех потенциальных клиентов.

Этим требования наилучшим образом отвечает технология Транспортная многоканальная коммуникация (ТМК), разработанная в ЦНИИС. Это инновационная инженерная инфраструктура, предназначенная для размещения междугородных оптических кабелей связи. ТМК обеспечивает оперативное сооружение современных волоконно-оптических систем передачи с пропускной способностью до 8,0 Тбит/с для транзита и распределения постоянно растущих потоков информации. ТМК гармонизирует свойства транспортного участка сети связи со свойствами современных источников информации и контента.

Конструктивные и технические особенности оптических кабелей предопределили появление принципиально новой технологии строительства линейных сооружений на междугородной сети связи. Действительно, в полностью диэлектрических оптических кабелях оказалось возможным «отслоить» массивные наружные покровы от легкого оптического сердечника. Таким образом, наружные покровы превратились в самостоятельную защитную полиэтиленовую трубу (ЗПТ), элемент кабельной канализации, а оптический сердечник – в малогабаритный оптический кабель, задуваемый в нее. При сооружении инженерной инфраструктуры междугородней линии связи по технологии ТМК вначале прокладывают пакет ЗПТ, затем оборудуют смотровые устройства, и, наконец, в образованные каналы задувают оптические кабели.

Технология ТМК реализуется, как правило, в полосе отвода автодорог, что позволяет оптимальным образом решить проблему отвода земельных участков для линии связи и обеспечить конкурентные преимущества ТМК. К ним можно отнести:

  • сокращение расходов на проектирования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС);
  • сокращение в 2 – 6 раз сроков проектирования ВОЛС;
  • сокращение расходов на строительство и техническое обслуживание ВОЛС;
  • обеспечение самого высокого уровня надёжности и качества работы ВОЛС;
  • сокращение сроков проведения ремонтно-восстановительных работ.

Инновационная среда передачи современных линий связи

Базовый элемент современных линий связи - оптическое волокно. Эта среда передачи широкополосна, обладает низкими потерями, хроматической и поляризационно-модовой дисперсией. В то же время имеет высокую степень защищенности от опасного влияния внешних электромагнитных полей и благоприятные массогабаритные характеристики. Именно благодаря этому современные системы передачи отличаются практически бесконечной пропускной способностью, высокой спектральной эффективностью и значительной протяженностью усилительных и регенерационных участков. А достижения в области технологии позволяют создавать оптическое волокно с необходимыми параметрами: профилем показателя преломления, диаметром модового поля, механической прочностью и коэффициентом старения.

Инновационные технологии оптических волокон взаимодействуют с инновационными технологиями оптических систем передачи. Это позволяет использовать для передачи две ортогональные моды с одновременной автоматической компенсацией и хроматической, и модовой поляризационной дисперсии. При этом исключается применение компенсаторов дисперсии, уменьшается интервал между оптическими несущими, увеличивается длина усилительного участка, длина регенерационного участка возрастает до 3000 км, обеспечивается возможность применения эффективных методов квадратурной модуляции. Применение когерентного приема обеспечивает выполнение требования к оптическому отношению сигнал/шум снижаются как минимум на 4 дБ. Применение предкоррекции сигнала FEC позволяет увеличить отношение сигнал/шум на 6 дБ.

Современная аппаратура обеспечивает сегодня передачу сигнала с информационной скоростью 100 Гбит/с, в ближайшей перспективе – 400 - 600 Гбит/с, а в отдаленной – 1000 Гбит/с. При этом потенциальная пропускная способность одной волоконно-оптической системы передачи с 80 λ составит от 8 до 80 Тбит/с. Применение одного кабеля с 48 оптическими волокнами (при резервировании по схеме 1+1) обеспечивает коэффициент масштабирования 12. Реальная возможность расположить в ТМК 8 кабелей с 96 оптическими волокнами увеличивает потенциальную пропускную способность такого звена сети еще на полтора порядка.

Нормы на усилительные и регенерационные участки оптических линий связи

Массовое внедрение на сети связи страны оптических линий связи осуществляется на основе норм на усилительные и регенерационные участки  ВОСП, разработанные в ЦНИИС. Эти нормы учитывают принципиальное отличие оптических кабелей от электрических. Если в электрических кабелях разброс значений коэффициента затухания (менее 0,5…1,0%) представляет чисто академический интерес, то в оптических кабелях (более 100% - от релеевского рассеяния 0,14 дБ/км до производственной нормы 0,3 дБ/км) имеет важнейшее практическое значение. При учете этого различия были разработаны принципы статистического нормирования затухания оптических волокон на регенерационных участках ВОСП. Теперь при расчете максимальной допустимой длины ЭКУ учитываются математические ожидания и средние квадратические отклонения коэффициента затухания ОВ и потерь на стыке, их законы распределения, механизм сложения случайных величин и числовые характеристики их суммарного нормального распределения. В результате оказалось возможным разрешить проектирование на 15…25% более длинных ЭКУ, что очень важно для российских условий. В настоящее время разрабатываются принципы статистического нормирование модовой поляризованной дисперсии.

Прокладка морских оптических линий связи при помощи подводной лодки

Традиционный и единственный в настоящее время способ прокладки и ремонта подводной ВОЛС при помощи надводного кабельного судна имеет два существенных недостатка. Во-первых, работы не могут проводиться при волнении моря более 3-4 баллов. Во-вторых, надводные кабельные суда не могут использоваться в условиях паковых льдов, которыми, в частности, покрыта большая часть Северного Ледовитого океана.

ЦНИИС совместно с ОКБ «Рубин» разработал уникальный проект прокладки трансконтинентальной ВОЛС при помощи подводного кабельного судна (ПКС). Функциональные возможности ПКС позволяют производить прокладку и ремонт кабельных линий в любую погоду, в том числе и во время частых в зоне  прохождения океанских линий. Проект полностью готов к  реализации. Приведем доказательства его эффективности на конкретных расчетах.

Доминанта (кратчайшая линия по глобусу) между Европой и Америкой, например от бухты Териберка (недалеко от Мурманска) до залива Барроу (Канада) проходит через Северный полюс и на несколько тысяч километров короче других маршрутов. Осуществить прокладку кабеля по этой трассе способно только подводное кабельное судно.

Мировой опыт эксплуатации подводных кабельных линий позволяет поднимать кабель или усилитель (регенератор) в среднем 3 раза за 25 лет службы. Это соответствует коэффициенту готовности 0,99 при среднем времени восстановления 1 месяц. Заметим, что время восстановления складывается из времени подхода, времени ожидания погоды и собственно времени ремонта.

Ремонт кабеля и прокладка его надводными судами осуществляются при волнении моря не более 3-4 баллов. Поэтому две трети времени восстановления, примерно 20 суток, составляет время ожидания. Остальные факторы оцениваются следующими значениями: время подхода 3-5 дней и ремонт – 5-7 дней. Для ПКС время ожидания благоприятной погоды равно 0 и, следовательно, время восстановления равно 10 суток, что при 3-х авариях за 25 лет дает коэффициент готовности 0,9967. Таким образом, время простоя каналов за весь срок службы уменьшится на 60 суток.

На основании этих данных экономическая эффективность ПКС для одной линии в год равна 42 млн. USD. Общая годовая эффективность одного ПКС (при обслуживании 3-х кабельных линий) составляет 126 млн. USD. Расчетное значение экономической эффективности этой технологии при сооружении кабельной линии в Северном Ледовитом океане составляет около 102 млн. USD. В обычных условиях экономическая эффективность ПКС обусловливается меньшим сроком прокладки. При замене надводного кабельного судна на подводное среднее время фрахта сокращается на 10 суток и составляет 25-35 суток. При стоимости фрахта 20 000 USD в сутки экономия составляет 200 000 USD. Кроме этого экономический эффект достигается за счет ускорения ввода линии. Доход от эксплуатации типизированной подводной кабельной линии в течение 10 суток составит не менее 178 млн. USD.


. @Mail.ru