Измерения в технике Связи Лекции. Лекции по дисциплине Измерениявтехникесвязи Для студентов специальности 200900 Сети связи и системы коммутации
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
Астраханскийгосударственныйтехническийуниверситет Институтинформационныхтехнологийикоммуникаций Кафедра «Связь» Лекции по дисциплине Измерениявтехникесвязи Для студентов специальности 200900 «Сети связи и системы коммутации» Ст. пр. кафедры «Связь» Д.М. Сурков Астрахань-2007 1. КЛАССИФИКАЦИЯИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙСОВРЕМЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ 1.1. Системноеиэксплуатационноеизмерительноеоборудование Всю измерительную технику современных телекоммуникаций можно условно разделить на два основных класса: системное и эксплуатационное измерительное оборудование. Требования к этим классам значительно отличаются, так же как отличаются функции приборов, схемы их использования, спецификации тестов и т.д. К системному оборудованию относится измерительное оборудование, обеспечивающее настройку сети в целом и ее отдельных узлов, а также последующий мониторинг состояния всей сети. Системным оно названо потому, что современное оборудование этого класса имеет широкие возможности интеграции в измерительные комплексы, сети измерительных приборов и входить в качестве подсистем в автоматизированные системы управления связью (Telecommunications Management Networks - TMN). Эксплуатационное измерительное оборудование должно обеспечивать качественную эксплуатацию отдельных узлов сети, сопровождение монтажных работ и оперативный поиск неисправностей. Разделив весь спектр оборудования на два основных класса, легко понять, что требования к ним существенно различны. В порядке уменьшения приоритетности, эти требования можно рассматривать следующим образом: Системное оборудование Эксплуатационное оборудование Функциональность тестов Портативность Возможность интеграции в системы Стоимость Быстрота и легкость модернизации Надежность Удобство эксплуатации Удобство эксплуатации Надежность Портативность Для системного оборудования основным требованием является максимальная функциональность прибора: спецификация тестов должна удовлетворять всем существующим и большинству перспективных стандартов и методологий. В противном случае прибор не обеспечит полной настройки и оценки параметров сети. Возможность интеграции в локальные и территориально-распределенные системы приборов и интеграции с вычислительными средствами и сетями передачи данных существенно для создания TMN, куда должны быть включены и измерительные средства. Требование модернизируемости важно в силу быстрого развития технологии и принятия новых стандартов. Удобство работы является следующим по важности параметром. Имеется ряд многофункционального системного оборудования с "недружественными" интерфейсами. Использование таких приборов требует от специалиста долгого изучения прибора, что не всегда эффективно. Стоимость для системного оборудования не является первичным критерием выбора, поскольку для приборов этого класса стоимость находится в прямой зависимости от функциональности. Портативность для приборов этого класса оборудования не требуется. В то же время эксплуатационное оборудование в первую очередь должно быть портативным и дешевым, затем надежным и уже после этого многофункциональным. Учитывая общую тенденцию к миниатюризации в современной электронной промышленности, следует отметить, что предлагаемая классификация измерительного оборудования является условной. С развитием техники системное оборудование становится постепенно портативным, тогда как эксплуатационное оборудование становится все более многофункциональным. Тем не менее, разделение оборудования на системное и эксплуатационное полезно при сравнении оборудования различных производителей. 1.2. Измерениявразличныхчастяхсовременнойсистемыэлектросвязи Дальнейшее изложение основных измерительных технологий будет идти в контексте классификации измерительных технологий по использованию в различных частях системы электросвязи. Выше уже отмечалась одна из основных тенденций в развитии современной измерительной техники для телекоммуникаций - ее высокая специализированность. Именно высокая специализированность измерительной техники привела к тому, что 10-15 лет назад измерительное оборудование для систем связи выделилось из общей массы измерительного оборудования, создав свой отдельный сегмент рынка. В настоящее время для каждой части современной системы электросвязи имеются совершенно независимые группы приборов и современная технология эксплуатационных измерений состоит из нескольких измерительных технологий, опирающихся на соответствующие группы приборов. Как известно, в основе системы электросвязи лежит первичная сеть, представляющая собой совокупность среды распространения, сетевых узлов и станций, которые обеспечивают создание типовых каналов и трактов. В современной системе электросвязи существуют три среды распространения: электрический кабель, оптоволоконный кабель и радиоэфир или радиочастотный ресурс. Цифровая первичная сеть может строиться на основе принципов плезиохронной цифровой иерархии (PDH) или синхронной цифровой иерархии (SDH). На базе типовых каналов и трактов первичной сети создаются вторичные сети: телефонные, цифровые сети с интеграцией служб (ISDN), сети на основе принципов асинхронного режима передачи (ATM), сети передачи данных на основе использования протоколов Х.25, Frame Relay и т.д., сети сотовой радиосвязи и транкинга, а также сети специального назначения: для диспетчерской связи, оперативного и технологического управления, селекторных совещаний и т.д. Протокол ОКС 7, как современная концепция сигнализации сети общего пользования, требует отдельного рассмотрения в плане технологии измерений. Технология ATM охватывает не только вторичную сеть, но и частично первичную сеть. В настоящее время получает постепенное развитие практика создания единой транспортной среды (т.е. систем передачи и коммутации на принципах ATM), Так как эта тенденция пока до конца не ясна, с точки зрения автора наиболее приемлемым вариантом является отдельное рассмотрение технологии ATM и технологии измерений на сетях ATM вне контекста измерений на первичной и вторичных сетях. В соответствии с описанной структурой может быть предложена классификация измерительных технологий, представленная на рис. 1. Первый уровень включает измерение сред распространения сигналов: электрического и оптического кабелей и радиоэфира. Тестирование электрических и оптоволоконных кабелей может проводиться как на этапе анализа характеристик кабеля перед прокладкой, так и на проложенном кабеле в процессе эксплуатации для определения обрывов, участков деградации качества и т.д. В настоящее время в каждой из групп кабельных измерений существует несколько измерительных технологий. Рис. 1. Классификация измерительных технологий в системе электросвязи Измерения электрического кабеля включают измерения структурированных кабельных сетей (СКС), магистральных и абонентских кабелей, а также анализ характеристик кабеля, используемого для «последней мили» (xDSL). Измерения СКС непосредственно связаны с сертификацией витой пары, прокладываемой в помещениях, и близки к измерениям в локально-вычислительных сетях (ЛВС). Измерения характеристик магистральных и абонентских кабелей - это довольно известный класс эксплуатационных измерений, подробно описанный в различных монографиях. Технология измерений кабелей xDSL появилась совсем недавно и ее вряд ли можно назвать окончательно сформировавшейся. Динамичное развитие технологии «последней мили» способствует бурному росту эксплуатационного опыта, так что измерительное оборудование этого класса чрезвычайно распространено. Современная технология измерений оптических кабелей включает: 1) анализ параметров кабелей ЛВС, который может быть с успехом отнесен к технологии измерений СКС; 2) измерения параметров волоконно- оптических систем передачи (ВОСП) 3) для передачи данных по оптическому кабелю с разделением по длинам волн (WDM) требуется анализ дисперсии и спектральный анализ оптического сигнала. Для последней технологии только появляются первые эксплуатационные приборы. Радиочастотные измерения связаны с измерением радиорелейных и спутниковых систем передачи, а также с контролем загрузки радиочастотного ресурса, являющегося национальным достоянием. Второй уровень - это измерения цифровых трактов первичной сети. Сюда относятся измерения на цифровой первичной сети PDH и SDH, анализ транспортной сети ATM, а также технология измерений каналов ТЧ, которые также являются каналами первичной сети. Поскольку современная цифровая первичная сеть не может эффективно работать без системы синхронизации, соответствующая измерительная технология включается в этот класс измерений. Третий уровень измерений - это измерения на вторичных сетях связи. Характерной особенностью этого класса измерений является наличие специализированных технологий анализа качества предоставляемой услуги (QoS) и широкое развитие технологий анализа протоколов сигнализации. В технологию измерений интегрированной цифровой сети (IDN) входят анализ качества услуги представляемой телефонной связи, измерение параметров коммутируемых телефонных каналов ТфОП, анализ протоколов межстанционной сигнализации CAS. С переходом цифровых телефонных сетей к ISDN в технологию эксплуатационных измерений входят измерения качества каналов ISDN (в первую очередь - анализ параметров ошибки BER), анализ качества представляемых услуг ISDN, а также анализ протоколов абонентского и межстанционного доступа ISDN. Очень важной для современной практики измерений является технология ОКС №7. Она предполагает создание наложенной сети сигнализации, поэтому должна рассматриваться отдельно от других технологий. Эта измерительная технология включает анализ протоколов всех систем сигнализации ОКС №7, анализ качества работы сети ОКС №7, где важными оказываются измерения надежности сети, эффективности использования ее ресурсов, поиск точек несанкционированного доступа и т.д. Кроме того, в состав измерительной технологии ОКС №7 входит анализ интеллектуальных сетей (IN), построенных на основе системы сигнализации. Анализ систем компьютерной телефонии, приложений современного биллинга и новых сетевых услуг относятся к данному классу измерений. Революция в области персональных компьютеров привела к бурному росту сетей передачи данных (ПД), которые становятся все более важной частью современной системы электросвязи. В сетях ДЦ [3] производится анализ качества представляемого канала (BERT) и предоставляемой услуги (QoS), анализ протоколов сигнализации, анализ инкапсулированной информации протоколов верхних уровней, например от ЛВС. Развивающаяся в последнее время технология IP-телефонии также должна получить отражение в измерительной технологии, хотя сама технология IP-телефонии слишком молода, чтобы можно было говорить о технологии эксплуатационных измерений. Перспективное развитие технологии ATM предусматривает, как и в случае сетей передачи данных, анализ QoS, протоколов сигнализации (B-ISUP), а также анализ инкапсулированной информации. Новые концепции адаптивной маршрутизации, связанные с внедрением протокола PNNI, также должны значительно повлиять на развитие измерительной технологии ATM. Однако методы эксплуатационных измерений на сети PNNI разработаны только в самых общих чертах. Измерительные технологии сетей подвижной радиосвязи включают анализ качества представляемых услуг мобильной связи, измерения параметров базовых (БС) и мобильных (МС) станций, анализ протоколов работы различных устройств в радиоканале, а также протоколов сигнализации, используемых для передачи трафика в сети общего пользования. Как следует из рис. 1, все перечисленные сегменты имеют свои методы организации измерений, опирающиеся на специализированные измерительные средства, причем измерительные средства разных сегментов практически не пересекаются друг с другом. 2. ИЗМЕРЕНИЯЭЛЕКТРИЧЕСКИХКАБЕЛЕЙ 2.1. Концепцияизмеренийэлектрическихкабелей Электрический кабель используется на протяжении всего времени существования телекоммуникаций, технология его эксплуатации отработана в деталях, а измерительные технологии широко внедрялись на протяжении более чем ста лет. Технология измерений электрического кабеля постоянно изменяется, совершенствуется в связи с развитием научно-технического прогресса и появлением новых требований к параметрам кабеля. Новые типы электрических кабелей (например, витая пара категорий 4, 5, 6 для LAN), а также новые требования к существующему абонентскому кабельному хозяйству, связанные с широким внедрением оборудования для «последней мили», значительно стимулировали развитие технологии измерений электрического кабеля в последние пять лет. В результате современное описание технологии измерений требует довольно детальной проработки и систематизации накопленного материала и учета новых технологий измерений. С полной уверенностью можно сказать, что такое описание вне технологического подхода представляется сложным и неструктурированным. Трудно также составить обзор современного рынка измерительной техники для электрического кабеля. Следует учесть, что многие устройства, используемые для измерений, занимают на рынке нишу, промежуточную между приборами и инструментарием, и выпускаются тысячами наименований и разными фирмами-производителями. В настоящей главе сделана попытка создания на основе технологического подхода концепции измерений электрического кабеля и в соответствии с ней описаны соответствующие измерительные технологии. Размер настоящего издания не позволяет полностью осветить проблему, поэтому внимание будет уделяться не исторически наработанному материалу, а новым технологиям измерений. С учетом приведенного выше замечания будет также сделана попытка обзора современного рынка измерительной техники. Исторически при рассмотрении вопросов организации измерений электрических кабелей исходят из следующих задач (рис. 2): • проверка соответствия электрических характеристик кабельных линий связи, принимаемых в эксплуатацию, нормам; • проверка соответствия электрических характеристик действующих кабельных линий связи нормам и выявление участков линий, не удовлетворяющих нормам, с целью предупреждения и предотвращения повреждений; • определение характера и места повреждения кабеля связи; • проверка качества произведенного ремонта. В соответствии с этими задачами электрические измерения кабелей связи подразделяются на: • приемосдаточные; • периодические (профилактические, регламентные); • измерения, определяющие характер и место повреждения; • измерения по проверке качества ремонтных работ. Упомянутые группы измерений актуальны для любых типов электрических кабелей вне зависимости от их использования. Рис. 2. Концепция измерений электрических кабелей По типам кабелей можно предложить следующую классификацию измерений: • измерения магистральных кабелей; • измерения абонентских кабелей; • измерения витой пары (LAN); • измерения электрических кабелей в соответствии с требованиями аппаратуры «последней мили» или xDSL. Отдельной группой измерений являются заводские испытания кабелей (выходной контроль) и измерения, связанные с определением значения параметров кабелей (входной контроль). Существует определенная специфика измерений электрических подземных и воздушных кабелей. Измерения кабельных линий связи несколько отличаются от аналогичных измерений на воздушных линиях связи. Неточности в определении места повреждения подземного кабеля затягивают работы по исправлению повреждения, в связи с чем расстояние до места повреждения необходимо определять значительно более точно, чем на воздушных линиях. Способы измерения воздушных и кабельных линий также отличаются друг от друга и определяются параметрами линии, например, сопротивлением изоляции. Помимо упомянутого разделения по группам измерений и типам кабелей широкое распространение получила классификация по методикам измерений. Такая классификация выделяет группы параметров, измеряемых постоянным током, и группы параметров, измеряемых переменным током. К параметрам, измеряемым постоянным током, относятся различные сопротивления (сопротивление изоляции, омическая асимметрия цепи, электрическая прочность изоляции и т.д.). Группа параметров, измеряемых переменным током, более широкая и включает собственное затухание цепи, затухание несогласованности, защищенность цени на дальнем конце, емкостную связь и асимметрию, параметры волнового сопротивления и т.д. Таким образом, концепция эксплуатационных измерений электрического кабеля представляет собой двухмерную измерительную концепцию, которую условно можно отобразить в виде табл. 1. Как видно из приведенной таблицы, измерения трех типов кабелей - магистрального, абонентского и витой пары, используемой в LAN - могут выполняться в полной мере, т.е. на этапе ввода в эксплуатацию, на этапе регламентных работ, на этапе эксплуатации при возникновении неисправности и после ее устранения. Внедрение аппаратуры «последней мили» (xDSL) не потребовало замены существующего кабельного хозяйства, однако потребовало верификации его параметров, проверки состояния кабеля в соответствии с новыми требованиями, предъявляемыми технологией xDSL. С точки зрения измерительной технологии на- личие аппаратуры xDSL дополняет измерительную концепцию только в части приемосдаточных испытаний, когда проверяются параметры электрического кабеля и выбирается кабель для внедрения технологии xDSL. Это не означает отмены на данном кабеле регламентных и восстановительных измерений, просто последние проводятся в соответствии с практикой эксплуатации магистральною и абонентского кабелей. Таким образом, с учетом заводских измерений электрического кабеля измерительная концепция включает в себя 14 групп измерений. Именно эта концепция и будет положена в основу описания технологии эксплуатационных измерений электрического кабеля. Прежде, чем начать это описание, хотелось бы отметить определенную тенденцию, имеющую место в современном развитии технологии проводной связи - это широкомасштабное внедрение оптического кабеля и вытеснение им электрического кабеля. В настоящее время оптические кабели в первую очередь внедряются па магистральных линиях связи. Только в последние несколько лет в странах Европы, США и Японии прошла широкая реконструкция кабельных сетей, включающая абонентское кабельное хозяйство. При жилищном строительстве в этих странах оптический кабель прокладывается параллельно с подводом канализации и электрической сети. На уровне абонентского хозяйства началась замена электрического кабеля на оптический. На отечественных линиях прокладка оптического кабеля пока не выходит за рамки магистральных сетей, где технология xDSL внедряется для создания цифровых систем передачи уровня Е1 и Е2 взамен морально устаревших аналоговых систем передачи. В технологии измерений происходит переориентация на задачи тестирования абонентских кабелей и параметров кабельных систем для внедрения xDSL. Это не значит, что измерения на магистральных электрических кабелях теряют свое значение, они остаются актуальными особенно для России. Однако переориентация особенно заметна при анализе зарубежного рынка измерительной техники, с которого постепенно уходят измерительные приборы для магистральных кабелей. Вместе с тем измерительная техника для анализа структурированных абонентских кабельных сетей переживает второе рождение и развивается в последнее время очень динамично. В связи с обозначенной выше тенденцией в этой главе подробно будет рассмотрена только технология измерений магистральных электрических кабелей с использованием рефлектометров, практические аспекты которой широко не обсуждались в отечественной технической литературе. Более подробно будут рассмотрены технологии измерений абонентских кабельных сетей, в том числе эксплуатационные измерения абонентских кабельных сетей, которые практически не освещены в отечественной технической прессе, а также специфические измерения, связанные с развитием технологии цифрового абонентского доступа (xDSL). |