Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

д.т.н., профессор Лукашенко В.М., к.т.н. Уткина Т.Ю.,
магистр Лукашенко В.А., магистрант Гревцов А.В.,
магистрант Булгаков С.М.

Черкасский государственный технологический университет, Украина

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

В настоящее время коммуникационные сети не становятся медленнее – только быстрее, не делаются проще – только усложняются и постоянно совершенствуются. Важным элементом надежной работы коммуникационных сетей – своевременная диагностика и быстрое устранение неисправности, для этого используют импульсные устройства диагностики линий передачи информации – рефлектометры, с помощью которых можно анализировать наличие дефектов и местоположение повреждений.

1. Диагностике линий связи, электросетей и поиску неисправностей в них, посвящен ряд работ [1-9] таких ученых, как В. Л. Аксенова, И.Г. Бакланова, Кочерова А. В., В.Е. Кравцова, А.М. Лукьянова, Мельниковой Н. Ф., Н.И. Тарасова и др. В их работах отражены различные методы и физические модели для точного определения местоположения повреждения в линиях связи и электросетях, а также для анализа этих линий на наличие дефектов с помощью импульсной рефлектометрии.

Однако в этих работах недостаточно отражена цельная совокупность основных параметров, нет единой визуализации, которая бы позволила выявить преимущества и недостатки существующих рефлектометров.

Целью работы является систематизация и получение единой знаковой модели основных параметров современных импульсных рефлектометров в относительных единицах.

Для выполнения данной цели необходимо решить следующие задачи:

- составить перечень современных импульсных рефлектометров и их основных технико-экономических показателей;

- разработать условные критерии подобия по соответствующим технико-экономическим показателям и составить критериальные уравнения;

- построить знаковую модель параметров современных рефлектометров в безразмерных координатах;

- провести системный анализ предмета исследования и определить лучшие показатели современных импульсных рефлектометров.

Решение проблемной задачи

Для решения данной задачи составлен перечень основные технико-экономических показателей современных рефлектометров (табл. 1), разработаны условные критерии подобия, в которых основными определяющими величинами являются: максимальная дальность измерения, погрешность измерения, коэффициент укорочения, цена устройства.

Коэффициент укорочения показывает во сколько раз скорость распространения сигналов в линии меньше скорости света в вакууме и определяется выражением:

где  – коэффициент укорочения;

 – скорость света в вакууме ( );

 – скорость распространения импульсного сигнала в линии [10-12].

Коэффициент укорочения и коэффициент распространения (коэффициент распространения задается в зарубежных рефлектометрах) связаны между собой следующим соотношением:

где   – доля от скорости света в вакууме [13].

Таблица 1

Основные технико-экономические показатели современных
импульсных рефлектометров

№ п/п	Тип и модель устройства	Максимальная дальность измерения,	Погрешность измерения, %	Коэффициент укорочения,	Цена, грн.
1	Рейс-105М1	25 600	0,20	1.00…7.00	10 840
2	Рейс-100	6 400	0,20	1.00…4.00	7 536
3	РИ-10М1	50 000	0,40	1.00…3.00	16 176
4	РИ-10М2	50 000	0,40	1.00…3.00	18 296
5	РИ-303Т	4 800	0,21	1.00…3.00	8 376
6	РИ-307	64 000	0,20	1.00…3.00	22 488
7	РИ-307USB	64 000	0,20	1.00…3.00	12 080
8	Tempo TS 90	10 000	0,01	300-1000 (1.00…3.00)	19 800
9	Tempo TS 100	15 000	0,03	300-1000 (1.00…3.00)	45 960
10	Riser Bond 3300	19 400	0,15	30-999 (1.00…3.00)	15 416
11	Riser Bond 1270А	19 400	0,01	30-999 (1.00…3.00)	39 432
12	Riser Bond 1550T	3 000	0,90	1.00…3.00	12 203

Предлагается использовать теорию неполного подобия и размерностей, физическое моделирование и на основе эврестического метода создать условные критерии подобия.

Обобщенный вид условного критерия подобия через определяющие величины имеет вид:

(1)

где  – безразмерная величина, характеризующая выбранный параметр, индексы  и  соответствуют выбранному параметру из табл. 1.

Критериальное уравнение для импульсных рефлектометров согласно определяющим величинам примет вид:

Обозначим  – как величину, характеризующую дальность измерения, лучше при ;

 – как величину, характеризующую погрешность измерения, предпочтительной является минимальная;

 – как величину, характеризующую диапазон измерения разновидностей кабелей, лучше при ;

 – величина характеризующая цену устройства.

Эти величины будут характеризовать соостветствующие технико-экономические показатели.

Результаты расчёта соответствующих коэффициентов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Условные критерии подобия для современных импульсных рефлектометров

Тип Условный критерий	Рейс	Ри	Tempo	Riser Bond
	1	2	3	4
	0,75	0,925	0,333	0,845
	0,5	0,5	0,98	0,98
	0,857	0,667	0,667	0,667
	0,305	0,628	0,569	0,691

Используя данные табл. 1-2 и -теорему, построены зависимости основных технических параметров в безразмерных координатах.

Рисунок 1 – Знаковая модель зависимостей основных технических параметров современных рефлектометров в безразмерных координатах

Примечание:

цифры – 1, 2, 3, 4 соответствуют порядковому номеру импульсных рефлектометров, приведенных в табл. 2.

Сравнительный анализ, приведенный на рис. 1, показал, что по
4-м квадрантам, устройства зарубежных изготовителей имеют большую погрешность измерения, чем отечественные производители. Также рефлектометры отечественного производителя имеют преимущество в коэффициенте распространения, что позволяет тестировать больший диапазон разновидностей кабелей.

На примере импульсного рефлектометра типа «Ри» построена зависимость длительности импульса от диапазона измерений в безразмерных координатах, которая представлена на рис. 2.

Рисунок 2 – Знаковая модель зависимости импульса от дальности измерений в безразмерных координатах

Примечание:

цифры – 1-7 соответствуют порядковому номеру диапазонов измерения импульсных рефлектометров, приведенных в табл. 3.

Результаты расчёта соответствующих коэффициентов согласно формуле (1) приведены в табл.3.

Таблица 3

Рекомендуемые длительности импульсов для поддиапазона измерений

№ п/п	Максимальная дальность поддиапазона измерений	Варианты длительности импульсов						Дальность,
1	250 м		10 нс	20 нс	40 нс	60 нс	0,83	0,01
2	500 м	10 нс	20 нс	30 нс	60 нс	90 нс	0,89	0,02
3	1000 м	20 нс	30 нс	50 нс	100 нс	150 нс	0,87	0,04
4	2500 м	50 нс	100 нс	200 нс	400 нс	600 нс	0,92	0,1
5	5000 м	100 нс	250 нс	500 нс	1 мкс	1,5 мкс	0,93	0,2
6	12500 м	500 нс	1 мкс	2 мкс	4 мкс	6 мкс	0,92	0,5
7	25000 м	1 мкс	2,5 мкс	5 мкс	10 мкс	15 мкс	0,93	1

Сравнительный анализ зависимости длительности импульса от диапазона измерений (рис. 2) показал, что точность измерения зависит от длительности импульса в своем диапазоне, а при выборе иной длительности, не соответствующей табл. 3 импульса в диапазоне приведет к искажению конечного результата.

Кроме того, из графика (рис. 2) можно сделать вывод, что на коротком расстоянии измерения диапазон импульсов небольшой, а чем дальше дальность измерения – тем шире диапазон импульсов.

Выводы:

1. На основе эвристического метода составлен перечень современных импульсных рефлектометров и их основных технико-экономических показателей: максимальная дальность измерения, погрешность измерения, коэффициент укорочения, цена устройства, которые являются определяющими величинами при использовании теории неполного подобия.

2. Разработаны условные критерии подобия, построена многокритериальная знаковая модель по 4-м квадрантам в безразмерных координатах, характеризующая современные параметры рефлектометров.
В современных импульсных рефлектометрах отечественного производства приемуществом является широкий коэффициент распространения за небольшую цену со средними характеристиками по дальности измерения.
В зарубежных приборах преимуществом является малая погрешность измерения, к недостаткам же можно отнести большой вес импульсного рефлектометра. Каждый из типов современных импульсных рефлектометров нуждается в доработке своих основных параметров для выхода на эталонную модель сочетания всех наилучших характеристик.

3. На примере импульсного рефлектометра типа «Ри» можно увидеть пределы изменения импульса для каждого поддиапазона измерений, а также зависимость и ограничения длительности импульса от расстояния.

Литература:

2. The polarized neutron spectrometer REMUR at the pulsed reactor IBR-2, D13-2004-47 / V. L. Aksenov, K. N. Jernenkov, S. V. Kozhevnikov, H. Lauter, V. Lauter-Pasyuk, Yu. V. Nikitenko, A. V. Petrenko. – Dubna, 2004.

3. Бакланов И. Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях / И. Г.Бакланов. – М. : ЭКО-ТРЕНДЗ, 2007.

4. Джиган В. И. Многоканальные RLS- и быстрые RLS-алгоритмы адаптивной фильтрации / В. И. Джиган // Успехи современной радиоэлектроники. – 2004. – № 11. – С. 48–77.

5. Кочеров А. В. Анализатор систем передачи и кабелей связи AnCom A‑7 – неочевидные возможности / А. В. Кочеров // Электросвязь. – 2006. – № 2.

6. Кравцов Ю. А. xDSL: диагностика кабельных линий / Ю. А. Кравцов, A. Н. Сахаров // Вестник связи. – 2002. – № 8.

7. Современные оптические рефлектометры. Вопросы метрологического обеспечения. Метрология и измерительная техника в связи / В. Е. Кравцов, А. М. Лукъянов, Л. В. Подюкова, С. В. Тихомиров. – 1999. – № 2. – С. 38–48.

8. Мельникова Н. Ф. Средства измерений для оценки кабеля “последней мили” / Н. Ф. Мельникова // Технологии и средства связи. – 2003. – № 5.

9. Тарасов Н. И. Эксплуатационная надежность цифровых абонентских линий / Н. И. Тарасов, А. В. Кочеров // Вестник связи. – 2005. – № 6. – С. 70–74.

10. Метрология и электроизмерения в телекоммуникационных системах : учеб. для ВУЗов /А. С. Сигов, Ю. Д. Белик и др. / Под ред. В. И. Нефедова. – 2‑е изд., перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 2005.

11. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи : учеб. пособ. для ВУЗов / Под ред. Б. П. Хромого. – М. : Радио и связь, 2006.

12. МИ 1907-99. Рефлектометры оптические. Методика поверки. – М., 1999.

13. МСЭ-Т L.19. Многопарные медные сетевые кабели, обеспечивающие одновременную работу нескольких служб, таких как POTS, ISDN и xDSL. –11/2003. – 19 с.