Измерительные технологии, их использование и развитие

В качестве примеров технологии этапа IV - аналоговые системы передачи, координатные и декадно-шаговые АТС.

1.4 Повышение роли измерительной техники с развитием технологий телекоммуникаций

Теперь от рассмотрения технологии телекоммуникаций перейдем к рассмотрению движущих сил и динамики технологий измерений.

Процесс совершенствования измерительных технологий тесно связан с общей тенденцией усложнения высоких технологий в процессе их развития во второй половине XX века. Основными тенденциями развития являются: миниатюризация, экономичность и, как следствие, усложнение.

Этот процесс наглядно виден на примере развития современных технологий цифровой связи. Так, сложность систем связи объективно повышается с переходом к цифровым системам передачи с высокой пропускной способностью (SDH), новым принципам мультиплексирования (ATM), новым концепциям систем сигнализации (ОКС 7 и протоколов ведомственных сетей ISDN), новым сетевым концепциям предоставления услуг пользователям (интеллектуальные сети). Этот процесс связан с увеличением пропускной способности систем передач, снижением стоимости интеллектуальных устройств и внедрением в современные телекоммуникации принципов распределенной обработки информации. В связи с этим возникают задачи контроля и настройки работы интеллектуальных систем, каковыми в настоящее время являются сети связи. Этот процесс идет двумя путями: первый - развитие систем внутренней диагностики интеллектуальных узлов сетей, второй -применение современной измерительной техники.

Учитывая, что развитие средств связи идет очень динамично, разработка систем самодиагностики и их отработка несколько отстают от развития самих средств связи. Таким образом, применение независимых от оборудования систем контроля в ряде случаев является единственно корректным решением. В результате роль измерительной техники на сети связи повышается с развитием новых технологий.

Измерительная техника на сетях современных телекоммуникаций играет важную роль - настройка и оптимизация сетей связи, поиск неисправностей и причин конфликтов, разрешение конфликтных ситуаций. Таким образом, основной движущей силой развития измерительных технологий является усложнение современных систем связи.

Распространенное мнение о том, что цифровые системы связи лучше, надежнее и поэтому требуют в меньшей степени обслуживания на этапе эксплуатации, не верно. Действительно, верно, что цифровые технологии обеспечивают лучшее качество связи, меньшие эксплуатационные затраты, лучший контроль за ресурсом сети. Верно также, что хорошо отлаженная, "ухоженная" цифровая сеть требует в меньшей степени обслуживания. Однако также верно, что "неухоженная" цифровая сеть деградирует гораздо быстрее аналоговой и требует при восстановлении гораздо больших затрат. Это - объективная плата за сложность технологии цифровой передачи. Цифровым те-лекоммуникациям'свойственен так называемый "пороговый эффект деградации", когда ухудшение параметров не приводит долгое время к ухудшению качества связи. При достижении определенного порога параметры качества изменяются скачкообразно. Обычно в этом случае довольно сложно выделить сразу причину нарушения связи, поскольку причиной является накопленные в течении длительного времени отклонения от нормы нескольких параметров.

На практике часто встречается заблуждение о том, что иностранные фирмы, обеспечивающие пуск участков цифровых сетей, должным образом настроят сеть и в дальнейшем ее работа не потребует квалифицированной эксплуатации. Такой подход ведет к зависимости операторов сети от инофирм, что является негативным фактором. С уверенностью можно сказать, что использование современной измерительной техники дает операторам ключ к пониманию процессов, происходящих в сети. В этом случае поиск конфликтных ситуаций и противоречий, "тонкая настройка" сети помогают добиться максимальной эффективности ее работы, а также понять принципы новой технологии.

Эта роль измерительной техники является новой в практике отечественной связи. До сих пор измерительная техника служила для контроля работы сети и соответствия ее узлов отечественным стандартам. В этом случае имелись четкие рекомендации по методологии измерений на сетях связи, т.е. указания на прибор, методику измерений и параметры измерений. В современной ситуации процесс стандартизации технологии значительно отстает от развития самих технологий. Четких рекомендаций по использованию измерительной техники и эксплуатационной методологии нет и в ближайшем будущем не предвидится. Измерительная техника, применяемая современными операторами, используется не только для проверки на соответствие стандартам (в первую очередь международным), но и для изучения процессов, протекающих в сети. Это позволяет операторам быстро осваивать новые технологии на международном уровне, что является необходимым условием дальнейшей успешной работы.

Еще одна важная особенность современной измерительной техники для телекоммуникаций состоит в том, что с развитием цифровизации сетей связи происходит упомянутая выше специализация измерительной техники. Еще 15-20 лет назад для обслуживания аналоговых сетей связи применялась общеизмерительная техника (генераторы, осциллографы, частотомеры и т.д.) или ее модификации с учетом параметров систем связи. Развитие цифровых систем передачи и коммутации привело в тому, что измерительная техника для телекоммуникаций стала высоко специализированной. Это означает, что ее в большинстве случаев невозможно использовать в других областях человеческой деятельности. Современные измерительные приборы для телекоммуникаций, такие как анализаторы протоколов сигнализации, анализаторы цифровых систем передачи, измерительные приборы ВОЛС и др., составляют рынок специализированной техники, который до последнего времени не рассматривался ни в технической, ни в экономической литературе. Автор надеется, что настоящая книга станет первым шагом к такому рассмотрению.

Необходимо сразу оговорить, что предметом книги является рассмотрение современной цифровой сети связи. В отечественной практике пока 50-60% сетей аналоговые. Однако технология измерений таких сетей хорошо известна, закреплена стандартами и практическим опытом обслуживающего персонала, в то время как уровень знаний о технологии измерений на цифровой сети пока невелик и практически не всегда подкреплен. Поэтому предметом настоящей книги является описание технологий измерений в цифровых системах связи, под структурой системы электросвязи будет пониматься структура цифровой системы связи и т.д. И хотя для достижения общности можно было бы рассмотреть отдельно технологию измерений на аналоговых системах передачи и коммутации, автор считает это излишним, поскольку основной интерес у современных специалистов вызывает технология измерений именно в цифровых системах, где не до конца разработаны методики и нет четкого понимания задач и методов измерений.

2. Системное и эксплуатационное измерительное оборудование

Всю измерительную технику современных телекоммуникаций можно условно разделить на два основных класса: системное и эксплуатационное измерительное оборудование.

Как показано ниже, требования к обоим классам значительно отличаются, соответственно, 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 требования к каждому из них. Эти требования существенно различны для перечисленных классов и представлены ниже в порядке уменьшения приоритетности.

Требования к измерительному оборудованию

Системное оборудование Эксплуатационное оборудование

функциональность тестов * портативность

возможность интеграции в системы * стоимость

быстрота и легкость модернизации * надежь

удобство эксплуатации * удобство эксплуатации

надежность * функциональность тестов

стоимость портативность

Для системного оборудования основным требованием является максимальная функциональность прибора: его спецификация тестов должна удовлетворять всем существующим и большинству перспективных стандартов и методологий. В противном случае прибор не обеспечит полной настройки и оценки параметров сети или тестируемого устройства.

Вторым требованием является возможность интеграции в системы приборов и интеграции с вычислительными средствами и сетями передачи данных. Это также существенно в условиях 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 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.

Следует сразу отметить, что предлагаемая классификация измерительного оборудования является условной, учитывая общую тенденцию к миниатюризации в современной электронной промышленности. В связи с этим 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.

3. Методология измерений

В философском смысле методология - это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности человека. Необходимость использования в настоящей книге понятия "методология" обусловлена тем, что в отечественной литературе нет понятия, определяющего общие подходы и внутреннюю логику проведения измерений. Использовать для этой цели понятия "метод", "технология" и "методика" не совсем корректно. Поэтому в дальнейшем для описания "внутренней технологии" эксплуатационных измерений будем пользоваться понятием "методология", как наиболее подходящим для этой цели.

4. Основная задача методологии измерений. Особенности методологии измерений сигналов систем связи

Основной задачей методологии измерений в современной технике является разработка методик измерения физических величин, связанных с работой технических средств. Наука XX века убедительно показала, что техническими средствами невозможно без ошибок определить значение теоретической величины. Так при проектировании технических средств в основу расчета закладываются теоретические величины, которые на практике могут быть измерены только в некотором приближении. Поэтому в ряде случаев экспериментальные данные служат для оценки параметра теоретической величины. Лучше всего это видно на следующем примере.

Пример 4.1. Для проектирования работы цифровых систем передачи необходимо учитывать влияние ошибок, возникающих по тем или иным причинам в системе. Основным параметром расчета здесь выступает вероятность возникновения ошибки p(t), которая является функцией времени и зависит от ряда факторов и значений параметров, связанных с различным влиянием на систему. Примерами такого влияния может служить интерференция сигналов в радиочастотных системах передачи, алгоритмический джиггер в системах SDH и т.д.

В зависимости от природы влияния на систему, характер функции p(t) может существенно отличаться для различных систем. Для проектирования необходим расчет функции вероятности в зависимости от параметров внешнего влияния на систему для определения качественных параметров работы проектируемой системы, определения ее устойчивости к внешним условиям и т.д. Проверить результаты расчетов можно только путем проведения эксперимента или путем измерений на опытном образце. Однако теоретическая величина - функция вероятности возникновения ошибки в системе - не может быть измерена. Вместо нее измеряется параметр ошибки по битам - BER, который может быть представлен как:

nr,n BITSerr

ВЕК = , где BITSerr ~ количество битов, пораженных ошибками,

BITS

a BITS - общее количество переданных битов. Эта величина связана с функцией вероятности возникновения ошибки отношением:

представляет собой математическое ожидание функции вероятности. По

значению математического ожидания функция вероятности может быть восстановлена лишь с определенной степенью достоверности.

В описанном примере для того, чтобы на основании результатов можно было бы восстановить функцию вероятности без ошибок, необходимо было бы проводить измерение ВЕЯ в течении бесконечно большого интервала измерений, что практически невозможно. Таким образом, полученное значение всегда оказывается неким приближением теоретического и зависит от условий измерения, которые определяются методологией измерений, ориентированной на минимизацию ошибки оценки теоретической величины.

В нашем примере основными параметрами измерения ВЕЯ выступают: алгоритм проведения измерений, интервал времени измерения и выбор тестовой последовательности для измерения. Значения этих параметров зависят от предполагаемого характера функции р(0 и должны определяться в ходе разработки методики измерений.

Знание методологии измерений не является обязательным для проведения эксплуатационных измерений при обслуживании современных систем связи, которые и составляют предмет настоящей книги. Тем не менее включение этого материала в книгу по технологии измерений необходимо хотя бы потому, что всегда остаются такие вопросы, как: "Когда я измеряю ВЕЯ, что же я действительно измеряю, как я это измеряю и не ошибаюсь ли я при измерении?" Для ответа на эти вопросы необходимо знать основы методологии измерений. Неправильно выбранная методология может привести к ошибке измерений, неправильной трактовке результатов и т.д. Поэтому даже самые общие сведения о методологии могут быть чрезвычайно полезны при организации эксплуатационных измерений.

Автор постарается не перегружать данный раздел математическими выкладками, которые могут быть найдены в специальной литературе по методологии. Цель данного раздела - показать основные методы измерений, которые затем будут встречаться в книге, выделить подходы к разработке методик измерений, нашедших отражение в международных стандартах. Тема методологии охватывает вторую часть книги и главы 4-7. Основной упор в материале делается на описание методологии эксплуатационных измерений цифровых каналов (гл. 6). Специфика цифровых сигналов и возможность их представления в виде диаграммы описана в гл. 5, это рассмотрение полезно, поскольку в дальнейшем приведенные диаграммы будут широко использоваться в материале книги, так что необходимо описание алгоритмов их построения. Широкий интерес к измерениям джиггера у отечественных специалистов привел к необходимости выделить методологию измерений джиггера в отдельную главу - гл. 7. Дополнительно, некоторые специальные вопросы методологии измерений параметров цифровых радиочастотных систем передачи рассматриваются в гл. 10. Представляется нецелесообразным отделять методологию измерений радиочастотных сред передачи от реальных практических методик эксплуатационных измерений.

Страницы: 1, 2, 3