In ambienti di rete su larga scala, da backbone delle telecomunicazioni e reti elettriche a sistemi di controllo industriale e di data center, la capacità di individuare rapidamente e con precisione i difetti è un requisito non negoziabile per la continuità operativa.

Che cosa è Distributed Sensing?

Il rilevamento di tensione si riferisce ad una classe di tecnologie in cui l'intera lunghezza di un mezzo di rilevamento, la maggior parte delle volte una fibra ottica, ma anche un conduttore o una serie di nodi di sensore discreti, agisce come una serie continua di sensori.

Esiste anche un rilevamento distribuito discreto, utilizzando una fitta gamma di microsensori (ad esempio, basati su MEMS) collegati lungo un autobus, ma per la maggior parte delle infrastrutture di rete, il rilevamento distribuito basato su ottica offre il vantaggio unico di utilizzare la fibra già utilizzata per le comunicazioni.

Vantaggi di Sensing Distribuito in localizzazione di default

L'adozione di un rilevamento distribuito offre una serie di funzionalità che affrontano direttamente i punti di dolore della gestione di reti disperse di grandi dimensioni geograficamente.

Accuratezza e risoluzione Spaziali senza precedenti

La localizzazione dei guasti convenzionali si basa spesso sulla misurazione del tempo per un segnale riflesso per il ritorno (ad esempio, la riduzione del tempo-dominio ottico) che può individuare un problema di perdita, rottura o connettore, ma la sua precisione si degrada con la distanza ed è spesso limitata a rilevare eventi che causano una riflessione significativa.

Rilevamento e risposta di guasto più veloce

Quando si verifica un guasto, un cavo tagliato da apparecchiature di costruzione, un improvviso picco di temperatura da un trasformatore in difetto, o un tentativo di intrusione, il sistema può alzare un avviso entro millisecondi a secondi. Questo è un netto contrasto ai sistemi di telemetria basati su polling che possono richiedere minuti o addirittura ore per riconoscere un problema. La velocità di rilevamento combinato con posizione precisa permette l'istanza di isolamento automatico segmento

Maggiore affidabilità attraverso il monitoraggio continuo

Questo aumento graduale della tensione lungo una guaina del cavo, cambiamenti di temperatura sottili in un alimentatore, o modelli acustici ripetitivi che indicano che i macchinari di raffreddamento si avvicinano possono tutti essere identificati.

Scalabilità per le reti in crescita

Poiché le reti si espandono, sia aggiungendo nuove linee di fibra, estendendo linee di potenza, sia implementando più dispositivi IoT, la scala di sistemi di rilevamento distribuita con un costo incrementale minimo. L'unità di interrogatori di base (la scatola a base di laser che invia impulsi e analizza la scala di backscatter) può spesso gestire più fibre e può monitorare distanze superiori a 100 km per porta.

Costo-efficacia sul ciclo di vita delle risorse

Mentre l'investimento iniziale in hardware e software di rilevamento distribuito è superiore a un'unica unità OTDR, il costo totale di proprietà sulla vita di una grande rete è sostanzialmente inferiore. La ragione è nell'evitare di guasti del 60% e la riduzione delle spese operative. Per ogni caso che viene impedito o rilevato in anticipo, i costi di riparazione di emergenza, lavoro straordinario, compensazione del cliente e danni reputazione sono evitati. Inoltre, perché il monitoraggio distribuito può essere overlaid su fibra esistente

Considerazioni di attuazione

Una distribuzione di rilevamento di successo richiede una pianificazione accurata su diverse dimensioni, poiché semplicemente connettere un interrogatore a una fibra non garantisce una localizzazione efficace dei guasti.

Posizionamento del sensore e selezione del fibra

Per i sistemi basati su sistemi ottici, la fibra di rilevamento deve essere accuratamente selezionata. La fibra monomodale standard (SMF-28) funziona per DAS e DTS, ma il rivestimento e il cablaggio possono influenzare la sensibilità. I cavi di tubo-scioglio sono spesso migliori per la rilevazione di tensione, mentre i cavi di rilevamento a catena offrono un accoppiamento acustico più coerente.

Gestione e integrazione dei dati

I dati relativi alla gestione dei dati in tempo reale sono forniti da un unico sistema DAS, che può produrre diversi terabyte al giorno da segnali di backscatter grezzi.

Analisi automatizzata e apprendimento automatico delle macchine

La complessità dei dati di rilevamento distribuiti lo rende inadatto al monitoraggio manuale. L'analisi avanzata, spesso alimentata dall'apprendimento automatico, è necessaria per filtrare il rumore, classificare gli eventi e ridurre i falsi positivi. Un sistema DAS in un'area urbana, per esempio, rileverà il traffico dei veicoli, i pedoni e le vibrazioni della metropolitana. L'algoritmo deve essere addestrato per distinguerli da un vero e proprio scavatore di cavi o da un taglio di fibre.

Considerazioni sulla sicurezza e sulla privacy

Il sistema di rilevamento del PIL, per sua natura, può rilevare vibrazioni ed eventi acustici da tutto il territorio della fibra, comprese le conversazioni private vicino al cavo, alle orme o alle macchine nelle aree adiacenti. Questo solleva le preoccupazioni sulla privacy, soprattutto se la fibra passa attraverso zone residenziali o commerciali.

Manutenzione e calibrazione

I sistemi di rilevamento distribuiti richiedono una manutenzione periodica. La fonte laser e i componenti ottici devono essere calibrati per mantenere l'accuratezza. Il degrado del fibra, come la contaminazione del connettore o l'attenuazione aumentata, possono ridurre la sensibilità. Gli operatori dovrebbero implementare autocontrolli di routine in cui l'interrogatore confronta il profilo della backscatter a una linea di base.

Applicazioni reali nel mondo

Il rilevamento distribuito si sta già muovendo dai laboratori di ricerca alle reti di produzione in più industrie.

Telecomunicazioni

I principali operatori di telecomunicazioni stanno implementando DAS per monitorare i loro cavi a fibra ottica a lungo raggio, soprattutto nelle regioni in cui la costruzione e i disastri naturali pongono rischi. Rilevando la vibrazione di una backhoe prima che un cavo sia tagliato, il sistema può inviare un avviso immediato al centro operativo, che può quindi inviare una guardia di sicurezza o informare la società di costruzione.

Energia e servizi

Le reti elettriche di trasmissione di energia utilizzano DTS per monitorare i punti caldi sulle linee aeree e sui cavi sotterranei. Un aumento della temperatura improvviso indica un potenziale sovraccarico o un giunto inadeguato. DAS è usato per rilevare il contatto della vegetazione, il carico di ghiaccio, e anche il suono di un albero che cade su una linea.

Centri dati

Nei data center di iperscala, migliaia di cavi in fibra ottica collegano server, switch e sistemi di archiviazione. Il rilevamento distribuito viene utilizzato per monitorare lo strato fisico per micro-bend, contaminazione del connettore e anche macchie calde all'interno dei vassoi di cavi. Misurando continuamente il profilo della backscatter, il sistema può rilevare un patch cord o una giunzione che sta degradando prima che causa la perdita di pacchetti.

Trasporti

Le reti ferroviarie utilizzano il rilevamento distribuito lungo i binari per rilevare le posizioni dei treni, la velocità e le potenziali problematiche come le zone piane delle ruote o le rotaie rotte. Utilizzando la fibra di comunicazione già posata lungo la pista, le ferrovie ottengono un sistema di rilevamento e monitoraggio della salute a basso costo.

Sfide e Mitigazioni

Nonostante i suoi vantaggi, il rilevamento distribuito non è senza sfide che devono essere affrontate durante la distribuzione.

Sovraccarico e rumore dei dati

Il volume di dati è il problema più comune. Il monitoraggio continuo su molti chilometri genererà eventi benigni, vento, pioggia, veicoli di passaggio, animali. Se non correttamente filtrato, il sistema diventa una fonte di falsi allarmi piuttosto che uno strumento utile. Mitigazione:] Implementare analisi multi-tiered.

Costo e ritorno sulla giustificazione degli investimenti

Il costo iniziale del capitale per un'unità interrogatrice può essere significativo (dieci di migliaia di dollari) Per le reti più piccole o quelle con profili a basso rischio, il caso di affari può essere più difficile da giustificare. Mitigazione:] Iniziare con un pilota sul tronco più critico dove il costo di un singolo outage è alto.

Sensibilità ambientale e di installazione

I sistemi di rilevamento distribuiti sono sensibili allo stato fisico della fibra e al suo ambiente. I giunzioni, i connettori, le curve strette, e anche il materiale della giacca di cavo possono introdurre attenuazione e rumore. Se la fibra non è installata specificamente per il rilevamento, le sue prestazioni possono essere suboptimali. Mitigazione:] Usare una fibra di rilevamento dedicata con una qualità di giunzione costante.

Complessità di integrazione

Molti centri di gestione della rete (NOC) hanno già una moltitudine di strumenti di monitoraggio. Aggiungendo una nuova piattaforma di rilevamento distribuita che non integra bene può portare ad allertare la fatica o gli eventi trascurati. Mitigazione:] Scegli un fornitore che offre API aperte (REST, gRPC) e supporta i formati di notifica standard (Syslog, SNMP intrappole eventi web sensid dati di dati di dati di dati).

Tendenze future

Il campo di rilevamento distribuito si sta evolvendo rapidamente, guidato da progressi nei fotonici, negli analytics e dalla crescente necessità di resilienza nelle infrastrutture critiche.

[LT] I nuovi interrogatori che utilizzano un rilevamento coerente (basato sulle tecniche di eterodina) migliorano la sensibilità e l'intervallo, permettendo di individuare gli eventi più piccoli (ad esempio, una misura di topo che riduce i costi di un cavo).[FLT:

Conclusioni

Per la ricerca di errori, è una tecnologia fondamentale che trasforma in modo più ampio le reti di monitoraggio, manutenzione e sicurezza. Con la conversione dell'infrastruttura di rete stessa in un monitoraggio continuo e in tempo reale della salute, gli operatori acquisiscono la capacità di rilevare, localizzare e rispondere a errori con una velocità e una precisione che era precedentemente inattaccabile.

Per ulteriori informazioni, esplorare le risorse dal ]Optoelectronics Intelligence Center] sull'hardware DAS, rivedere il rapporto DOE sul rilevamento distribuito per applicazioni di rete[, e leggere gli studi ]]