Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)4341010.22363/2658-4670-2024-32-3-294-305BGKJTKComputer ScienceИнформатика и вычислительная техникаResearch ArticleMaintaining the reliability of communication networks while continuing operation of optical cables beyond their warranty periodСохранение надежности сетей связи при продолжении эксплуатации оптических кабелей за пределами их гарантийного срока службыhttps://orcid.org/0009-0005-6394-5022PaltsinDenis A.ПальцинД. А.

Director at the Access Network Research Center

palcinda@niir.ruhttps://orcid.org/0009-0002-2708-7065TsymAlexander Yu.ЦымА. Ю.

Doctor of Technical Sciences, Chief researcher at the Access Network Research Center

tsymay@niir.ruM.I. Krivosheev National Research Centre for TelecommunicationОрдена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский институт радио имени М. И. Кривошеева15122024323VOL 32, NO3 (2024)ТОМ 32, №3 (2024)29430525032025Copyright ©; 2024, Paltsin D.A., Tsym A.Y.Copyright ©; 2024, Пальцин Д.А., Цым А.Ю.2024Paltsin D.A., Tsym A.Y.Пальцин Д.А., Цым А.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/43410

Currently, an increasing number of fiber-optic communication lines are reaching the end of their predetermined service life, yet the quality indicators of these lines still allow for continued operation. To extend the actual operational life of these lines, it is necessary to conduct high-quality monitoring of both the current status of all components and the dynamics of key indicators. This article proposes a method for addressing the challenge of maintaining communication network reliability while continuing to use optical cables after their warranty period has expired. A study of random values of the attenuation coefficient and polarization mode dispersion of an optical fiber, supported by actual operational data from a network segment, shows high temporal stability in the attenuation coefficient and polarization mode dispersion of optical fiber type G.652. This conclusion allows us to discuss the continued operation of optical cables after the warranty period. To analyze the key aging metric, mathematical models are used that take into account the physical and chemical properties of cables as well as the conditions of their proof-tests. Using an example related to the current state of Russian fiber optic networks, we calculate the number of emergency reserve elements necessary to maintain the reliability of their operation. Practical recommendations for the placement of emergency reserve are also provided.

В настоящее время, все большее количество волоконно-оптических линий связи оказываются в ситуации, когда гарантированная производителем продолжительность эксплуатации кабеля достигает заданного срока службы, однако качественные показатели линии допускают продолжение ее работы. Продление срока реальной эксплуатации требует качественного учета, как текущего состояния всех составляющих, так и динамики основных показателей. В статье предлагается метод решения проблемы сохранения надежности сетей связи при продолжении эксплуатации оптических кабелей за пределами их гарантийного срока службы. Исследование случайных показателей коэффициента затухания и поляризационно-модовой дисперсии оптического волокна, подкрепленное реальными эксплуатационными данными фрагмента сети, показывает высокую временну́ ю стабильность коэффициента затухания и поляризационно-модовой дисперсии оптического волокна G.652. Данный вывод позволяет говорить о продолжении эксплуатации оптических кабелей за пределом гарантийного периода. Для анализа ключевой метрики - старения - используются математические модели, учитывающие физикохимические свойства кабелей и условия проводимых для них контрольных испытаний. На примере, актуальном для текущего состояния российских оптоволоконных сетей, расчитывается количество элементов аварийного запаса, необходимых для поддержания уровня надежности их эксплуатации. Также приводятся практические рекомендации по размещению аварийного запаса.

communication networksfiber-optic cablesservice lifeoperational reliability indexсети связиволоконно-оптические кабелисрок службыэксплуатационный показатель надежностиMahlke, G. & Gössing, P. Fiber Optic Cables: Fundamentals, Cable Planning, Systems Planning (Siemens Aktiengesellschaft, 1993).Tarasov, D., Ovchinnikova, I., Meschanov, G., Gordienko, V. & Tsym, A. Quartz-glass Optical Fibre Time to Fracture at Small Bending Radiuses in (Mar. 2020), 1-5. doi:10.1109/IEEECONF48371.2020.9078607.Snyder, A. & Love, J. Optical Waveguide Theory (Springer US, 2012).Stress-strein characteristics of selfsupporting aerial optical fibre cables IWCS (1991), 178-185.A High-speed coating process for optical fibre ribbon IWCS (1991), 550-555.Korn, G. & Korn, T. Mathematical Handbook for Scientists and Engineers: Definitions, Theorems, and Formulas for Reference and Review (Dover Publications, 2013).Definitions and test methods for linear, deterministic attributes of single-mode fibre and cable tech. rep. G.650.1 (Recommendation ITU-T, Jan. 2024).Characteristics of a single-mode optical fiber and cable tech. rep. G.652 (Recommendation ITU-T, Nov. 2009).Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre and cable tech. rep. G.655 (Recommendation ITU-T, Nov. 2009).Characteristics of a dispersion-shifted, single-mode optical fibre and cable tech. rep. G.653 (Recommendation ITU-T, July 2010).Maslo, A., Hodzic, M., Skaljo, E. & Mujcic, A. Aging and Degradation of Optical Fiber Parameters in a 16-Year-Long Period of Usage. Fiber and Integrated Optics 39, 1-14. doi:10.1080/01468030.2020.1725185 (Feb. 2020).Characteristics of a fibre and cable with non-zero dispersion for wideband optical transport tech. rep. G.656 (Recommendation ITU-T, July 2010).Sultanov, A. & Vinogradova, I. Optical Fiber for Telecommunication in Russia in Proceedings of SPIE (Oct. 2001), 78-88. doi:10.1117/12.445695.I., B. V. The effect of cross-border fibre-optic transitions on the information and communication connectivity of the Russian cities. Baltic Region (2018).Mane, S. Fiber Optics in Communication Networks: Trends, Challenges, and Future Directions. International Journal of All Research Education and Scientific Methods (IJARESM), 607-612 (July 2023).Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fibre and cable tech. rep. G.657 (Recommendation ITU-T, Nov. 2016).Glaesemann, G. Optical Fiber Mechanical Reliability. Review of Research at Corning’s Optical Fiber Strength Laboratory. White Paper. tech. rep. WP8002 (Corning Incorporated, Corning, New York, USA, July 2017), 62.Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fibre and cable tech. rep. G.654 (Recommendation ITU-T, Mar. 2020).Tonkih, E. Analysis of ITU-T and ITU-R recomendations on fith generation communication networks. Part II. Work of NIIR. doi:10.34832/NIIR.2021.7.4.001 (Dec. 2021).Tonkih, E. Analysis of ITU-T and ITU-R recomendations on fith generation communication networks. Part I. Work of NIIR. doi:10.34832/NIIR.2021.6.3.001 (Sept. 2021).