СибГУТИ улучшил скорость и надежность оптоволоконной связи

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики подвел первые итоги выполнения научной части государственного задания за 2025 год. В частности, ученые СибГУТИ добились серьёзных успехов в двух ключевых областях технологий оптоволоконной связи: увеличении скорости передачи данных по оптоволоконным кабелям и повышении надежности этих систем. Руководит исследованием доктор технических наук, профессор В.А. Варданян.

В проекте участвуют ведущие эксперты университета с кафедр фотоники в телекоммуникациях, инфокоммуникационных систем и сетей и систем автоматизированного проектирования. В команду проекта входят доктора наук В.А. Варданян, Н.И. Горлов и В.П. Шувалов, кандидат наук И.Г. Квиткова, научные сотрудники А.Н. Сычук, А.С. Максимов и инженеры Д.Н. Сергеев, И.Ю. Шаталов.

Чего хотят добиться ученые?

Сделать интернет быстрее: увеличить пропускную способность существующих оптоволоконных сетей с помощью передовых технологий когерентной оптики (более точная передача сигналов), оптических усилителей и современных цифровых методов обработки сигналов.

Сделать связь надежнее: разработать способы оценки и прогнозирования надежности оптоволоконных линий при разных сценариях их обслуживания и ремонта.

Улучшить контроль: создать точные методы и алгоритмы для автоматического мониторинга состояния кабелей по всей их длине, чтобы вовремя предсказывать проблемы.

Спроектировать «умную» систему: обосновать принципы построения автоматизированной системы, которая будет постоянно следить за здоровьем оптоволоконной сети.

Что уже сделано? (ключевые достижения к июню 2025)

1. Моделирование для скорости: разработан новый метод компьютерного моделирования, чтобы понять, как высокоскоростные сигналы формата M-QAM, похожего на сложные коды, ведут себя в реальных оптоволоконных линиях при использовании технологии CO-OFDM, позволяющей «упаковывать» больший объем данных. Метод помогает визуализировать искажения сигнала и точно оценить его качество. По результатам вышла статья в авторитетном журнале «Автометрия» (Варданян В.А., 2025) и доклад на международной конференции WECONF-2024 (Vardanyan, Sychuk, Maksimov, 2024).

2. Эксперимент: 4 Тбит/с. Проведено сложное моделирование системы, передающей данные по 32 каналам одновременно со скоростью 4 терабита в секунду по технологии OFDM. Результат:

Максимальная дистанция для стабильной работы такой сверхскоростной системы – около 240 км (3 участка по 80 км).

Система очень чувствительна к уровню мощности света в волокне: он должен быть строго около 2.5 децибел-милливатт с отклонением не более 0.25 дБм.

Для меньшей дистанции (~160 км) требования к мощности слабее (допуск ~6 дБм в диапазоне 0-6 дБм), но всё равно важны.

Изучены искажения сигналов из-за различных шумов в системе. Эти результаты представлены на конференции WECONF-2025 и готовятся к публикации (Vardanyan, Sychuk, 2025).

3. Надежность: учет «общих» проблем. Исследованы причины отказов оптоволоконных линий связи. Ключевой вывод: значительная часть отказов происходит по «общим причинам» – например, повреждение кабеля при земляных работах. Это сильно снижает эффективность стандартного резервирования (дублирования линий). Разработаны методы расчета надежности с учетом этого фактора. Результаты доложены на международной конференции EDM-2025 (Shuvalov, Kvitkova, 2025).

4. Искусственный интеллект для «умных» устройств. Создана специальная рекуррентная нейронная сеть с долгосрочной и краткосрочной памятью для прогнозирования энергопотребления шлюзов Интернета вещей (IoT). Доклад принят на EDM-2025 (Shuvalov и др.).

5. Модели восстановления связи. Опубликована статья (Shuvalov, Zelentsov, Kvitkova, 2024), где предложена модель надежности оптоволоконного кабеля, учитывающая восстановление связи прямо в точке обрыва после внезапного отказа.

6. Качество связи в сетях. Опубликована статья (Shuvalov, Ismayilova, Rustamova, 2025) в журнале, индексируемом в международной системе цитирования Scopus (Q3), о комплексном исследовании качества обслуживания (QoS) и качества восприятия пользователем (QoE) в современных телекоммуникационных сетях.

7. Сверхчувствительный мониторинг.

Исследованы перспективные технологии на основе динамической решетки Бриллюэна для создания высокоточных систем мониторинга состояния оптоволоконных трактов. Это работает как «стетоскоп» для кабеля, чувствующий малейшие изменения.

Разработан алгоритм для обработки зашумленных данных обратного рассеяния света в волокне. Доклад представлен на международной конференции SmartIndustryCon-2025 (Garmaeva, Gorlov, Kitova).

8. Монография и ПО для сенсоров. Профессором Горловым Н.И. подготовлена монография «Волоконно-оптические датчики на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна». Также создана компьютерная программа для исследования этого типа рассеяния в телекоммуникационных волокнах.

Планы на будущее

1. Погоня за скоростью: продолжить совершенствовать моделирование передачи сверхскоростных сигналов (M-QAM/CO-OFDM), искать самые эффективные способы упаковки данных (спектрально-эффективные форматы модуляции).

2. Укрепление надежности: углубить анализ надежности с учетом «общих» отказов, оценить реальную эффективность резервирования кабелей, разработать методику проектирования сетей на основе марковских цепей (математическая модель случайных процессов) и алгоритм гарантии заданного срока безотказной работы кабеля. Планируются 3 доклада на мировых конференциях и создание специализированного программного продукта.

3. Развивать умный мониторинг: создать математические модели для высокоточного оптоволоконного зондирования (на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна), алгоритмы для увеличения дальности, точности локализации проблем и скорости обработки данных. Исследовать методы обнаружения несанкционированного доступа к информации, передаваемой по волокну. Планируются 2 доклада, заявки на ПО, 2 статьи в авторитетных журналах и монография.

Кому это нужно?

Возможные потребители результатов:

Национальный исследовательский центр телекоммуникаций им. Кривошеева (ФГАУ НИЦ Телеком): ведутся предварительные обсуждения.

Исследовательский центр Huawei Technologies: определяются возможности сотрудничества, обсуждаются темы, идет обмен презентациями.

ООО «НПЗ Оптические системы»: обсуждается практическое применение новых аппаратных и алгоритмических решений для повышения точности систем мониторинга кабелей.

Промежуточный отчёт команды проекта демонстрирует активную и результативную работу университета на переднем крае оптоволоконных технологий. Публикации в ведущих журналах и выступления на международных конференциях подтверждают значимость этих исследований для будущего высокоскоростной и надежной связи.

Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.

Подписывайтесь на наш Telegram-канал

"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"