Главная    
О кафедре    
Состав кафедры    
Учебная работа    
Научная работа    
Конференции    
Учебные материалы    

РФФИ "Аспиранты"

"Конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре", проект № 19-37-90150 "Развитие теории кусочно-регулярных маломодовых волоконно-оптических линий связи с крипто-световодами для защиты на физическом уровне мультигигабитных сетей передачи конфиденциальной информации разного назначения"

   Руководитель Проекта: д.т.н., доцент, профессор кафедры линий связи и измерений в технике связи Бурдин А.В. Исполнитель Проекта: аспирант кафедры линий связи и измерений в технике связи Пашин С.С.

    Аннотация Проекта: Проект посвящен разработке разработка научно-технических основ, методики реализации и практических рекомендаций по организации защищенного на физическом уровне канала передачи конфиденциальной информации на базе специализированного волоконно-оптического линейного тракта.

   Основные результаты, полученные в ходе выполнения 1го этапа Проекта:

1. Проведена серия экспериментальных исследований характера и степени проявления дифференциальной модовой задержки (ДМЗ) в отобранной партии протяженных промышленных образцов кварцевых могомодовых оптических волокон (ОВ) разных поколений (категорий ISO/IEC OM2...OM2+/OM3), отличающихся геометрией технологического дефекта градиентного профиля в центре сердцевины ОВ, а также флуктуациями показателя преломления и локальными отклонениями формы профиля реального ОВ от оптимальной градиентной. На основании проведенного анализа полученных в ходе экспериментальных исследований результатов были сформулированы требования к конструкции оптических крипто-волокон (ОКВ):

2. Проведена адаптация известной модификации приближения Гаусса, обобщенной на случай расчета спектральных характеристик параметров передачи направляемых мод произвольного порядка, распространяющихся в слабонаправляющих ОВ с увеличенным диаметром сердцевины и произвольным профилем показателя преломления сложной осесимметричной формы, для анализа многомодовых ОВ с габаритным дефектом градиентного профиля показателя преломления в центре сердцевины.

3. Проведена адаптация ранее разработанного подхода к построению устройств для увеличения пропускной способности многомодовых ВОЛП, функционирующих в маломодовом режиме передачи оптических сигналов, для решения задачи моделирования ОКВ. Приложение описанного подхода для моделирования ОКВ ориентировано на оптимизацию специализированной формы профиля показателя преломления, обеспечивающей воспроизведение искомой опорной (ОКВ-шифратор) либо реверсивной (ОКВ-дешифратор) диаграммы ДМЗ направляемых мод заданного порядка с решением прямой задачи расчета анализа ОВ с помощью разработанной адаптации модификации приближения Гаусса на каждой итерации синтеза.

4. Разработана методика моделирования профилей показателя преломления ОКВ с диаметром сердцевины 50 мкм, выполняющих функции шифратора и дешифратора, для маломодового режима передачи оптического сигнала 12ю модовыми компонентами. Проведена ее апробация на моделировании пилотных градиентных профилей ОКВ с диаметром сердцевины 50 мкм, выполняющих функции шифратора и дешифратора, где в качестве исходных данных, использовались, в том числе, протоколы измерений профилей показателя преломления реальных промышленных образцов многомодовых ОВ с габаритным центральным дефектом профиля показателя преломления. Полученные в результате моделирования пилотные образцы градиентных профилей показателя преломления, содержащие в центре сердцевины пик или провал, обеспечивают значение ДМЗ до 750 пс/км.

5. Проведена адаптация базирующейся на описанной выше модификации приближения Гаусса и общем подходе метода расщепления по физическим процессам математической модели кусочно-регулярной ВОЛП, функционирующей в маломодовом режиме, на случай расчета динамики оптического импульса, возбуждаемого в многомодовом ОВ, отличающегося наличием габаритного технологического дефекта градиентного профиля показателя преломления в центре сердцевины, когерентным источником оптического излучения.

6. Проведены расчеты динамики оптических импульсов волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) спецификаций 10GBase-SX/LX как в одиночных ОКВ, выполняющих функции шифратора, так и дополненных ОКВ-дешифраторами. Продемонстрирована потенциальная возможность реализации защищенных на физическом уровне каналов передачи КИ внутрикорпоративных подкластеров сетей уровня "первая/последняя" миля на основе специализированного волоконно-оптического тракта, реализуемого с применением ОКВ, вносящих, благодаря сильному проявлению ДМЗ, существенное искажение оптического импульса при распространении по ОКВ-шифратор и последующее восстановление исходной формы его огибающей на выходе ОКВ-дешифратора.

7. Проведен аудит и отбор преформ кварцевых ОВ, с точки зрения наиболее габаритных дефектов типа "пик" и "провал" градиентного профиля показателя преломления в центре сердцевины, изготовлены опытные образцы строительных длин многомодовых ОВ с габаритным центральным дефектом профиля, обеспечивающим сильное проявление ДМЗ. Проведена серия измерений импульсных откликов как на выходе одиночных ОВ, так и последовательно соединенных двух многомодовых ОВ с разнотипными дефектами, представляющих собой макет ВОЛП с парой ОКВ "шифратор"-"дешифратор".

8. Для исследования влияния отклонения геометрических параметров крипто-волокон от оптимальных значений на отклонение искомой степени и характера проявления ДМЗ, с точки зрения шифрования / дешифрования канала передачи КИ проанализировано свыше 30 протоколов измерения профиля показателя преломления промышленных образцов многомодовых ОВ категорий ISO/IEC ОМ2 и ОМ2+/ОМ3, а также ряда одномодовых ОВ действующих рекомендаций ITU-T (в частности, G.652, G.653 и G.655, выполненных штатным лабораторным оборудованием - анализатором волоконных световодов. Это позволило выявить два ключевых прогнозируемых фактора потенциального отклонения геометрии сердцевины ОВ от искомой формы: а) локальные флуктуации показателя преломления и б) асимметричная эллиптичность поперечного сечения сердцевины. В свою очередь, на основании результатов выполненного статистического анализа данных из указанных протоколов измерений были получены эмпирические коэффициенты, описывающие локальные искажения профиля показателя преломления и параметры некруглости сердцевины исследуемого ОВ.

9. Разработан оригинальный подход анализа перераспределения мощности между модовыми компонентами оптического сигнала на разъемном соединении ОВ, позволяющий учитывать характер и степень загрязнения торцевой поверхности феррула коннектора сращиваемых ОВ. Предложенное решение базируется на дискретном представления полей взаимодействующих мод, наложении соответствующей маски, учитывающей характер и степень загрязнения торца ОВ, на каждое из этих полей и последующем расчете коэффициентов связи между ними с помощью дискретного представления интеграла перекрытия полей в виде конечных вложенных сумм. Данный подход в качестве исходных данных позволяет использовать непосредственно фотографии торцов феррул коннекторов анализируемого разъемного соединения, получаемые штатными полевыми комплектами видеодиагностики. Разработана методика представления загрязнения торцевой поверхности в виде искажений дискретизированного поля моды и далее - методики расчета вносимых потерь и коэффициента отражения на разъемном волоконно-оптическом соединении на основе анализа снимков торцов феррул волоконно-оптических коннекторов с использованием эквивалентного стыка для представления анализируемого соединения.

10. Разработана и апробирована экспериментальная установка для верификации методики анализа разъемного соединения ОВ по фотографиям торцов феррул волоконно-оптических коннекторов. Представлена программа проведения испытаний волоконно-оптических разъемных соединений, направленная на экспериментальные исследования влияния степени и характера загрязнения торца феррула волоконно-оптического коннектора на параметры стыка с использованием штатных комплектов видеодиагностики и проведением измерения действительного значения параметров передачи (вносимых потерь и коэффициента отражения) методом обратного рассеяния во временной области. с помощью оптического рефлектометра. Проведено тестирование по 42 разъемных соединения пар одномодовых и многомодовых ОВ, и последующая обработка результатов измерений, которая включала в себя сопоставление показаний рефлектометра и протокол тестирования на загрязнение зон торца феррула, выполненного оборудованием видеодиагностики.

11. Проведена верификация методик оценивания вносимых потерь и коэффициента отражения разъемного соединения ОВ на основе анализа снимка торца феррул волоконно-оптических коннекторов с использованием представления анализируемого разъемного соединения в виде эквивалентного стыка ОВ с введенным заданным прецизионным радиальным рассогласованием и дискретизацией полей взаимодействующих мод, с учетом искажения последних за счет загрязнения торца ОВ путем наложения соответствующим образом обработанного изображения феррула. Эмпирически определены рекомендуемые значения параметров указанного эквивалентного стыка.

По результатам проведенных в рамках выполнения 1го этапа Проекта исследований в течение 2019/2020 г. подготовлено для публикации в научных изданиях 2 статьи (из них на дату подачи отчета опубликована 1), в том числе:

    - журналы, включенные в перечень ВАК и входящие в БД РИНЦ - 1;

    - журналы, входящие в международные системы цитирования Web of Science / Scopus - 1.

    Подготовленные статьи:

1. Bourdine A.V., Pashin S.S., Zaitseva E.S., Vasilets A.S., Antonov S.A. Fast and simple method for estimation of the insertion loss at the connection of singlemode optical fibers with contaminated ferrule end faces // Proceedings of SPIE. - 2020. - vol. 11516. - P. 115161O-1 - 115161O-11 (DOI: 10.1117/12.2566456).

2. Бурдин А.В., Пашин С.С. Оценка коэффициента отражения на разъемном соединении одномодовых оптических волокон по результатам анализа фотографий торцевых поверхностей феррул коннекторов. - Труды учебных заведений связи. - 2020. (препринт).

    Опубликованные тезисы докладов:

1. Бурдин А.В., Бурдин В.А., Губарева О.Ю., Дельмухаметов О.Р., Диязитдинова А.А., Пашин С.С. Исследование влияния несимметричности геометрии промышленных образцов оптических крипто-волокон на дисперсионные параметры направляемых мод // III Научный Форум "Телекоммуникации: Теория и Технологии" (ТТТ-2019). XVII Международная научно-техническая конференция "Оптические технологии в телекоммуникациях" (ОТТ-2019): материалы конференции. Казань, 18 - 22 ноября 2022 г. - Казань, КНИТУ-КАИ, 2019. - Т.2. - С. 75 - 76.

2. Бурдин А.В., Пашин С.С. Исследование несимметричной эллиптичности поперечного сечения оптического крипто-волокна на дисперсионные параметры направляемых мод XXVII Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы конференции. Самара, 27 - 31 января 2020 г. - Самара, ПГУТИ, 2020. - С. 88.

    Участие в научных мероприятиях:

1. III Научный Форум "Телекоммуникации: Теория и Технологии" (ТТТ-2019) XVII Международная научно-техническая конференция "Оптические технологии в телекоммуникациях" (ОТТ-2019), Казань, КНИТУ-КАИ, 18 - 22 ноября 2019 г., секционные доклады: - Исследование влияния несимметричности геометрии промышленных образцов оптических крипто-волокон на дисперсионные параметры направляемых мод. - Простая методика расчета коэффициента передачи основной моды на стыках оптических волокон с загрязненной торцевой поверхностью сердцевины.

2. XXVII Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов, Самара, ПГУТИ, 27 - 31 января 2020 г., секционный доклад: - Исследование несимметричной эллиптичности поперечного сечения оптического крипто-волокна на дисперсионные параметры направляемых мод

3. X Международная научно-техническая и научно-методическая конференция "Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании" (АПИНО-2020), г. Санкт-Петербург, СПбГУТ им. проф. Бонч-Бруевича", 26 - 27 февраля 2020 г., секционные доклады: - Исследование влияния отклонения геометрии промышленных образцов оптических крипто-волокон относительно модельной формы на дисперсионные характеристики направляемых мод. - Расчет коэффициентов связи мод на стыках оптических волокон с загрязненной торцевой поверхностью сердцевины.

   Бурдин Антон Владимирович, д.т.н., профессор
   тел: (846) 228-00-66, e-mail:

© ФГБОУ ВО "ПГУТИ" кафедра ЛС и ИТС, 443090 Самара, Московское шоссе, 77, 9 этаж
тел: (846)228-00-66, факс: (846)228-00-27, e-mail: