スプリッターを使用してデュアルルートシステムを構築し、単一障害点を回避する方法は？
光ファイバー通信およびFBG（ファイバーブラッググレーティング）センサーシステムにおいて、単一点障害（外力による光ケーブルの断線、光ファイバーコネクタの汚損や破損など）は、下りシステム全体の麻痺につながることがよくあります。物理層の光路保護と高信頼性冗長化を実現するためのコア技術は、**光スプリッタ（Optical Splitter）**を利用したデュアルルーティングシステム（Redundant Dual-Routing System）の構築です。
以下に、光スプリッタを利用してデュアルルーティングを構築し、単一点障害を防ぐための2つの古典的な物理トポロジ設計と、エンジニアリング実践において厳密に遵守すべき物理的指標仕様を示します。
一、コアトポロジ設計案
1. 1 \times 2 （または 1 \times N ）スプリッタに基づく「リング冗長双方向監視」システム（Loop Redundancy）
FBGセンサーチェーンの「断線障害」を解決するための最も一般的で効率的なソリューションです。
- 構築方法：ファイバーブラッググレーティングインターロゲータの1つの物理チャンネルから光信号を引き出し、1 \times 2 のバランス型光スプリッタを介して2つの経路（ルーティングAとルーティングB）に分割します。
- 接続トポロジ：ルーティングAはFBGセンサーチェーンの先頭（順方向接続）、ルーティングBはセンサーチェーンの末尾（逆方向接続）に接続され、物理的に閉ループを形成します。
- 単一点障害防止メカニズム：
- 通常状態では、インターロゲータはFBGセンサーからの反射信号を先頭と末尾の両方から同時に受信できます。
- 一度光路のどこかで単一点断線（断線）が発生しても、この物理チャンネルは麻痺しません。ルーティングAは断点より前のすべてのセンサーを正常に監視し続け、ルーティングBは逆方向ループを通じて断点より後のすべてのセンサーを監視します。システム全体でセンサーデータが失われることはなく、単一点障害を効果的に回避します。
2. 2 \times N スプリッタに基づく「デュアルホーミング／ホットスタンバイ」システム（Dual-Homing / Hot Standby）
単一インターロゲータインターフェイスの損傷、または単一幹線光ケーブルの障害によるシステム全体のクラッシュを防ぐために使用されます。
- 構築方法：2 \times N （例：2 \times 32 ）光スプリッタを使用します。
- 接続トポロジ：スプリッタの2つの入力端（入力1と入力2）を、それぞれ独立した2台のインターロゲータ、または同一インターロゲータの2つの異なる物理チャンネル（プライマリチャンネルとスタンバイチャンネル）に接続します。スプリッタの N 個の出力端は、各下り検出光路に接続されます。
- 単一点障害防止メカニズム：
- プライマリルーティング、プライマリ光ケーブル、またはプライマリインターロゲータチャンネルが障害により物理的に損傷した場合、バックアップルーティング／バックアップインターロゲータは、もう一方の入力ポートから引き続き反射信号を送受信し、下りセンシングネットワークの通常の運用を維持できます。
二、システム構築における重要な物理的制限とエンジニアリング仕様
スプリッタを使用してデュアルルーティングシステムを構築する際には、トポロジ構造に加えて、厳密な物理指標の計算が必要です。
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光パワーバジェット（Power Budget）と挿入損失（Insertion Loss）
光信号がスプリッタを通過する際に電力分割が発生し、顕著な固有損失が生じます。- 例えば、標準的な 1 \times 2 の均等分割スプリッタは、理論上 3\ \text{dB} の分割損失を導入します。デバイス製造中の付加損失を加えて、実際の片道挿入損失は通常 3.2\ \ \text{dB} \sim 3.5\ \text{dB} 程度です。
- デュアルルーティングシステムでは、双方向でスプリッタを通過する場合（下りでの1回の分割、反射信号の上りでの1回の合波）、往復の総損失が少なくとも 6\ \text{dB} \sim 7\ \text{dB} 増加します。
- 設計時には、「インターロゲータ送信光パワー - FBG反射率損失 - 光ケーブル伝送損失 - スプリッタ挿入損失」を計算し、最も弱い反射信号レベルがインターロゲータの最小受信感度を上回っていることを確認する必要があります。
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厳密な波長計画（Wavelength Engineering）
- スプリッタを使用して1つの物理チャンネルを複数の並列ブランチに拡張する場合、並列ブランチ上のすべてのFBGセンサーの反射中心波長は完全にずらさなければなりません。
- 異なるブランチ上のセンサー波長が重複すると、インターロゲータは物理的に重複波長がどのブランチのセンサーから来たのかを区別できず、信号の混同とデータ損失につながります。
三、OFSCN® 関連製品サポート
上記の冗長光路システムを構築する際、大成永盛 (OFSCN®) は、それに対応する高信頼性工業用光電子デバイスとインターロゲータ機器を提供しています。
1. OFSCN® Optical Fiber Splitter | 公式リンク
大成永盛が製造する高品質光スプリッタは、非常に低い付加損失と優れた物理的安定性を備えており、高冗長ネットワーク構築のコアデバイスです。
- 主なパラメータ指標：常温およびカスタマイズ可能な耐高温モデルを含みます。標準仕様には、16 \times 32 、 8 \times 16 、 4 \times 8 、 32 \times 64 スプリッタなどがあり、マルチチャンネル冗長拡張をサポートします。
2. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator | 公式リンク
高精度FBGセンサー信号の受信およびデコーディングに使用され、マルチチャンネル統合と冗長ネットワーキングをサポートします。
- 主なパラメータ指標：デフォルト波長範囲 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} （カスタマイズ可能）；チャンネル数は4チャンネル、8チャンネル、16チャンネル、32チャンネルのカスタマイズをサポート；データサンプリング周波数は 10\ \text{Hz} \sim 100\ \text{Hz} 選択可能。標準的なTCP、UDP、Modbusなどの統合プロトコルをサポートし、デュアルホーミングホットスタンバイシステムのソフトウェア切り替えメカニズムと完全に互換性があります。
