Лекция 8. Конспект лекций

### Лекция 8. Примеры построения оптических систем передачи

8.1. Использование DWDM-оборудования Optelian
8.2. Атмосферная оптическая система

### 8.1. Использование DWDM-оборудования Optelian

В настоящее время технологии WDM рассматриваются операторами связи как наиболее эффективное средство повышения пропускной способности транспортных магистралей.

Быстрый рост объемов передаваемой информации приводит к снижению запасов свободных волокон. Когда все волокна в кабеле полностью заняты, внедрение новых сервисов, связанных с увеличением пропускной способности оптических каналов, возможно только за счет использования систем спектрального уплотнения (CWDM или DWDM).

Поэтому сейчас наблюдается рост спроса на системы спектрального уплотнения для региональных, городских сетей и даже сетей доступа. Отличительными характеристиками таких систем должны быть простота, гибкость, экономичность и, конечно, надежность.

Компания Optelian производит семейство продуктов операторского класса LightGAIN, которое включает в себя активное и пассивное оптическое оборудование. Гибкая и масштабируемая архитектура, широкая номенклатура продуктов позволяют поддерживать такие приложения, как мультиплексирование (CWDM, DWDM), увеличение дальности передачи (3R-регенерация, оптическое усиление, компенсация дисперсии), преобразование длин волн и типов интерфейсов.

Архитектура

Все оптические компоненты LightGAIN (кроме 40-канального DWDM-мультиплексора) выполнены в виде карт, которые могут быть вставлены в шасси трех типов:

OMS-219 на четыре карты для применения в узлах регенерации;

OMS-519 на четырнадцать карт;

OMS-719 - отличается от OMS-519 наличием встроенной полки вентиляции и предназначено для приложений с высокой плотностью портов (10 Гбит/с).

Пассивные компоненты

Пассивные оптические компоненты включают в себя:

40-канальный DWDM-модуль высотой 1U;

карты 8- и 4-канальных CWDM- и DWDM-мультиплексоров/демультиплексоров и мультиплексоров ввода/вывода, поддерживаюшие дополнительный канал 1310 или 1550 нм (в зависимости от модели);

модули компенсации дисперсии, выполненные в виде карт и обеспечивающие компенсацию дисперсии для линий свыше 100 км.

Активные компоненты

Активные оптические компоненты включают в себя карты многоскоростных транспондеров для скоростей до 2.7 и 10 Гбит/с, которые могут применяться в качестве преобразователей длин волн или регенераторов сигналов. Низкоскоростные транспондеры (до 2.7 Гбит/с) поддерживают до четырех CWDM/DWDM-каналов, транспондеры (10 Гбит/с) поддерживают до двух CWDM/DWDM-каналов. Типы интерфейсов и рабочие длины волн этих транспондеров определяются выбором SFP- или XFP-модулей.

Кроме того, существуют транспондеры с настраиваемыми лазерами, которые позволяют оператору значительно сократить затраты на ЗИП.

К активным оптическим компонентам, предлагаемым Optelian, также относятся карты оптических EDFA-усилителей (для передачи DWDM-сигнала на большие расстояния) и модуль защиты, обеспечивающий автоматическое переключение между основным и резервным оптическими маршрутами на основе настраиваемых порогов уровня сигнала в пределах 14 мс.

Карты управления и мониторинга, а также внешняя система управления оптической сетью обеспечивают простоту обслуживания и настройки продкутов Optelian.

Преимущества

Оптические компоненты Optelian используются как элементы конструктора, из которого составляется нужная конфигурация под конкретный проект, что обеспечивает функциональную эффективность и экономичность решений на базе данного оборудования.

Характерными особенностями решений Optilian являются:

оптимизация выбора решения под различные сценарии использования и развития сети;

возможность гибкого наращивания конфигураций узлов по мере роста сети и, как следствие, плата за эксплуатацию сети по мере ее роста;

возможность при необходимости простой переконфигурации узлов и даже всей сети;

высокая надежность и низкие эксплуатационные расходы в силу простоты оборудования, наличия встроенных средств диагностики и системы управления и мониторинга.

Пример решения для построения сетей DWDM на оборудовании Optelian приведен на рис. 8.1.

Рисунок 8.1 Схема сети с использованием технологии DWDM

При дизайне сети связи нужно определить предполагаемое количество каналов, это влияет на выбор мультиплексоров, скорость в каждом канале, которая влияет на выбор типа транспондера.

Для схемы, изображенной на рисунке 8.1, используются 8-канальные мультиплексоры/демультиплексоры.

Для организации каналов со скоростью 10Гбит/с используются транспондеры RGN-10XO, позволяющие прозрачно передавать трафик STM-64/OC-192, 10GbE LAN/WAN, 10GFC, G.709 OTU-2, Overclocked OTU-2. Данные транспондеры имеет функции FEC, GFEC, UFEC (функции коррекции ошибок), это позволяет увеличить дальность связи без дополнительных усилителей и регенераторов.

Для организации 4 каналов со скоростью 2.5 Гбит/с сначала происходит мультиплексирование их в один 10Гбит/с. Выполняется это платой мукспондера MPX-3GOTN, которая позволяет мультиплексировать 4 канала STM-16/OC-48 (2.5 Гбит/с) или OTU-1 (2.7 Гбит/с) в один канал OTU-2 (10.7 Гбит/с) и передать его по магистральной линии. Использование мукспондера вместо транспондера на 2.5 Гбит/с позволяет в четыре раза увеличить эффективность использования DWDM канала.

Все транспондеры и мукспондеры могут комплектоваться различными SFP и XFP модулями, что позволят гибко варьировать стыковкой с клиентским оборудованием.

Для увеличения дальности связи в сетях DWDM используются оптические усилители и компенсаторы дисперсии.

Компенсаторы дисперсии используются для каналов 10 Гбит/с при длине линии свыше 80 км. Усилители компенсируют затухание оптического волокна и потери в пассивных компонентах (мультиплексорах, разъемах, компенсаторах дисперсии). Установка усилителей также требуется на линиях свыше 80 км. Одновременным применением компенсаторов дисперсии и оптических усилителей можно добиться дальности связи 1200 км для восьми каналов 10 Гбит/с и 600 км для сорока каналов 10 Гбит/с при расстояниях между усилителями 100-120 км.

### 8.2 Атмосферная оптическая система

Оптическая атмосферная система связи Granch SBAL-2/3 может быть рекомендована для применения в следующих условиях:

• Нет возможности установить соединение по физической выделенной линии.

• Сложности с прокладкой линии связи через улицы, железные дороги, ЛЭП, водные преграды и т.д.

• Возможно получение наибольшей скорости за счет оптимального расстояния между двумя объектами.

Область применения:

• создание основного и/или резервного канала связи,

• объединение локальных компьютерных сетей,

• телеметрические системы,

• системы безопасности.

Достоинства оптической атмосферной системы связи:

• снижение затрат, связанных с организацией и регистрацией канала,

• высокая степень скрытности передачи информации,

• отсутствие собственного радиоизлучения и невосприимчивость к посторонним излучениям,

• быстрая установка.

Максимальное расстояние между двумя разнесенными компьютерными сетями составляет 3 км (рекомендуемое для погодных условий средней полосы России — 1,5км). Передача осуществляется в дуплексном синхронном режиме со скоростью 2048 кбит/с. К приемо-передающей станции подводятся информационный кабель от компьютерной сети и питающее напряжение.

Каждая оптическая система состоит из двух станций, содержащих излучающий лазерный блок, приемный оптический блок и соответствующее электронное оборудование (рис.8.2).

Общее описание оптической части

В передающем блоке используется полупроводниковый Ga-Al-As лазер, инфракрасное излучение которого, модулированное передаваемым цифровым потоком, формируется внешней оптической системой в луч с очень малым углом расхождения. После его прохождения через атмосферу линзовая оптическая система противоположной станции фокусирует принятый луч на фотоприемник. Электронные схемы станции усиливают принятый фотоприемником сигнал и осуществляют синхронную регенерацию исходного цифрового потока.

Рисунок 8.2 Станция атмосферной оптической линии

В оптическом приемо-передающем блоке используется линзовая система с большой апертурой для обеспечения приема и передачи информации в сложных погодных условиях. Оптическая линия связи хорошо защищена от несанкционированного доступа к передаваемым данным. Поскольку сигнал невидим и хорошо сфокусирован, попытка доступа к данным невозможна без нарушения связи, что немедленно обнаруживается пользователями.

Высококачественная оптическая система и электронное оборудование установлены в водонепроницаемом корпусе, благодаря этому неблагоприятные погодные условия не оказывают влияния на работоспособность системы связи. Каждый приемо-передающий блок оптической атмосферной системы связи устанавливается на универсальном юстировочном устройстве и комплектуется оптическим прицелом для визуальной настройки станций друг на друга.

Интерфейсная часть

В качестве интерфейсного устройства для оптического блока Granch SBAL-2/3 выступает сетевой адаптер SBNI14-AL, являющийся одной из модификаций нового семейства сетевых адаптеров, разрабатываемых фирмой "Гранч".

Конструктивно адаптер представлен в двух вариантах: в виде PCI-платы расширения для IBM PC-совместимого компьютера (выполненной в базовой или роутерной модификациях) или в виде Ethernet-моста (отдельное устройство, имеющее выходы для подключения к Ethernet-сети и к линии связи с приемо-передающим блоком). Применение интерфейса SBNI14-AL дает еще одну особенность этой системе — соединение приемо-передающих станций с компьютерными сетями может осуществляться информационным кабелем длиной до 1000 метров.

Зависимость дальности передачи от погодных условий

Из приведенного графика зависимости максимальной дистанции устойчивой связи от метеоусловий при ошибке передачи данных BER <10-9 и скорости 2000 кбит/с видно, что сильный снегопад и густой туман существенно сокращают максимальную дистанцию устойчивой связи.

Как показывают наблюдения, и в сильный снегопад, и в густой туман на расстоянии 3 км связь сохраняется, но, поскольку относительное количество испорченных пакетов очень велико, скорость передачи данных существенно уменьшается.

Лазерная линия связи SBAL прошла опытную эксплуатацию зимой 1999-2000 г.г. в условиях Новосибирска на дистанции 2,8 км. Даже в самых тяжелых погодных условиях (метель, сильный снегопад) синхронизация приемных и передающих блоков не нарушалась, но с вероятностью 6% скорость передачи была менее 10% от максимальной скорости передачи, с вероятностью 10% скорость передачи лежала в пределах от 10% до 90% от максимальной скорости передачи.

Эти результаты хорошо согласуются с данными многолетних метеонаблюдений, полученных для европейской части Российской Федерации Главной Геофизической Обсерваторией им. А. И. Воейкова (вероятность рассеяния излучения более 35 дБ/км — 2,2%, вероятность рассеяния излучения от 17 дБ/км до 35 дБ/км — 3,8%).

Приведенные данные позволяют оценить вероятность доступности атмосферного канала связи на рекомендуемой нами дистанции 1,5 км в условиях г. Новосибирска (с большой точностью соответствующих условиям центральной полосы России): при максимальной скорости передачи она составляет 93-94%, а на скорости не ниже 50% от максимальной — не менее 97%.

Для сравнения можно отметить, что, например, германская фирма Telecom гарантирует вероятность доступности для стандартного проводного канала связи, равную 98%.

Параметры оптической атмосферной системы связи Granch SBAL-2/3

Благодаря низкой мощности выходного сигнала (менее 100 мВт) не требуется специального технического лицензирования для безопасной работы и управления. Примеры использования представлены на рис.8.3, 8.4.

Рисунок 8.3 Пример 1 использования атмосферной оптической линии

Рисунок 8.4 Пример 2 использования атмосферной оптической линии