Разработка проекта модернизации участка транспортной сети оператора связи на базе оборудования плотного волнового спектрального мультиплексирования

В настоящее время передаваемый объем информации постоянно возрастает. Это в первую очередь связано с развитием глобальной сети Internet. Россия, по итогам прошедшего года, показала стремительный рост числа абонентов, использующих ШПД. По данному параметру, наша страна находится в числе лидеров.

Всё возрастающие объёмы передаваемой информации, накладывают определенные требования к сетям передачи данных. Операторы связи для того, что бы оставаться конкурентоспособными должны отдавать себе отчет, что их сети связи нуждаются в постоянной модернизации. Постоянное, планомерное обновление оборудования, внедрение новых технологий, позволяет наращивать абонентскую базу, увеличивать скорость соединения, а так же расширять спектр услуг и сервисов.

Любая мультисервисная сеть нуждается в качественном «транспорте». Транспортные сети объединяют разнесенные в пространстве сегменты МССС. Они должны обладать большой пропускной способностью для передачи разнородного трафика, а так же надежностью, так как любая авария на сегменте такой сети может привести к потере огромного количества информации. Транспортная сеть должна своевременно модернизироваться и расширяться, иначе любые нововведения на МССС будут неэффективны.

Перед непосредственной модернизацией узлов МССС, необходимо модернизировать транспортную сеть, для того что бы она соответствовала тем требованиям по пропускной способности, надежности, масштабируемости и расширяемости, которые будут предъявляться к ней мультисервисной сетью уже после её модернизации.

1. Постановка задачи. Обзор технологий передачи данных на магистральных линиях связи

1.1 Цели и задачи дипломного проекта Целью данного дипломного проекта является разработка проекта модернизации участка транспортной сети оператора, а также пуско-наладку нового оборудования.

Задачи дипломного проектирования:

— Изучить техническое состояние участка транспортной сети, подлежащего модернизации.

— Оценить параметры существующей линии связи.

— Рассчитать объемы передачи данных на модернизируемом участке сети.

— Обосновать выбор нового оборудования.

— Выбрать место размещения оборудования.

— Осуществить настройку нового оборудования.

— Провести необходимые тесты оборудования и линии.

1.2 Обзор, анализ и сравнение технологий передачи данных на магистральных линиях связи

1.2.1 Временное мультиплексирование

Полоса пропускания оптического волокна значительно шире, чем требуется на практике любому отдельно взятому приложению. Необходимость максимально эффективно использовать возможности передачи информации по оптическому волокну послужила толчком для интенсивных исследований.

Первой стали применять технологию TDM, которая широко используется в обычных системах электросвязи. Эта технология предусматривает объединение нескольких входных низкоскоростных каналов в один составной высокоскоростной канал. Входные каналы по очереди модулируют высокочастотную несущую в течение выделенных им коротких промежутков времени (тайм-слотов), которые периодически повторяются. Например, в течение первого тайм-слота несущая модулируется первым входным каналом, в течение второго — вторым, в течение третьего — третьим, в течение четвертого — четвертым, в течение пятого — снова первым, в течение шестого — снова вторым и т. д. в соответствии с рисунком 1.1.

Рисунок 1.1 — Принцип передачи информационных каналов в системах TDM

Мультиплексор на одной стороне канала связи собирает данные со всех источников и передает их по волокну в течение соответствующих тайм-слотов. Демультиплексор на другой стороне линии связи выделяет тайм-слоты, считывает данные и передает их соответствующим пользователям уже в виде единых выходных потоков.

Использование технологии TDM позволило увеличить пропускную способность волоконно-оптических линий связи до 10 Гбит/с. Линии со скоростью 10 Гбит/с будут постепенно заменять первоначально использовавшиеся системы TDM со скоростью 2,5 Гбит/с. Скорость передачи 10 Гбит/с в некотором роде разграничивает два типа систем TDM. Выше этой скорости некоторые основные характеристики оптического волокна — поляризационная модовая дисперсия, хроматическая дисперсия — начинают значительно влиять на качество передачи и должны приниматься во внимание при разработке систем связи. Это является серьезным препятствием для ведущихся в настоящее время разработок систем TDM со скоростями передачи 40 Гбит/с и выше. Кроме того, для дальнейшего увеличения скорости требуются новые методы модуляции лазерного излучения, что ведет к росту сложности и стоимости приемопередающего оборудования.

Несмотря на все трудности, скорость передачи в цифровых сетях связи постоянно растет. В 1999 году была достигнута скорость 40 Гбит/с (уровень STM-256). Несмотря на то, что коммерческое внедрение линий связи уровня STM-256 маловероятно до конца 2001 года, крупнейшие телекоммуникационные компании уже сообщили о проведении успешных лабораторных испытаний систем передачи со скоростью 40 Гбит/с на линиях связи протяженностью 100 км и более. Экспериментальные линии связи уровня STM-256 пока еще не в полном объеме поддерживают функции ввода и вывода каналов ADM (Add/Drop Multiplexing) и кросс-коммутации.

Ожидается скорое появление на рынке оборудования цифровых систем передачи SDH/SONET, обеспечивающих мультиплексирование потоков уровня STM-16 и STM-64 в высокоскоростные потоки уровня STM-256. По всей видимости, первые линии связи уровня STM-256 будут применяться в сетях городского и регионального масштаба. По мере увеличения дальности передачи и появления более совершенных методик компенсации различных негативных факторов линии связи уровня STM-256 будут находить все более широкое применение. Возможно, в некоторых случаях для увеличения дальности таких линий связи коммерчески более выгодно будет использовать регенерацию сигнала.

Одной из перспективных технологий сверхдальней связи считается солитонная передача данных. Солитон — это особый вид светового импульса, который при распространении в определенной среде, и в частности — оптическом волокне, сохраняет свою форму (преимущественно гауссову). При усилении солитона через равные расстояния, теоретически он может распространяться сколь угодно далеко. Это связано с тем, что показатель преломления среды, в которой распространяется солитон, имеет небольшую добавку, которая квадратично зависит от мощности сигнала. При малых мощностях сигнала этой добавкой можно пренебречь. Однако при распространении солитона, представляющего собой волновой пакет большой мощности, нелинейные явления и хроматическая дисперсия при определенных условиях могут компенсировать изменения формы солитона. При этом солитон обладает исключительной стабильностью параметров распространения и устойчивостью к внешним возмущениям. Несмотря на то, что дальность распространения солитонов и ограничена затуханием сигнала в волокне, эта технология может успешно применяться для передачи сигналов большой мощности на большие расстояния. При солитонной передаче сигналов используют кодирование с возвращением к нулю в соответствии с рисунком 1.2.

Рисунок 1.2 — Кодирование с возвращением к нулю Независимо от того, станет ли технология TDM универсальным протоколом, таким как IP, или будет адаптирована в соответствии со стандартами SONET/SDH, в ближайшие годы ее будут использовать многие операторы. «Второе дыхание» технологии TDM обеспечили успехи в изучении солитонов. Какие бы проблемы не возникали в технологии TDM и какие бы пути их решения не использовались, ни одна существующая технология не может заменить ее в настоящее время. Однако технология WDM может использоваться параллельно с технологией TDM для повышения ее эффективности.

1.2.2 Волновое мультиплексирование WDM

В технологии WDM нет многих ограничений и технологических трудностей, свойственных TDM. Для повышения пропускной способности, вместо увеличения скорости передачи в едином составном канале, как это реализовано в технологии TDM, в технологии WDM увеличивают число каналов (длин волн), применяемых в системах передачи.

Рост пропускной способности при использовании технологии WDM осуществляется без дорогостоящей замены оптического кабеля. Применение технологии WDM позволяет сдавать в аренду не только оптические кабели или волокна, но и отдельные длины волн, то есть реализовать концепцию «виртуального волокна». По одному волокну на разных длинах волн можно одновременно передавать самые разные приложения — кабельное телевидение, телефонию, трафик Интернет, «видео по требованию» и т. д. Как следствие этого, часть волокон в оптическом кабеле можно использовать для резерва.

Применение технологии WDM позволяет исключить дополнительную прокладку оптических кабелей в существующей сети. Даже если в будущем стоимость волокна уменьшится за счет использования новых технологий, волоконно-оптическая инфраструктура (проложенное волокно и установленное оборудование) всегда будет стоить достаточно дорого. Для ее эффективного использования, необходимо иметь возможность в течение долгого времени увеличивать пропускную способность сети и менять набор предоставляемых услуг без замены оптического кабеля. Технология WDM предоставляет именно такую возможность.

Технология WDM пока применяется в основном на линиях связи большой протяженности, где требуется большая полоса пропускания. Сети городского и регионального масштаба и системы кабельного телевидения потенциально также являются широким рынком для технологии WDM.

Необходимость эффективно использовать проложенный кабель привела к значительному увеличению числа каналов, передаваемых по одному волокну, и уменьшению расстояния между ними. В настоящее время системы с частотным интервалом между каналами 100 ГГц (~ 0,8 нм) и меньше называют системами плотного волнового мультиплексирования DWDM. Теоретически возможна передача в любом диапазоне длин волн, однако практические ограничения оставляют для использования в системах WDM узкий диапазон в окрестности длины волны 1550 нм. Но даже этот диапазон предоставляет огромные возможности для передачи данных.

Многочисленные преимущества систем DWDM отражаются на их цене. Во-первых, становятся исключительно важными многие свойства оптических компонентов и характеристики оптического кабеля. Во-вторых, требования к архитектуре сети и выбору компонентов систем WDM являются более жесткими, чем, например, для систем TDM уровня STM-16.

Совместное применение технологий TDM и WDM позволяет значительно расширить спектр предоставляемых услуг, оставляя практически без изменений большую часть имеющегося оборудования. Применение технологии WDM дает многочисленные преимущества, однако требует высокого уровня подготовки технического персонала и современного контрольно-измерительного оборудования.

1.2.3 Сравнение WDM и TDM

Обе технологии WDM и TDM применяются для увеличения информационной пропускной способности сети. Хотя они не исключают, а скорее дополняют друг друга, можно сравнить такие их характеристики, как гибкость структуры линий связи, скорость передачи и влияние на относительный уровень ошибок по битам.

Гибкость структуры линий связи В принципе, технология TDM дает возможность передачи по линии связи каналов, разнородных по типу передаваемых данных. Технология TDM позволяет разделить волоконно-оптический кабель на множество каналов, по которым с различными скоростями передаются различные типы трафика. Возможны различные способы распредлеления тайм-слотов. Они могут быть постоянно закреплены за определенными приложениями или выделяться по требованию DAMA (Demand Assignment Multiple Access). Можно изменять продолжительность тайм-слотов или полностью их сключить. В последнем случае данные передаются в виде отдельных пакетов, каждый из которых включает адрес источника и отправителя статистическое мультиплексирование). Несмотря на все эти возможности, технология TDM работает лучше всего, когда по всем логическим каналам передается один тип трафика, а все тайм-слоты имеют одинаковую продолжительность и постоянно закреплены за отдельными каналами. Этот вариант технологии TDM достаточно прост в реализации и управлении, и его эксплуатационные издержки также меньше.

В технологии WDM каналы полностью независимы, а потому она дает большую гибкость, чем технология TDM. Технология WDM позволяет без каких-либо трудностей передавать по линии связи множество каналов, тип трафика и скорость передачи данных в каждом из которых может существенно различаться. По различным каналам WDM в одном волокне может передаваться трафик Ethernet (10/100/1000Мбит/с), цифровое видео и тестовые сигналы, и эта система будет легко управляться.

Добавление новых каналов в существующую систему WDM не вызывает проблем и не требует заново распределять все тайм-слоты, как в технологии TDM.

Скорость передачи В технологии TDM пропускная способность увеличивается за счет увеличения скорости передачи битов в линии связи. Насколько быстрой может быть сделана эта скорость — в пределах определенных фундаментальных ограничений оптического волокна — зависит от используемых электронных компонентов. Чтобы получать данные от каждого источника, хранить их, передавать втечение соответствующих тайм-слотов, считывать и корректно доставлять получателю, требуется применение цифровых интегральных схем. Все эти цифровые компоненты должны работать со скоростью, равной или близкой к суммарной скорости передачи линии связи. То есть, для каждого канала, независимо от его пропускной способности, должно быть установлено электронное оборудование, способное поддерживать полную пропускную способность линии связи.

Оптическое волокно позволяет передавать данные со скоростью в несколько Tбит/с, в то время как коммерчески доступные цифровые электронные устройства в настоящее время выполняют лишь порядка 1 миллиарда операций в секунду (1 Гбит/с). Несмотря на то, что быстродействие электронных устройств продолжает расти, технология TDM всегда будет иметь экономические ограничения из-за необходимости установки на каждый канал самого современного оборудования. Едва ли с помощью технологии TDM когда-либо будет достигнута суммарная скорость передачи по линии связи, соизмеримая с огромной пропускной способностью волоконно-оптического кабеля. Это ограничение касается как глобальных, так и локальных сетей передачи данных.

Хотя к оконечному электронному оборудованию для отдельных каналов WDM и предъявляются определенные требования, как и в системах TDM, все остальное оборудование в канале может поддерживать только скорость передачи по этому каналу, а не полную скорость составного сигнала. Таким образом, полная пропускная способность линии связи не ограничена скоростью работы используемых электронных устройств. При необходимости, полную пропускную способность можно увеличить в любой момент, просто добавив в существующую систему WDM несколько каналов. Самую быструю линию связи TDM, которую только можно создать с использованием наиболее современной техники, в системе WDM можно передавать как один из многих каналов. Технология WDM позволяет достичь суммарной скорости передачи по линии связи, которая сопоставима с огромной пропускной способностью, предоставляемой оптическим волокном.

В этой главе мы рассказали об основных элементах, из которых строятся системы DWDM, а также описали, как совместное использование технологий TDM и DWDM позволяет во много раз увеличить пропускную способность линии связи. С разработкой и появлением систем DWDM возникли и новые методы тестирования и контроля, позволяющие убедиться, что каждый компонент и набор компонентов работают корректно и обеспечивают заданные характеристики.

1.3 Обзор стандартов в области построения магистральных линий связи DWDM

Стремительное развитие технологии DWDM и возрастающая необходимость использовать ее преимущества на практике привели к тому, что множество национальных и международных организаций стали заниматься разработкой необходимых стандартов.

В США стандартизацией для ряда областей промышленности, в том числе и для волоконно-оптических телекоммуникаций, занимаются организация TIA (Telcordia Technologies (ранее Bellcore)) и Институт инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). На международном уровне стандарты в форме рекомендаций устанавливаются двумя основными организациями: IEC и ITU. Обе эти организации имеют штаб-квартиры в Женеве (Швейцария).

Международный телекоммуникационный союз ITU

Международный телекоммуникационный союз ITU — это многопрофильный союз при ООН, объединяющий частный и государственный секторы для координации деятельности в области глобальных сетей связи. В основном ITU занимается стандартами на применение технологий и оборудования. В ITU есть отделы радиосвязи ITU-R, стандартизации телекоммуникаций ITU-T и развития телекоммуникаций ITU-D. Отдел стандартизации телекоммуникаций ITU-T в наибольшей степени связан с волоконно-оптическими сетями. В нем разрабатываются стандарты в форме рекомендаций на техническое обеспечение, организацию работы и установление тарифов в области глобальных телекоммуникаций. В отделе ITU-T работают четырнадцать исследовательских групп SG (Study Group), в каждой из которых есть представители всех стран-членов ITU. Каждые четыре года представители всех стран-членов ITU собираются на Всемирные конференции по стандартизации в области телекоммуникаций WTSC (World Telecommunication Standardization Conference) и определяют основные направления деятельности этого сектора, формируют новые рабочие группы и утверждают план работ на следующие четыре года. Стандарты ITU не являются обязательными, но широко поддерживаются, так как облегчают взаимодействие между сетями связи и позволяют провайдерам предоставлять услуги по всему миру.

Исследовательская группа SG 15 отдела ITU-T

В отделе ITU-T для работы над конкретными задачами формируются специальные группы, которые распускаются после завершения работ. Сейчас работают пятнадцать таких исследовательских групп, включая группу SG 15 (Транспортные сети, системы и оборудование), которая наиболее тесно связана с системами DWDM.

Группа SG 15 занимается разработкой международных стандартов в области транспортных сетей, систем и оборудования, включая коммутацию и процессы обработки сигналов. Например, недавно группа SG 15 начала работать в области стандартизации передачи данных по волоконно-оптическим сетям с использованием протокола IP (Internet Protocol). Одна из важнейших областей деятельности, которая привлекает к ITU-T множество новых организаций — стандартизация доступа, в частности, для оптических сетей. На настоящий момент в группу SG 15 входит более 345 членов из 26 стран и 78 научных и промышленных организаций. Это одна из самых больших исследовательских групп в отделе ITU-T.

Международная электротехническая комиссия IEC

В отличие от Международного телекоммуникационного союза ITU, который разрабатывает стандарты на применение технологий и оборудования (стандартизирует протоколы, четко определяет и описывает характеристики различных явлений в линии связи, стандартизирует способы распределения каналов и т. д.), Международная электротехническая комиссия IEC разрабатывает стандарты для оборудования. Деятельность IEC не ограничивается телекоммуникациями и включает также такие области, как электроника, магнетизм и электромагнетизм, электроакустика, выработка и распределение энергии.

Около 50 стран являются полноправными членами IEC. Все они имеют равные права при голосовании и представлены Национальными комитетами (National Committees). Каждый Национальный комитет представляет интересы своей страны в области электротехники и включает как представителей государства, так и представителей частных компаний. Совместная работа Национальных комитетов направлена на достижение согласия в области стандартов на международном уровне. Страны-кандидаты в члены IEC имеют статус наблюдателей и не могут принимать участия в голосовании. Устанавливая международные стандарты и подготавливая технические доклады, IEC обеспечивает национальным агентствам по стандартизации твердую основу для разработки регулирующих стандартов.

Следование стандартам IEC является добровольным, даже для стран-членов IEC.

Интересы тех, кто разрабатывает стандарты для оборудования, в целом совпадают с интересами тех, кто разрабатывает стандарты на применение технологий и оборудования. Поэтому неудивительно, что области деятельности технического комитета TC 86 IEC и ITU во многом пересекаются. В частности, и технический комитет TC 86 IEC, и ITU работают над такими направлениями, как поляризационная модовая дисперсия PMD (Polarization Mode Dispersion), WDM, оптические усилители, технические требования к волокну.

Работа ITU по выбору эталонного метода измерения PMD на практическом уровне представлена разработкой техническим комитетом TC 86 соответствующих стандартов. Например, технический комитет TC 86 подготовил технический доклад IEC 61 282−3 по вычислению PMD в волоконно-оптических системах. Среди опубликованных стандартов — «Методы измерения PMD для одномодовых оптических волокон» (IEC 61 941), в котором рассмотрены все коммерчески доступные методы измерения PMD для одномодового оптического волокна. В настоящее время рассматриваются предложения по разработке спецификаций на кабель со статистической поляризационной модовой дисперсией и методов измерения PMD для оптических усилителей и других оптических компонентов.

1.4 Выводы по главе 1

Развитие информационных технологий, бурный рост объема передачи данных и количества абонентов ШПД — вот основные причины необходимости постоянного развития и модернизации сетей передачи данных. Естественно, модернизация должна проводиться на основе новейших технологий и разработок. Технология плотного волнового мультиплексирования на данный момент является наиболее перспективной для построения транспортных сетей операторов связи, поэтому она выбрана в качестве основы для модернизации уже существующего участка магистрали передачи данных, проект которой и описывается в данном дипломном проекте.

2. Анализ возможностей систем волнового мультиплексирования

2.1 Обзор принципов технологии DWDM

Пользуясь такими свойствами одномодового оптического волокна, как широкая полоса пропускания и низкие потери, технология DWDM использует множество спектральных несущих для одновременной передачи сигналов. По сравнению с обычной одноканальной системой, плотный WDM (DWDM) не только радикально увеличивает пропускную способность сети и более полно использует полосу пропускания оптического волокна, но и обладает множеством преимуществ, такими как легкая расширяемость и надёжность эксплуатации, особенно надо отметить возможность прямого подключения различных услуг и предоставление им широкой полосы.

В системах с аналоговой несущей, метод частотного мультиплексирования (FDM) также применяется для более полного использования ресурсов полосы пропускания кабеля и увеличения пропускной способности системы передачи. То есть одновременно передавать несколько сигналов с разной частотой. На приёмном конце ставятся полосовые фильтры для выделения каналов в зависимости от частоты несущей.

Таким же образом, в волоконно-оптических системах связи, для увеличения пропускной способности системы, можно применить метод частотного разделения каналов. На деле этот метод мультиплексирования является очень эффективным в оптических системах связи. В отличии от частотного мультиплексирования в системах с аналоговой несущей, в волоконно-оптических системах связи в качестве несущей используются спектральные каналы. Окно прозрачности оптического волокна делится на несколько каналов в зависимости от частоты (длины волны) и осуществляется мультиплексированная передача многоканального оптического сигнала по одному волокну.

Из-за несовершенства на современном этапе некоторых оптических компонентов (узкополосных оптических фильтров, когерентных источников излучения), сложно реализовать сильно плотное частотное уплотнение оптических каналов. Но можно осуществить мультиплексирование по периодическим оптическим частотным каналам на базе нынешнего уровня развития производства компонентов. Обычно мультиплексирование с большим канальным промежутком (даже в разных окнах прозрачности оптического волокна) называется Мультиплексированием по длине волны (WDM), а уплотнение с меньшим промежутком в том же окне прозрачности называется Плотным мультиплексированием по длине волны (DWDM). Благодаря научному и техническому прогрессу, использование современных технологий позволяет мультиплексировать каналы с промежутком на уровне нанометра. Можно даже реализовать мультиплексирование на субнанометровом уровне, но при этом к компонентам предъявляются более высокие требования. Сейчас, мультиплексирование 8, 16, 32 или более спектральных каналов с малым канальным промежутком называется DWDM. Стандарт G.692 ITU-T предлагает брать частоту 193.1ТГц (соответствующая длина волны 1552.52нм) в качестве абсолютного эталона, другие частоты спектральных каналов берутся с промежутком кратным 100ГГц (соответствующая разность длин волн кратно 0.8нм).

Ниже показаны блок-схема DWDM системы и спектр сигнала показаны в соответствии с рисунком 2.1.

Рисунок 2.1 — Построение и рисунок спектра DWDM системы

На передающем конце, оптический передатчик вырабатывает оптические сигналы, длины волн которых различаются, но их точность и стабильность удовлетворяют конкретным требованиям, эти сигналы объединяются оптическим мультиплексором и отправляются на EDFA усилитель (Erbium Doped Fiber Amplifier/ Усилитель на волокне легированного эрбием) (EDFA применяется главным образом для компенсации оптических потерь мультиплексора и увеличения мощности передаваемого сигнала), затем усиленный многоканальный сигнал направляется для передачи по волокну, достигнув приёмного конца (проходя или не проходя через линейные оптические усилители), сигнал усиливается предусилителем (применяется для увеличения чувствительности и дальности передачи), и затем направляется на демультиплексор для разделения оптического сигнала на каналы.

2.2 Применение систем волнового мультиплексирования на магистральных линиях связи Системы DWDM начали применяться с 1996 года главным образом на линиях связи большой протяженности, где в первую очередь требовалось увеличение пропускной способности. Добавление каналов с помощью технологии DWDM не требует замены существующего волокна и является естественным этапом развития сети. Так как потребность абонентов в пропускной способности каналов связи постоянно растет, а характер передаваемой информации часто и непредсказуемо меняется, технология DWDM, по всей видимости, найдет широкое применение и в сетях других уровней.

В США независимые местные телекоммуникационные компании CLEC (Competitive Local Exchange Carrier) и некоторые операторы местных сетей передачи данных активно применяют системы DWDM для уменьшения нагрузки на наиболее активно используемые участки своих сетей, в частности, для увеличения полосы пропускания каналов связи между центральными АТС. Традиционные телефонные компании США ILEC (Incumbent Local Exchange Carrier) также начали внедрять системы DWDM. Однако из-за неповоротливости ILEC и большого количества установленного традиционного оборудования линии DWDM занимают пока лишь небольшую долю от общего числа линий связи ILEC.

В последнее время на рынке появляются системы DWDM, которые разработаны специально для городских и региональных сетей MAN (Metropolitan Area Networks). Такие сети (DWDM MAN) исключительно надежны и могут поддерживать кольцевую и ячеистую топологию сети на оптическом уровне. Переключение на резервные каналы и маршруты в случае необходимости происходит значительно быстрее, чем в сетях SDH/SONET, что расширяет возможности передачи потоков голоса, видео и данных. Возможно, это позволит отказаться от большей части оборудования, работающего в стандарте SDH/SONET. В настоящее время стало возможным предоставление абонентам в аренду отдельных длин волн в волокне.

Передача трафика IP непосредственно по сетям DWDM (IP поверх DWDM) позволяет значительно уменьшить стоимость передачи данных для конечного пользователя, так как отпадает необходимость использовать оборудование SDH/SONET.

Развитие технологии DWDM позволяет надеяться, что рано или поздно будут созданы и начнут использоваться на практике полностью оптические сети AON (All Optical Network), в которых оптические сигналы не будут преобразовываться в электрическую форму на промежуточных узлах. Из-за большого количества абонентов и огромных скоростей передачи данных в магистральных оптических сетях DWDM обеспечение их работоспособности становится исключительно важной задачей.

Многие производители оборудования поставляют компоненты, выполняющие разветвление, объединение и мультиплексирование оптических сигналов разных длин волн, передаваемых по оптическому волокну. Производятся оптические мультиплексоры ввода/вывода каналов с заданной длиной волны OADM (Optical Add/Drop Multiplexer). В ближайшем будущем ожидается появление динамически перестраиваемых приборов. Разрабатываются и уже появляются на рынке устройства оптического кросс-коннекта OXC (Optical Cross Connect,), которые выполняют те же функции, что и электронные устройства кросс-коннекта сетей SDH/SONET. В будущем, скорее всего, появятся полностью оптические коммутаторы и маршрутизаторы [25].

2.3 Структура оборудования DWDM

2.3.1 Общее описание систем DWDM

Система DWDM во многом похожа на традиционную систему TDM. Сигналы разных длин волн, генерируемые одним или несколькими оптическими передатчиками, объединяются мультиплексором в многоканальный составной оптический сигнал, который далее распространяется по оптическому волокну. При больших расстояниях передачи на линии связи устанавливается один или несколько оптических повторителей. Демультиплексор принимает составной сигнал, выделяет из него исходные каналы разных длин волн и направляет их на соответствующие фотоприемники. На промежуточных узлах некоторые каналы могут быть добавлены или выделены из составного сигнала посредством мультиплексоров ввода/вывода или устройств кросс-коммутации в соответствии с рисунком 2.2.

Рисунок 2.2 — Типовая система WDM с возможностями добавления/выделения и кросс-коммутации каналов

Главным отличием систем DWDM от систем TDM является то, что в системе DWDM передача ведется на нескольких длинах волн. Важно отметить, что на каждой длине волны в системе DWDM может передаваться мультиплексированный сигнал систем TDM.

Система DWDM в общем случае состоит из одного или нескольких лазерных передатчиков, мультиплексора, одного или нескольких усилителей EDFA, мультиплексоров ввода/вывода, оптического волокна (кабеля), демультиплексора и соответствующего числа фотоприемников, а также электронного оборудования, которое обрабатывает передаваемые данные в соответствии с используемыми протоколами связи, и системы сетевого управления.

2.3.2 Компоненты системы DWDM

Общая структура WDM системы N спектральных каналов состоит из передающего терминального блока оптического мультиплексирования, принимающего терминального блока оптического мультиплексирования (OMT) и блока линейного оптического ретранслятора (OLA). Если их классифицировать по составу, то:

· Блок оптического транспондера (OTU)

· Мультиплексор с разделением по длине волны: блок оптического мультиплексора/ демультиплексора (ODU/OMU)

· Оптический усилитель (BA/LA/PA)

· Оптический супервизорный канал (OSC)

Блок перемещения спектрального канала преобразовывает длину волны в стандартный спектр ITU-T. Система использует преобразование оптический/ электрический/ оптический (O/E/O), т. е. фотодиод преобразует принятый оптический сигнал в электрический и потом электрический сигнал преобразуется в оптический определённой длины волны, таким образом, получается спектральный сигнал отвечающий требованиям.

Мультиплексор с разделением по длине волны можно классифицировать в передающий оптический мультиплексор. Оптический мультиплексор используется на передающем конце системы передачи. Это компонент с несколькими входами и одним выходом. Каждый из входных портов служит для ввода сигнала с заданной длинной волны. Введённые световые волны различного спектра выводятся через один выходной порт. Оптический демультиплексор используется на принимающем конце системы передачи. Он наоборот имеет один входной и несколько выходных портов, которые делят разные спектральные сигналы.

Оптический усилитель не только напрямую усиливает оптический сигнал, но и характеризуется усилением в режиме реального времени, высоким коэффициентом, широкой полосой, малыми шумами. Это обязательный ключевой компонент новых систем коммуникации. Ныне используются усилители EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier/ Волоконный усилитель с примесями эрбия), SOA (Semiconductor Optical Amplifier/ Полупроводниковый усилитель) и FRA (Fiber Raman Amplifier/ Волоконный Рамановский усилитель) и т. д. Среди них в высокоскоростных волоконных линиях дальней связи большой ёмкости в качестве предусилителя, линейного усилителя и усилителя мощности наиболее широко используется EDFA усилители.

Оптический супервизорный канал служит для мониторинга и управления системой передачи WDM. В основном используется длина волны 1510нм и пропускная способность 2Мбит/с. Чувствительность приёмника (не хуже 50дБм). Но она ниже перед EDFA усилителем и выше после него.

2.4 Организация управления и мониторинга сети DWDM

2.4.1 Оптический канал мониторинга

Системный администратор SDH имеет возможность вести мониторинг и управлять оборудованием с помощью байтов служебных заголовков, передаваемых в кадре SDH (например, байтов E1, E2, D1-D12), вне зависимости от вида оборудования (TM, ADM или REG). В отличие от системы SDH, оборудование линейного усилителя DWDM производит только оптическое усиление сигналов услуг. Поскольку сигналы услуг проходят процедуру обработки света вместо ввода/вывода, для мониторинга эксплуатации OA должен быть добавлен служебный сигнал. Далее, если по длине волны передаются служебные байты заголовков SDH, возникает вопрос какой из сигналов SDH использовать. Информация управления и мониторинга не может передаваться при помощи сигнала услуг. Поэтому для управления в системе DWDM требуется использовать отдельный канал. Такой канал называется оптическим каналом мониторинга (OSC). Для оптических линейных усилителей, использующих технологию с легированием эрбием (EDFA), зона усиления сигнала сотавляет 1530−1565 нм, OSC должен находиться вне доступной зоны EDFA (OSC вне полосы), имея рабочую длину 1510 нм. В качестве типа кода линии для канала мониторинга используется одирование с инверсией кодовых маркеров (CMI).

2.4.2 Требования к оптическому каналу мониторинга (OSC)

Требования к оптическому каналу мониторинга в системе DWDM:

— Оптический канал мониторинга не должен ограничивать накачку оптического усилителя;

— Оптический канал мониторинга не должен ограничивать расстояние передачи между 2-мя усилителями;

— Оптический канал мониторинга не влияет на трафик по длине волны 1310 нм;

— Оптический канал мониторинга остается доступным при отказе линейного усилителя.

На основе данных требований:

— Длина волны для оптического канала мониторинга не должна быть менее 980 нм или 1480 нм для одновременного использования EDFA, использующего лазер и работающего на этих длинах волн при накачке, и оптического усилителя Рамана с рабочей длиной волны ~1480 нм.

— Длина волны оптического канала мониторинга должна быть не менее 1310 нм, для чего занимаются ресурсы полосы частот окна 1310 нм, затрудняется передача трафика в данном окне.

— Чувствительность приемника для канала оптического мониторинга должна быть очень высокой. Расстояние между станциями не должна быть ограничена мощностью сигнала OSC и может быть расстоянием между оптическими усилителями. Поэтому, для обеспечения высокой чувствительности на приеме, оптический канал мониторинга должен использовать низкоскоростную оптическую сигнализацию.

— Длина волны оптического канала мониторинга расположена за пределами зоны усиления OA, в результате чего при отказе усилителя передача по каналу не прерывается. Для оптических линейных усилителей с волокном, легированным эрбаем (EDFA), зона усиления составляет 1528−1610 нм. Поэтому, длина волны оптического канала мониторинга должна располагаться за пределами данной зоны. Обычная рабочая длина волны оптического канала мониторинга: 1510 нм или 1625 нм. Согласно рекомендациям ITU-T, оптический канал мониторинга системы DWDM должен быть полностью независим от основного канала. Независимость каналов полностью касается направлений потоков сигнала. На стороне OTM, сигнал канала мониторинга объединяется и усиливается в направлении передачи до входа в основной канал; на стороне приема сигнал канала мониторинга отделяется до предварительного усиления и демультиплексирования сигнала основного канала. Точно такая же процедура обработки сигнала канала мониторинга характерна и для стороны OLA.

Как видно из приведённого выше, канал мониторинга не принимает участия в процессе усиления в системе передачи, обрываясь и востанавливаясь на каждом пункте.

Этим он отличается от основного канала. Оборудование разделения по длине волны предоставляет сигнал мониторинга для оптических каналов прозрачной передачи.

2.4.3 Параметры интерфейсов канала мониторинга

Параметры интерфейсов канала мониторинга приведены в Таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Параметры интерфейсов канала мониторинга

2.5 Выводы по главе 2

В данной главе были рассмотрены основные принципы технологии DWDM, которая основана та принципах волнового мультиплексирования и этим кардинально отличается от других распространенных технологий, таких как PDH и SDH. Данная технология предоставляет полный набор функций для обеспечения эффективной работы магистральной транспортной сети, а также инструменты для осуществления мониторинга и управления. Волновое мультиплексирование имеет ряд специфических особенностей и очень чувствительно к настройкам, поэтому большое внимание в ходе пуско-наладочных работ необходимо уделять тестированию, как самого оборудования, так и всей линии в целом.

3. Основные проектные решения

3.1 Анализ общей структуры сети

Рисунок 3.1 — Структурная схема сети связи Таблица 3.1 — Расстояние между узлами

Модернизируемый участок сети состоит из 23 узлов (№ 1−23) в соответствии с рисунком 3.1.

До модернизации на рассматриваемом участке сети функционировало оборудование Huawei Optix Metro 6100, 6040, которое обеспечивало логическую топологию — линия. Пропускная способность системы составляла 10 Гбит/с и, соответственно, распределялась равномерно на все узлы линии.

Таким образом, основными потребностями в модернизации транспортной сети оператора являются:

— Повышения качества обслуживания;

— Увеличение пропускной способности транспортной сети;

— Повышение надежности каналов связи;

В соответствии с требования технического задания на проектирование в рамках разрабатываемого проекта модернизации не предусматривается проектирование и строительства новых трасс ВОЛС. Все проектные решения предусматривающие модернизацию системы DWDM используют волоконную ёмкость существующего оптического кабеля.

Модернизация существующей оптической сети обеспечит переход на логическую топологию «Звезда» на областных сегментах региональной мультисервисной сети по всем ФЭС. Применение логической топологии «Звезда» потребует от оптической сети DWDM значительное увеличение количества используемых длин волн.

Помимо увеличения количества используемых длин волн, протяженность трасс прохождения этих каналов при разделении кольцевых логических сегментов в ряде случаев значительно увеличится.

Региональная сеть DWDM ФЭС использует оптические волокна существующей оптической кабельной сети. Проектирование и строительство новых оптических кабельных сегментов не предусматривается данным проектом.

В общем случае, настоящий проект предполагает следующие работы для модернизации сети:

- Проектирование и строительство новых узлов DWDM.

— Модернизация существующих узлов Регионального сегмента DWDM

- Модернизация существующих узлов Межрегионального сегмента DWDM

Особенностью физической и логической топологии Региональной сети DWDM ФЭС является использование оптического кабельного ресурса совместно с Межрегиональным сегментом сети DWDM.

В нашем случае, новые узлы региональной сети DWDM проектируются на выделенных оптических волокнах модернизируемых сегментах МССС и включаются в существующие сегменты DWDM. Перечень новых узлов указан в Таблице 3.2. Модернизируемые сегменты МССС образуют новые сегменты DWDM в Региональной сети.

Таблица 3.2 — Новые узлы DWDM Регионального сегмента

Важной частью построения системы DWDM является выбор волн передачи. В ходе проектирования волны выбираются исходя из следующих факторов:

1. Волны не должны пересекаться в узлах OTM.

В данных узлах весь спектр демультиплексируется и перенаправляется между узлами. Мы можем переиспользовать волны в том случае, если они будут работать на различных участках сети, которые не соприкасаются между собой. В нашем случае, мы имеем два ОТМ узла. Эти узлы являются опорными пунктами сети DWDM всего филиала и через них проходят волны межрегионального сегмента DWDM сети, поэтому к выбору волн мы предъявляем повышенные требования.