Fokin_Kogerentnye_opticheskie_seti_

Рис. 9.13. Модуль интерливингового сетевого элемента1

9.2.4. Оптические мультиплексоры OADM

Пассивные оптические сетевые элементы для выделения и ввода оптических каналов OADM, как и выше названные сетевые элементы, имеют малые габариты, массу и используются без потребления энергии от каких-либо источников. В основе этих устройств находятся оптические частотнозависимые компоненты (оптические фильтры, циркуляторы, интерферометры и т. д.), благодаря которым можно с минимальными потерями оптической мощности выделить и ввести оптические спектральные сигналы. Примеры упрощенных структур OADM представлены на рис. 9.14 и 9.15. На рис. 9.16 представлен физический блок сетевого элемента OADM.

Рис. 9.14. Пример упрощенной структуры OADM на основе брэгговской решетки

1 URL: www.optoplex.com (дата обращения: 27.01.2015).

301

Каскадная установка решеток Брэгга (FBG, Fiber Bragg Grating), настроенных на различные волновые каналы, позволяет получить фиксированный доступ к оптическим каналам по числу этих решеток. Для изменения конфигурации оптических каналов в сети необходимо заменить решетки с соответствующей настройкой.

Рис. 9.15. Структура оптического мультиплексора выделения/ввода на основе интерливинговых фильтров

Определенные наборы интерливинговых фильтров позволяют построить схемы OADM с доступом к различным оптическим каналам и любым вариантом сеток частот, например, от 100 ГГц до 400 ГГц, или от 12,5 ГГц до 100 ГГц. При этом ключевыми характеристиками сетевых элементов являются: количество выделяемых/вводимых оптических каналов; потери оптической мощности на один канал; полоса частот передачи; вносимые дисперсионные искажения; взаимные влияния оптических каналов.

Рис. 9.16. Конструкция OADM для доступа к каналам CWDM1

1 URL: www.fiberstore.com (дата обращения: 27.01.2015).

302

Для приведенного примера OADM FiberStore величина потерь оптической мощности при выделении/вводе составляет от 2,5 дБ до 4,0 дБ при изоляции каналов ≥25 дБ; полоса пропускания около 14 нм по уровню 0,5 от максимального коэффициента передачи; поддерживаемая сетка волн CWDM 20 нм.

Аналогичные решения FiberStore и других производителей известны для

DWDM.

9.3. Структуры оптических сетей

Оптические сети связи по современной стандартизации, с учетом возможностей когерентных оптических каналов 40/100 Гбит/с (в перспективе до 1 Тбит/с) и технологии Ethernet, подразделяются на участки четырех видов

(рис. 9.17): Cabling в интервале от 0–40 км; Access в интервале от 10–100 м до

500 км; Metro в интервале от 10 км до 2000 км; Long Haul (LH) в интервале от 100 км до 10000 км. На этих участках могут использоваться различные оптические интерфейсы, которые уже стандартизируются различными международ-

ными организациями (IEEE, ITU-T, MEF, OIF и т. д.).

Структуры оптических сетей в любом из четырех видов реализации имеют физическое и логическое построение, соответствующее топологиям на рис. 9.18, где представлено восемь вариантов. Эти варианты могут рассматриваться как физические, так и логические решения, например, в топологии физического каскадного соединения «линейная цепь» может быть логическая организация оптических каналов «звезда», т. е. один физический узел связан оптическими каналами с остальными узлами и эти остальные узлы не имеют между собой связи, кроме как через один узел. Другой пример, в физическом кольцевом соединении возможна логическая организация оптических каналов «каждый с каждым».

Рис. 9.17. Виды оптических сетей и их характеристики

303

С какой целью при организации оптических сетей связи требуется рассматривать различные физические и логические топологии?

Рис. 9.18. Варианты топологий оптических сетей связи

Ответить на этот вопрос просто, если сформулировать требования по организации оптической сети, например, требование надежности и защищенности оптических каналов от одиночных и двойных отказов/повреждений линий связи, промежуточных узлов; возможности реализации различных конфигураций оптических соединений динамично, т. е. с малыми временными интервалами реконфигурации и наилучшими (по критерию OSNR) маршрутами оптических соединений (оптического канала, группы оптических каналов) и т. д.

Простая физическая топология оптической сети, например, линейная цепь (рис. 9.19), имеет преимущество по стоимости реализации, наращиваемости числа спектральных каналов и организации таких логических топологий, как «линейная цепочка» с доступом к информационным сигналам во всех узлах, «дерево», «звезда», «шина» и т. д., но при этом каждый из ее участков между узлами (А-Б, Б-В, В-Г) уязвим при повреждении оптического кабеля и для повышения надежности нуждается в параллельной (резервной) волоконнооптической линии и устройствах переключения на резерв.

Рис. 9.19. Пример организации линейной оптической сети с каналами по древовидной топологии

304

Сложные оптические сети, например, кольцевые (рис. 9.20), ячеистые и смешанные (линейно-кольцевые, линейно-кольцевые-ячеистые), не смотря на свою избыточность в оборудовании, линиях и конфигурациях каналов, имеют принципиально важные преимущества в организации защитных соединений, маршрутов оптических каналов с возможностями оперативной перестройки, оптимизации числа используемых оптических волн для организации коммутируемых оптических соединений. Пример на рис. 9.20 демонстрирует два варианта распределения волн для оптических каналов по топологии «каждый с каждым» при организации связи между узлами кольцевой сети (А, Б, В, Г). В варианте с защитой волновых каналов требуется 6 волн, которые сохраняются за соединениями на всех участках и не могут использоваться для других соединений. В варианте кольцевой схемы с защитой секций волны в каждой секции могут использоваться независимо от волн других секций, например, повторно назначаться (волна λ1 на участках А–Б, Б–В и волна λ2 на участках Б–В, В–Г), что позволяет сократить ресурс оптического спектра с 6 до 4 волн. Однако реализация защищенного второго варианта потребует применения резервного оптического кабеля или резервных волокон другого кабеля на каждой оптической секции между узлами.

Рис. 9.20. Пример организации кольцевой оптической сети с оптическими каналами между всеми узлами

Физические топологии оптических сетей «кольцо» и «ячейка» предполагают избыточность физических связей, которые при затратах на резервирование имеют лучшие показатели в сравнении с линейными топологиями («линейная цепь», «звезда», «дерево») с удвоением числа оптических линий для резервирования.

305

9.4. Защита соединений в оптических сетях

Для защиты соединений в оптических сетях предусмотрены международные стандарты, например, ITU-T рекомендации G.808.1, G.798.1 и соответствующие дополнительные физические и алгоритмические опции оборудования от различных производителей, например, оптический коммутатор Oplink Communications 1+1, 1:11.

Защите в оптической сети подлежат оптические секции мультиплексирования и оптические каналы (одиночные и объединяемые в группы).

Защита оптической секции мультиплексирования:

─защита одноволоконной (передача и прием сигналов с WDM в одном волокне) секции мультиплексирования в режимах 1+1 и 1:1 (1:N, где N – число рабочих волокон на одно волокно защиты; M:N, где M – число защитных волокон на N рабочих волокон);

─защита двухволоконной (передача и прием сигналов WDM в двух отдельных волокнах одного оптического кабеля) секции мультиплексирования

врежимах 1+1 и 1:1(1:N, где N – число пар рабочих волокон на пару волокон защиты; M:N, где M – число пар защитных волокон на N пар рабочих волокон) (пример на рис. 9.21);

─защита в кольцевой оптической сети (с однонаправленными и двунаправленными соединениями оптических каналов) при использовании ROADM и PXC (пример на рис. 9.22).

Существует международная система обозначения защиты оптической секции мультиплексирования и оптических каналов с использованием индекса «О»:

однонаправленной секции O-ULSR (Optical Unidirectional Line-Switched Ring ) или OMS-DPRing (Optical Multiplex Section Dedicated Protection Ring) (1+1) – (1:1);

двунаправленной секции O-BLSR (Optical Bi-directional Line Switched Ring) или OMS-SPRing (Optical Multiplexed Section Shared Protection Rings) (1:N) – (M:N).

Защита оптических каналов:

 с использованием спаренных транспондеров (рабочий и резервный транспондеры с каждой стороны канала) и резервного оптического канала, географически разнесенного с рабочим каналом (пример на рис. 9.23, а);

 с использованием оптического разветвителя для сигнала на передаче и селектора сигнала на приеме для сигналов рабочего и резервного путей, имеющих различные географические маршруты (пример на рис. 9.23, б);

 защита оптических каналов в кольцевой сети, обозначаемых индексом «О»,

однонаправленных каналов O-UPSR (Optical Unidirectional Path Switched Ring) или OCh-DPRing (OCh-Dedicated Path Protection Rings) (1+1) – (1:1) и двунаправленных O-BPSR (Optical Bi-directional Path Switched Ring) или OCh-SPRing

1 URL: www.oplink.com (дата обращения: 27.01.2015).

306

(OCh-Shared Protection Ring) (1:N) – (M:N ), где буквенные индексы D и S обо-

значают:

D – dedicated fiber line или Wavelength, т. е. переключение на назначенное резервное волокно или оптическую волну (волновой канал OCh);

S – shared fiber link или Wavelength, т. е. переключение на определенную волоконную линию или волну (оптический канал OCh).

Оптические каналы в кольцевой сети могут защищаться только при наличии в составе ROADM или/и PXC соответствующих маршрутируемых (с таблицами рабочих и резервных состояний) оптических коммутаторов.

Рис. 9.21. Пример защиты соединения оптической секции мультиплексирования

Рис. 9.22. Пример защиты соединения двунаправленных оптических каналов по логической топологии «звезда» в кольцевой сети

307

Рис. 9.23. Варианты защиты оптического канала с дополнительными транспондерами (а) и оптическими коммутационными блоками разветвитель-коммутатор (б)

9.5. Принципы управления оптическими сетевыми элементами

Принципы управления оптическими сетевыми элементами и оптическими сетями базируются на ряде международных стандартов, прежде всего, рекомендациях серии M.3000 ITU-T. Управление состоит в формировании оптических и электрических каналов передачи информационной нагрузки, оптических и электрических каналах передачи данных управления и т. д. Общее принятое обозначение функций управления OAM&P (Operation, Administration, Maintenance and Provisioning – эксплуатация, администрирование, техническое обслуживание и настройка).

Эти функции группируются по назначению:

─управление конфигурацией (Configuration Management);

─управление повреждениями (Fault Management);

─исполнение функций мониторинга (наблюдения)(Performance Monitoring);

─управление безопасностью (Security Management).

Группирование функций относится к двум уровням управления:

управление на уровне сетевых элементов (мультиплексорами OADM/ ROADM, коммутаторами PXC) EML (Network Element Management Layer);

управление на уровне сети (различные сетевые конфигурации и соеди-

нения оптических каналов) NML (Network Management Layer).

Для реализации управления в состав каждого активного сетевого элемента входит контроллер управления (см. рис. 2.76, 2.77), подключенный к каналам

308

передачи данных по подходящему протоколу, например, часто используемые протоколы SNMPV в одной из версий (V = 1, 2, 3…). Контроллер имеет базу данных управления и программу взаимодействия «Менеджер-агент» с поддержкой соответствующих команд управления. Как правило «Менеджер» размещается в сервере управления главной станции сети, а «Агент» находится в управляемых сетевых элементах.

Управление конфигурацией предполагает управление конфигурацией оборудования ROADM, PXC и управление конфигурацией оптической сети (оптическими каналами и секциями).

Конфигурирование оборудования предполагает реализацию ряда функций:

управление каналами выделения и ввода;

управление кроссовой коммутацией;

управление рядом параметров источников временных интервалов;

управление защитными переключениями;

управление транспондерами (активация и деактивация). Конфигурирование оптической сети предполагает реализацию таких

функций, как установку вида сети (линейная, кольцевая и т. д.), установление транзитных соединений для оптических каналов и завершение пути оптических каналов, защитные переключения оптических секций мультиплексирования или отдельных оптических каналов, перегруппировки оптических каналов по направлениям и схемам защиты.

На возможности создания и поддержки какой-либо конфигурации в оптической сети в рабочем и аварийном режимах могут накладываться ограничения по OSNR, по энергетическому потенциалу, по дисперсионным искажениям сигналов в каналах.

Конфигурирование оптической сети обычно отображается на карте местности, которая создается на экране монитора, и также в виде задания маршрутов оптических каналов.

Управление повреждениями предполагает обнаружение в оборудовании аварийных сигналов, их отображение в системе управления и на информационных панелях отдельных плат оборудования (светодиоды сигнализации). Управление состоит в локализации повреждения и выработке действий на снижение потерь от простоя оптических каналов, т. е. активизации защиты отдельных блоков оборудования и изменение конфигурации оптической сети для обхода поврежденных участков. При этом происходит фиксация аварийных состояний в базе данных управления с временными метками об отказе и восстановлении. Системой управления может быть зафиксировано состояние ухудшения оптических каналов по снижению оптической мощности в каждом канале или снижению средней мощности всех оптических каналов в групповой части (после оптического мультиплексора или перед оптическим демультиплексором, в оптическом усилителе).

Функции мониторинга предполагают сбор, обработку и хранение информации, которая характеризует качественное состояние оборудования и всей оптической сети.

309

Функции мониторинга подразделяются на ряд групп:

○сбор и передача данных (в системе агент-менеджер);

○представление статусов специфических типов мониторинга и элементов мониторинга (параметров оптической и цифровой передачи);

○инициализация элементов мониторинга;

○представление регистрируемых данных (таблицы, гистограммы);

○активация аварий (сообщения о авариях) при превышении пороговых показателей с последующей трансляцией сообщений;

○формирование историй состояний сети, сетевых элементов с временными интервалами, кратными 15 мин, в течение суток и т. д.

Управление безопасностью предполагает безопасную работу отдельных сетевых элементов и всей оптической сети. К управлению безопасности сетевых элементов относится: степень физического присутствия персонала у оборудования; пожарная и другая безопасность помещения с оборудованием; регистрация, удаление и изменение кодов доступа в помещение, кодов доступа в систему управления сетевым элементом.

Безопасная работа оптической сети также определяется параметрами доступа пользователей (эксплуатационного персонала) к кодам вхождения в систему управления всей сетью (user ID, password) и степенью доступности функ-

ций управления (management level).

9.6.Средства измерения и тестирования когерентных оптических сетей

Для уверенной настройки и эксплуатации оптической сети необходимы не только встроенные в сетевые элементы средства мониторинга и управления, но и специализированное тестовое оборудование с функциями генерации необходимых электрических и оптических сигналов, например, соответствующих потокам кадров Ethernet на скоростях 10/40/100 Гбит/с с различной структурой этих кадров или кадров OTH на указанных скоростях с различными возможностями FEC, оптических сигналов на любой из стандартных сеток волн (частот): 0,8 нм (100 ГГц), 0,4 нм (50 ГГц), 0,2 нм (25 ГГц) и т. д.

Для измерения и тестирования оборудования и когерентных оптических систем передачи и сетей на их основе различными компаниями разработаны и используются операторами комплексы оборудования (платформы), например, FTB-500 компании EXFO (рис. 9.24).

Платформы могут комплектоваться под конкретные проектные решения для волоконно-оптических линий связи (рефлектометрия, контроль хроматической и поляризационной дисперсий, анализ спектра сигналов DWDM, CWDM, измере-

ние OSNR и т. д.), для технологий Ethernet, SDH, OTH/OTN, ROADM/PXC и др.

Модуль тестирования широкого спектра сервисов EXFO FTB-88100NGE / 88100G Power Blazer – пример комплексного решения для эксплуатационного тестирования оптических сетей на основе технологий OTN и Ethernet пропускной способностью до 100 Гбит/с в ходе их развертывания, аттестации и устранения неисправностей (рис. 9.25).

310