Строительство сети данных

Несколько замечаний необходимо дать относительно выделенных типов оптических волокон. Изначально, стандартное волокно имело т.н. водяной пик на длине волны около 1383 нм, который был обусловлен наличием в волокне гидроксильной группы и приводил к увеличению затухания на этом участке частот до нескольких децибел на километр http://www.siltec.ru/fiber.htm Статья: «Кварц для волоконной оптики». Нулевая дисперсия наблюдается на длине волны 1310нм. Также величина хроматической дисперсии стандартного волокна достаточно велика, что, однако, не всегда является отрицательным моментов, поскольку приводит к уменьшению нелинейных эффектов в волокне с ростом мощности, а также легко компенсируется современными системами компенсации дисперсии. Тем не менее, для внедрения DWDM систем, производители волокна разработали специальный тип кабеля - волокно со смещённой дисперсией, которое имеет нулевую дисперсию в том диапазоне длины волны, где и работает DWDM (около 1550нм). К сожалению, из-за нелинейных эффектов, а именно четырехволнового смешения (FWM), использование данного волокна сильно ограничено маленьким расстоянием. Волокно с ненулевой смещённой дисперсией имеют хорошо контролируемую дисперсию на требуемом участке частот (0,3-0,7 пс/нм*км в диапазоне 1530-1560нм). Такого значения достаточно, чтобы подавить эффекты четырехволнового смешения, и данный тип волокна по праву считается лучшим для использования в системах DWDM.

Поскольку, техническое задания проекта строительства сети ограничивает использование оптических кабелей готовой инфраструктурой компании «Атраком», в нашем распоряжении имеются кабели стандарта G.652 Согласно представленной информации от компании Атраком. http://atracom.com.ua/ru/faq , т.е. стандартные одномодовые волокна. Очевидно, что из-за наличия ненулевой дисперсии в C-диапазоне окна прозрачности, необходимо использовать компенсаторы хроматической дисперсии в условиях территориально протяженных пролётов линий связи.

Под компенсатором дисперсии любого вида, в т.ч. хроматической, понимается пассивное оптическое устройство, которое нивелирует дисперсию, накопленную в волокне таким образом, чтобы исходные сигналы соответствовали полученным. Так как стандартное SMF волокно (ITU G.652) в C-диапазоне длин волн имеет фактор дисперсии 17пс/нм*км, это является главным ограничением для организации длинных оптических линий. С ростом скорости передачи данных дисперсия в большей степени влияет на фронт импульса. Тем самым передача данных на скорости 10Gb/s осложняется на расстояния более 80-100км в G.652 стандарте оптического волокна. Компенсаторы дисперсии SNR-DCM позволяют восстановить фронт импульсов. При изготовлении устройств используется технология производства оптических волокон с отрицательным значением хроматической дисперсии в диапазоне длин волн 1525ч1565нм. Таким образом компенсатор имеет по сути настраиваемую отрицательную дисперсию, а сигнал положительную, по принципу суперпозиции на выходе из каскада получается чистый, выровненный сигнал.

Рисунок 11. Включение компенсаторов дисперсии в систему DWDM

Источник: статья «UA.DWDM - Почувствуй себя магистралом» http://ic-line.ua/

При установке любого вида оборудования DWDM следует помнить о том, что каждое устройство вносит затухание на линии передачи. Представим, что на участке длиной 150 км от Феодосии до Джанкой мы установили компенсатор хроматической дисперсии, который по сути представляет собой свёрнутые километры волокна в одной коробке. Затухание, которое внёс компенсатор необходимо учитывать, поскольку у каждого оптического модуля и устройства есть тот уровень минимальной мощности, на котором оборудование способно отличить шум от полезного сигнала. Второй пример - обрыв волокна, ситуация достаточно обычная, решается проблема оптической спайкой. Тем не менее, несколько децибел в общее затухание на участке добавляются после каждой спайки, после установки каждого коннектора LC/SC и так далее. На этом этапе необходимо ввести понятие оптического бюджета или оптического потенциала. Оптический бюджет - разность между оптической мощностью передатчика и чувствительностью приёмника, выраженная в децибелах.

При проектировании систем DWDM-сетей необходимо вывести баланс между оптическим бюджетом линии, величиной шума на линии, а также величиной дисперсии сигнала в волокне.

Основные параметры, которые характеризуют DWDM-решения и отличают их друг от друга, достаточно разнообразны и обширны. Условно их можно разделить на следующие категории.

· Максимальная длина пролета - максимальное количество километров, на которое можно передать полезный сигнал.

· Количество задействованных волокон, которые необходимы для реализации решения.

· Типы подключаемых стандартных интерфейсов на приемо-передающих устройствах.

· Поляризационные потери.

· Максимальная величина поляризационно-модовой дисперсии.

· Минимальные обратные потери, данный параметр характеризует процент отраженного сигнала в волокне при использовании того или иного проектного решения.

· Типы используемых оптических фильтров.

· Доступная плотность частот.

· Доступные модули, присоединяемые к базовому DWDM-комплекту.

· Классификации лазеров.

· Физические размеры устройств.

· Потребляемая мощность.

3.3 Анализ и оценка представленных DWDM решений по организацию связи для центров обработки данных

Как следует из предыдущих пунктов, DWDM-решения, предлагаемые сегодня, достаточно сложны и не имеют чётких одинаковых стандартов. Каждый производитель имеет свои взгляды на детали реализации, проприетарные решения основных проблем подобных систем. Совместимым между собой может быть достаточно простое оборудование, например, транспондер и SFP+ модуль, оборудование ядра системы чаще всего представлено одним вендором, выбранным на этапе проектирования.

В сфере построения оптических сетей передачи данных, наибольший опыт наработан компаниями:

· Cisco. Решение ONS 15454 Multiservice Transport Platform (MSTP)

· Alcatel-Lucent. Решение 1625 LambdaXtreme Transport

· Huawei. Решение OSN 8800 DWDM

· ADVA Optics. Решение FSP3000

· Marconi. Решение MHL 3000 Multi-Reach Core DWDM

· T8. Решение DWDM-система «Волга»

Дадим описание и технические характеристики основным представленным на рынке DWDM-решениям, выделим их положительные и отрицательные стороны, а результат представим в таблице. При решении о выборе производителя магистрального оборудования будем руководствоваться методами принятия комплексных решений. Производя анализ каждой платформы будем исходить из эксплуатационных условий, а значит потребуется сравнить данные по следующим компонентам:

· базовые системные компоненты (шасси);

· мультиплексоры/демультиплексоры;

· транспондеры;

· усилители EDFA;

· компенсаторы дисперсии.

Cisco Systems - один из самых известных производителей сетевого оборудования, включился в гонку за лидерство на рынке транспортных технологий достаточно давно. Существующие на рынке решения представляют собой шасси с подключаемыми модулями, которые комплектуются в зависимости от конкретного проекта. Данное оборудование объединено под торговой маркой Cisco ONS 15454 MSTP (Multi-Service Provisioning Platform).

Основа решения - шасси пропускной способностью до 120Гбит/с, с наличием контроля ошибок. Имеется возможность масштабирования до 96 оптических каналов. В комплекте присутствуют несколько вариантов резервирования оптических каналов на физическом уровне. Предоставляется широкий спектр услуг для подключения клиентских интерфейсов до 40Гбит/с на канал. Оборудование полностью прозрачно для вышележащих протоколов, при этом имеет возможность управления с помощью активных систем переключения в случае обнаружения отказа. Все оптические транспондеры обладают возможностью регулирования длины волны, что снижает операционные затраты, аналогично и модули ROADM имеют в комплекте несколько настраиваемых частот для сокращения количества необходимых настроек и дополнительного оборудования. Имеется возможность для интеграции со стандартными XFP модулями 10G.

Cisco предлагает свои решения по резервированию любой топологии, от линейной до сложно-кольцевой, при этом, гарантируя транспорт любого вида клиентского трафика через DWDM-систему. Каждый оптический канал контролируется по стандарту ITU G.709, что позволяет гарантировать клиентам высокий уровень надежности и SLA [Service Level Agreement] для каждой услуги в пределах системы. Благодаря системному программному обеспечению, система достаточно легка и удобна в настройке, узлы могут быть установлены в автоматическом режиме, исключая сложный процесс пуско-наладческих работ. Контроль мощности, его балансировка производится в автоматическом режиме, в т.ч. на усилителях, позволяют быстро и гибко реагировать на изменяющиеся условия окружающей среды и компенсировать изменения характеристик оптических волокон и каналов.

Из минусов системы явно можно сразу же отметить низкую пропускную способность одного шасси, для выполнения требований ТЗ необходима установка нескольких подобных устройств, а также практическая невозможность интеграции оборудования других производителей в работающую систему. Для данной платформы достаточно широко представлены комплектующие, поддерживающие базовый необходимый функционал, однако имеющие некоторые недостатки. Например, усилители поддерживают только 64 канала передачи, мультиплексоры и демультиплексоры поддерживают только 100ГГц сетку частот ITU Технические данные приведены согласно спецификации Cisco Systems Multiservice Transport Platform Data Sheet: http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/optical-networking/ons-15454-m12-multiservice-transport-platform-mstp/product_data_sheet09186a00801849e7.html .

Решение от Alcatel-Lucent выглядит достаточно привлекательным с точки зрения коэффициента мультиплексирования. Lambda Xtreme Transport позиционируется компанией Alcatel-Lucent как DWDM-решение следующего поколения. В одном шасси сгруппированы: крайне высокая емкость (до 2,56 Тбит/сек) и отличная дальность работы (максимальный размер пролета без электрической регенерации) - до 4000 км.

Данное решение конфигурируется в двух вариантах - LongHaul и UltraLongHaul, в зависимости от расстояний, на которые необходимо передавать сигналы. В одной платформе реализована поддержка как 10Gbps, так и 40Gbps клиентских интерфейсов. В случае с 10Gbps, пропускная способность системы до 1.28Tbps дальность до 4000км. Все 128 частотных подканалов проходят коррекцию и контроль ошибок FEC [Frame Error Check] по стандарту ITU, что обеспечивает высокое качество и отказоустойчивость всей платформы.

Дополнительные возможности для сети на базе решения Alcatel предоставляют реконфигурируемые OADM мультиплексоры, которые настраиваются удалённо из единого центра, например, службы управления сетью передачи данных. Для 40-гигабитных интерфейсов пропускная способность может быть увеличена до 2.56Тбит/с протяженностью до 2000км. Контроль ошибок при этом осуществляется по другому стандарту - Ultra Forward Error Correction.

К недостаткам и одновременно к достоинствам системы можно отнести тот факт, что система работает в особом диапазоне Ultra Band. Характерный диапазон длин волн: 1625нм - 1675нм. Затухание на километр в этом отрезке чуть ниже, значение дисперсии также чуть лучше, что позволяет преодолевать большее расстояние, однако степень интеграции такого оборудования с оборудованием других производителей крайне мала Alcatel-Lucent 1625 LambdaXtreme Transport Datasheet. 2013 France.

Как и везде, решение предусматривает полную автоматизацию по наладке мощности сигналов на разных участках оптической трассы, автоматизацию уровня усиления и очистки сигнала в зависимости от условий внешней среды. Модульность и масштабируемость решения также на высоте, что обеспечивает простоту наращивания без какого-либо перерыва сервиса, а также общее уменьшение операционных расходов на развитие инфраструктуры. DWDM-решение производит автоматическую балансировку мощности, а также ведёт контроль коэффициента усиления оптического сигнала. Для функций эксплуатации и мониторинга предусмотрен отдельный ОС-3 канал.

К безусловным плюсам системы можно отнести высокий коэффициент мультиплексирования, а также возможность совместного использования в рамках одной системы транспондеров дальнего и сверхдальнего действия, что безусловно удешевляет конечные затраты на конфигурацию. Система использует как EDFA, так и рамановские усилители и предусматривает возможность стабилизации мощности с использованием динамических фильтров, все лазеры накачки и усилители настраиваются программно.

Huawei Technologies также представили свое DWDM-решение под названием OptiX OSN 8800. Данное оборудование представляет собой шасси пропускной способностью до 1.28Тб/с. Компания Huawei реализовала возможность динамического конфигурирования частотной сетки, т.е. предоставила пользователю выбор относительно того, использовать ли 100ГГц каналы, или 50ГГц каналы, при этом в рамках одной платформы возможно смешивать две сетки частот. Дальность работы оборудования без электрической регенерации - до 2500км, как для 40Гбит/с, так и для 10Гбит/с интерфейсов. Проприетарные механизмы резервирования дают возможность строить не только топологии типа точка-точка, но и полные кольцевые топологии, а также позволяют предоставлять с наименьшими рисками SLA для конечных заказчиков.

OSN8800 имеет в составе ROADM до 8 каналов включительно, что безусловно является большим плюсом в сравнении с другими производителями оптического оборудования. Максимальное количество каналов 80, при этом по одному каналу возможна передача не более 100Гбит/с трафика. Система работает в C диапазоне согласно стандарту ITU G694.1, что позволяет интегрировать её с другими производителями легко и свободно. Клиентские интерфейсы весьма разнообразны, поддерживается почти всё, что известно на сегодняшний день, включая различные типы клиентских волокон (G.652-G.655). Для контроля ошибок используется механизм Network Level Protection - механизм защиты оптических линий, оптических коммутаций и канальных ошибок.

OptiX OSN8800 - это оборудование с крайне высокой степенью интеграции, поэтому значительно снижается потребление энергии и требуется меньше физического пространства для реализации тех же функций, что и оборудованию других производителей. Все платы данного решения легко реконфигурируемы и способны подстроиться под любые нужды конкретного заказчика. В состав системы включены функции электрической кросс-коммутации, что дает возможность реализовывать топологии любой степени сложности на физическом уровне. DWDM продукт можно использовать не только в составе единого решения 8800, но и в составе клиентских WDM и DWDM решений, например BWS1600G. Таким образом, всего одно шасси OSN8800 способно выполнять те же задачи, что несколько устройств других производителей По материалам брошюры Ultra Bandwidth, Free Connection, Any Service --OptiX OSN 8800. HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD. 2011.

ADVA Optics - один из лидеров на рынке оптического оборудования представили решение FSP3000. Данное решение предоставляет операторам масштабируемый, гибкий и безопасный оптический транспорт большой пропускной способности. Основная область применения оборудования - сети регионального масштаба с большой плотностью оптических портов. FSP3000 предоставляет ресурсоёмкие подключения конечным заказчикам на расстояния городского масштаба и сверхдлинные дистанции.

В рамках продукта осуществлена поддержка DWDM с плотностью до 96 каналов в C диапазоне по 100Гбит/с, расширяемых до 120 оптических каналов 10Гбит/с, из которых 80 также в C, а остальные 40 в L диапазоне. Решение из коробки поддерживает CWDM и PON [Passive Optical Network], по тем же волокнам, что DWDM, а также множество клиентских протоколов физического уровня модели OSI, включая SDH [Synchronous Digital Hierarchy], EthernetII, FibreChannel. Дополнительные ROADM-платы с реконфигурируемыми фильтрами и настраиваемыми лазерами, увеличивают степень интеграции и масштабируемости оптической сети передачи данных. Основная идея данного оборудования - сделать оптический транспорт полностью прозрачным, бесцветным и ненаправленным (с точки зрения модулей и настроек). Благодаря этому настройка всего комплекса производится удаленно по запросу, без какого-либо влияния на имеющийся пользовательский трафик, а также без необходимости выезда на место установки для осуществления конфигурации на ROADM/OADM мультиплексорах доступа. В комплекте с данным оборудованием предоставляются эрбиевые и рамановские усилители, делая возможным передачу данных на расстояние до 3000км без регенерации сигнала.

Система ADVA FSP3000 использует механизм SPAN для тонкой настройки параметров системы в зависимости от характеристик внешней среды и оптического волокна на котором ведется передача. Включенный мониторинг и тестирование жизненно-важных показателей системы, включающий возможность создания петель (локальных и удалённых), позволяет называть данное решение требующим наименьшего уровня технической подготовки специалистов и наименьших затрат на обслуживание системы ADVA Optics FSP3000 Data Sheet, version 03/2015.

Большой выбор дополнительного оборудования с разными параметрами включает в себя несколько видов мультиплексоров, различающихся по количеству выводимых частотных подканалов; транспондеров с поддержкой разнообразных клиентских технологий подключения; усилителей различных типов и комбинаций, фильтров очистки сигналов. Мониторинг всех оптических каналов по стандартам ITU позволяет предоставлять клиентам безопасный транспорт их услуг на всех уровнях предоставления сервиса.

Система от Ericsson-Marconi MHL 3000 является новым поколением многофункциональной оптической транспортной системы DWDM масштаба городских сетей и регионов для магистральных сетей. Это единая транспортная платформа, которая позволяет выбрать среду использования при покупке. Варианты реализации: Metro - 300км/40каналов, Long Haul - 1000км/40каналов, Extended Long Haul - 2500км/80каналов, Ultra Long Haul - 4000км/80каналов. Последний вариант используется в сетях национального и международного масштаба на линиях древовидной структуры.

Отличительной особенностью системы является наличие расширенной ROADM составляющей решения, т.н. EOADM, которая отличается от классического ROADM тем, что ввод/вывод может происходить в трех направлениях. Как и у конкурентов платформа Ericsson модульная, что благоприятно сказывается на возможностях масштабирования системы, гибкости развертывания подключений. Решения на базе данной платформы отличаются экономичностью и расширяемостью.

Оптические транспондеры, которые использует платформа, имеют возможность работать на любых клиентских скоростях от 155Мбит/с до 40Гбит/с на существующих клиентских протоколах передачи данных. При этом шасси, в которых устанавливаются карты, могут объединяться собой произвольным образом для формирования единого сетевого узла. Варианты 10Гбит/с транспондеров в комплекте имеют перестраиваемые 80-канальные лазеры с шагом 50ГГц, что позволяет внутри сети использовать один набор устройств для всей сетки частот. Данный факт также существенно сокращает затраты на операционные расходы и расходы на содержание ЗИП.

Реализация усиления на данной платформе производится исключительно EDFA-усилителями, что можно назвать отрицательным фактором, поскольку данные усилители всё же вносят больший шум относительно других видов подобного оборудования. Оборудование позволяет работать сетям с оптический бюджет системы не более 38дБ.

Большое количество вариантов резервирования делает возможным предоставление конечным клиентам высокого уровня сервиса. Так варианты 1+1 OSNCP и 1+1 OTS дают возможность гарантировать надежность сети до 99,999%.

Предоставление и обновление трафика на платформе MHL 3000 может осуществляться без ручного вмешательства со стороны оператора. Все устанавливаемые модули автоматически настраиваются системой управления, а такие функции как автоматическое динамическое выравнивание мощности канала предотвращают ухудшение параметров сигнала, проходящего через промежуточные узлы. Кроме того, аналоговый мониторинг производительности и процессов предоставляет эффективную профилактику за счет быстрого обнаружения и коррекции ошибок. Как и все продукты из оптической линейки компании Эриксон платформа MHL 3000 поддерживается единой сетевой системой управления «Service On», позволяя формировать законченные решения по передаче данных от уровня доступа и беспроводной связи до оптических сетей высокой плотности и DWDM мультисервисных сетей национального масштаба.

В конкурентную борьбу также вошел и российский производитель оптического оборудования, компания Т8. Их проект DWDM «Волга» представлен на многочисленных выставках и стендах. Данное оборудование активно используется в строительстве региональных корпоративных сетей.

Новая мультисервисная платформа для построения высокоскоростных DWDM-сетей поддерживает скорости до 100 Гбит/с на канал, до 9,6 Тбит/с в одной паре волокон. Шасси платформы «Волга» выполнено по Европейскому стандарту (ESTI) и может использоваться в 19/21” телекоммуникационных стойках. «Волга» оптимизирована под скоростные транспондеры 40 и 100G. В одной стойке возможно формирование системы с пропускной способностью до 5 Тбит/с, что является лучшим в отрасли показателем.

Компания представила четыре вида шасси (10U, 6U, 3U, 1U), а также стандартный функционал сопутствующего оборудования. Это оптические усилители: EDFA, RAMAN и гибридные EDFA+RAMAN. ROADM мультиплексор с несколькими выводами. Минпромгорг РФ присвоил DWDM- платформе статус оборудования российского происхождения Приказ Минпромторга РФ от 11 декабря 2013 года № 1972. DWDM -- платформа «Волга» прошла государственную экспертизу и внесена в реестр инновационной продукции, рекомендованной к закупкам 94-ФЗ и 223-ФЗ.

Передача до 96 каналов возможна на скоростях 100, 40, 10, 2,5 Гбит с возможностью апгрейда без перерыва трафика. Высокое качество сигнала, Soft-FEC и компенсация дисперсии на транспондерах позволяет вводить каналы на существующих линиях, построенных ранее для организации каналов 2,5 Гбит/с. Благодаря высокому качеству 100G DWDM транспондеров становится доступна передача на сверхдлинные расстояния: более 4000 км без использования компенсаторов дисперсии в каскаде усилителей и регенерации; до 500 км точка-точка с использованием удаленной накачки (ROPA).

Платформа «Волга» выполнена по модульному принципу, стандартные модули устанавливаются в 4 типа шасси: 10U шасси поддерживает до 13 блоков, шасси 6U рассчитано на 7 блоков, 3U на 3 блока. Для удобства построения сетей предлагается 1U шасси. В 1U варианте возможно исполнение любых блоков из линейки приемо-передающего оборудования платформы «Волга», включая 100 Гбит/с оборудование.

Благодаря применению ROADM 1X2, 1X4, 1X9, различным типам агрегаторов и блоков резервирования, платформа отлично подходит для создания сложных топологий сети с 1+1, кольцевым резервированием и ячеистой структурой. Высокоскоростные оптические и электронные переключатели позволяют обеспечить переключение на резервный канал менее чем за 50 мс даже на 100G каналах. Малошумящие эрбиевые усилители (EDFA), рамановские усилители (RAMAN) с мощностью до 33 дБм, усилители с удаленной накачкой (ROPA), гибридные усилители EDFA+RAMAN дополняют возможности платформы.

Сетевая система управления «Фрактал» обеспечивает полный контроль и управление элементами сети вне зависимости от её масштаба и сложности. Графическая оболочка «Фрактал» и встроенный Web-интерфейс обеспечивает удобную удаленную работу и настройку элементов платформы «Волга».

Обобщение результатов исследования богатого рынка DWDM-оборудования приведено в таблице 4. При составлении таблицы учитывались основные параметры систем, которые влияют на принятие решения об установке оборудования на сети.

Таблица 4. Основные характеристики DWDM оборудования