Эволюция оптических решений Cisco Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Эволюция оптических решений Cisco

Александр Бахаревский,

менеджер по развитию бизнеса, компания Cisco Systems

Современные технологические решения для создания оптических сетей не стоят на месте: развиваются информационные технологии, появляются новые пользовательские приложения, соответственно, увеличивается объем передаваемого трафика, растут требования к качеству его передачи. Поэтому в последнее время все больше заказчиков начинают задумываться о построении эффективной транспортной инфраструктуры. Еще несколько лет назад решения, использующие спектральное уплотнение (xWDM), в основном рассматривались исключительно операторами связи, а основной областью их применения было построение транспортной инфраструктуры, ориентированной на передачу большого объема трафика TDM (SDH) и IP между географически разнесенными узлами связи.

Развитие информационных и сетевых технологий существенно расширило возможную область применения решений, основанньх на спектральном уплотнении. Сейчас они активно используются для объединения центров обработки данных и построения корпоративных сетей. Активными пользователями таких систем стали крупные финансовые институты, корпорации и промышленные холдинги, которые нередко задумываются о построении независимой сетевой инфраструктуры в соответствии с повышенными требованиями к надежности, расширяемости, защищенности и возможности контроля и управления. Все эти факторы накладывает свои требования на оборудование, используемое для построения сетей основанных на спектральном уплотнении.

Если для решения простейшей задачи, такой как объединение двух площадок на относительно небольшом расстоянии (до нескольких десятков километров), не требуется широкого спектра функциональных возможностей, и такое решение легко реализуется на базе пассивных устройств CWDM/DWDM и соответствующих интерфейсов, устанавливаемых в

клиентское оборудование, то в случае больших расстояний и сложных топологий, решение уже не выглядит так просто, и, как правило, строится на базе технологии DWDM. Технические решения, выбранные на этапе проектирования сети, во многом определяют процедуры эксплуатации сети, возможности ее расширения и возможность использования новых технологий в будущем.

Почему важно задуматься о будущем на первом этапе планирования DWDM-сети? Любая система спектрального уплотнения по своей сути — это аналоговая транспортная система, которая в первую очередь обеспечивает мультиплексирование оптических сигналов и их передачу в паре оптических волокон (включая усиление оптического сигнала и компенсацию линейных искажений сигнала). Функции формирования DWDM-сигналов можно рассмотреть отдельно, так как они не влияют на функционирование самой транспортной системы.

При использовании в DWDM-системе средств оптического усиления необходимо обеспечить выравнивание мощности для передаваемых каналов перед их усилением — это обусловлено необходимостью обеспечить равномерное усиление всех сигналов, передаваемых в системе. Выравнивание мощности может быть реализовано тремя путями:

1. С использованием внешних фиксированных или переменных аттенюаторов (с ручной настройкой), которые устанавливаются

между источником сигнала и мультиплексором. При подключении нового канала необходимо обеспечить равенство его мощности, мощности уже используемых в сети каналов, что требует проведение измерений вручную и аккуратной настройки системы.

2. С использованием программно-управляемых аттенюаторов, встроенных в оборудование DWDM: в этом случае настройка производится программно, но требует проведение измерений;

3. С использованием встроенных в оборудование аттенюаторов и фотодиодов для каждого канала: в этом случае в системе есть возможность реализации автоматического процесса выравнивания каналов по мощности так как система может сама определять уровень мощности входящего сигнала и управлять вносимым аттенюатором затуханием. Более того, при таком подходе система может сама определять наличие DWDM-сигнала и реагировать на изменения его уровня мощности (например, при случайном обрыве оптического кабеля между источником сигнала и мультиплексирующим модулем). В этом случае система становится полностью независимой и может работать с сигналами от сторонних источников (требования к характеристикам канала, необходимым для того, чтобы канал мог использоваться в системе, остаются обязательными к соблюдению).

Мультиплексирование оптических каналов выполняется узлами 3 основных типов, каждый

Мультиплексор

5!

Мультиплексор

^ *' Оптич! ский канал управления

•s EDFA I ] t EDFA * I ^S

-J

t ■» L

EDFA J | EDFA

Демультип 1ексор

с к и и канал упрас ления

Уь

Демультиплексор

(

М ул ьти пле кс и руюций транспондер

М ульти пле кс и руюций транспондер

Рис. 1. Функциональная схема DWDM-сети

COMRX Р-

сом тх

Модуль управления

4

• О0О

- © • 0 ©

^ Интерфейс управления

ЕХРТХ

Hi EXP RX

Каналы (вывод) Каналы (ввод)

Фотодиад Виртулзьнмй фотодиод Переменный зттенюзтор

Рис. 2. Функциональная схема четырехканального модуля OADM

из которых характеризуется своими преимуществами и недостатками. Рассмотрим типы узлов более подробно:

1. Фиксированный узел ввода/вывода каналов (OADM) обеспечивает ввод/вывод фиксированного набора каналов на узле, на этапе проектирования фиксируются каналы, которые вводятся/выводятся на данных узлах, все остальные каналы проходят транзитом. В зависимости от реализации узел OADM может быть построен как на базе пассивного устройства без функций управления (например, Cisco ONS 15216), так и на базе модулей OADM с возможностью контроля каналами (пример OADM для платформы Cisco ONS 15454 приведен на рис. 2). Такое решение эффективно для построения узлов с ограниченной функциональностью, когда заранее известно, что расширение сети не планируется. Основным недостатком является статичность конфигурации и сложность модернизации при ее необходимости (как минимум требуется прекратить передачу данных по сети на время проведения работ, в зависимости от конфигурации сети может потребоваться полный перерасчет сети);

2. Узел на базе перенастраиваемых оптических мультиплексоров ввода/вывода (ROADM) — это узел с возможностью программного управления режимом работы для каждого отдельного канала, проходящего в системе (ввод/вывод или транзит), что позволяет гибко управлять режимом работы системы за счет программной настройки. Компания Cisco разделяет узлы на базе ROADM на 2 класса — с поддержкой двух направлений (линейные и кольцевые топологии) и c поддержкой несколь-

ких направлений (в настоящее время до 8 направлений на одном сетевом элементе) — предназначенных для построения полносвязных сетей с оптической коммутацией каналов. Большинство современных модулей 1ЮАРМ имеют встроенные средства контроля и управления мощностью каналов, что позволяет существенно упростить процессы эксплуатации и развития сети. Основным недостатком модулей 1ЮАРМ являются относительно высокая стоимость решения для сетей, передающих небольшое количество каналов (до 5-6 каналов), которая имеет тенденцию снижения по мере развития технологий, и большое количество занимаемых слотов в шасси.

3. Терминальный узел (Мих/Ретих) — это узел, на котором производится полный разбор оптического спектра на составляющие (каналы). При необходимости обеспечить прохожде-

ние оптического канала через такой узел транзитом требуется коммутация портов ввода/ вывода оптическими кабелями. Сами модули мультиплексирования/демультиплексирования как правило являются пассивными, поэтому их использование для включения транзитных каналов связано с дополнительными сложностями при эксплуатации такой системы. В простых сетях такие модули эффективно используются для построения сетей точка-точка, в сложных сетях — как правило, вместе с модулями ROADM для ввода/вывода каналов.

Помимо функций мультиплексирования DWDM система должна обеспечивать оптическое усиление. Данные функции выполняются на базе специализированных модулей оптического усиления, которые могут существенно отличаться не только своей мощностью (коэффициентом усиления), но и своей функциональности и назначению. Существуют фиксированные оптические усилители (с фиксированным коэффициентом усиления) которые, как правило, используются для построения простых систем, требующих минимума изменений в ходе жизненного цикла системы или для компенсации вносимых компонентами системы потерь (панели коммутации, мультиплексоры и прочее). Для систем, в которых необходима возможность подстройки в случае изменения количества каналов, изменения затухания в оптическом кабеле между узлами, а так же возможность использования модулей в случае полной перестройки сети, существуют управляемые модули оптического усиления с возможностью управления коэффициентом усиления (пример — рис. 3). Все модули для платформы Cisco ONS 15454 оборудованы встроенными фотодиода-

Рис. 3. Функциональная схема оптического усилителя (OPT-PRE)

ми для контроля, диагностики и автоматической настройки, на базе встроенных средств измерения построены специальные алгоритмы, которые позволяют проследить прохождение каждого канала в сети и провести диагностику из центра управления без использования специализированного оборудования. Компанией Cisco поставляются усилители EDFA и Raman нескольких типов, позволяющие реализовать любую конфигурацию сети, от небольших городских сетей до магистральных сетей протяженностью несколько тысяч километров.

Средства измерения и управления мощностью сигналов, а также средства управления коэффициентом усиления позволяют упростить процесс эксплуатации и настройки системы. В то же время, вопрос оптимальности процесса управления сетью остается открытым. От реализации средств управления и процесса управления системой зависит не только простота эксплуатации системы, но и эффективность решения бизнес-задач, для которых предназначена система. С точки зрения управления система может функционировать как набор независимых устройств, объединенных каналами управления для обеспечения удаленного доступа и передачи информации о авариях — в этом случае любое изменение на сети (например, добавление нового канала) потребует большого количества последовательных шагов по изменению конфигурации устройств, передающих трафик по сети. Такой подход требует больших затрат времени и усилий со стороны специали-

стов. Альтернативным решением является реализация единой подсистемы управления, которая обеспечивает централизованное управление всеми компонентами системы как компонентами единого программно-аппаратного комплекса. В качестве примера можно привести подсистему управления платформы Cisco ONS 15454, которая позволяет в автоматическом режиме реагировать на изменение затухания в оптическом кабеле между узлами в сети, проводить корреляцию аварий на сети, распознавать физическую топологию сети, проводить перестройку сети в случае добавления/удаления/пропадания каналов в сети и многое другое.

Как уже отмечалось ранее, решения ROADM характеризуются достаточно высокой стоимостью и занимают много места в шасси, на практике это означает, что в случае реализации узла ROADM необходима установка выделенного шасси для обеспечения всех функций усиления и мультиплексирования. Чтобы решить эту проблему, компания Cisco предлагает своим заказчикам новые модули с высоким уровнем интеграции оптических компонент — SM-ROADM (Single Module ROADM) в двух вариантах исполнения — SMR1 (модуль с интеграцией входного усилителя, модуля коммутации каналов и контроля сигналов) и SMR2 (модуль с интеграцией входного и выходного усилителей, модуля коммутации каналов и контроля сигналов). Модуль SMR1 (рис. 4) предназначен для использования в линейных и кольцевых

0SC вывод

V

OSC ввод

PD6

I—и:-0-

DROP-TX

I

BV0A2

7зо%

ТАР

-Ft-1? ■

70«

Л.

ЕХР-ТХ M0N-RX

осм

осмз осм2

Рис. 4. Функциональная схема модуля SMR1

топологиях, а модуль SMR2 может использоваться на узлах с коммутацией каналов между четырьмя направлениями. Модули используют внешние панели коммутации со встроенными мультиплексорами/демультиплексорами, такая архитектура позволяет обеспечить территориальное разнесение между узлом, где обеспечивается коммутация каналов и узлом, где обеспечивается подключение клиентского оборудования. При необходимости вывода ограниченного количества каналов панели коммутации можно заменить на пассивные модули OADM, при этом количество терминируемых каналов можно увеличить без остановки работы сети.

Что касается формирования DWDM-сигналов, как говорилось ранее, эти функции в DWDM-системе фактически вынесены на отдельный уровень и могут выполняться как независимо, так и в составе единой системы. При использовании карт, устанавливаемых непосредственно в DWDM-систему, эта система обеспечивает сквозное управление сервисами в сети независимо от типа передаваемого трафика. Выбор сервисных карт (транспондеров) зависит как от требуемой функциональности (например, встроенная коммутация Ethernet или агрегация SDH-тра-фика), так и от оптических характеристик среды передачи (например, существуют специализированные карты, которые могут работать по оптическому кабелю с высокой поляризационной дисперсией — до 30 пс.).

При использовании оборудования, в которое устанавливаются DWDM-интерфейсы, система спектрального управления управляет оптическим каналом и обеспечивает контроль соединения на уровне оптического тракта, а настройка передатчиков/приемников DWDM вынесена на клиентское оборудование (исключением является платформа CRS-1 с модулями IPoDWDM — в этом случае управление возможно из системы управления DWDM-сетью).

В заключение хочется подчеркнуть, что решения Cisco помимо гибкости и широкого спектра поддерживаемых приложений, отличаются простотой в эксплуатации и открытостью архитектуры, что позволяет гарантировать защиту инвестиций в будущем.