CC BY
28
Visnyk N'l'UU KP1 Seriia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2018, Iss. 73, pp. "28—32
УДК 621.39
Особливое!! реал1заци ефективних оптичних
транспортних мереж
Гршоренко О. Г.
Нацншалышй тохшчшш ушворситот Укра'ши "Кшвський иолггохшчшш шститут ¡Moiii 1горя СЛкорського"
E-mail: ofcnagri&ukr.ncl.
Метою дано! статт! е проапал1зувати особливост! i сформулювати практичш рекомепдацп щодо по-будови ефектив1шх оптичиих трапспортпих мереж. Розгляпутий приклад впкорпсташш обладпаппя мультпсерв1спо1 трапспортпо! платформп ONS15454 компапп Cisco показуе можливост! створеппя високопродуктпвшн. масштабовашн. ушверсалыю!. ефектпвпо керовапо! трапспортпо! мереж!.
Ключтп слова: OTN: оптпчпе волокно: DWDM: CWDM: MSTP: ROADM
DOI: 10.20535/RADAP. 2018.73.28-32
Вступ
Бурхливе зростання обсяпв передач! даних за
paxyiIOK ПОВСЮДНОГО ПОШПрОППЯ МОрОж1 IlITOpiIOT,
вшшкпснпя повпх додатшв i послуг, що пропону-ються тслекомучикацшнимп операторами, розвитку 1нтернету речей i т.д. призводить до потреб у збшь-nieniii nponycKiioï здатносп мереж, i в зв'язку з цим модершзацп iciiyioniix чи створонш повпх трапспортпих морож. На шдтворджоння цього, за прогнозами компапп Cisco [1]. опублжовашгаи в звт «Cisco Visual Networking Index '' Complote Forecast», очшуеться, що св1товий обсяг 1Р-траф1ку за nepi-од з 2016 по 2021 pp. виросто триразово i до 2021 р. досягне 3.3 зеттабайт (в 2016 р. аналоичний показник становив 1.2 зеттабайт). Цо в1дбудеться завдяки прогнозованому зростаншо числа штернет-користувач1в з 3.3 до 4.6 млрд. тобто 58% cbîtobo-го населения, ирискореному збшыпеншо кшькосп персоналышх иристроТв i хйжмашишшх з'еднань, збшыпеншо середныи швидкосп широкосмугового доступу i приросту вщеотраерка. На частку до-датшв 1нторнету речей в евт до 2021 р. дове-деться бшыие половили пристроТв i з'еднань. Тому актуалыисть побудови гнучких, масштабованих, продуктивних оптичних трапспортпих морож по ви-кликас сумшв1в.
Окр1м цього. для шдтримки власно! рентабельность оператори зв'язку потробують зниження ка-шталышх i операщйних витрат при розгортанш морож i иових послуг i защкавлеш в максимально ефоктивному pinieiiiii щодо розвитку i розширення морож [2 8]. Прокладка иових оптоволокошшх ка-бел1в вимагас великих кашталышх витрат i займае багато часу, тому с актуалышм використаиня техно-ЛОИЙ, ЩО ДОЗВОЛЯЮТЬ iCTOTIIO збшыиити пропускну
здатшеть iciiyiono'i шфраструктури з мшмалыпши витратами.
1 Анал1з особливостей технологи та обладнання для побудови оптичних транспортних мереж
сМзичним соредовищом передач! для побудови трапспортпих морож с оптичне волокно i оптичиий кабель. На сьогодшшнш день найбшыи перспоктив-иою с технолопя щшыгого мультиплоксуваиия з роздшонням за довжиною хвшп (DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing), яка забезпечуе найбшыиу пропускну здатн1сть при використанш одшя пари оптичних волокон.
У nopiBiraimi з тохнолоияо SDH [9] та Carrier Ethernet, до використовуеться лише одна довжина хвшп для передач! шформащйного сигналу, технологи WDM, iiinniMii словами технолог!! 3i спе-ктралышм роздшонням канатв, використовують здатшеть оптичного волокна одночасно поредава-ти множнну оптичних сигнал1в на р1зних довжинах хвиль по одному оптичному волокну. Кожна довжина xBimi представляв окремнй оптнчннй канал в оптичному волокш. Таким чином, проиускна зда-тн1сть оптичного волокна збшыиуеться в число раз, яке дор1внюс кшькоста оптичних канал1в (довжин хвиль). Наприклад, при передач! 80 оптичних кана-л1в 3i швидшетю кожного 10 Гб1т/с забезпечуеться проиускна здатшеть одного оптичного волокна у 800 Шт/с.
Спстемп DWDM працюють в С- та Ь-доапазонах на довжинах хвиль 1530-1565 им та 1565-1625 нм
Особливосп роалЬаци офоктишшх оптичних траисиортиих морпж
■29
ввдповвдно i використовують частотний план 100 ГГц та 50 ГГц зпдно Рекомендащ! MCE G.694.1.
Бшьш спрощеним i економ1чним BapiaiiTOM. шж технолопя DWDM, e CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing), яка також с протоколонезале-жною i дозволяв передавати по кожному з оптичних канал1в будь-який трафш 3i швидкостями в1д 100 Мби/с до 2.5 Шт/с.
Особливостями ща' технолог!! е план довжин хвнль з в1дстаншо м1ж суадшми оптичшгаи каналами 20 им (зпдно G.694.2), ввдсутшсть оптичних шдсилювач1в на вузлах мережи невелиш ввдсташ до 80-100 км. недорог! лазерш дюди, i максимально число канал1в. яш можна оргашзувати в оптичному волокш, дор1внюс 18. Все це дозволяс на два порядки зменшити витрати у nopiBiraimi з DWDM. Ало для роботи на 18 каналах потр1бно спощалыю волокно з нульовим «водяним шком» G.652C/D. Так як. зазвичай, використовуеться кнуюча шфраструкту-ра оптичного кабелю 3i стандартним одномодовим волокном G.652, то для CWDM використовують до 8 довжин хвиль в д1апазош 1470-1610 нм, ало це також збшынуе пропускну здатшсть моролй у 8 раз у nopiBiraiini з використанням одшя довжини хвили
Наряду з тсхнолоиями WDM, оптичш транс-nopTiii мереж1 використовують технологпо оптичнсм транспортно! icpapxi'i (ОТН Optical Tl'ansport Hierarchy). яка передбачас перетворення сигнал1в in-формацшного навантаження в оптичному канал1 в стандартизован! цифров1 структури, таш як OPUk (блок навантаження оптичного каналу). ODUk (блок даних оптичного каналу). OTUk (транспорт-ний блок оптичного каналу). OTM-n.rn (рис. 1) [2,4]. Оптичний транспортний модуль OTM-rurii е лпий-ним (агрегатним) сигналом, який поширюсться в оптичному волокш. Bin складаеться з групп моду-льованих nociiB (багатоканального сигналу DWDM, гцо займае 1530-1560 нм) та оптичного каналу контролю i управлшня OSC, який передасться на довжин! xBimi 1510 нм. Структуроваш сигнали мають циклову структуру i вмщують службов1 заголовки (ОН), в яких переноситься шформащя щодо контролю та обслуговування оптичних канал1в передач!. Таким чином, оптична транспортна мережа (OTN, G.709) с ушверсальною, тобто здатною транспорту-вати будь-яш види цифрового траф1ку, i ефективно керованою та контрольованою не ripnie, шж SDH.
Основним типом обладнання, гцо використовус-ться для побудови оптичиих транспортиих мереж (OTN) с мультиссрвкш транспортш платформи (MSTP) [2,3]. Така платформа представляв собою багатослотове niaci, куди встановлюються в1дпов1д-ni плати i моду.ш в залежносп в1д функцш, гцо виконус вузол мережи Мультиссрвкш транспорт-ni платформи (MSTP) забезпечують штсграцно на апаратному pisui декшькох мережевих технологии наприклад: DWDM, SDH, Ethernet, IP, ATM, i до-зволяють реал1зувати i'x переваги: велику пропу-
скну здатшсть систем DWDM (порядку тсраби/с), керовашсть, захист цифрових потошв, можливосп крос-комутацй', над1йшсть та яккть послуг SDH, ефективну передачу трафку даних IP, Ethernet, ATM.
Рис. 1. Структура оптичного транспортного модуля
Модулышй принцип побудови обладнання MSTP дозволяе створювати pi3iii конфкуращ! ме-режевого елемента: реконфкуруемого оптичного мультиплексора введения/виведення (ROADM), оптичного термшалыгого мультиплексора (вузла термшацИ оптичних каналт), лшншого оптичного шдсилювача та in. На Bcix вузлах моролй обов'язково зд1йснюсться шдсилсння багатохви-льового оптичного сигналу, компенсащя хрома-ТИЧН01 дисперсИ i забезпечення контролю та управлншя мережевим елементом завдяки виве-деншо/введеншо з/в OTM-n,m каналу OSC та його обробци У вузл1 термшащ! додаеться функщя формування i розформування багатоканального сигналу DWDM. У вузл1 ROADM оператор мае можливкть конфкуращ! виведения/введения оптичних канал1в, будь-яко! кшькосп i в довшьшй комбшащи з лпшшого сигналу OTM-rurii [3]. Капали, гцо не виводяться на цьому вузли проходять його транзитом. Вузол крос-комутацй' оптичних каналт виконуе функцпо крос-комутащ! оптичних каналт хйж р1зними напрямками [5,7].
2 Приклад побудови вузла ROADM
Як приклад розглянемо побудову вузла ROADM (Reconfignrable Optical Add Drop Multiplexor) на ба-3i обладнання ONS 15454 ф1рми Cisco System [10], яке достатньо широко застосовуеться на телекому-шкацшних мережах Укра'йш.
30
Григороико О. Г.
Рис. 2. Вузол ROADM для двох напряхнв
BapiaiiTii конструктивного виконання ONS15454 Мб та М12 вщлзняються розм1рами i ылыастю слотав (6 i 12 установчих позищй). гцо використову-ються для встановлення ссрвкних плат, необхщних для створсння в1дпов1дно1 конфкурагщ вузла мереж! (наириклад: ROADM). Також niaci обладнано платами, що виконують функцй' управлшня. зв'язку i синхрошзацй'. контролера аварпшем сигнатзаид; модулями, через яш подаеться електроживлення: блоком управлшня вентиляторами. Ощлм оптнчннх мультиплексор1в i демультиплексор1в. комутатор1в. залежних вщ довжини хвиль оптичних шдсилю-вач1в. яш створюють конфкуращю вузла мережь на позшщ ссрвкних плат встановлюються штср-фсйсш плати. До них вщносяться pi3iii BapiaiiTii транспондер1в та мукспондср1в. через яш в/з опти-4iii капали DWDM вводяться/виводяться клкнтсьш оптичш сигнали. а також в цих платах забезиечус-ться регенеращя сигнатв оптичних канатв.
На сьогодшшнш день обладнання ONS15454 на-дас тдвищений р1вень штеграцй' апаратури. що забезпечусться поеднанням функщй декшькох плат иопередшх верйй в одшй плата ново! верей'. напри-клад: плати 40-SMR1-C i 40-SMR2-C. За рахуиок цього в niaci можиа видшити бшьше установчих позищй для розмщення. наириклад, плат транспон-дер1в, тобто шдключити бшьше клкнтав. На плата 40-SMR1-C розмщош модуль ROADM на ocnosi WXC 2 х 1 (оптичний крос-комутатор), попереднш шдсилювач та фшьтр введеиия/виведеиия оптично-го каналу контролю i управлшня OSC, в попередшй верей' щ компонентп займалп 3 слотп. На плата 40-SMR2-C розмщош складов! попорсдньси плати, тальки ROADM на ochobI WXC 4 х 1, i додатково
2х 1
реконфкурування двох ступсшв, тобто для кожнем довжини xBimi можливе виведення або проходжен-
4х 1
означас виведення або маршрутизащю транзитом через вузол моролй у будь-який з трьох напряхнв.
Також розроблеш iumi високопродуктивш та гнучш плати, наириклад. SMR20-FS, що дозволяс викону-вати маршрутизащю на 20 напряхйв.
BapiaiiT конфкурацй' вузла ROADM для двох напряхйв показаний на рис. 2. а для крос-комутацй' оптичних канатв з чотирьох напряхйв на рис. 3 [10]. В другому випадку треба додатково встановити у стайку патч-паиель 15454 РР-4 SMR. Патч-пано~т використовуються, коли у вузл1 крос-комутацй' оптичних канатв сходяться багато-каналыи сигнали, наириклад. з чотирьох. восьми напряхйв.
На сьогодшшнш день обладнання ONS15454 шдтримус використання вгамдесяти канатв в С-доапазош та тридцяти двох в Ь-д1апазош.
3 Практичш рекомендацп що-до побудови оптично1 транс-портно1 мереж1
Проанатзувавши особливоста технолоий САУБМ 1 БАУБМ, можна зазначити, що основна область застосування САУБМ оптичш транспорты моролй мкького та рогюналыгого масштабу в уловах дефщиту вшьного оптичного волокна та/або для розширення пропускнсм здатноста кнуючих мереж. Використання на транспортам моролй обладнання САУОМ значно дешевше, ало така мережа буде мати мешш можливоста нарощування завдяки обмеженш кшькоста канатв (8. максимально 18) 1 мешшй швидкоста в оптичному канат. Платформи ОАУОМ мають значно бшыну продуктившеть 1 масштабовашсть.
При створенш або модершзащ! оптичнем транс-портнем моролй на кнуючШ инфраструктур! з волокном С.652 потр1бно використовувати блоки ком-пснсагщ хроматично! дисперЙ1, яш встановлюються в стайку. Якщо вкладаються кошти в нову шфра-
Особливосп роалЬаци офоктишшх оитичиих траисиортних морпж
31
Рис. 3. Вузол оптично! крое-комутацй для 4-х напряхнв на баз1 ТЮАБМ
структуру, то доцшыише застосовувати кабель з оптичними волокнами 0.655 (^^БЭР волокна з1 змщеною ненульовою диспсраяо), яш були спещ-ально розроблеш для систем В"\¥ВМ. 1 компенсато-ри не потр1бш.
Зазвичай у оператора зв'язку вже кнуе ф1зи-чна инфраструктура волоконно-оптичного кабелю з волокнами 0.652 (стандартно одномодове волокно). тому для ефективного використання смуги пропускания оптичного волокна 1 збшыненни про-иускно! здатносп трансиортно! моролй достатньо встановити обладнання МБТР, що шдтримуе стан-дарти функцюнування оптично! трансиортно! мереж! (ОТМ) [2.5.6].
На вщмшу ввд систем С^¥БМ, обладнання БАУБМ потребуй застосування р1зних вид1в опти-чних шдсилювач1в, иш компеисують втрати, що вносить иасивш компонентн В^¥В]М. Наприклад, внесено загасанни оптичних мультиплексор1в 1 де-мультиилсксор1в може складати до 5-6 дБ кожного. Дли вибору потр1бних шдсилювач1в необхщно вра-хувати втрати. що вноситьси вама компонентами, в тому чист оптичиим волокном, на регенерацшнш дшинщ мЬк вузлами мережь
Потр1бно визиачити мкце розташування шдси-лювалышх вузл1в, вузл1в термшацп оптичних ка-натв, вузл1в ТЮАВМ та оптично! крос-комутацп. Можливо на вах вузлах моролй буде зд1йсшоватисн введенни/внведенни оитичиих канал1в, тод1 можна застосувати схему ТЮАБМ, що ушфшуе мережев1 елементи 1 зменшить склад запасних компоненте.
При побудов1 ОТХ використовустьси тоиологш взаемод1ючих об'емних кшець В"\¥БМ дли забезпе-чеиии захисту на мережевому р1вш завдики ство-реншо альтернативних шлих1в передач! сигнал1в.
Завдики внкорнстаншо консктор1в МРО на платах, до оброблистьси значна кшьшеть оптичних канал1в, пещлбно иередбачити в стпшд кросове обладнання для переходу на конектори ЬС, тобто окрем1 оптичш капали.
Так як обладнання с модулышм 1 масштабова-ним, то нсобхщно враховувати майбутне зростання мереж1 1 прогнозоване збшыненни кшькост портв для шдключення юпятв, тобто встановленни дода-ткових плат, можливу замшу шших на нов1 верен, збшыненни оптичиих канал1в.
При иобудов1 або модершзацп трансиортно! мереж! треба обирати обладнанни з високою ште-гращяо компоненте 1 продуктившето, можливктю масштабуванни, енергоефектнвне.
Приклад використанни ТЮАБМ показав можли-вшть створении гнучко! конфкурацп мережь що адаптустьси до зовшшшх змш, 1 забезпечус иросту та швидку активащю послуг. Таш трансиортш мереж! 1 под1бне обладнанни можуть бути використаш корпорацшми, шдириемствами, що мають розгалу-жешеть по вай територп Украши. Окуишсть шве-стищй зросте, икщо залучати зовшшшх юпятв дли передач! !хиього трафшу транспортного мережею корпорацп.
32
Григореико О. Г.
Висновки
За результатами аналпу технолоий та обладнан-ня, що використовуються на оптичнш транспортшй моролй (OTN), сформульовано практичш рекомен-дацп щодо ефективного розгортання або модерш-зацп OTN. Визначено, що технолопя та обладна-ння DWDM дозволяють в noBiiifi Mipi роатзувати можливосп щодо nponycKiioï здатносп оптичного волокна в одинищ десятки Тораби/с за рахунок збшьшоння кшькосп оптичних канатв i збшьшоння швидкосп передач! в кожному канат. При цьому noTpi6no враховувати:
• тип оптичного волокна (пов'язаш з цим компенсация хроматичнеи дисперсп, наявшеть «водяного» тку загасання):
• майбутш обсяги розширення мережк
• можливост обладнання щодо масштабування, оновлення програмного та апаратного забезпе-чення, нарощування, штеграцп компоненте, гцшыгоста порпв та оптичних канал1в на одну плату. ушфжаци внкорнстовуваннх компоненте при побудов1 вузл1в мережь офоктивнеи системи управлшня, енергоефективност.
На 6a3i розглянутих приклад1в показано можли-boctî побудовн гнучкнх мереж. яш можна поступово нарощувати, що забезиечуе ефективне вкладення коштв i оплату по Mipi зростання траф1ку.
References
[1] Cisco public (2017) Cisco Visual Networking Index: Forecast, and Methodology, 2016 2021. White paper.
[2] Littlowood P. and Follis E. (2016) Optical Transport Networking. Ciena Corporation. 40 p.
[3] Ulyanov Л. (2016) Multiplexors networks OTN/DWDM. Telecom IT., Vol. 4. Iss. 3. pp. 85 94. (in Russian)
[4] Popov S. (2015) Evolyutsiya opticheskikh transportnykh setei vzglyad lidera [Evolution of optical transport networks a leaders view]. Peruaya milya, ls.8. pp.50-54.
[5] Cerstel O., .linno M.. Lord Л. and Ben Yoo S. .1. (February 2012) Elastic Optical Networking: Л New Dawn for the Optical Layer? IEEE Communications Magazine, Vol. 50. Iss. 2. pp. 12-20. DOl: 10.1109/MCOM.2012.6146481
[6] Cringeri S„ Bitar N. and Xia T..I. (2013) Extending Software Delined Network Principles to Include Optical Transport. IEEE Communications Magazine, Vol.51, Iss. 3, pp. 32-40. DOl: 10.1109/MCOM.2013.6476863
[7] Schmitt Л. (2012) Integrated OTN Switching Virtualizes Optical Networks, Infonetics research white paper, 12 p.
[8] AL-Rawi M. (2017) Performance Analysis of OFDMA and SC-FDMA. Visn. NTUU KP1, Ser. tiadioteh. radioaparatobuduv., no. 71, pp. 23-27. DOl: 10.20535/RADAP.2017.71.23-27
[9] Romany shy n V'.S. and Berdnykov O.M. (2018) Requirements to increase the capacity of information transmission systems. Problemy telekomunikatsii 2018, pp. 77-79 (in Ukrainian).
[101 Cisco Content Hub (2017) Cisco ONS 15454 Series Multiservice Transport Platforms. Available at: https://content.cisco.com/
Особенности реализации эффективных оптических транспортных сетей
Гршоренко Е. Г.
Целыо дашгой статьи является проанализировать особенности и сформулировать практические рекомендации по построению эффективных оптических транспортных сетей. Рассмотренный пример использования оборудования мультисервиспой транспортной платформы ONS15454 компании Cisco показывает возможности создания производительной, масштабируемой, универсальной. эффективно управляемой транспортной сети.
Ключевые слова: OTN: оптическое волокно: DWDM: CWDM; MSTP; ROADM '
Implementation Features of Effective Optical Transport Networks
Hryhorenko О. H.
The purpose of this article is to analyze the features and formulate practical recommendations for the construction of efficient optical transport networks. To sum up the main area of application of CWDM - optical transport networks of urban and regional scale. At the same time, the costs are much lower (cheap laser diode, lack of optical amplifiers) compared to DWDM, but such a network will have fewer build opportunities due to the limited number of channels (8, max 18) and lower speeds in the optical channel. The DWDM platforms have significantly higher performance and scalability and allow you to fully realize the capabilities of optical fiber throughputs to dozens of Terabyt.es/sec due to the increased number of optical channels and the increase in speed in each channel. The use of multi-service transport platforms (MSTP) 011 the optical transport network (OTN) provides the integration of several network technologies at the hardware level and allows the creation of various network node configurations: ROADM. optic channel termination node, linear optical amplifier node. etc. When creating or upgrading OTN it is necessary to take into account: the type of optical fiber (related to the compensation of the chromatic dispersion. the presence of "water" peak of attenuation): future expansion of the network: Scalability equipment, software and hardware upgrades, build-up, component integration, port density and optical channels per board, unification of used components when building network nodes, efficient system management, and energy efficiency. The considered example of using the Cisco MSTP ONS15454 equipment demonstrates the ability to create a highly productive, scalable, versatile, efficiently managed transport network. Such transport networks and similar equipment may be used by corporations that have branching throughout the territory of Ukraine. The return 011 investment will increase if you attract external clients to transfer their traffic to the corporation's transport network.
Key words: OTN: optical fiber: DWDM: CWDM: MSTP: ROADM
