“ВИМОГИ та ПОБУДОВА ФОТОННИХ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ” DWDM ООВ – одномодовое оптическое волокно

Дидактичний матеріал до лекції 3 кредитного модулю ФТСМ-1, 10 сем.
“ВИМОГИ та ПОБУДОВА ФОТОННИХ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ”
1. Универсальный транспортный слой PTSs
2. Побудова терміналів PLT і мультиплексорів OADM
3. Побудова лінійного тракту та перехідні завади PTSs
РТS (Photon Transport System) – фотонная транспортная система ВМ–
волнового мультиплексирования / PTS технологии WDM, PTS
технологии DWDM, PTS технологии NWDM и др.
ООВ – одномодовое оптическое волокно
ОК – оптический кабель
ВМ – волновое мультиплексирование
WDМ
(Wavelength Division Multiplexing) – „мультиплексирование с
разделением по λ–длине волны”, или ВМ–„волновое
мультиплексирование”. Этот термин переводится по-разному:
спектральное мультиплексирование по λ–длинам волн, ВМ–
волновое мультиплексирование, спектральное уплотнение и т. д.
СП SDH – системы передачи SDH / транспортные системы технологии
SDH различных уровней (от STM-16 до STM-256) и др.
STM-16; STM-64; STM-256 – синхронные транспортные модули /
синхронные цифровые потоки со скоростями
передачи 2,5 ; 10 и 40 Гбит/с, соответсвенно
IP, GbE, FC / Fibre Channel – высокоскоростные технологии
Fiber Channel/FC – технологии FC на скорости передачи 1,062, 2,134,
4,268 Гбит/с
Gigabit Ethernet/GbE – технологии GbE на скорости передачи 1,2; 2,4;
4,8; 9,6 Гбит/с
Табл. 1. Способы передачи IP-трафика по ОТр. PTS ВМ
Способы
Особенности и характеристики
Дейтограммы IP размещаются в ячейках АТМ, а последние вводятся в
полезную
нагрузку
структурных
элементов
терминальных
1
мультиплексоров СП SDH (VC-3, VC-4, STM-1, STM-4, STM-16 и т. д.),
линейные сигналы которых поступают в ОТр. PTS
Дейтограммы
IP
размещаются
на
временных
позициях,
соответствующих полезной нагрузке терминальных мультиплексоров
2
СП SDH (Packet over SDH), с последующей передачей сформированных
сигналов SDH в ОТр., которые образуются PTS ВМ
Дейтограммы IP непосредственно вводятся в ОТр. (IP over PTS) без
промежуточных АТМ- и SDH- преобразований. При этом:
3
− упростятся процедуры обработки и транспортировки IP-трафика
− уменьшится объём служебных сигналов (длина заголовков STM-N)
− повысится эффективность обмена информацией в PTNs в целом
ОТр. – оптические тракты
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
2
VC-1.2; VC-3, VC-4 – виртуальные контейнеры модулей STM-1, STM-4,
STM-16 и т. д технологии SDH
Packet over SDH – непосредственное размещение дейтограмм IP на
временных позициях, соответствующих полезной
нагрузке терминальных мультиплексоров СП SDH
АТМ (Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный режим передачи
IP/SDH/PTS – интегрированные решения PTNs
PTNs (Photon Transport Networks) – фотонныe транспортные сети
QoS (Quality of Service) – уровень
гарантированного
обслуживания
качества
(IP DiffServ) – дифференциация предоставляемых услуг по качеству,
применительно к технологии IP
IP over PTS – непосредственный ввод дейтограммы IP в ОТр. РТS без
промежуточных АТМ- и SDH- преобразований
.
ATM
IP
ATM
IP
Фотонная транспортная система
SDH/SONET
технологий DWDM, HDWDM, NWDM и др.
Физический уровень
Оптическая среда
передачи
Рис. 1. Многоуровневая модель взаимодействия информационных
технологий IP/ATM/SDH/PTS в глобальных PTNs
Табл. 2. Характеристика сетевого элемента – интегрированной оптической
платформы типа XDMTM компании ECI (выставка CeBIT, 2000 г.,
Ганновер)
База
Каркас размером с типовой мультиплексор выделения/вставки
IP-маршрутизатора
АТМ-коммутатора
Цифрового кросс-коннектора низкоскоростных цифровых потоков (VC-12)
Функции Цифрового кросс-коннектора высокоскоростных цифровых потоков
(STM-16, STM-64)
SDH-мультиплексора выделения/вставки
Фотонного линейного терминала технологии DWDM
Возмож- Прямой ввод Е1 в мультиплексоры SDH уровней STM-16 или STM-64
ности по Передача IP-пакетов в виде оптических сигналов на определённой λ–
услугам длине волны по одному из ОТр. PTS DWDM
λ, нм или мкм – длина волны
f, ГГц или ТГц – частота волны
PTSs технологии DWDM – PTSs технологии Dense WDM (плотное ВМ)
PTSs
технологии
NWDM – PTSs технологии Narrowband
(узкополосное ВМ)
WDM
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
3
Metropolis ADM (Lucent 2003 г.) – подобно изделию типа XDMTM компании
ECI, но с меньшими функциональными возможностями
PLT (Photon Line Terminal) – фотонный линейный терминал
OADMs (Optical Add/Drop Multiplexers) – оптические мультиплексоры
выделения/ввода
Табл. 3. Пути построения PLT и OADM транспортных систем
Путь
Характеристика
С использованием транспондеров ТЕТ по схеме транспондерной
1
открытой архитектуры
Без использования транспондеров ТЕТ по схеме „окрашенных” (по λ –
2
длине волны оптического излучения) входных интерфейсов доступа
TETs (Transmit End Transponders) – транспондеры передачи, или
преобразователи λ передаваемых оптических
сигналов (волновые конвертеры)
λ1, λ2, …, λN – заданные λ–длины волн
IAI (Input Access Interfaces) и OAI (Input Access Interfaces) PLT –
входные и выходные интерфейсы доступа PLT
OUT
(Optical
Channel
Transport
Unit) – транспортный модуль
оптического канала
λ1+2 +…+ N – мультиплексный сигнал
ОВ (Optical Booster) – оптический бустер или выходной оптический
усилитель мощности
TDM – Time Division Multiplexing, в нормативных документах закреплено
„мультиплексирование с разделением по времени” (ВРК)
End-to-End – мониторинг качества прохождения сигналов по каждому
ОТр. "из конца в конец"
Табл. 4. Проблемы при использование транспондерной архитектуры
построения PLT и OADM
№ п/п
Сущность
Результат
Коэффициент
ошибок
для
Приводит к несогласованности в
–10
1 СП SDH должен быть ≤ 10 , а для оценке качества сигналов на всём пути
PTS этот параметр ≤ 10–12
их прохождения «из конца в конец»
Входной линейный интерфейс, (вход
В PTS ВМ многое зависит от ПрОМ СП SDH, с параметрами по Рек.
оптический ITU-T G.957) не оптимизирован для работы
2 ООСШ–отношения
сигнал/шум
с „зашумленным” оптическим сигналом с
выходов ODMХ PLT или OADM
ООСШ – отношение оптический сигнал/шум
Рек. G.709 ITU-T (2001 г.): "Интерфейс сетевого узла для оптической
транспортной сети" (Network Node Interface for the Optical
Transport Network (OTN) 02/01 + Amendment 11/01)
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
4
Табл. 5. Рек. G.709 (2001 г)
"Интерфейс сетевого узла для оптической транспортной сети"
Название
(Network Node Interface for the Optical Transport Network (OTN) 02/01 +
Amendment 11/01)
Представлены структура и уровни фрейма цифровых сигналов,
Состав
предназначенных для передачи по ОТр.
Интерфейсы доступа ОТр. построены без использования ТЕТs–
Особенности транспондеров
ОТр PTS технологий ВМ поддерживают любые протоколы
Протоколы клиентов, т. к. сформированные сигналы передаются по ОТр. „из
конца в конец” без изменения их структуры и скорости
OLAs (Optical Line Amplifier) – оптические линейные усилители
OLRs (Optical Line Repeater) – оптические линейные повторители
ℓOAS – длина секции OAS (Optical
усилительной секции PLP
Amplifier
Section)/оптической
α, дБ/км – коэффициент затухання ООВ в заданном диапазоне λ–длин
волн
КУД/DКУД,пс/(нм×км) – коэффициент удельной дисперсии в заданном
диапазоне λ–длин волн
ВОУ – широкополосный или
оптический усилитель
сверхширокополосный
волоконно-
TDFA (Terbium Doped Fiber Amplifier) – тербиевый ВОУ
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) – эрбиевый ВОУ
YDFA (Ytterbium Doped Fiber Amplifier) – иттербиевый ВОУ
Табл. 6. Выбор ООВ
ООВ с ненулеСтандартные ООВ типа Специальные
вой
смещённой
дисперсией
SF Рек. ITU-T G.652
типа – NZDSF Рек. ITU-T G.655
α–коэффициент затухания
0,18 … 0,22 дБ/км
КУД/DКУД–коэффициент
17 … 20 пс/(км  нм) в
≤ 6 пс/(км  нм) в диапазоне
удельной дисперсии
окрестности λ = 1550 нм
λ: 1528 … 1565 нм
≤
50
км
с
блоками
DCU
ℓmaxУУ секции OAS
≥ 80 км без блоков DCU
(≈10 тыс. $ и а
до 18,3 дБ)
Параметры
РАБ
ℓmaxУУ секции OAS – максимальная длина усилительного участка
секции OAS
аРАБ ,дБ – рабочее затухание
NZDSF (Non Zero Dispersion-Shifted Fiber) – специальные ООВ с ненулевой
смещённой дисперсией по требованиям Рек. ITU-T G.655
Табл. 7. Параметры блоков DCU
Тип DCM
Значения коэффициента дисперсии (пс/нм)
на λ = 1550 нм
Значения
затухания
(дБ)
Табл. 8. Параметры блоков DCU
Тип DCM
Значения коэффициента дисперсии (пс/нм)
на λ = 1590 нм
Значения
затухания
(дБ)
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
5
UDCMC-10
UDCMC-20
UDCMC-30
UDCMC-40
UDCMC-50
UDCMC-60
UDCMC-70
UDCMC-80
UDCMC-90
UDCMC-100
UDCMC-110
UDCMC-120
минус 170
минус 340
минус 510
минус 680
минус 850
минус 1050
минус 1190
минус 1360
минус 1530
минус 1700
минус 1870
минус 2040
1,98
3,01
3,79
4,57
5,60
6,36
7,41
8,19
9,22
10,25
11,03
12,06
UDCML-170H
UDCML-255H
UDCML-340H
UDCML-510H
UDCML-680H
UDCML-850H
UDCML-1020H
UDCML-1190H
UDCML-1360H
UDCML-1530H
UDCML-1700H
минус 170
минус 255
минус 340
минус 510
минус 680
минус 850
минус 1020
минус 1190
минус 1360
минус 1530
минус 1760
3,4
4,1
5,1
6,7
8,4
10,0
11,7
13,3
15,0
16,6
18,3
КОММЕНТАРИИ: В табл. 7 указаны параметры модулей DCM, компенсирующих
хроматическую дисперсию/DХД (ХД) волокон типа SF в С-диапазоне длин волн.
В первой колонке представлены типы модулей DCM: UDCMC-10, UDCMC-20, …, UDCMC-120,
где буква U указывает, что это модуль однонаправленный (Unidirectional), т. е. он предназначен для
компенсации ХД одного направления передачи в данном типе ООВ; буква С после DCM означает,
что этот модуль предназначен для работы в С-диапазоне длин волн; число указывает на длину
усилительного участка волокна. Во второй колонке приводятся средние значения коэффициента
компенсирующей дисперсии модулей на длине волны 1550 нм, а в третьей колонке приведены
значения затуханий, которые вносят данные модули в волокно.
В табл. 8 указаны параметры модулей DCM, компенсирующих ХД волокон типа NSDSF (+)
марки LEAF и волокон типа DSF в L-диапазоне длин волн.
∆λ –ширина рабочего диапазона λ–длин волн
Табл. 9. Использование диапазона λ–длин волн ООВ
Параметры
Рабочий
∆λ ширина рабо∆ f ширина
Типы ООВ
диапазон λ чего диапазона λ Диапазон f полосы f
AllWave Fiber (лаборатория от 1280
от 184,615 до 49,76 ТГц
345 нм
Bell Labs компании Lucent) до 1625 нм
234,375 ТГц
от
1260
от 180
Типы ООВ Рек. ITU-T
415 нм
до 1675 нм
до 239 ТГц 58,99 ТГц
Используемый диапазон от 1476,81 до
142,15 нм
Рассчитать
ООВ
1619,06 нм
Рассчитать самостоятельно
самостоятельно
Табл. 10. Основные параметры некоторых промышленных PTS
Марка
Число
образуемых
ОТр.
Alcatel
Optinex
1640 WM
80
Ciena
CoreStream
192
Компании
Cisco
Lucent
Marconi
Nortel
Siemens
Cisco ONS
15800
WaveStar
OLS 800G
WaveStar
OLS 1.6T
StartPhoto
nix
PLT 160
OPTera
LH1600G
Infinity
WLS
SURPASS
hiT 7550
64
80
160
Параметры
Используемый
Разнос
диапазон λ, нм
ОТр,
f, (ТГц)
ГГц (нм)
100
(0,8)
1528,77…1612,62
(196,1…185,9)
50
(0,4)
1528,77…1602,31
(196,1…187,1)
100
(0,8)
1528,77…1612,62
(196,1…185,9)
50
(0,4)
Vлинейная,
Гбит/с
ℓmax OAS, км
800
900
Интерфейсы
доступа
1920
500
640
800
1000
IP,
STM-16,
STM-64
700
1600
4000
32
80/160
1528,77…1560,61
(196,1…192,1)
1528,77…1607,46
(196,1…186,5)
100
(0,8)
100/50
(0,8/0,4)
1280
385
STM-256
3200/1600
3000
STM-64,
STM-256
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
6
ВОУ – широкополосный или сверхширокополосный
оптический усилитель
TDFA (Terbium Doped Fiber Amplifier) – тербиевый ВОУ
волоконно-
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) – эрбиевый ВОУ
YDFA (Ytterbium Doped Fiber Amplifier) – иттербиевый ВОУ
КООСШ–коэффициент ООСШ–отношения оптический сигнал/шум
Табл. 11. Применение ВОУ типа EDFA, YDFA, TDFA
Причины
Характеристика
ухудшения
Пути устранения ограничений
ограничения
параметров PLP
Шум ВОУ
(уменьшение
КООСШ)
Ограничивается число OLA на секции
OAS и в целом в PLP
Неравномерность
коэффициента
усиления G(λ)
∆АВХ(λ EDFA:
1528…1542 нм) =
2 дБ
Полоса
усиливаемых
частот OLA
Сложность
реализации ВОУ в
∆f =18 ТГц
(λ: 1476,81…
1619,06 нм)
Исключают
∆λ: 1528…1542 нм.
Например, PTS WL-8 (Sievens) имеет
∆λ: 1548,51…1561,43 нм (8 ОТр. разнос
1,6 нм (200 ГГц))
Преднамеренное селективное ослабление сигналов на входе OMX VOA
Стремятся получить больше ОТр. в
более узкой полосе f, для чего на один
ОТр. отводится не 200 ГГц (1,6 нм) как в
WL-8, а 100 ГГц (0,8 нм), 50 ГГц (0,4 нм),
25 ГГц (0,2 нм) и менее. Но с ростом
плотности сигналов в ООВ начинают
проявляться
нелинейные
эффекты,
например, ЧВС, что вызывает переходные
помехи между ОТр.
G(λ)–коэффициент усиления ВОУ
АВХ – амплитудно-волновая характеристика ВОУ
PTS WDM типа TransWave WL-8 (Siemens) – PTS Siemens
VOAs
(Variable
Optical
Attenuators) – переменные оптические
аттенюаторы
ОСОБЕННО ВОЗРАСТАЮТ дополнительные сложности при предоставлении
ОТр. одной PTS для разноскоростных цифровых потоков. Например, ООСШ в ОТр.,
предназначенном для передачи сигналов уровня STM-64 (10 Гбит/с), должно быть на
6 дБ больше, чем для передачи сигналов уровня STM-16 (2,5 Гбит/c)
ЧВС – четырёхволновое смешивание / FWM (Four-Wave Mixing)
ПП – переходные помехи – это специфический вид помех, присущий
только многоканальной связи
МСП – многоканальные системы передачи
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
7
Табл. 12. Переходные помехи (ПП)
ПП возникают там, где появляется возможность частичного
Природа проникновения (перехода) сигналов из одного тракта (канала) в
другой, это сопутствующий вид помех
Проникший сигнал оказывает воздействие на сигнал, проходящий
Результат по данному тракту, изменяя его амплитуду, λ (f), временное
положение. Это воздействие и есть ПП.
Плохая (недостаточная) фильтрация принимаемого сигнала в ODMX
Причины Нелинейные эффекты в OLA (OLR) и ООВ
Низкое качество изготовления оптических разветвителей и т. д.
FWM (Four-Wave Mixing) – ЧВС (четырёхволновое смешивание)
Табл. 13. FWM (Four-Wave Mixing /ЧВС–четырёхволновое смешивание)
Наличие слабой зависимости n1–показателя преломления сердцевины
Причина волокна от интенсивности распространяемого по нему оптического
излучения
На выходе ОВ, в которое введены два оптических сигнала на λ: λ1 и λ2,
появляются сигналы на четырёх λ: λ1, λ2, λ3 = 1/(2/λ1–1/λ2) и λ4 = 1/(2/λ2–
1/λ1), причём λ3 < λ1 < λ2 < λ4
РезульЧВС характерен для любой пары одновременно передаваемых сигналов.
тат
Из-за него мощность передаваемого оптического сигнала “перекачивается” на
паразитные „боковые” λ, затухание полезного сигнала возрастает, а его
интерференция с паразитным излучением равноотстоящих λ исходных
сигналов увеличивает КОШ на приёме
Путь
Явление ЧВС существенно уменьшается, когда во всём используемом
устране- диапазоне λ волокна КУД/ DКУД мал, но не равен нулю. Этому требованию, как
ния
раз, лучше всего соответствуют ООВ типа NZDSF
КОШ – коэффициент ошибок на приёме
PTS технологии HDWDM OPTera LH 1600G компании Nortel характеризуется следующими параметрами [табл. 10]:
 количество образуемых в одном ООВ ОТр. – 160
 используемый диапазон длин волн ООВ – 1528,77 … 1612,65 нм
 разнос между ОТр. составляет 0,4 нм (50 ГГц)
 скорость передачи сигналов в ОТр. – 10 Гбит/с
 длина усилительного участка секции OAS ℓУУ – около 100 км
протяженность секции OAS ℓOAS – 625 км
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”
Дидактичний матеріал до лекції 3 кредит. модулю ФТСМ-1, 10сем. “Вимоги та побудова фотонних транспортних систем”