Проектирование инфокоммуникационной оптической сети связи железной дороги
1.5 Выбор технологии и оборудования передачи данных инфокоммуникационной оптической сети связи
В данном курсовом проекте сеть построена на оборудовании SDH уровня STM-4 и STM-64.
Синхронная цифровая иерархия (SDH/СЦИ). Основным отличием технологии SDH/СЦИ от PDH/ПЦИ является переход на новый принцип мультиплексирования. Технология SDH/СЦИ является базовой сетевой технологией и представляет собой современную концепцию построения цифровой первичной (транспортной) сети. В настоящее время эта технология достигла своего совершенства как одна из наиболее разработанных и стандартизованных.
Технология SDH/СЦИ основана на полной синхронизации цифровых каналов и сетевых элементов в пределах всей сети, что обеспечивается с помощью соответствующих систем синхронизации и управления транспортной сетью.
Таблица 4 ? Общие характеристики ОЦК и сетевых трактов PDH/ПЦИ
Уровень PDH/ПЦИ |
Номинальная скорость передачи, кбит/с |
Пределы отклонения скорости передачи, кбит/с х 10-5 |
|
Е0 |
64 |
±5 |
|
Е1 |
2048 |
±5 |
|
Е2 |
8448 |
±3 |
|
ЕЗ |
34368 |
±2 |
|
Е4 |
139264 |
±1.5 |
Цифровые каналы PDH/ПЦИ являются входными (полезной нагрузкой) для пользовательских интерфейсов сетей SDH/СЦИ. Применительно к европейскому стандарту интерфейсы передачи уровней E1, ЕЗ, Е4 PDH/ПЦИ (в соответствии с Рекомендацией G.703) являются входными каналами для транспортной сети SDH/СЦИ, в которой они передаются по сетевым трактам в магистралях сети в виде виртуальных контейнеров соответствующего уровня. Цифровая первичная (транспортная) сеть, как правило, строится на основе совокупности аппаратуры PDH/ПЦИ и SDH/СЦИ. Технологии PDH/ПЦИ и SDH/СЦИ взаимодействуют друг с другом через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования цифровых потоков Е1, ЕЗ и Е4 PDH/ПЦИ в аппаратуре SDH/СЦИ.
Таблица 5 ? Уровни иерархии и скорости передачи SDH/СЦИ
Уровень SDH/СЦИ |
Номинальная скорость передачи, Мбит/с |
Примечание |
|
STM-0 (STS-1) |
51.84 |
Уровень STS-1 (SONET) |
|
STM-1 |
155.52 |
ITU-T Рек. G.707 |
|
STM-4 |
622.08 |
ITU-T Рек. G.707 |
|
STM-16 |
2488.32 |
ITU-T Рек. G.707 |
|
STM-64 |
9953.28 |
ITU-T Рек. G.707 |
|
STM-256 |
39813.12 |
Применяется «де-факто» |
Технология SDH/СЦИ по сравнению с PDH/ПЦИ имеет следующие особенности и преимущества:
- предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование, что приводит к необходимости построения систем синхронизации сети;
- предусматривает прямое мультиплексирование и прямое демультиплексирование (ввод-вывод) цифровых потоков PDH/ПЦИ;
- основана на стандартных оптических и электрических интерфейсах, что обеспечивает совместимость аппаратуры различных производителей;
- позволяет объединить системы PDH/ПЦИ европейской и американской иерархии;
- обеспечивает полную совместимость с аппаратурой PDH/ПЦИ, ATM и IP;
- обеспечивает многоуровневое управление и самодиагностику транспортной сети.
Эти преимущества обусловили широкое применение SDH/СЦИ как современной базовой технологии построения цифровых первичных сетей связи.
Технология WDM/DWDM. Технология WDM (WavelengthDivisionMultiplexing) позволяет создавать гибкие разветвленные оптические сети с практически неограниченными возможностями роста полосы пропускания. Ее суть заключается в том, что по одному оптическому волокну одновременно передаются несколько информационных каналов на разных длинах волн, что позволяет максимально эффективно использовать возможности оптического волокна.
Первые системы WDM имели два канала в окнах 1330 и 1550 нм. Затем появились 4-канальные системы, с расстоянием между каналами 8-10 нм в окне 1550 нм. В последствии появилась технология плотного волнового мультиплексирования DWDM (Dense WDM) с 8, 16, 32, 64 каналами.
Принцип передачи сигналов нескольких передатчиков по одному волокну с использованием DWDM отражен на рисунке 12. Сигналы разных длин волн, генерируемые несколькими оптическими передатчиками, объединяются мультиплексором в многоканальный составной оптический сигнал, который далее распространяется по оптическому волокну. При необходимости используются транспондеры, которые переносят сигнал передатчика на нужную длину волны. Объединение оптических сигналов происходит в пассивных устройствах. Потому на выходе мультиплексора устанавливается оптический усилитель, чтобы поднять мощность передатчика до нужного уровня. При больших длинах линий связи могут дополнительно устанавливаться промежуточные усилители.
Рисунок 10 - Типовая транспортная сеть на основе технологии DWDM
На приемной стороне установлен демультиплексор, который принимает составной сигнал, выделяет из него исходные каналы разных длин волн и направляет их на соответствующие приемники. Возможна также установка мультиплексоров ввода-вывода в промежуточных узлах. В технологии DWDM повышение пропускной способности волоконно-оптической линии связи происходит не путем увеличения скорости передачи в едином составном канале, а путем увеличения числа каналов (длин волн), применяемых в системах передачи.
Для того чтобы оборудование и компоненты систем DWDM были взаимозаменяемы и могли взаимодействовать между собой, необходимо использовать стандартный набор частот, на которых ведется передача сигналов. Стандартные частоты располагаются выше и ниже этой частоты с частотным интервалом в 50 ГГц. Стандартные длины волн расположены в оптических диапазонах «С» и «L» - по 80 в каждом. Помимо этого, каждый диапазон разделен на два поддиапазона - синий и красный с более высокими и более низкими частотами соответственно.
Таким образом, стандартная наибольшая скорость передачи по каналу в этом случае должна быть не более 10 Гбит/с (STM-64). Можно использовать набор частот с шагом в 100 или 200 ГГц, но с увеличением разноса между частотами уменьшается возможное количество каналов. В таблице 5 показана часть сетки частотного плана С-диапазона для частотного интервала 100 ГГц. В данном курсовом проекте будет использоваться длинна волны 1550,12 нм.
Таблица 6 - Используемые длины волн в системе передачи для частотного интервала 100 ГГц
№ |
Частота оптической несущей, ТГц |
Длина волны, нм |
|
1 |
193,5 |
1549,32 |
|
2 |
193,4 |
1550,12 |
|
3 |
193,3 |
1550,92 |
|
4 |
193,2 |
1551,72 |
|
5 |
193,1 |
1552,52 |
Более плотная, пока еще не стандартизированная сетка частотного плана, с интервалом в 50 ГГц позволяет эффективнее использовать спектральный диапазон длин волн 1540...1560 нм, в котором работают стандартные оптические усилители EDFA. Однако, во-первых, с уменьшением межканальных интервалов растет влияние эффекта четырехволнового смешения в волокне оптического усилителя, что ограничивает максимальную длину регенерационного участка линии. Во-вторых, при уменьшении межканального интервала по длине волны до значения примерно 0.4 нм начинают проявляться ограничения по мультиплексированию каналов более высокого уровня, например, STM-64 (рисунок 11). Видно, что мультиплексирование каналов уровня STM-64, имеющих частотный интервал 50 ГГц, не допустимо из-за перекрытия спектров соседних каналов. Кроме того, частотный интервал в 50 ГГц накладывает более жесткие требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам и другим компонентам аппаратуры систем DWDM ведет к увеличению ее стоимости.
Рисунок 11 ? Спектральное размещение каналов разного уровня в оптическом волокне
Применение технологии DWDM позволяет операторам связи использовать одну волоконно-оптическую линию связи для организации нескольких «виртуальных волокон». Несомненно, намного удобнее использовать одно волокно вместо нескольких, так как не используются лишние оптические усилители, а также проще проводить мониторинг и обслуживание сети. Также операторам выгодно сдавать в аренду не оптические кабели или волокна, а отдельные длины волн. При существовании разветвленной сети DWDM можно при помощи оптических кросс-коннекторов сконфигурировать ее таким образом, чтобы получить прозрачный оптический канал, соединяющий удаленных абонентов. Тем самым решается вопрос организации волоконно-оптической линии связи, ведь платить за аренду такого канала будет намного выгоднее, чем строить новую линию.
Еще одно преимущество DWDM связано с возможностью передачи по одному волокну на разных длинах волн самых разных видов трафика - кабельное телевидение, телефония, передача данных, «видео по требованию» и т. д. Притом разные виды трафика никак не влияют друг на друга, и теоретически не существует ограничения на их комбинацию.
Технология DWDM может являться непосредственно физической средой для протоколов передачи данных. Достаточно лишь промодулировать оптическую несущую любым сигналом. Потому возможна передача трафика SDH/СЦИ, ATM/АРП, IP, Ethernet непосредственно поверх.
В соответствии с этими технологиями выберем необходимое оборудование.
Мультиплексор SDH/СЦИ Siemens SURPASShiT7070.Основное назначение системы SURPASS hiT 7070 - преобразование пакетов Ethernet с помощью процедуры GFP и последующая их передача поверх технологии SDH с обратным преобразованием и выводом кадров Ethernet на приемной стороне. Притом поверх уровня STM-64 (10 Гбит/с) возможна передача до 2,5 Гбит/с Ethernet трафика.
Системы DWDM и SDH образуют два различных уровня транспортной сети. Они функционируют и управляются независимо друг от друга, то есть сеть DWDM является прозрачной для всех других технологий передачи информации и, соответственно, может предоставлять оптическую среду для различных технологий в одном волокне. На мультиплексоры SDH возлагаются функции контроля качества передачи данных, а также функции защиты трафика. В случае потери сигнала по основному направлению мультиплексор SDH будет принимать сигнал с резервного направления.
На рисунке 12 показан пример организации логических соединений между мультиплексорами SDH/СЦИ Siemens SURPASS hiT 7070. Также на рисунке изображены интерфейсные платы мультиплексоров (резервирование организовано по схеме 1+1 или 1:1 по разнесенным трассам, резервные платы показаны на сером фоне). Разные цвета логических соединений между мультиплексорами соответствуют различным длинам волн, вводимых в волоконно-оптический кабель. При этом резервное и основное направления передачи информации имеют одну длину волны.
В мультиплексоре Siemens SURPASS hiT 7070 возможна функция WDM 40 Гбит/с, которая выполняется при помощи оптического мультиплексирования/демультиплексирования MUX/DEMUX. Оптический мультиплексор/демультиплексор 40 Гбит/с объединяет четыре потока со скоростями 10 Гбит/св единый оптический сигнал со скоростью 40 Гбит/с. При использовании функции WDM 40 Гбит/с устройство MUX/DEMUX входит в состав системы SURPASS hiT 7070.
Рисунок 12 - Логические связи между мультиплексорами SDH/СЦИ
Мультиплексор SDH/СЦИ SMA4/1. Мультиплексор SMA4/1 является новым поколением синхронного мультиплексора стандарта SDH, выполняющим мультиплексирование трибутарных сигналов PDH и SDH в агрегатный сигнал уровня STM-4. Продукт состоит из общей модулейформы аппаратно-программного обеспечения для сетевых приложений STM-1 и STM-4. Мультиплексор SMA4/1 обладает высокой степенью гибкости: он может использоваться как мультиплексор вставки/выделения, как местный кросс-коннектор или как обычный линейный терминал.
Мультиплексор SMA4/1 предлагает гибкое оснащение трибутарных интерфейсов в пределах от 2 Мбит/с PDH до оптических и электрических стыков STM-1 синхронной цифровой иерархии. Оборудование может вмещать ряд трибутарных съемных модулей, обеспечивающих 100-процентную вставку/выделение через неблокирующую матрицу коммутации с эффективной ёмкостью в 16 эквивалентов STM-1 (или 1008 TU-12). Возможны выделение и вставка на всех уровнях VC, в частности VC-4, VC-3 и VC-12.
Одной из основных характеристик SMA4/1 является общая платформа аппаратно-программного обеспечения, позволяющая без ограничений выполнять вставку/выделение сигналов, передаваемые со скоростью 2 Мбит/с (VC-12), непосредственно из линейных сигналов STM-1 или STM-4. В SMA4/1 имеется возможность выделения до 252 портов (по 2 Мбит/с) (42 порта на модуль) с возможностью резервирования трибутарных модулей 1:N.
Основные характеристики мультиплексора:
- трибутарные электрические интерфейсы ?со скоростью передачи 2, 34, 45 и 140 Мбит/с, оптические и электрические интерфейсы STM-1, Ethernet 10/100 base T, Ethernet 100, а также оптические интерфейсы STM-4;
- емкость матрицы кросс-коммутации 16 х STM-1 эквивалентов на уровне AU-4, TU-3, -2, -12;
- функция полной вставки/выделения до 8 x STM-1 портов SDH и до 252 x 2 Мбит/с портов PDH;
- возможность создания неблокируемых соединений линия-линия, линия-триб и триб-триб;
- кольцевоемежсоединение для колец на стороне линии и триба;
- встроенные оптические усилители для оптических интерфейсов STM-4;
- система защиты трафика, включая: 1+1 защиту секции мультиплексора для линейных и оптических трибутарных интерфейсов; 2-волоконное защитное переключение MS-SPRing (BSHR-2) для линейных и трибутарных сигналов STM-4 в конфигурациях самовосстанавливающегося кольца; SNC/P (защита тракта передачи), включая "Drop&continue";
- защита оборудования: 1:1 защита модулей для всех оптических интерфейсов вместе с защитой секции мультиплексора (переключение модулей); 1+1 защита модулей для трибутарных интерфейсов 34 /45 Мбит/с; 1:n (n? 3) защита модулей для трибутарных электрических интерфейсов 140 Мбит/с/ STM-1; 1:n (n? 6) защита модулей для трибутарных интерфейсов 2 Мбит/с; опциональное резервирование модулей коммутации и синхронизации; распределенные встроенные вторичные источники питания;
- автоматическое выключение лазера в соответствии с рекомендациями МСЭ G.958;
- возможность загрузки ПОво все соответствующие модули системы;
- поддержка служебной связи (EOW) и служебных каналов передачи данных (V.11, G.703);
- управление непрерывным сцеплением сигналов VC-4-4c (с помощью преобразователя);
- межсетевой обмен синхронных оптических сетей с сигналами STS-3-3c, STS-12-3c, STS-12-12c, STS - 48-3c, STS-48-12c и STS-48-48c;
- измерение параметров (PM) на ближнем и дальнем конце на всех сигнальных уровнях.
Оборудование SMA4/1 представляет собой мультиплексор ввода/вывода STM-4, который также может использоваться в сетевых приложениях STM-1, с возможностью осуществлять коммутацию сигналов на уровнях VC-4, VC-3 и VC-12. Матрица коммутации состоит из двух модулей - SN-64 и IPU-16. Для повышения живучести системы применяется дублирование этих модулей. Модуль SN-64, кроме этого, выполняет роль модуля синхронизации и обеспечивает распределение синхросигнала внутри сетевого элемента.
Модуль контроллера SCU-R2E позволяет осуществлять контроль и мониторинг сетевого элемента SMA4/1. Все данные TMN системы обрабатываются модулем контроллера.
Линейные оптические модули OIS-4D поддерживают оптико-электрические преобразования линейного сигнала.
Трибутарные оптические модули уровня STM-1 имеют четыре оптических порта. SMA4/1 поддерживает несколько Ethernet интерфейсов - 4-х портовый модуль base T (2 порта упаковываются в VC-12, два порта в VC-3) и однопортовый модуль Ehternet 100 (порт упаковывается в VC-4).