Сети Metro DWDM: как повысить эффективность решений

Шемякин Д., Зозуля Д.

Источник: http://www.iksnavigator.ru/topics/thematic/operators_facility/454717.html

Для повышения эффективности сетей Metro DWDM компания Ericsson предложила использовать технологию рециркулирующих колец на базе усилителей (Amplified Recirculating Ring, ARR), которая позволяет оптимизировать традиционные DWDM-системы для применения в сетях с кольцевой топологией.

Активное развитие рынка традиционных телекоммуникационных услуг для конечных пользователей (телефония, Интернет) и внедрение новых широкополосных услуг (VoD, IPTV) ставит перед операторами задачи построения, расширения и модернизации транспортных сетей связи.

Для агрегации и надежной, эффективной передачи любых типов трафика различных широкополосных сервисов транспортные сети должны обеспечивать необходимую пропускную способность и масштабируемость сетевой инфраструктуры. Эти требования особенно актуальны для транспортных сетей масштаба города (Metro-сетей).

В городских транспортных сетях широко используется технология DWDM. Построенные на базе этой технологии транспортные сети отличаются целым рядом достоинств:

-поддерживают различные сетевые топологии;

-имеют большую масштабируемость в сравнении с решениями на базе других технологий (например, SDH);

-поддерживают различные типы клиентских интерфейсов и сервисов;

-допускают применение различных схем резервирования;

-эффективно используют пропускную способность системы за счет агрегации низкоскоростных клиентских сигналов в рамках одного спектрального канала;

-поддерживают функциональность ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer).

Вместе с тем эксплуатация сетей Metro DWDM связана с некоторыми сложностями, а именно: при изменении количества оптических каналов в системе требуется ее полная реконфигурация и настройка оптических параметров. Это существенно усложняет эксплуатацию сети, уменьшает ее гибкость и в конечном счете увеличивает капиталовложения и эксплуатационные расходы оператора.

ARR: стабилизация параметров замкнутого кольца

В сетях DWDM для компенсации потерь в оптическом волокне и компонентах сетевых элементов используются, как правило, усилители на базе волокна, легированного эрбием (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier). Благодаря таким усилителям в сетях с кольцевой топологией образуются замкнутые оптические пути, вследствие чего генерируется неконтролируемое излучение, негативно влияющее на качество передачи полезных сигналов при изменении количества спектральных каналов. Подавление переходных процессов и стабилизация параметров распространяю щегося по кольцу излучения - задача достаточно трудоемкая.

Эффективный метод оптической стабилизации коэффициента усиления усилителей EDFA для сетей DWDM с кольцевой топологией разработала компания Marconi (с 2005 г. принадлежащая Ericsson). Технология рециркулирующих колец на базе усилителей основана на эффекте свободной рециркуляции сигнала усиленного спонтанного излучения (ASE, Amplified Spontaneous Emission) по оптическому кольцу на длине волны, близкой к естественному пику ASE усилителя EDFA. Эта технология, предназначенная для замкнутых оптических колец, не содержащих терминальных элементов, обеспечивает:

-существенное увеличение надежности сети при изменении затухания участков;

-снижение переходных помех соседних спектральных каналов;

-увеличение соотношения оптический сигнал/шум (OSNR).

Усилители, использующиеся в ARR-технологии (ARR-усилители), поддерживают в замкнутом кольце постоянный уровень передаваемой мощности, и ASE-излучение не подавляется, а распространяется в области спектра, не используемой для ввода-вывода оптических каналов. В частности, ASE-пик находится в высокочастотной части С-диапазона и ограничивается профилем EDFA. Конечно, общее число спектральных каналов в системах с ASE-пиком меньше, чем в системах, где этот пик подавляется.

В ASE-пике концентрируется большое количество энергии, за счет чего происходит стабилизация рабочей точки усиления ARR усилителей. Таким образом, выходная мощность ARR-усилителей остается постоянной и распределяется между излучением ASE-пика и спектральными каналами (рис. 1), что делает систему нечувствительной к изменению числа спектральных каналов.

В свою очередь, нечувствительность системы к такому изменению означает, что при добавлении или удалении оптических каналов не требуется никакой специфической информации о параметрах сети (топологии, количестве каналов и настройках усилителей) и реконфигурации системы. В результате, стабилизируется уровень усиления на всех элементах сети, а вариации суммарной оптической мощности спектральных каналов автоматически компенсируются.

Кроме того, ASE-пик обеспечивает стабильность работы замкнутого оптического кольца в широком динамическом диапазоне; встроенные в ARR-усилители переменные оптические аттенюаторы осуществляют контроль пика усиления и производят необходимую подстройку мощности.

ARR-усилитель спроектирован таким образом, чтобы в рабочем режиме сохранялась разность между коэффициентами усиления в ASE-пике и в передаваемых спектральных каналах (рис. 2), что гарантирует стабильность пика усиления и необходимую для каналов величину отношения оптический сигнал/шум (OSNR). Оптический спектр С-диапазона логически разделяется на две области, при этом ASE-пик находится в диапазоне 1520-1535 нм, а рабочие каналы - в диапазоне 1540-1560 нм.

Использование в системе таких усилителей обеспечивает ее динамическую адаптацию к изменению параметров усилительных участков, к влиянию эффекта старения оптического волокна или изменению объема передаваемого трафика (т.е. числа каналов). При изменении затухания усилительных участков уровень полезной мощности спектральных каналов в системе остается неизменным.

ARR: поведение системы при разрыве кольца

При разработке и внедрении технологии ARR особое внимание уделялось вопросам стабильности и надежности транспортной системы DWDM. Например, в случае повреждения оптического кабеля на одном из участков (и соответственно,потери пика ASE) ближайший следующий ARR-усилитель регистрирует отсутствие входного сигнала (Pin Loss) и переходит в режим, при котором сохраняется равенство его выходной и входной мощности (Pout = Pin). Остальные усилители переходят в режим стабилизации коэффициента усиления (разомкнутое кольцо, Pout = G*Pin, где G - коэффициент усиления усилителя), и, таким образом, величина усиления вводимых спектральных каналов остается неизменной. После восстановления обрыва в кольце следующий за поврежденным участком усилитель, обнаружив входной сигнал, постепенно наращивает выходную мощность и по завершении этого процесса переходит в режим замкнутого кольца. Далее последовательные переключения происходят на остальных узлах сети.

Выход из строя каких-либо компонентов оборудования DWDM (например, усилителя) или разрыв внутренних оптических соединений между компонентами системы на узле сети также приводят к потере пика ASE. В этом случае все усилители работают в режиме стабилизации коэффициента усиления. После устранения неисправности и восстановления разрывов, а значит, кольцевой топологии сети, все усилители переходят в режим замкнутого кольца.

ARR: преимущества

Технология рециркулирующих колец на базе усилителей может использоваться при построении транспортных сетей с кольцевой топологией протяженностью до 300 км. Максимальная емкость системы составляет 32 спектральных канала со скоростью передачи в каждом канале 2,5 Гбит/с, 10 Гбит/с или 40 Гбит/с. Учитывая, что кольцо DWDM может содержать как активные, так и пассивные сетевые элементы, использование технологии ARR обеспечивает оптимальное решение для построения городских транспортных сетей.

В сравнении с традиционными сетями Metro DWDM сети на базе технологии ARR обладают рядом преимуществ:

-не требуют установки дополнительных модулей для управления и контроля мощности спектральных каналов, что упрощает и удешевляет решение и повышает его эффективность;

-при изменении количества передаваемых спектральных каналов система настраивается автоматически, что облегчает ее обслуживание;

-упрощается монтаж и сокращаются время и объем пусконаладочных работ;

-система надежна и стабильна как при изменениях параметров среды передачи, так и при повреждениях на участках сети и неисправностях самого оборудования;

-упрощается планирование и расширение сетевой инфраструктуры.

Все это снижает капитальные затраты и эксплуатационные расходы оператора.

В 2006 г. технология ARR была интегрирована в DWDMплатформу Marconi MHL 3000. В настоящее время транспортные сети DWDM с технологией ARR успешно функционируют у оператора Telefonica в Испании.