-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
i
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
2000 Maribor, Smetanova ul. 17
Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa
PREHOD Z OMREŽIJ SDH NA OMREŽJA DWDM
Študentka: Hermina HASIĆ
Študijski program: univerzitetni, Telekomunikacije
Mentorica: izred. prof. dr. Tatjana KAPUS
Maribor, oktober 2008
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
ii
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
iii
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorici dr. Tatjani Kapus za
pomoč pri opravljanju diplomske naloge in mag.
Alešu Mazeju iz Službe za razvoj omrežja
Telekoma Slovenije za strokovne razlage.
Hvala staršem, ker so mi omogočili študij.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
iv
PREHOD Z OMREŽIJ SDH NA OMREŽJA DWDM
Ključne besede: podatkovno omrežje, optično vlakno, prenosni
sistem, sinhrona digitalna
hierarhija, gosto valovnodolžinsko multipleksiranje, zaščita
prometa
UDK: 621.391 (043.2)
Povzetek
V diplomski nalogi so najprej na kratko predstavljena podatkovna
omrežja, prenosna sredstva
s poudarkom na optičnih vlaknih in prenosni sistemi s poudarkom
na SDH in DWDM. V jedru
dela je opisan razvoj prenosnih sistemov SDH, njihove prednosti
glede na PDH in njihove
splošne slabosti ter slabosti v omrežju Telekoma Slovenije,
zaradi katerih jih zamenjujejo
prenosni sistemi DWDM. Predstavljeno je delovanje WDM, gradniki
omrežja WDM ter način,
na katerega se zaščiti promet v omrežju WDM v primerjavi z
omrežjem SDH. Opisano je
trenutno stanje podatkovnega omrežja Telekoma Slovenije in
stanje, ki je trenutno še v fazi
načrtovanja. Potek načrtovanja je predstavljen s primerom, kjer
smo načrtovali del omrežja
DWDM Telekoma Slovenije.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
v
TRANSITION FROM SDH TO DWDM
NETWORKS
Key Words: data network, optical fiber, transmission system,
synchronous digital hierarchy,
dense wavelength-division multiplexing, traffic protection
UDK: 621.391 (043.2)
Abstract
In this diploma thesis, we first briefly present data networks,
transmission media with an
emphasis on optical fibers, and transmission systems with an
accent on SDH and DWDM. In
the core of this work, we describe the development of SDH
transmission systems, their
advantages over PDH, as well as their disadvantages in general
and in the network of
Telekom Slovenije, because of which they are being replaced by
DWDM transmission systems.
Operation of WDM, elements of a WDM network, and the way in
which traffic is being
protected in the WDM network comparing to an SDH network is
presented. We describe the
current state of the data network of Telekom Slovenije and the
state which is still in the
planning phase. The course of planning is presented by an
example in which we planned a
part of the DWDM network of Telekom Slovenije.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
vi
KAZALO VSEBINE
1.
UVOD......................................................................................................................
1
2. PODATKOVNA OMREŽJA
.....................................................................................
3
2.1 Delitve
omrežij....................................................................................................
3
2.2 Povezovanje v omrežja prek hrbteničnega
omrežja........................................... 3
2.3 Optična vlakna
...................................................................................................
7
2.4 Prenosni
sistemi...............................................................................................
12
3. SDH − SINHRONA DIGITALNA
HIERARHIJA......................................................
13
3.1 Razvoj
SDH......................................................................................................
13
3.2 Prednosti SDH glede na PDH
.........................................................................
13
3.3 Prenosni sistemi SDH
.....................................................................................
14
3.4 Povezovanje omrežnih elementov v omrežjih
SDH.......................................... 20
4. VALOVNODOLŽINSKO MULTIPLEKSIRANJE − WDM
....................................... 25
4.1 Delovanje WDM
...............................................................................................
25
4.2 CWDM
.............................................................................................................
26
4.3 DWDM
.............................................................................................................
26
4.4 Gradniki omrežja
WDM....................................................................................
27
4.5 Zaščita poti v omrežjih WDM
...........................................................................
31
4.6 Vmesniki
WDM.................................................................................................
32
4.7 DWDM − rešitev za prenos ethernetnih signalov
............................................ 33
5. HRBTENIČNO OMREŽJE TELEKOMA SLOVENIJE
........................................... 34
5.1 Podatkovno omrežje
.......................................................................................
34
6. NAČRTOVANJE DELA OMREŽJA DWDM TELEKOMA
SLOVENIJE................. 39
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
vii
6.1 Povezovanje med kraji
.....................................................................................
39
6.2 Ustreznost opreme na povezavah med kraji
.................................................... 43
7.
SKLEP...................................................................................................................
52
VIRI, LITERATURA
...................................................................................................
53
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
viii
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Prikaz tehnologij po slojih referenčnega modela OSI
[20] .........................................5
Slika 2.2: Prerez enorodovnega vlakna
.......................................................................................8
Slika 2.4: Ponazoritev numerične
odprtosti...............................................................................10
Slika 2.5: 6 pasov med 1260 nm in 1675 nm
[13].....................................................................12
Slika 3.1: Časovno
multipleksiranje..........................................................................................14
Slika 3.2: Sistem
SDH...............................................................................................................15
Slika 3.3: Zgradba
STM-1.........................................................................................................16
Slika 3.4: STM-1, VC-4
............................................................................................................17
Slika 3.5: Primer VC-ja
.............................................................................................................18
Slika 3.6: Omrežni element
ADM.............................................................................................21
Slika 3.7: Omrežje SDH Telekoma Slovenije [22]
...................................................................22
Slika 3.8: Zaščita poti z ADM-ji
...............................................................................................23
Slika 4.1: Postopek valovnodolžinskega multipleksiranja
........................................................25
Slika 4.2: Povezava dveh
OLT-jev............................................................................................27
Slika 4.3: Prenosno vlakno s kompenzacijskim vlaknom in
ojačevalnikom.............................29
Slika 4.4: Delovanje OADM-ja
.................................................................................................29
Slika 4.5: Multipleksiranje osmih valovnih dolžin brez
združevalne kartice............................30
Slika 4.6: Multipleksiranje osmih valovnih dolžin z združevalno
kartico ................................31
Slika 4.7: Zaščita v sistemih
WDM...........................................................................................32
Slika 5.1: Trenutna splošna zgradba omrežja IP za en regijski
usmerjevalnik .........................35
Slika 5.2: Splošna zgradba IP-omrežja, ki je še v fazi
načrtovanja...........................................37
Slika 6.1: Kanali OADM-ja kot sredstvo za fizično zaščito pri
DWDM..................................41
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
ix
Slika 6.2: Povezava LAS-ov z
RAS-i........................................................................................42
Slika 6.3: Oprema na povezavi R1-L1
......................................................................................49
Slika 6.4: Oprema na povezavi
L1-L2.......................................................................................49
Slika 6.5: Oprema na povezavi
L2-L3.......................................................................................50
Slika 6.6: Oprema na povezavi
L3-L4.......................................................................................50
Slika 6.7: Oprema na povezavi L4-R2
......................................................................................51
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
x
KAZALO TABEL
Tabela 2.1: Primerjava prenosnih
sredstev..................................................................................7
Tabela 3.1: Prenosni sistemi
SDH.............................................................................................14
Tabela 3.2: Hitrosti prenosa
VC-jev..........................................................................................19
Tabela 3.3: Izkoriščenost pasovne širine brez uporabe spetja
zvez [20]...................................19
Tabela 3.4: Izkoriščenost pasovne širine z uporabo spetja zvez
[20]........................................19
Tabela 6.1: Izmerjene razdalje med kraji
..................................................................................39
Tabela 6.2: Slabljenje na povezavah glede na razdaljo od R1
..................................................44
Tabela 6.3: Slabljenje na povezavah glede na razdaljo od R2
..................................................44
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
xi
UPORABLJENE KRATICE
ADM − Add/Drop Multiplexer (dodajno-odvzemni multipleksor)
ADSL − Asymmetric Digital Subscriber Line (asimetrični digitalni
naročniški vod)
ATM − Asynchronous Transfer Mode (asinhroni prenosni način)
AU − Administrative Unit (administrativna enota)
AUG − Administrative Unit Group (skupina administrativnih
enot)
C − Container (vsebnik)
CATV − Community Antenna Television (kabelska televizija)
CWDM − Coarse Wavelenght-Division Multiplexing (grobo
valovnodolžinsko
multipleksiranje)
DCF − Dispersion Compensating Fibre (vlakno za kompenzacijo
disperzije)
DRC − Disaster Recovery Center (center za obnovo ob
nesrečah)
DSL − Digital Subscriber Line (digitalni naročniški vod)
DSLAM − Digital Subscriber Line Access Multiplexer (dostopovni
multipleksor digitalnih
naročniških vodov)
DWDM − Dense Wavelength-Division Multiplexing (gosto
valovnodolžinsko multipleksiranje)
DXC − Digital Cross-Connect (digitalni prevezovalnik)
FAN − Fibre Access Node (vlakensko dostopovno vozlišče)
FEC − Forward Error Correction (naprejšnje popravljanje
napak)
FR − Frame Relay (blokovno posredovanje)
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
xii
GbE − Gigabit Ethernet (gigabitni ethernet)
GFP − Generic Framing Procedure (generični postopek
uokvirjanja)
HFC − Hybrid Fibre-Coaxial (hibridno vlakensko-koaks
omrežje)
IP − Internet Protocol (medmrežni protokol)
ISDN − Integrated Services Digital Network (digitalno omrežje z
integriranimi storitvami)
ISO − Open System Interconnection (povezovanje odprtih
sistemov)
LAN − Local Area Network (lokalno omrežje)
LAS − Local Aggregational Switch (lokalno agregacijsko
stikalo)
LCAS − Link Capacity Adjustment Sheme (shema naravnanja
kapacitete povezav)
MAN − Metropolitan Area Network (mestno omrežje)
MPLS − Multi-Protocol Label Switching (večprotokolno
preklapljanje z oznakami)
OADM − Optical Add/Drop Multiplexer (optični dodajno-odvzemni
multipleksor)
OLT − Optical Line Terminal (optični linijski terminal)
PAN − Personal Area Network (osebno omrežje)
PDH − Plesiochronous Digital Hierarchy (pleziohrona digitalna
hierarhija)
POH − Path OverHead (balast poti)
POP − Point Of Presence (točka prisotnosti)
POTS − Plain Old Telephone Service (osnovna telefonska storitev
)
RAS − Regional Aggregational Switch (regijsko agregacijsko
stikalo)
ROADM − Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer (nastavljivi
optični dodajno-
odvzemni multipleksor
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
xiii
R-POP − Regional Point Of Presence (regijska točka
prisotnosti)
SAN − Storage Area Network (pomnilniško omrežje)
SDH − Synchronous Digital Hierarchy (sinhrona digitalna
hierarhija)
STM – Synhronous Transport Module (sinhroni transportni
modul)
TDM − Time-Division Multiplexing (časovno multipeksiranje)
TU − Tributary Unit (tributarna enota)
TUG − Tributary Unit Group (skupina tributarnih enot)
VC − Virtual Container (navidezni vsebnik)
VoIP − Voice Over Internet Protocol (govor preko medmrežnega
protokola)
WAN − Wide Area Network (prostrano omrežje)
WDM − Wavelength-Division Multiplexing (valovnodolžinsko
multipleksiranje)
ZWPF − Zero Water Peak Fibre (vlakno brez vodne cone
dušenja)
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
1
1. UVOD Telekom Slovenije je lastnik digitalnega prenosnega
omrežja s sinhrono digitalno hierarhijo
(SDH − Synchronous Digital Hierarchy), kar pomeni, da se podatki
po omrežju prenašajo
sinhrono po optičnem vlaknu. Omrežje SDH omogoča visoke hitrosti
prenosa informacij, a je
kljub temu analiza obstoječega in bodočega stanja zvez, izračun
obstoječih in bodočih
prometnih pretokov in upoštevanje bodočih razširitev privedla do
odločitve za zamenjavo
sistema SDH z gostim valovnodolžinskim multipleksiranjem (DWDM −
Dense Wavelength-
Division Multiplexing). Naš namen je prikazati lastnosti omrežij
SDH in DWDM ter prednosti
slednjih pred prvimi.
Čeprav ima Telekom Slovenije telefonsko in podatkovno omrežje,
bomo govorili le o
slednjem, ki je v bistvu omrežje prometa medmrežnega protokola
IP (Internet Protocol).
Podatkovno omrežje je sestavljeno iz jedra, regijskih
usmerjevalnikov, regijskih agregacijskih
stikal in lokalnih agregacijskih stikal. Promet IP se trenutno
prenaša po omrežju SDH, kjer
signal kot nosilec informacije potuje v dveh smereh. Na ta način
je informacija zaščitena pred
možnostjo izgube. Zaščita je izvedena le na regijskih stikalih,
treba pa je omogočiti zaščito
tudi na lokalnih stikalih, saj bi izpad povezave pomenil izpad
vseh vrst prometa, ki se
prenašajo po omrežju IP. Omrežje DWDM bo imelo omogočeno zaščito
tudi na lokalnih
stikalih. Naša naloga je bila načrtovanje dela omrežja DWDM,
kjer smo se osredotočili na
zaščito lokalnih stikal.
Za lažjo izvedbo praktičnega dela smo najprej, v drugem
poglavju, naredili kratek pregled
podatkovnih omrežij, delitve omrežij in povezovanja končnih
uporabnikov na hrbtenično
omrežje. Glede na to, da so dandanes osnovne prenosne poti v
telekomunikacijskem omrežju
optična vlakna, smo jih podrobno opisali, medtem ko smo druga
prenosna sredstva samo
omenili in jih primerjali z vlakni. V zadnjem delu drugega
poglavja smo na kratko komentirali
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
2
prenosne sisteme, kar je uvod za tretje poglavje, ki govori o
prenosnih sistemih SDH. Najprej
smo predstavili razvoj prenosnih sistemov SDH in prednosti
le-teh glede na prenosne sisteme
s pleziohrono digitalno hierarhijo PDH (Plesiochronous Digital
Hierarchy), ki so predniki
prenosnih sistemov SDH, nato smo prenosne sisteme SDH podrobneje
predstavili. Ko smo
ugotovili, kaj so omejitve omrežja SDH, smo poglavje zaključili
in pričeli z novim, četrtim, ki
govori o valovnodolžinskem multipleksiranju (WDM −
Wavelength-Division Multiplexing).
Predstavili smo delovanje WDM-ja in izpeljanki CWDM ter DWDM,
nato pa smo predstavili
gradnike omrežja WDM. Sledijo še tri podpoglavja, ki govorijo o
zaščiti poti v omrežju
WDM, o vmesnikih omrežja WDM in o samem sistemu DWDM, ki
predstavlja rešitev za
prenos signalov ethernet. V petem poglavju je opisano hrbtenično
omrežje Telekoma
Slovenije. Kot smo že omenili, gre za opis podatkovnega,
IP-omrežja, kjer poudarimo, zakaj
mora omrežje SDH zamenjati omrežje DWDM, načrtovanje katerega
smo predstavili v šestem
poglavju. V sklepnem poglavju povemo zakaj bo prišlo do
zamenjave omrežja SDH z
omrežjem DWDM in se dotaknili slabosti načrtovanega DWDM
omrežja.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
3
2. PODATKOVNA OMREŽJA
Podatkovno omrežje je sestavljeno iz povezovalnih in
terminalskih naprav. Omogoča
izmenjavo sporočil, datotek in podobno. Terminalske naprave so v
omrežja povezane s
pomočjo strojne in programske opreme. Strojna oprema terminalsko
napravo fizično
priključuje na prenosno sredstvo in informacijo pretvori v
obliko, ki je primerna za prenos po
prenosnem sredstvu. Programska oprema krmili delovanje strojne
opreme [21].
2.1 Delitve omrežij
Poznamo več kriterijev razdelitve omrežij. Glede na
funkcionalost se delijo na hrbtenična in
dostopovna, glede na prenosno tehnologijo na omrežja z razpršeno
oddajo in omrežja od točke
do točke, glede na velikost na osebna omrežja (PAN − Personal
Area Network), lokalna
omrežja (LAN − Local Area Network), mestna omrežja (MAN −
Metropolitan Area Network)
in prostrana omrežja (WAN − Wide Area Network). Poznamo tudi
delitve glede na tip
podatkov in delitve glede na prenosna sredstva, o katerih bomo
malo več povedali v enem
izmed naslednjih poglavij [14].
2.2 Povezovanje v omrežja prek hrbteničnega omrežja
V prvih omrežjih so bile terminalske naprave povezane križno
(vsaka z vsako), danes se
povezujejo preko hrbtenice. Na hrbtenice se priključujejo manjša
omrežja (LAN-i) in ne
neposredno terminalske naprave, hrbtenična omrežja se s pomočjo
vmesnikov povezujejo v
medmrežja, naprimer v internet.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
4
Pri graditvi hrbteničnih omrežij uporabljamo različne
tehnologije, ki jih lahko razvrstimo po
slojih referenčnega modela OSI (Open System Interconnection −
povezovanje odprtih
sistemov). Model OSI določa, kako se informacije iz enega
omrežnega elementa prenesejo do
drugega. Sestavljen je iz sedmih slojev. Vsak sloj ima določene
funkcije. Za načrtovanje
omrežja nas zanimajo predvsem prvi trije sloji: fizični sloj,
sloj podatkovne povezave in
omrežni sloj. Fizični sloj določa mehanske, električne in
funkcijske lastnosti za vzpostavitev
fizične zveze med dvema sistemoma v omrežju. Sloj podatkovne
povezave omogoča zanesljiv
prenos preko fizične zveze, omrežni sloj pa skrbi za usmerjanje
podatkov od izvora do cilja po
najboljši možni poti.
Hrbtenično omrežje, večkrat poimenovano transportno ali prenosno
omrežje ali sistem, je
omrežje, ki se mu morajo prilagoditi terminali. Zanj je
značilno, da ne tvori prometa, ampak
ga samo prenaša med različnimi omrežji. V sodobnih
telekomunikacijskih sistemih hrbtenična
omrežja predstavljajo nosilni sloj za vse druge sisteme, zato je
pomembno, da zagotavljajo
razpoložljivost, prilagodljivost, velike prenosne kapacitete,
obvladovanje prenosa preko
velikih razdalj, prenos storitev različnih tehnologij in
obvladovanje omejitev, ki jih v omrežje
vnašajo fizikalne lastnosti optičnih vlaken, ki jih v sodobnem
hrbteničnem omrežju
uporabljamo za prenos govora in podatkov. Po hrbteničnem omrežju
se prenaša več vrst
prometa, časovno multipeksiran (TDM − Time-Division
Multiplexing) za prenos govora in za
faksimilnih sporočil, promet IP, ki je paketno preklapljan
promet, celice asinhronega
prenosnega načina (ATM − Asynchronous Transfer Mode) ter promet
blokovnega
posredovanja (FR − Frame Relay). Telefonski oziroma govorni
promet narašča za samo 16 %
letno [24], medtem ko pri podatkovnih komunikacijah potrebe po
pasovni širini hitro
naraščajo. Promet IP se lahko prenaša preko omrežij FR, ATM ali
ethernet. Vmesniki FR
ponujajo samo 2 Mbit/s pasovne širine, ATM 622 Mbit/s, kar je
bistveno več, a vseeno lahko
trdimo, da tehnologija ATM ne sledi več potrebam uporabnikov,
saj je vedno več internetnih
uporabnikov, zato je vedno večje povpraševanje po ethernetnih
vmesnikih.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
5
Omrežje lahko gradimo tudi z elementi, ki ne vsebujejo opreme
vseh treh slojev. Primer je
prikazan na sliki 2.1 in sicer IP preko SDH, kjer ni elementov
sloja podatkovne povezave.
Mogoča je tudi integracija več slojev. Primer je večprotokolno
preklapljanje z oznakami
(MPLS – Multi-Protocol Label Switching), ki predstavlja
integracijo tehnologij omrežnega
sloja in sloja podatkovne povezave (sl. 2.1).
Vedno več ethernetnih vmesnikov pomeni potrebe po vedno večji
bitni hitrosti. Trenutno
sestavlja hrbtenično omrežje Telekoma Slovenije omrežje SDH, ki
ima bitno hitrost omejeno
na 10 Gbit/s. Ta bo glede na pričakovano rast prometa IP
premajhna. Tehnologijo SDH že
počasi zamenjuje tehnologija DWDM.
3. omrežni sloj
2. sloj pod. povezave
1. fizični sloj
optični podsloj
Slika 2.1: Prikaz tehnologij po slojih referenčnega modela OSI
[20]
sistemi optičnih omrežij, CWDM, DWDM
SDH
ATM GbE
ATM GbE
MPLS/IP
IP
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
6
Na sliki 2.1 so prikazane komunikacijske tehnologije po slojih.
Poleg treh prej omenjenih
slojev OSI je označen tudi optični podsloj, ki pa ni uveljavljen
v standardu OSI. Optični
podsloj je samo dogovor za poimenovanje dela fizičnega sloja,
kjer se za prenosno sredstvo
uporablja izključno optično vlakno.
Dostopovna omrežja so lahko namenjena rezidenčnim ali poslovnim
uporabnikom in
omogočajo povezavo uporabnika v hrbtenično omrežje. Tako
poslovni kot rezidenčni
uporabniki lahko izbirajo med različnimi priključki, odvisno od
storitve, ki jo želijo imeti.
Lahko imajo priključek za:
• klasične analogne telefonske zveze (POTS − Plain Old Telephone
Service (osnovna
telefonska storitev)),
• digitalne telefonske zveze (ISDN − Integrated Services Digital
Network (digitalno
omrežje z integriranimi storitvami)),
• širokopasoven prenos po naročniškem vodu (DSL − Digital
Subscriber Line (digitalni
naročniški vod)),
• kabelsko televizijo (CATV − Community Antenna Television).
Za dostopovna omrežja je značilno, da uporabljajo različna
prenosna sredstva. Lahko
uporabljajo bakrene pare, ki pa jih vedno bolj zamenjujejo
optična vlakna, možna pa je tudi
kombinacija optičnih vlaken in koaksialnih kablov, tako da imamo
tako imenovano hibridno
vlakensko-koaks omrežje (HFC − Hybrid Fibre-Coaxial).
Najpogosteje so takšna omrežja
kabelske televizije.
Promet z več digitalnih naročniških vodov (npr. asimetričnih
digitalnih vodov (ADSL −
Asymmetric Digital Subscriber Line)) se združuje na dostopovnem
multipleksorju digitalnih
naročniških vodov (DSLAM − Digital Subscriber Line Access
Multiplexer). Vedno več je
uporabnikov interneta in vedno bolj zahtevne so aplikacije, zato
je potrebna vedno večja
pasovna širina. Povezava DSLAM-a na hrbtenično omrežje se izvede
z uporabo robnih
usmerjevalnikov. Ker je v hrbteničnem omrežju vedno bolj
prisotna ethernetna tehnologija,
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
7
DSLAM-i potrebujejo tudi ethernetne vmesnike, natančneje
vmesnike za gigabitni ethernet
(GbE − Gigabit Ethernet) [9].
2.3 Optična vlakna
Fizična sredstva, po katerih se prenašajo podatki, imenujemo
prenosna sredstva. Poznamo več
vrst prenosnih sredstev, a če primerjamo njihove dobre in slabe
strani (tab. 2.1), so najboljša
izbira optična vlakna [24][6].
Tabela 2.1: Primerjava prenosnih sredstev
prenosno sredstvo: prednosti: slabosti:
sukana parica Poceni, enostavna za uporabo, dobra zaščita pred
motnjami.
Omejena dolžina prenosa, je občutljiva in počasna.
koaksialni kabel Manj občutljiv, ima večjo pasovno širino.
Krajša dolžina prenosa, nizka do srednja zaščita pred
motnjami.
optično vlakno
Zelo velika pasovna širina, zelo velika dolžina prenosa, zelo
dobra zaščita pred motnjami, zelo hiter prenos, primeren za vse
vrste omrežij.
Relativno drago, težko vzdrževanje.
infrardeča povezava Zmerna dolžina prenosa. Počasen prenos,
slaba zaščita pred
motnjami.
mikrovalovna povezava Omejena dolžina prenosa, zmerna cena.
Slaba zaščita pred motnjami, zmerna hitrost prenosa.
sateliti Velika dolžina prenosa, zmerna cena.
Slaba zaščita pred motnjami, zmerna hitrost prenosa.
Optična vlakna so dielektrične strukture, ki omogočajo vodenje
svetlobe na velike razdalje z
majhnimi izgubami [8]. Vlakna se med seboj razlikujejo po
premeru jedra. Tista z manjšim
premerom imenujemo enorodovna vlakna (sl. 2.2), malo večji
premer jedra pa imajo
mnogorodovna vlakna (sl. 2.3). V enorodovnem vlaknu se svetloba
širi le na en način, v obliki
enega tako imenovanega rodu, medtem ko se pri mnogorodovnem
vlaknu širi na več
neodvisnih načinov v več rodovih, kar je zelo velik problem
zaradi medsebojno neodvisnega
potovanja rodov. Pojav imenujemo disperzija, ki pa se pojavlja
tudi v enorodovnem vlaknu, a
v drugačni obliki.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
8
Slika 2.2: Prerez enorodovnega vlakna Slika 2.3: Prerez
mnogorodovnega vlakna
Vsako vlakno ima poleg jedra tudi oblogo in primarno zaščito.
Jedro in obloga imata različne
lomne količnike, jedro ima višjega kot obloga, ravno zaradi tega
skupaj tvorita valovodno
strukturo.
Ko žarek vstopi v jedro vlakna, mora izpolnjevati pogoj za
popolni odboj, kar pomeni, da se
vsa svetloba na meji med jedrom in oblogo odbije in lomljene
svetlobe – svetlobe, ki bi
prestopila v oblogo (z nižjim lomnim količnikom), ni. Kot, pod
katerim se odbije vse
valovanje, imenujemo mejni kot αk in je prikazan na sliki
(sl.2.4), kjer je označen z β.
Določimo ga na naslednji način:
(2.1)
Tu je:
n2 − lomni količnik obloge,
n1 − lomni količnik jedra.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
9
Kot, pod katerim pada svetloba na mejo med jedrom vlakna in
oblogo, imenujemo vpadni kot.
Mejni kot je torej najmanjši vpadni kot, potreben, da se vsa
vpadna svetloba odbije. Popolni
odboj se torej pojavlja za vse vpadne kote, ki so večji ali
enaki mejnemu kotu.
Mejni kot je le pogoj za vodenje svetlobe po vlaknu, zelo
pomemben pa je tudi kot, pod
katerim žarek vstopi v jedro. Če pada pod prevelikim kotom, med
jedrom in oblogo ni
izpolnjen pogoj za popolni odboj in se žarek izgubi v oblogi.
Sprejemni kot α0 je največji kot,
pod katerim lahko vstopi žarek v vlakno, da ga je le-to še
zmožno voditi (sl. 2.4).
Pojma popolni odboj in sprejemni kot povezuje pojem numerična
odprtost NO. V primeru, ko
je medij v okolici vlakna zrak, veljajo naslednje enačbe:
(2.2)
za (2.3)
(2.4)
Tu je:
α0 − sprejemni kot,
n2 − lomni količnik obloge,
n1 − lomni količnik jedra.
Numerična odprtost določa največji kot, pod katerim vlakno še
sprejme in prenaša svetlobo, in
je enaka sinusu sprejemnega kota α0. Kot α0 je torej največji
kot, pod katerim lahko vstopi
žarek, da ga je vlakno zmožno voditi. Ni pa dovolj, da žarek
vstopi pod kotom, ki je enak
oziroma manjši sprejemnemu. Žarek mora biti središčni. To
pomeni, da mora prečkati os jedra
vlakna. Vlakno torej vodi vse središčne žarke, ki padajo nanj
pod kotom med 0 in α0 (sl. 2.4).
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
10
Slika 2.4: Ponazoritev numerične odprtosti
V optičnem vlaknu se pojavljajo tudi izgube. Vzroki za to so
absorpcija, sipanje in izgube
zaradi mikro in makro ukrivljenosti [8].
Slabljenje je izraženo v dB in je razmerje med vhodno in izhodno
močjo. Slabljenje v vlaknih
je odvisno od absorpcije, sipanja in izgub zaradi mikro in makro
ukrivljenosti.
Snovna absorpcija povzroči, da se del optične moči pretvori v
toploto. Poznamo zunanjo
absorpcijo, do katere pride zaradi nečistoč v steklu in vode, ki
se molekularno veže na steklu
in notranjo absorpcijo, do katere pride zaradi absorpcije
materiala, ki je sestavni del vlakna.
Zunanja absorpcija je glavni vir izgub na območju valovnih
dolžin 800 −1700 nm, najvišje
frekvence doseže pri 1,38, 0,95 in 0,72 µm. Zato mora biti
vlakno zaščiteno pred vlago.
Notranja absorpcija je najnižja med 0,8 in 1,7 µm [8], če je
vlakno iz čistega stekla.
Sipanje je pojav, do katerega pride, če val, ki pade na
površino, vzbudi nihanje nabitih delcev,
ki nato sevajo ta del sprejete energije kot valovanje na vse
strani, kar pomeni, da gre del
optične moči v okolico. Poseben primer sipanja, ki ga je
potrebno omeniti, je Rayleighovo
sipanje, ki določa minimum slabljenja vlakna in je prevladujoč
izgubni mehanizem.
Če primerjamo vse pojme, ki vplivajo na izgube, ugotovimo, da so
za uporabo najprimernejše
valovne dolžine 850 nm − prvo spektralno okno, 1310 nm − drugo
spektralno okno in 1550 nm
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
11
− tretje spektralno okno. Pri valovni dolžini 1550 nm je
minimalno slabljenje, zato se za dolge
razdalje najpogosteje uporabljajo laserji, ki delujejo na tej
valovni dolžini.
Pri potovanju svetlobe po optičnem vlaknu pride do disperzije.
To pomeni, da se impulzi
razpršijo in medsebojno prekrivajo. Poznamo kromatske in
nekromatske disperzije, ki se še
naprej delijo na snovno in valovodno (kromatska disperzija) ter
medrodovno in polarizacijsko
(nekromatska disperzija). V hrbteničnem omrežju so običajno
uporabljena enorodovna vlakna,
zato bomo podrobneje opisali samo dve disperziji, ki sta
pomembni pri enorodovnem vlaknu
[8][20].
Polarizacijska disperzija je neodvisna od valovne dolžine in je
posledica nesimetričnosti
svetlobnega signala in razcepitve osnovnega roda. Pojavu se
lahko izognemo z uporabo vlakna
z ohranjanjem polarizacije [8].
Snovna disperzija je posledica odvisnosti lomnega količnika
snovi od valovne dolžine. Signali
različnih valovnih dolžin potujejo z različnimi hitrostmi.
Oznaka disperzije je D, enota pa
ps/nmkm. Pomen enote najlažje razložimo s primerom: D = 1
ps/nmkm nam pove, da dva
sočasna impulza z valovnima dolžinama, ki se razlikujeta za 1nm,
prepotujeta razdaljo 1 km s
časovnim razmakom 1 ps. Snovna disperzija doseže vrednost nič
pri valovni dolžini 1,3 µm,
zato se je razvilo drugo spektralno okno (1,31 µm).
Slabljenje in disperzija sta najpomembnejša dejavnika za
določanje razpoložljivosti valovnih
dolžin za valovnodolžinsko multipleksiranje. Kot smo že omenili,
je disperzija najnižja pri
valovni dolžini 1300 nm, slabljenje pri 1550 nm, zato je
najprimernejša uporaba valovnih
dolžin na območju med 1260 nm in 1675 nm, ki je razdeljeno na 6
pasov (sl. 2.5).
• pas O – prvotno (Original) – 1260 nm do 1360 nm,
• pas E – razširjeno (Extended) – 1360 nm do 1460 nm,
• pas S – kratko (Short) – 1460 nm do 1530 nm,
• pas C – navadno (Conventional) – 1530 nm do 1565 nm,
• pas L – dolgo (Long) – 1565 nm do 1625 nm,
• pas U – ekstremno dolgo (Ultra long) – 1625 nm do 1675 nm.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
12
Slika 2.5: 6 pasov med 1260 nm in 1675 nm [13]
2.4 Prenosni sistemi
V hrbteničnem omrežju se uporabljajo digitalni prenosni sistemi,
katerih kapaciteta strmo
narašča. Najprej je bila v uporabi pleziohrona digitalna
hierarhija (PDH), zamenjala jo je
sinhrona digitalna hierarhija (SDH), ki je trenutno uporabljena
tudi v hrbteničnem omrežju
Telekoma Slovenije, to pa počasi zamenjujejo prenosni sistemi
DWDM, saj so potrebe po
pasovnih širinah zaradi razvoja omrežja IP vedno večje
[24][18][5].
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
13
3. SDH − SINHRONA DIGITALNA HIERARHIJA
3.1 Razvoj SDH
Sinhrona digitalna hierarhija (SDH) je bila razvita za prenos
signalov PDH. Osnovni signal
PDH ima hitrost 2,048 Mbit/s (E1), z multipleksiranjem dobimo
E2, nato E3 in signal s
hitrostjo 139,264 Mbit/s (E4), zato je bila hierarhija SDH sprva
namenjena hitrostim 2,048
Mbit/s, 34,368 Mb/s in 155,52 Mb/s. Preko omrežja SDH so se
sprva prenašali govorni
signali, sledila je izboljšava, uporaba navideznih vsebnikov (VC
− Virtual Container), ki je
omogočila tudi prenos podatkovnega prometa [20][12].
3.2 Prednosti SDH glede na PDH
Kot vse druge, je bila tudi tehnologija SDH razvita in uvedena
zaradi prednosti glede na
prejšnjo tehnologijo. SDH omogoča višje prenosne hitrosti in
lažjo dostopnost do želenih
podatkov, kar je zelo pomembno pri doseganju večjih hitrostih.
To izvršimo z dodajno-
odvzemnim multipleksorjem (ADM − Add/Drop Multiplexer), saj
le-ta omogoča, da iz
celotnega informacijskega prenosa vzamemo ali mu dodamo samo del
informacije. Pri
sistemih PDH je to nemogoče, demultipleksirati moramo celotno
informacijo. Naslednja
prednost je prehod z nivoja nižjih bitnih hitrosti na nivo višje
hitosti in obratno. O sami delitvi
na nivoje glede na bitno hitrost pišemo v naslednjem
podpoglavju. V sistemih SDH se prehodi
izvajajo neposredno, na primer z najnižjega v najvišjega, v
sistemih PDH pa po korakih. Ko
govorimo o multipleksiranju signalov PDH oziroma SDH, moramo
vedeti, da gre za časovno
multipleksiranje − TDM, katerega namen je povečanje
izkoriščenosti pasovne širine na način,
da se po enem prenosnem sredstvu prenaša več časovno razvrščenih
kanalov (sl. 3.1).
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
14
Slika prikazuje štiri oddajnike, ki so označeni s številkami od
1 do 4. Vsak oddajnik ima svoj
kanal, ki vodi do multipleksorja. Ta časovno razvrsti
(multipleksira) podatke in jih prenese po
prenosnem sredstvu do sprejemnika oziroma demultipleksorja
[18][7].
Slika 3.1: Časovno multipleksiranje
SDH omogoča prenos med 2,5 in 10 Gbit/s po optičnem vlaknu, kar
je pa še vedno manj kot s
svojo pasovno širino omogoča dobro optično vlakno. Večje bitne
hitrosti dosežemo z uporabo
WDM.
3.3 Prenosni sistemi SDH
Sistemi SDH so si med seboj različni glede na hitrost prenosa
(tab. 3.1).
Tabela 3.1: Prenosni sistemi SDH
SDH hitrosti prenosa
STM-1 155,520 Mbit/s STM-4 622,080 Mbit/s STM-16 2.488,320
Gbit/s STM-64 9.953,280 Gbit/s
1
2
3
4
multipleksor
časovno razvrščeni podatki
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
15
Osnovni okvir SDH je sinhroni transportni modul nivo 1 (STM-1 −
Synhronous Transport
Module level 1), vse druge, okvirje za višje hitrosti dobimo z
multipleksiranjem STM-1.
Sistem SDH sestavljajo stikala, multipleksorji in ponavljalniki,
ki jih povezujejo optična
vlakna (sl. 3.2).
Slika 3.2: Sistem SDH
Slika 3.2 prikazuje povezave med napravami. Z rdečo označeno
povezavo imenujemo odsek.
Odsek povezuje dve napravi, brez vmesnih ponavljalnikov. Z modro
označena povezava,
linija, povezuje enega ali več odsekov med dvema
multipleksorjema. Z zeleno barvo je
označena pot, ki je najdaljša povezava. Povezuje končna
uporabnika, predstavlja povezavo od
konca do konca.
ponavljalnik ponavljalnik
terminali terminali dodajno-odvzemni
multipleksor
multipleksor SDH
multipleksor SDH
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
16
STM-ji so okvirji, ki so sestavljeni iz dveh delov, dela za
čelno in dela za uporabniško
informacijo. Kot primer (sl. 3.3) je podan osnovni okvir STM-1.
Sestavljen je iz 2430 zlogov,
organiziranih v polje 9 X 270 zlogov.
9 zlogov − čelni del 261 zlogov − del za uporabniško
informacijo
POH
Slika 3.3: Zgradba STM-1
V uporabniškem delu je en stolpec namenjen balastu poti (POH −
Path OverHead), kjer so
nakazane informacije poti oziroma povezave, po kateri potuje
podatek, zato je dejanski
uporabniški del v vsaki vrstici za en zlog skrajšan. To pomeni,
da le 260 zlogov predstavlja
koristne podatke, in zato je dejanska hitrost nekoliko nižja,
pri STM-1 149,76 Mbit/s. Balast
poti ni vedno na prvi stolpčni poziciji. Kje se prične, nam pove
kazalec, ki se nahaja v čelu
okvirja (sl. 3.4).
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
17
Slika 3.4: STM-1, VC-4
V čelu okvirja se v prvih treh vrsticah nahaja odsekovni balast.
Zasede 27 oktetov čelnega
dela. Od četrte do devete vrstice se razprostira linijski
balast. Zasede 54 oktetov in ima v prvi
vrstici kazalec, ki pove, kje se prične prvi zlog balasta
poti.
Okvirji se pošiljajo ena vrstica za drugo. Tok podatkov, ki se
prenašajo po okvirjih,
imenujemo pritok. O pritokih bomo malo več povedali v
podpoglavju, ki govori o
povezovanju omrežnih elementov v SDH omrežju [19].
9
6
3
9
9
stolpcev
261 vrstic
kazalec na POH
270
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
18
Multipleksiranje signalov se izvršuje po korakih. Najprej se
podatki za prenos preslikajo v
vsebnik (C − Container), ki skupaj s POH-om tvori VC (sl. 3.5),
v katerem se prenaša
uporabniška informacija. Delitev glede na prenosne hitrosti
prikazuje tabela 3.2. Upravljanje
VC-jev se izvede z uporabo tributarnih enot (TU − Tributary
Unit), ki dodajo polnilne bite, ki
po potrebi zvišajo bitno hitrost ali pa ohranijo isto. Na tem
nivoju se dodajo kazalci, ki so
namenjeni identifikaciji koristne vsebine. Naslednji korak je
preslikava vsebine v skupino
tributarnih enot (TUG − Tributary Unit Group), preko katerih se
vsebina multipleksira v VC
višjega reda, ki se uravnava s polnilnimi biti administrativne
enote (AU − Administrative
Unit), ki se naprej multipleksira v skupino administrativnih
enot (AUG − Administrative Unit
Group ) in naprej do signala višje stopnje oziroma večje bitne
hitrosti.
Slika 3.5: Primer VC-ja
navidezni vsebnik
balast poti 9
1
260
260
9
vsebnik
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
19
Tabela 3.2: Hitrosti prenosa VC-jev
VC hitrost prenosa
VC-12 2,304 Mbit/s VC-3 48,960 Mbit/s VC-4 150,336 Mbit/s
Prvotna omrežja SDH niso bila namenjena podatkovnim
komunikacijam, zato je bilo treba
omrežje SDH prilagoditi zahtevam podatkovnega prenosa, med
katere uvrščamo zahteve po
nespecifičnih bitnih hitrostih prenosa, dovolj velikih bitnih
hitrostih in povečanju le-te. Za
dosego zahtev se uporabljajo spetja zvez, to so povezave, ki
omogočajo združevanje
navideznih vsebnikov. Informacije se prenašajo v VC-jih, ki pa
so včasih večji od informacije,
zato je izkoriščenost pasovne širine sistema SDH slaba (tab.
3.3). Da bi to preprečili, se
uporablja spetje zvez, ki je lahko stično ali navidezno (tab.
3.4). V obeh spetjih je uporabniška
informacija razdeljena na okvirje, s tem da pri stičnem spetju
vsi okvirji potujejo po isti poti,
pri navideznem pa potujejo neodvisno drug od drugega. Cilj
navideznega spetja je boljša
izkoriščenost pasovne širine [20][17][1].
Tabela 3.3: Izkoriščenost pasovne širine brez uporabe spetja
zvez [20]
podatki hitrost prenosa povezava SDH izkoriščenost
Ethernet 10 Mbit/s VC-3 20 % Fast Ethernet 100 Mbit/s VC-4 67 %
Gigabit Ethernet 1 Gbit/s STM-16 42 % 10 Gb Ethernet 10 Gbit/s
STM-64 100 %
Tabela 3.4: Izkoriščenost pasovne širine z uporabo spetja zvez
[20]
podatki hitrost prenosa navidezno spetje izkoriščenost
Ethernet 10 Mbit/s VC-12-5V 92 % VC-12-64V
Fast Ethernet 100 Mbit/s VC-3-2V
100 %
Gigabit Ethernet 1 Gbit/s VC- 4-7V 95 % 10 Gb Ethernet 10 Gbit/s
VC-4-64V 100 %
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
20
Uporaba spetih zvez je sicer prvi korak za uporabo omrežja SDH
kot omrežja za prenos
podatkovnih informacij z majhno izgubo pasovne širine, ni pa
edini način, s katerim to
omogočimo [20][12].
Generični postopek uokvirjanja (GFP − Generic Framing Procedure)
za razliko od stičnega
spetja, ki nam izboljša izkoriščenost pasovne širine SDH,
omogoča prenos signalov višjih
nivojev skozi SDH. To izvede s preslikavo ethernetnih signalov
ali signalov pomnilniškega
omrežja (SAN − Storage Area Network) v spete navidezne vsebnike
signalov SDH.
Shema naravnanja kapacitete povezav (LCAS − Link Capacity
Adjustment Sheme) poskrbi za
fleksibilnost navideznih kanalov. Protokol LCAS je tisti, ki
dinamično spreminja pasovno
širino sistema SDH [16][25].
3.4 Povezovanje omrežnih elementov v omrežjih SDH
Omrežje tvorijo omrežni elementi in povezave med njimi. Omrežna
elementa omrežja SDH
sta ADM in digitalnega prevezovalnika (DXC − Digital
Cross-Connect), ki se razlikujeta
glede na način obdelave podatkov. Omrežni elementi SDH omrežja
se lahko povezujejo na
več načinov:
Povezave od točke do točke se uporabljajo za neposredno povezavo
dveh omrežnih
elementov. Te povezave se najbolj uporabljajo za priključitev
uporabnikov na večja omrežja.
Obročna povezava se uporablja za povezovanje več omrežnih
elementov. Uporabljene so
lahko enosmerne ali dvosmerne povezave. Hitrosti prenosa
signalov v obročni topologiji so od
STM-1 do STM-64.
Povezavi več obročnih povezav rečemo mešana povezava. Pri tej
povezavi imamo zelo veliko
omrežnih elementov, zato so lahko med seboj povezani samo s
hitrostmi STM-16 in STM-64.
Za današnja omrežja SDH je značilno obročno povezovanje,
povezave od točke do točke pa se
najbolj uporabljajo za priključitev uporabnikov na večja
omrežja. Ponavadi se v omrežju SDH
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
21
uporablja dvojna obročna topologija. Ta omogoča preklop na drugo
pot v primeru izpada prve.
Preklop mora biti izveden v nekaj 10 ms [4].
V obročni topologiji omrežja SDH se uporablja ADM. ADM je
sestavljen iz okvirja in
skupnih enot. V okvirju so tudi proste reže, ki so namenjene
pritočnemu delu in linijskim
povezavam do naslednjega elementa (sl. 3.6). V pritočni del
lahko vstopajo signali PDH, SDH
ali ethernet. Povezave do sosednjega elementa so dvojne zaradi
večje zanesljivosti prenosa in
so lahko STM-1, STM-4, STM-16 ali STM-64, odvisno od
zmogljivosti matrik v skupni enoti.
Slika 3.6: Omrežni element ADM
ADM omogoča, da se iz signala višje hitrosti odvzame signal
nižje hitrosti. Že sama struktura
signala SDH, ki vsebuje kazalce, omogoča dodajanje in odvzemanje
signalov nižjih hitrosti iz
njih, saj kazalec v vsakem trenutku kaže, kje v okvirju SDH se
nahaja VC.
Kadar govorimo o prehajanju prometa med različnimi obroči, ADM
ne zadostuje, saj bi zaradi
preliva prometa med dvema elementoma dveh različnih obročev
uporabili dodatne karte, kar
bi posledično povečalo zasedenost prostora. Rešitev je uporaba
digitalnega DXC-ja, ki je
sestavljen iz okvirja in skupnih enot, med katerimi je tudi
matrika, ki pa je pri DXC-ju zelo
povezava do naslednjega omrežnega elementa
ADM
povezava do naslednjega omrežnega elementa
pritočni del (signali PDH, SDH, ethernet)
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
22
pomembna, saj nam pove, na kakšnem nivoju se bo lahko povezoval
promet. Pritočni del
digitalnega prevezovalnika ima enake lastnosti kot pritočni del
dodajno-odvzemnega
multipleksorja. Povezav do sosednjih omrežnih elementov je več,
zato je uporaba elementa
DXC značilna za povezavo med obroči omrežja SDH [20][17].
Sestavni del hrbteničnega omrežja Telekoma Slovenije je omrežje
SDH z dvojno obročno
topologijo (sl. 3.7), katerega zanesljivost omogočajo ADM-ji.
Obročna topologija je zelo
pomembna za izgradnjo zanesljivega omrežja, kakršno je tudi
omrežje Telekoma Slovenije.
Velika zanesljivost pomeni zmožnost sistema, da kljub prekinitvi
optičnega vlakna promet
potuje nemoteno. To je izvedljivo z uporabo obročne topologije
oziroma ADM-jev, ki
ponujajo poleg glavne prometne poti tudi zaščitno pot, na katero
se preusmeri promet v
primeru izpada (sl. 3.8).
Slika 3.7: Omrežje SDH Telekoma Slovenije [22]
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
23
Slika 3.7 prikazuje šest obročev SDH omrežja Telekoma Slovenije.
Vsi obroči so dvojni.
ADM-ji se nahajajo v točkah, kjer se stikata dve povezavi,
DXC-ji pa v točkah, kjer se stikata
dva obroča.
Slika 3.8: Zaščita poti z ADM-ji
Slika 3.8 prikazuje pošiljanje signala od ADM1 do ADM2, ki
enkrat poteka po glavni
prometni poti, ki je označena z zeleno barvo, drugič pa zaradi
prekinitve na vlaknu, ki
ADM 1
ADM 2
ADM 3
ADM 4
Linijska povezava do naslednjega omrežnega elementa (smer
zahod)
Linijska povezava do naslednjega omrežnega elementa (smer
vzhod)
Glavna prometna pot
Zaščitna prometna pot
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
24
povezuje ADM1 z ADM2, po zaščitni poti, označeni z rdečo barvo.
Zaščitna pot je daljša od
glavne poti.
Slabost omrežja SDH je ta, da ne izkoristi celotne pasovne
širine, ki jo omogoča prenos
podatkov po optičnem vlaknu, poleg tega pa je pasovna širina, ki
jo ponuja omrežje SDH,
premajhna, ker se veča uporaba različnih ethernetnih povezav in
s tem potrebe po pasovni
širini. Rešitev je nadgradnja omrežja SDH s tehnologijo WDM, ki
omogoča doseganje veliko
večjih bitnih hitrosti [24][2].
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
25
4. VALOVNODOLŽINSKO MULTIPLEKSIRANJE − WDM
Za hrbtenično omrežje je zelo pomembno omogočanje dovolj velike
prenosne kapacitete, ki je
SDH ne omogoča več, saj so potrebe po pasovni širini iz dneva v
dan večje. Bitno hitrost
povečamo s povečanjem pasovne širine na obstoječem vlaknu. Poleg
večje pasovne širine
imajo sistemi WDM še več prednosti pred TDM, in sicer način
ojačevanja signala, ki je
optično in ne optično-električno-optično, pri čemer se izgubi
čas. Vsaka valovna dolžina
predstavlja en kanal. Pri WDM se kanali lahko prenašajo vsi
skupaj po enem vlaknu v istem
času, brez medsebojnih motenj, medtem ko se pri TDM prenašajo ob
različnih časih [13][2].
4.1 Delovanje WDM
Pri WDM gre za prenos različnih valovnih dolžin po enem vlaknu.
Vsak kanal ima svojo
pasovno širino in je predstavnik druge barve. Kljub temu, da je
na enem vlaknu več kanalov,
se prenašajo neodvisno drug od drugega. Na sprejemni strani se
demultipleksirajo (sl. 4.1)
[24][7].
Slika 4.1: Postopek valovnodolžinskega multipleksiranja
multipleksor demultipleksor
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
26
Poznamo različne vrste valovnodolžinskega multipleksiranja.
Sprva se je uporabljalo
multipleksiranje dveh kanalov, danes sta v uporabi grobo valovno
dolžinsko multipleksiranje
(CWDM − Coarse Wavelenght-Division Multiplexing) in DWDM
[24].
4.2 CWDM
Po priporočilu ITU-T G.694.2 mednarodne zveze za
telekomunikacije (International
Telecommunication Union – ITU) omogočajo sistemi prenosa CWDM
prenos 18 ločenih
kanalov na valovni dolžini od 1271nm do 1611nm v pasovih O, E,
S, C, L. Uporablja se jih
sicer 16, a tudi to je mogoče samo z uporabo vlaken brez vodne
cone dušenja (ZWPF – Zero
Water Peak Fibre), ki omogočajo izkoriščanje E-pasu, zato lahko
rečemo, da CWDM
omogoča prenos osmih valovnih dolžin: 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm,
1530 nm, 1550 nm,
1570 nm, 1590 nm in 1600 nm z razmakom 20 nm in zmogljivostjo
prenosa 2,5 Gbit/s po
kanalu. Uporaba ravno teh valovnih dolžin je razumljiva, saj so
v okolici tretjega spektralnega
okna (1550 nm) izgube najmanjše. Pri CWDM so kanali razporejeni
širše kot pri DWDM, zato
lahko uporabimo laserje s širšim oddajnim snopom in je zato
uporaba CWDM cenejša. Ker pa
je domet krajši, lahko CWDM uporabimo samo za povezavo na
krajših razdaljah, in sicer na
razdaljah do 80 km [7][2].
4.3 DWDM
DWDM je gosto valovnodolžinsko multipleksiranje in prenaša dosti
več kanalov kot CWDM.
Deluje v pasovih C in L, kjer je slabljenje vlakna najmanjše in
ojačuje z erbijem dopiranim
optični ojačevalnik, zato so sistemi DWDM zelo zmogljivi, s
hitrostjo 10 Gbit/s po kanalu. Če
primerjamo število prenašanih kanalov pri DWDM s številom
prenašanih kanalov pri CWDM,
ugotovimo, da se pri DWDM prenaša več kanalov, saj so
kanali/valovne dolžine DWDM
veliko bolj skupaj kot kanali CWDM. DWDM zahteva laserje z ožjim
snopom in daljšim
dometom, da lahko premaguje razdalje nekaj 1000 km.
V hrbteničnem omrežju se uporablja DWDM, ker so razdalje med
velikimi središči velike in
je potrebno uporabiti laser z velikim dometom. Prednost DWDM-ja
je torej v tem, da se po
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
27
OLT OLT
enem vlaknu neodvisno prenaša več valovnih dolžin kot pri CWDM.
Po priporočilu ITU-T
G.694.1 se prenaša 16, 32 ali 64 valovnih dolžin [7][10].
4.4 Gradniki omrežja WDM
Kot smo povedali že pri omrežju SDH, omrežje tvorijo omrežni
elementi in povezave med
njimi. Pri omrežju WDM poznamo tri vrste omrežnih elementov, in
sicer optični linijski
terminal (OLT − Optical Line Terminal), optični dodajno-odvzemni
multipleksor (OADM −
Optical Add/Drop Multiplexer) in nastavljivi optični
oddajno-odvzemni multipleksor
(ROADM − Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer), ki se
lahko povezujejo v omrežje
na več načinov.
Povezava od točke do točke se uporablja samo za priključitev
končnih uporabnikov na
omrežje. Za povezovanje več omrežnih elementov na večjih
razdaljah se uporablja obročna
topologija, ki ima enake lastnosti kot obročna topologija
omrežja SDH. Za povezovanje več
obročev pa se prav tako uporabi mešana povezava.
OLT se uporablja kot končni element v omrežjih WDM od točke do
točke in je sestavljen iz
transponderjev, optičnih multipleksorjev/demultipleksorjev in
optičnih ojačevalnikov (sl. 4.2).
Slika 4.2: Povezava dveh OLT-jev
Kratica trans. označuje transponder, ki je namenjen pretvorbi
optičnega signala, da je le-ta
primeren za prenos znotraj zmogljivega omrežja ali na zunanjo
napravo, kot kaže slika.
trans.
trans.
trans.
trans. trans.
trans.
trans.
trans.
DE/
MUX
DE/
MUX λ1 λ2 λ3 λ4
GbE
GbE
SDH
GbE
GbE
GbE
GbE
SDH
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
28
Kratica DE/MUX označuje demultipleksor, ki razdružuje, oziroma
multipleksor, ki združuje
signale.
Naloga transponderja je pretvorba optičnih signalov. V primeru
pretvorbe za prenos znotraj
omrežja mora pretvoriti bitno hitrost signala na tisto, ki se
nahaja v tretjem spektralnem oknu
(1550 nm), nato mora signalu dodati glavo, ki je namenjena
upravljanju omrežja. Dodati je
potrebno tudi tako imenovani del za naprejšnje popravljanje
napak (FEC − Forward Error
Correction). Na transponderju se opravi
optična-elektično-optična pretvorba, s katero se
omogoči spremljanje bitnih napak v obeh smereh, proti pritočnim
signalom in zmogljivemu
optičnemu omrežju.
Če so razdalje med OLT-ji velike, moramo na vlakno dodati
ojačevalnik. V hrbteničnem
omrežju uporabljamo enorodovna vlakna G.652, G.653, G.654, G.655
in tehnologijo DWDM,
kjer je na prenosnem vlaknu med dvema OLT-jema poleg
ojačevalnika včasih tudi vlakno za
kompenzacijo disperzije (DCF − Dispersion Compensating Fibre)
(sl. 4.3). DCF je vlakno z
negativno disperzijo. Njegova naloga je generiranje negativne
disperzije, zato je pomembno,
da je generira dovolj, še posebej v primeru ko želimo doseči
popolno kompenzacijo. Popolno
kompenzacijo dosežemo, če sta disperziji vlakna in
kompenzacijskega vlakna po absolutni
vrednosti izenačeni. Če želimo dobiti popolno kompenzacijo na
celotnem pasu valovnih
dolžin, morata imeti prenosno vlakno in kompenzacijsko vlakno po
absolutni vrednosti enak κ.
κ predstavlja razmerje med disperzijo in naklonom (4.1). Naklon
nam pove, kako se spreminja
disperzija glede na valovno dolžino (4.2).
(4.1)
(4.2)
Tu je:
S − naklon,
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
29
D − disperzija,
λ − valovna dolžina.
MU
Slika 4.3: Prenosno vlakno s kompenzacijskim vlaknom in
ojačevalnikom
V zmogljivih optičnih omrežjih je uporaba OLT-jev nesmiselna iz
ekonomskega razloga, saj
bi za vsako zvezo potrebovali transponder, ki bi vse valovne
dolžine obarval in nato spustil
naprej. Rešitev je uporaba OADM-jev, ki dodajajo in odvzemajo
valovne dolžine na
terminalnih točkah. Linija, ki prenaša več valovnih dolžin,
pride do demultipleksorske enote.
Želene valovne dolžine se izločijo in dodelijo lokalni
terminalski opremi. Po potrebi pa se
lahko v OADM-ju dodajo nove valovne dolžine, ki prenašajo druge
informacije naprej.
Uporaba OADM-jev je cenovno ugodnejša, obenem pa primernejša za
povezovanje več
omrežnih elementov, saj valovne dolžine, ki jih omrežni element
v danem trenutku ne
potrebuje, stečejo naprej do naslednjega elementa [2][13] (sl.
4.4).
λ 1-16
λ 1-12
13 14 15 16
Slika 4.4: Delovanje OADM-ja
DCF ojač.
OADM
MUX DE-MUX
MUX DE-MUX
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
30
Težava, ki nastopi z uporabo OADM, je ta, da smo s številom
kanalov omejeni in jih ne
moremo izbirati sproti. To pomanjkljivost odpravlja ROADM, kjer
lahko programsko
določimo, katero valovno dolžino želimo in to po želji
spreminjamo [15][23].
Cilj Telekoma Slovenije je prav gotovo nuditi zanesljivo omrežje
WDM, kar pomeni omrežje,
ki ponuja zaščito in zadostne bitne hitrosti. Če je omrežje
zadosti zmogljivo, je izvedljivo tudi
združevanje prometa, da bi se bolje izkoristila valovna dolžina,
ki jo ponuja optično vlakno. V
ta namen se uporabljajo združevalne kartice. Delujejo tako, da
združujejo promet več
vmesnikov na eno valovno dolžino, saj so sistemi prenosa CWDM
zmožni sprejeti 2,5 Gbit/s,
DWDM pa kar 10 Gbit/s na eni valovni dolžini. Na sliki 4.5 je
kot primer prikazano
multipleksiranje osmih valovnih dolžin brez združevalne kartice,
na sliki. 4.6 pa
multipleksiranje osmih valovnih dolžin z uporabo združevalne
kartice [10][23].
λ 1-8
Slika 4.5: Multipleksiranje osmih valovnih dolžin brez
združevalne kartice
MUX
8 strank z GbE, vsaka na svojo valovno dolžino.
Zasedenih je vseh 8 valovnih dolžin.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
31
λ 1-8
Slika 4.6: Multipleksiranje osmih valovnih dolžin z združevalno
kartico
4.5 Zaščita poti v omrežjih WDM
To, da je zanesljivost omrežja Telekoma Slovenije zelo pomembna,
smo že povedali, prav
tako smo že napisali, kako zelo dobro zaščito ponuja omrežje
SDH, saj ima dvojne povezave
in omogoča v 50 ms preklop z delovne na rezervno pot. V omrežjih
WDM se lahko zaščita
izvede na optičnem ali fizičnem nivoju.
Zaščita na optičnem nivoju se izvede s pomočjo optičnih
prevezovalnikov in je zelo zahtevna
za izvedbo, zato se tovrstna zaščita malo kje uporablja.
Zaščita na fizičnem nivoju se prične izvajati za vsak kanal
posebej ob vstopu v sistem WDM,
in sicer z barvanjem signala. Signal se preko razcepnika razdeli
na dva signala, ki preko
transponderja vstopita v sistem WDM, ki poskrbi za to, da
potujeta po ločenih poteh, na
izhodni strani pa preko transponderjev prispeta do
združevalnika. Na sprejemni strani se na
transponderju ugotovi, kateri signal je boljši in le-ta se tudi
sprejme. V primeru prekinitve ene
poti se signali sprejmejo po drugi poti (sl. 4.7) [10][15].
8 strank z GbE se s pomočjo združevalne kartice združi na eno
valovno dolžino (s časovnim multipleksiranjem).
MUX
Zasedena je samo ena valovna dolžina, 7 je še prostih.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
32
Slika 4.7: Zaščita v sistemih WDM
Dostopnost do podatkov in razpoložljivost zveze sta zelo
pomembni za vsakega uporabnika
omrežja, zato ju ponudnik mora zagotoviti.
4.6 Vmesniki WDM
Transponderji WDM specificirajo tri različne tipe prometa, ki se
lahko prenašajo preko
omrežja WDW [20][15][26].
Najprej naj omenimo vmesnike SDH. Uporabljajo za vse vrste
prometa SDH (STM-1, STM-
4, STM-16, STM-64).
Naslednji so vmesniki SAN, ki so namenjeni povezovanju
računalniških centrov z lokacijami
centrov za obnovo ob nesrečah (DRC − Disaster Recovery Center),
katere pa so zaradi
varnosti oddaljene od računalniških centrov.
Za prenos prometa Fast Ethernet in Gigabit Ethernet ter za
prenos podatkov IP pa se
uporabljajo ethernetni vmesniki.
razc
epni
k transp.
WDM
zdru
ževa
lnik
transp. transp.
transp.
WDM
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
33
4.7 DWDM − rešitev za prenos ethernetnih signalov
Ethernet je tehnologija, ki podpira prenos po več različnih
prenosnih sredstev ( koaksialni
kabel, sukana parica ali optično vlakno) in z več različnimi
hitrostmi (Ethernet, Fast Ethernet,
Gigabit Ethernet).
Ethernet se ne uporablja samo v lokalnih omrežjih, vedno bolj se
uporablja tudi v hrbteničnem
omrežju. Sprva je pri prenosu ethernetnih signalov skozi omrežje
SDH prišlo do velikih izgub
pasovne širine, kar se je izboljšalo z uporabo navideznega
spetja, postopkoma GFC in LCAS,
a vseeno je maksimalna bitna hitrost, ki jo zagotovi omrežje
SDH, 10 Gbit/s. Potrebe po
pasovni širini naraščajo, saj se vedno več podjetij odloča za
lastna omrežja in si želi gigabitno
pasovno širino na hrbteničnem omrežju, prav tako pa se vedno
bolj razvija omrežje IP, zato je
pasovna širina 10 Gbit/s premajhna, kar bi se sicer dalo rešiti
z uvedbo novega sistema
prenosa SDH, a je uvedba tehnologije DWDM dolgoročno gledano
boljša rešitev [20][3][11].
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
34
5. HRBTENIČNO OMREŽJE TELEKOMA SLOVENIJE
Sprva smo poznali le telefonsko omrežje, preko katerega se je
prenašal govor, kasneje je bil
razvit internet, ki je bil namenjen samo prenosu podatkov, v
današnjih časih pa je prišlo do
zlitja govornih in podatkovnih komunikacij. Pogoj za zlitje je
digitalizacija preklopnih in
prenosnih naprav in uvedba optičnih prenosnih sistemov.
5.1 Podatkovno omrežje
Ko govorimo o podatkovnem omrežju Telekoma Slovenije, govorimo o
omrežju IP, ki je
sestavljeno iz jedra, ki se nahaja v Ljubljani, in robnega
omrežja, ki vsebuje regijske točke
prisotnosti (R-POP − Regional Point Of Presence) in lokalne
točke prisotnosti (POP − Point
Of Presence). Na R-POP-ih se nahajajo regijski usmerjevalniki in
regijska agregacijska stikala
(RAS-i − Regional Aggregational Switch), na POP-ih pa lokalna
agregacijska stikala (LAS-i −
Local Aggregational Switch) in usmerjevalniki (sl. 5.1). Sodobne
komunikacijske tehnologije
omogočajo učinkovito konvergenco telefonskega in podatkovnega
omrežja, ki omogoča
preusmeritev telefonskega prometa na podatkovno omrežje IP z
uporabo tehnologije govor
preko medmrežnega protokola (VoIP − Voice Over Internet
Protocol).
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
35
Slika 5.1: Trenutna splošna zgradba omrežja IP za en regijski
usmerjevalnik
Trenutno je omrežje IP sestavljeno iz obročev SDH med regijskimi
usmerjevalniki in
regijskimi stikali. Vsak regijski usmerjevalnik je z jedrom
povezan po dveh fizično ločenih
10GbE 802.3 ae povezavah (trasah) (sl. 5.1). Tudi povezave med
regijskim usmerjevalnikom
in regijskimi stikali so dvojne, in sicer 10GbE. To pomeni, da
imamo obročno topologijo SDH
z dvojnimi povezavami. Dvojne povezave omogočajo ADM-ji, zato so
le-ti na vseh stikalih, ki
tvorijo obročno topologijo (sl.3.7). Še enkrat bomo poudarili,
da so dvojne povezave zelo
pomembne za zanesljivo omrežje, saj se v primeru prekinitve
enega vlakna promet preusmeri
na drugo.
R-POP
JEDRO
REGIJSKI USMERJEVALNIK
RAS RAS
LAS LAS LAS LAS
DSLAM DSLAM DSLAM
EMX
FAN CATV
distribucija
POP
NAROČNIKI NAROČNIKI NAROČNIKI NAROČNIKI
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
36
Povezave med RAS-i in LAS-i pa so enojne. To pomeni, da povezave
niso zaščitene in
posledično tudi ne zanesljive. LAS-i so z RAS-i povezani po eni
trasi, a vendar preko para
optičnih vlaken z 1GbE vmesnikom, kjer je eno vlakno namenjeno
prenosu IP TV in drugo
prenosu govora in podatkov. Naročniki se preko DSLAM-a združijo
in se nato priklopijo na
LAS. Za povezave med DSLAM-i in LAS-i, LAS-i in RAS-i, RAS-i in
regijskim
usmerjevalnikom ter regijskim usmerjevalnikom in jedrom omrežja
se kot prenosno sredstvo
uporablja optično vlakno. Naročniki se na DSLAM priklopijo preko
bakrene parice, kjer ima
vsak naročnik na voljo bitno hitrost do 500 kbit/s. Če je
naročnikov več, kot je število
razpoložljivih paric, se za povezavo do DSLAM-a uporabi
širokopasovni večdostopovni
sistem EMX, kjer se združijo štirje naročniki in do DSLAM-a
uporabljajo eno parico s
pasovno širino okoli 2 Mbit/s. S tem ko se uporabniki priklopijo
na Telekomovo IP-omrežje,
lahko izbirajo med tremi storitvami: internet, IP-televizija in
VoIP za prenos govora.
Naročniki se lahko naročijo na poljubno kombinacijo storitev,
največ se jih odloči za
kombinacijo interneta in VoIP, saj je kakovost IP-televizije še
vedno slabša od kabelske
televizije. Zato Telekom Slovenije ponuja tudi možnost
priključitve na kabelsko omrežje. V
tem primeru se na storitvi internet in VoIP naročnik priklopi
preko optičnega vlakna na
vlakensko dostopovno vozlišče (FAN − Fibre Access Node) in preko
FAN-a na LAS, drugo
optično vlakno pa je namenjeno priključitvi na kabelsko omrežje
(CATV), ki je preko
distributerja, kjer se signal razdeli na več koncev, povezano z
jedrnim omrežjem (sl. 5.1). Do
kombinacije teh dvojih storitev lahko dostopajo samo končni
uporabniki, ki imajo napeljano
optiko do doma.
Pomanjkljivost obstoječega IP-omrežja je enojna vpetost lokalnih
stikal na regijska stikala, kar
pomeni, da promet ni zaščiten, saj v tem primeru prekinitev
povezave pomeni prekinitev
prometa. Prekinitev povezave se lahko zgodi zaradi odpovedi
aktivne opreme ali zaradi
prekinitve optičnega kabla. Prekinitev celotnega kabla, znotraj
katerega je več vlaken, bi
pomenila zelo velike izgube. V današnjih telekomunikacijskih
omrežjih, ko se polagajo kabli
vedno večjih zmogljivosti (144-, 288- ali večvlakenski kabli),
lahko prekinitev optičnega
kabla pomeni tudi večurno ali lahko tudi dnevno prekinitev
prometa. S postopno selitvijo
celotnega prometa na IP-omrežje bo takšna prekinitev pomenila
tudi prekinitev celotnega
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
37
telekomunikacijskega prometa. Prav zaradi tega je potrebno
zagotoviti redundančne povezave
tudi v IP-omrežjih, kar pomeni povezave preko fizično ločenih
poti s podvojitvijo aktivne
opreme predvsem vitalnih delov (sl. 5.2).
Slika 5.2: Splošna zgradba IP-omrežja, ki je še v fazi
načrtovanja
Z dvojnimi povezavami zaščitimo promet med LAS-i in RAS-i, kar
je zelo pomembno, glede
na to, da se po hrbteničnem omrežju prenašajo vedno višje bitne
hitrosti in bi izguba podatkov
pomenila zelo velike izgube. Nezaščitene povezave pa niso edina
pomanjkljivost trenutnega
IP-omrežja. Glede na porast uporabnikov medmrežja in
povpraševanja po večjih bitnih
hitrostih je treba povečati pasovno širino hrbteničnega omrežja.
Omrežje SDH omogoča
maksimalno 10 Gbit/s bitne hitrosti, zato bi bilo treba čez čas
napeljati nova vlakna, kar pa je
R-POP
POP
JEDRO
REGIJSKI USMERJEVALNIK
RAS RAS
LAS LAS LAS LAS
DSLAM DSLAM DSLAM
NAROČNIKI NAROČNIKI NAROČNIKI EMX NAROČNIK
FAN CATV
distribucija
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
38
glede na izračune in predvidevanja rasti prometa potrata
denarja. Rešitev, ki nam omogoča
večje bitne hitrosti, je zamenjava omrežja SDH z omrežjem DWDM.
Omrežje DWDM je
trenutno še v fazi načrtovanja, pri katerem smo sodelovali s
Telekomom Slovenije. V
naslednjem poglavju bomo prikazali načrtovanje dela omrežja
DWDM.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
39
6. NAČRTOVANJE DELA OMREŽJA DWDM TELEKOMA SLOVENIJE
Pri načrtovanju dela omrežja DWDM smo najprej RAS-e in LAS-e
smiselno povezali. Imena
krajev RAS-ov in LAS-ov smo zaradi zaupnosti podatkov
poimenovali s kraticami. Kratici R1
in R2, označujeta RAS-a, kratice L1, L2, L3 in L3 pa LAS-e
oziroma njihove lokacije. Za
smiselno povezovanje med kraji oziroma RAS-i in LAS-i je bilo
najprej potrebno izmeriti
razdalje. Nato smo ugotovili ustreznost vstavljanja
ojačevalnikov in DCF-jev.
6.1 Povezovanje med kraji
Razdalje med kraji so prikazane v tabeli 6.1.
Tabela 6.1: Izmerjene razdalje med kraji
lokacija
LAS-a razdalja do RAS-a R1 razdalja do RAS-a R2
L1 22 km 130 km L2 32 km 120 km L3 57 km 95 km L4 92 km 60 km
R2/R1 152 km 152 km
Naslednji korak je proučitev obstoječega stanja in
predvidevanje, kaj se bo dogajalo v bližnji
prihodnosti, na podlagi trendov razvoja na področju
telekomunikacij. Ugotovili smo, da je na
obravnavanem delu najbolj smiselno uporabiti 16-kanalne
multipleksorje in 4-kanalne
OADM-je, saj bi v primeru morebitne priključitve novega LAS-a na
RAS izvedba tako
potekala nemoteno (sl. 6.2). Pri prenosnih sistemih DWDM se
OADM-ji ne vstavljajo na vsa
stikala, kot se pri sistemih SDH vstavljajo ADM-ji (sl. 3.6).
OADM-ji se uporabljajo za
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
40
priključitev lokalnih stikal na sistem DWDM, na regijskih
stikalih se nahajajo multipleksorji
in demultipleksorji WDM (sl. 6.2).
Predvidevamo pa, da se bo število LAS-ov povečalo na število, ko
bo 16-kanalni multipleksor
premalo, zato uporabljamo 16-kanalne multipleksorje z
združevalno kartico, s pomočjo katerih
lahko priklopimo nove naročnike brez prekinitve prometa.
V načrtovanem delu omrežja v omrežju DWDM se uporablja zaščita
na fizičnem nivoju.
Razlika med zaščito v omrežju SDH in omrežju DWDM je v tem, da
zaščito v SDH omogoča
ADM, pri sistemih DWDM pa se zaščita prične izvajati že pred
vstopom signala v sistem
DWDM (sl. 6.1). Na sliki je narisan dvokanalni OADM, sicer se
bolj pogosto uporabljajo
štirikanalni. Če hočemo poslati signal po povezavi vzhod, moramo
signal poslati po kanalu 1
ali 2, za povezavo na zahod pa po kanalu 1’ ali 2’.
V omrežju, prikazanem na sliki 6.2, se signali od vseh LAS-ov
(L1, L2 L3 in L4) oziroma
OADM-jev pošiljajo na »vzhod« in »zahod«, tj. po dveh poteh, do
R1 in R2. Zaščita v
omrežju DWDM torej prepreči prekinitev prometa, s tem ko se
signal hkrati pošlje do druge
lokacije. Lahko rečemo, da je zaščita omrežja SDH boljša.
V sistemu SDH imamo dvojno obročno topologijo, v omrežju DWDM pa
topologijo od točke
do točke. Razlika med zaščitama je ta, da če se prekine povezava
v omrežju SDH, ko
pošiljamo signal do nekega kraja, se do istega kraja pošljejo
signali po drugi (zaščitni poti) (sl.
3.7), pri omrežju DWDM pa na primer (sl. 6.2), ko pošiljamo
signal od lokalnega stikala do
regijskega stikala R1 in se ta povezava prekine, signal vseeno
pride do regijskega stikala R2
po drugi poti in potem naprej preko regijskega usmerjevalnika v
jedro.
Če gledamo celotno hrbtenično omrežje, povezave med LAS-i RAS-i
in potem še naprej do
regijskega usmerjevalnika in jedra, lahko rečemo, da smo
načrtovali del bodočega obroča
DWDM.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
41
Slika 6.1: Kanali OADM-ja kot sredstvo za fizično zaščito pri
DWDM
Po enem kablu poteka več optičnih vlaken. Ko govorimo o vlaknu,
imamo vedno v mislih par
vlaken, kjer je eno vlakno namenjeno sprejemu in drugo oddajanju
signalov. V našem primeru
po kablu poteka 96 vlaken, a to za naš projekt sploh ni
pomembno, saj želimo na sliki 6.2
prikazati, kako se LAS-i priklopijo na sistem DWDM glede na
oddaljenost od RAS-ov. Zato
je na sliki 6.2 narisanih samo pet vlaken, ki so v našem primeru
pomembna za priključitev na
sistem DWDM in neposredno na vlakno.
Na lokaciji LAS-a se eno vlakno prekine za neposredni priklop
LAS-a, eno vlakno pa je
namenjeno priklopu na sistem OADM. Neposredna priključitev LAS-a
na vlakno je boljša iz
ekonomskega vidika; je cenejša, zato se neposredno na vlakno
priklopijo LAS-i, katerih
razdalja od RAS-a ne presega 40 km, kolikor znaša domet RAS-ov
in LAS-ov.
Iz slike 6.2 je razvidno, da je vedno prvo optično vlakno, na
sliki rdeče barve, namenjeno
priključitvi na sistem DWDM (OADM), eno vlakno pa mora biti
vedno prekinjeno za
neposredno priključitev LAS-a na le-to. Kako LAS-e priključujemo
oziroma priključitev LAS-
a na vlakno ali na sistem DWDM je odvisna od razdalje LAS-a do
obeh RAS-ov R1 in R2. Za
boljše razumevanje slike je smiselno razložiti priklop LAS-ov po
korakih.
OADM
povezava vzhod povezava zahod
1 2 1’ 2’
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
42
Slika 6.2: Povezava LAS-ov z RAS-i
LAS L1 je od R1 oddaljen za manj kot 40 km, kar pomeni, da bi
signal, poslan od L1 do R1 in
obratno, lahko zaradi zadostnega dometa stikala potoval
neposredno po vlaknu in ga ni treba
prenašati po sistemu DWDM. L1 torej priključimo na drugo vlakno,
ki je na sliki 6.2 modre
5678 5’6’7’8’
R1 R2
OADM
L1
L3
L2
1234 1’2’3’4’
OADM
OADM
9 10 11 12 9’10’11’12’
OADM
13 14 15 16
13’14’15’16’
L4
16-kanalni multipleksor/
demultipleksor
kanal 1-kanal 16
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
43
barve. Razdalja do stikala R2 je dosti večja, zato L1
priključimo na OADM na kanal 1’, kar
pomeni 1. kanal za smer vzhod proti stikalu R2. Signal potuje po
sistemu DWDM po vlaknu,
ki je na sliki 6.2 rdeče barve in se preko multipleksorja na
prvem kanalu priklopi na RAS.
Razdalja L2-R1 je tudi manjša od 40 km, zato je L2 priklopljen
na optično vlakno, v tem
primeru na vlakno, ki je na sliki 6.2 zelene barve. Signal
potuje neposredno po vlaknu in se
priklopi na RAS. Pot do stikala R2 je daljša, zato ga priklopimo
na OADM, na kanal 5’. Po
vlaknu rdeče barve signal potuje do petega kanala v
multipleksorju in se nato priklopi na RAS.
Razdalja med L3 in R1 presega mejo 40 km, kar pomeni, da je
stikalo priklopljeno na OADM,
in sicer na kanal 9, ki preko vlakna rdeče barve vodi do RAS-a
R1. Razdalja do stikala R2 tudi
presega mejo, zato se vlakno priklopi na kanal 9’ OADM-ja, ki
preko vlakna, označenega z
rdečo, vodi do R2 na vzhod. V obeh primerih izstopi signal na
multipleksorju na kanalu 9.
Tudi L4 je od obeh RAS-ov oddaljen za več kot 40 km. Zato je
tudi L4 povezan na OADM, na
kanal 13 za povezavo po vlaknu, označenem z rdečo barvo, do R1.
Za povezavo do R2 je
priklopljen na OADM-jev kanal 13’ za povezavo preko vlakna rdeče
barve do R2. Poslani
signal izstopi na trinajstem kanalu multipleksorja, ki ga poveže
do R1 oziroma R2.
Na sliki 6.2 vidimo, da se na vlakno vijolične in na vlakno
oranžne barve ne priklopi LAS, a je
vseeno pomembno, da se na sliki vidi, da morata biti ti dve
vlakni prekinjeni. V prihodnosti se
bo prav gotovo priklopil kakšen LAS ali končni uporabnik.
Potem ko smo smiselno medsebojno povezali kraje (RAS-e, LAS-e),
je treba določiti ustrezno
opremo oziroma laserje, ojačevalnike in DCF-je na povezavah.
6.2 Ustreznost opreme na povezavah med kraji
Ustreznost laserjev in ojačevalnikov se ugotovi glede na
slabljenje, ustreznost DCF-jev pa
glede na disperzijo.
Načeloma je najprimernejša uporaba laserjev, ki delujejo v pasu
C (okoli 1550 nm), saj je tu
najmanjše slabljenje, laserji imajo dolg domet in je zato možen
prenos na dolge razdalje. V
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
44
opremi, ki povezuje dva kraja, katera nista zelo oddaljena, je
bolj smiselno uporabiti laser, ki
deluje na pasovni širini v pasu O (1310 nm), saj so tovrstni
laserji cenejši, ker ponujajo krajši
domet. Za ustrezno vstavljanje ojačevalnikov je treba poznati
slabljenje na razdaljah med
kraji, za ustrezno vstavljanje DCF-jev pa znesek disperzije na
razdaljah med kraji. Uporaba
DCF-jev poveča slabljenje na povezavi, zato vpliva na
načrtovanje ojačevalnikov. Slabljenje
na razdaljah med obravnavanimi lokacijami prikazujeta tabeli 6.2
in 6.3.
Tabela 6.2: Slabljenje na povezavah glede na razdaljo od R1
relacija slabljenje pri 1550 nm [dB] slabljenje pri 1310 nm
[dB]
R1-L1 5,5 8,8 R1-L2 8 12,8 R1-L3 14,25 22,8 R1-L4 23 36,8 R1-R2
38 60,08
Tabela 6.3: Slabljenje na povezavah glede na razdaljo od R2
relacija slabljenje pri 1550 nm [dB] slabljenje na 1310 nm
[dB]
R2-L1 32,5 52 R2-L2 30 48 R2-L3 23,750 38 R2-L4 15 24 R2-R1 38
60,08
Oddajni nivo transponderja je od +2 dBm do 4 dBm, sprejemni nivo
pa -13 dBm, kar pomeni,
da je maksimalno dovoljeno slabljenje med oddajo in sprejemom 15
dB. V primeru, da je na
liniji slabljenje višje, je potrebno vgraditi ojačevalnike.
Slabljenje v linijo vnaša samo
slabljenje vlaken, multipleksor/demultipleksor, OADM, DCF. Na
vseh lokacijah smo
uporabili kartice, za katere velja, da je maksimalna dovoljena
kromatska disperzija pri prenosu
1600 ps/nm, kar pomeni, da DCF-ja ni potrebno vstaviti, če je
razdalja med transponderji
manjša kot 85 km. Uporabili smo vlakno G.652 in valovno dolžino
1550 nm, kjer znaša
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
45
disperzija na kilometer 18 ps/nm, zato disperzijo za vsako
razdaljo izračunamo tako, da
pomnožimo kilometre razdalje od regionalnega stikala z 18. V tem
primeru vidimo, da če
delimo 1600 z 18, ne dobimo ravno 85 km, ampak skoraj 89, zato
bi glede na izračun morali
vstavljati DCF-je na razdaljah, ki so večje od 89. Vseeno smo se
odločili za vstavljanje DCF-
jev že na razdalji, ki je večja kot 85 km. DCF-je uporabljamo,
ker želimo disperzijo
kompenzirati. Uporabljamo DCF20, DCF40 in DCF80. Kot že samo ime
DCF-ja pove, jih
uporabimo glede na različne razdalje od regionalnega stikala.
DCF20 zmanjša disperzijo za
325 ps/nm, DCF40 za 650 ps/nm in DCF80 za 1300 ps/nm. Izgube, ki
jih prispeva DCF, so
različne glede na tip DCF-ja, in sicer za DCF20 -3dB, za DCF40
-5dB in za DCF80 -9dB.
Uporabili smo slabljenje med posameznimi relacijami na 1550 nm.
Načrtovanja opreme smo
se lotili po korakih. Najprej smo glede na izračune za določitev
ustreznosti opreme
predpostavili opremo glede na pošiljanje signalov od R1 do
vsakega LAS-a, in obratno, saj
imamo na vseh povezavah par vlaken, kjer je eno vlakno namenjeno
pošiljanju signalov v eno
in drugo v drugo smer. Nato smo preverili, ali je glede na
predvideno opremo in razdaljo LAS-
ov od RAS-a R2 možno pošiljanje signalov tudi v smeri od R2 do
vseh LAS-ov.
R1-L1:
Slabljenje na vlaknu, ki povezuje R1 z L1: -5,5 dB.
L1 in R1 si lahko pošiljata signale neposredno po vlaknu in ne
preko sistema DWDM. To
pomeni, da za to povezavo ne upoštevamo slabljenja OADM-ja.
Razdalja med R1 in L1 ja dosti manjša kot 85 km, zato ni
potrebno vstaviti DCF-ja.
Skupne izgube znašajo 5,5 dB, maksimalno dovoljeno slabljenje je
15 dB, zato na tej relaciji
ni potrebna uporaba ojačevalnika.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
46
R1-L2:
Slabljenje na vlaknu, ki povezuje R1 z L2: -8 dB.
Tudi L2 in R1 si lahko pošiljata signale neposredno po vlaknu in
ne preko sistema DWDM.
To pomeni, da tudi za to povezavo ne upoštevamo slabljenja
OADM-ja.
Razdalja L2 od R1 je 32 km, uporaba DCF-ja ni potrebna.
Skupne izgube znašajo 8 dB, kar je še vedno manj, kot je
maksimalno dopustno slabljenje
15dB, zato tudi na tej liniji ne uporabimo ojačevalnika.
R1-L3:
L3 se priklopi na sistem DWDM, zato upoštevamo slabljenje na
multipleksorju na R1.
Slabljenje na multipleksorju: -2 dB.
Slabljenje na vlaknu, ki povezuje R1 z L3: -14,25 dB.
Na lokacijah L1 in L2 se nahajata OADM-ja, ki se uporabljata
samo za pošiljanje signalov od
L1 in L2 proti R2, saj je razdalja med L1 oziroma L2 in R2
velika in moramo signal poslati
preko sistema DWDM, kar pomeni, da se priklopita na OADM. Zato
za potovanje signalov
preko OADM-jev upoštevamo samo polovično slabljenje OADM-ja.
Slabljenje na OADM-ju na L1: -2,55 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L2: -2,55 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L3: -5,1 dB.
L3 se preko OADM-ja priklopi na R1 in na R2, zato upoštevamo
celotno slabljenje na
OADM-ju.
L3 je od R1 oddaljen za več kot 57 km, kar je še vedno manj kot
85 km, zato DCF-ja ne
vstavimo.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
47
Skupne izgube znašajo 26,45 dB. Če od te vrednosti odštejemo15
dB, dobimo 11,45 dB. Na
liniji med L2 in L3 vstavimo ojačevalnik, ki ojači signal za
18,2 dB.
R1-L4:
Slabljenje na multipleksorju: -2 dB.
Slabljenje na vlaknu, ki povezuje R1 z L4: -23 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L1: -2,55 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L2: -2,55 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L3: -5,1 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L4: -5,1 dB.
Razdalja je večja kot 85 km, disperzija znaša 1656 ps/nm, kar je
več kot 1600 ps/nm, zato je
potrebno vstaviti DCF. Na liniji med L3 in L4 vstavimo
DCF20.
Slabljenje DCF-ja: -3dB.
Skupne izgube znašajo 43,3 dB, od česar odštejemo 15 dB in
dobimo 28,3 dB, ki jih je treba
ojačiti. Na vlaknu, ki povezuje OADM-ja na relaciji L2-L3 je že
uporabljen ojačevalnik, ki
ojači za 18,2 dB, zato na relaciji L3-L4 dodamo samo še en
18,2-dB ojačevalnik.
R1-R2:
Slabljenje na multipleksorju pri R1: -2 dB.
Slabljenje na vlaknu, ki povezuje R1 z R2: -38 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L1: -2,55 dB.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
48
Slabljenje na OADM-ju na L2: -2,55 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L3: -5,1 dB.
Slabljenje na OADM-ju na L4: -5,1 dB.
Tudi na R2 se nahaja multipleksor. V tem primeru predvidimo, da
se pošilja signal od R1 do
R2, zato se na strani R2 demultipleksira, kar pomeni, da je
treba upoštevati izgube na
demultipleksorju.
Izgube na demultipleksorju: -6,7 dB.
Razdalja znaša 152 km, disperzija 2736 ps/nm. Upoštevamo do
sedaj predvideni DCF20, ki
zmanjša disperzijo za 325 ps/nm, kar pomeni, da imamo še 2411
ps/nm disperzije, zato na
povezavi L4-R2 vstavimo dva DCF-ja, DCF40 in DCF20, ki zmanjšata
disperzijo za 975
ps/nm.
Slabljenje DCF20 (L3-L4): -3 dB.
Slabljenje DCF20 (L4-R2): -3 dB.
Slabljenje DCF40(L4-R2): -5 dB.
Skupne izgube znašajo 73 dB. Od njih odštejemo 15 dB in dobimo
58 dB, ki jih je potrebno
ojačiti, zato upoštevamo dva že vstavljena ojačevalnika, ki sta
na vlaknu sistema DWDM, in
vstavimo še ojačevalnik, ki ojači signal za 23 dB.
Ko smo določili ustrezno opremo glede na razdaljo lokalnih
stikal in regijskega stikala R2 od
R1, smo preverili, ali takšna razporeditev opreme ustreza tudi
za povezovanje lokalnih stikal
in regijskega stikala R1 z R2. Ugotovili smo, da načrtovana
oprema omogoča pošiljanje
signalov v obe smeri, zato smo s slikami prikazali opremo na
posameznih odsekih sistema
DWDM.
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
49
R1 L1
Slika 6.3: Oprema na povezavi R1-L1
Na povezavi R1-L1 imamo 16-kanalni multipleksor oziroma
demultipleksor in OADM, ki ga
uporabimo za povezavo do stikala R2.
L1 L2
Slika 6.4: Oprema na povezavi L1-L2
Tudi na tej povezavi je OADM potreben samo za pošiljanje
signalov do R2, zato so izgube i
na OADM-ju le polovične, in sicer -2,55dB.
OADM
-2,55 dB
DE/MUX
1-16λ
OADM
-2,55 dB -6,7dB/
-2 dB
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
50
L2 L3
Slika 6.5: Oprema na povezavi L2-L3
Na povezavi L2-L3 se nahajata OADM, na katerega priključimo L3
ne glede na to, ali gre za
povezavo do R1 ali R2, in ojačevalnik, ki ojači signal za 18,2
dB.
L3 L4
Slika 6.6: Oprema na povezavi L3-L4
Na povezavi L3-L4 se nahaja OADM, ojačevalnik, ki ojači za 18,2
dB, in DCF20, ki zniža
disperzijo za 325 ps/nm, a prispeva -3 dB izgub.
ojačevalnik
OADM
18,2 dB -5,1 dB
OADM
-5,1dB
ojačevalnik DCF20
-3 dB 18,2 dB
-
Hermina Hasić, Prehod z omrežij SDH na omrežja DWDM
51
L4 R2
Slika 6.7: Oprema na povezavi L4-R2
Na povezavi L4-R2 smo poleg OADM-ja vst